SARRA-H Modèle de culture______________figfigfig______________Cirad, UMR TETIS, C.Baron , 2013_fig
Système d'Analyse Régionale des Risques Agroclimatologiques Version H (SARRA-H)
Sarrah Historique Le modèle Téléchargements Partenariats et liens Publications Projets
Retour Historique Le Modèle Télécharger Partenariats Publications Projets

fig SARRA-H : le Bilan Carboné

fig

ico Concept : une approche de type grande feuille.

fig
La part photosynthétiquement active (PAR) de l’énergie lumineuse interceptée est transformée en assimilas en fonction de l’activité photosynthétique. Cette activité photosynthétique est définie en fonction de la surface foliaire communément traduite par le LAI (« leaf area index ») qui est ici considérée à l'échelle du peuplement d'une parcelle : approche grande feuille (Big Leaf). La fraction de rayonnement interceptée (EpsilonA) est déduite du LAI (loi de Beer). Cette quantité d’énergie permet la création d’assimilas (dBM), en fonction d'un taux de conversion (EpsilonB) : ici le taux de conversion est d'une part constant tout au long du cycle et est supérieur à celui communément donné car on simule l'ensemble des assimilas produits alors que le taux de conversion traditionnellement calculé ne tient compte que de l'augmentation de biomasse aérienne sans la biomasse des racines ni la respiration de maintenance (Rm). L’activité photosynthétique peut être contrainte par l’état hydrique et minéral de la plante. Dans le cas d’une contrainte hydrique, le processus de régulation stomatique de la plante intervient.

La répartition des assimilas entre ces biomasses suit des règles d’allocations variant en fonction des phases. Une partie des assimilas est consommée, sans production de biomasse, pour la maintenance des tissus vivants que l'on appelle la respiration de maintenance (Rm). De l'émergence à la floraison, cette biomasse est dissociée en biomasse des racines (BM(rac)) et biomasse aérienne (BM(aér)), elle même dissociée en biomasse foliaire et tige (BM(feuil)) en utilisant des relations allométriques. Après floraison les assimilas disponibles (dBM-Rm) permettent le remplissage des graines.

L'équation globale du bilan carboné est définie par :

BiomasseTotalej+1 = BiomasseTotalej + assimilas - respiration de maintenance. 

Avec 

BiomasseTotale = BiomasseRacine + BiomasseFeuilles + BiomassesTiges + BomassesGrains

ico Evolution du LAI : Le LAI (« leaf area index ») est un indice de surface foliaire du peuplement. Il se mesure par le rapport entre la surface des limbes (m²) sur la surface de sol. Le LAI peut donc se déduire de la biomasse foliaire en fonction de la surface massique des feuilles (SLA, specific leaf area). Le SLA décroît en fonction de l’âge de la feuille, dû à son épaississement. D’autres phénomènes interviennent pour l’épaississement de la feuille notamment les niveaux d’exposition au rayonnement et aussi les phénomènes de compétition pour les assimilas. De fait cet indice de surface massique des feuilles est un paramètre clé dans les méthodes de calcul des processus d’accroissement de biomasse s’appuyant sur le LAI pour l’évaluation du processus d’assimilation. D’autre part, sa dynamique varie en fonction des types de plantes (mono et dicotylédones). La surface massique des feuilles est néanmoins un caractère génétique qui peut être définie par des valeurs minimum et maximum. Différents concepts peuvent s’appliquer sur sa dynamique.

fig

ico Evolution du SLA : les jeunes feuilles ont un SLA supérieur aux vieilles feuilles. La fraction de jeunes feuilles élève le SLA global du couvert. Le paramètre penteSLA provoque une chute générale du SLA de la biomasse foliaire existante (penteSLA = chute relative par jour = fraction de différence entre SLAmax et SLAmin). Ce type de fonctionnement est surtout conçu pour les légumineuses, mais peut être aussi adapté aux autres espèces. Chaque augmentation de la biomasse foliaire journalière est considérée comme des nouvelles feuilles dont la surface massique est égale à SLA(max). La valeur de SLA pour l'ensemble de la biomasse foliaire est alors déduite des moyennes pondérées pour les nouvelles feuilles et les anciennes feuilles (taux de croissance relative).

fig

ico Rayonnement intercepté (Ltr) : le LAI permet d’évaluer le taux de transmission de lumière au sol par la loi de Beer. On y ajoute un coefficient de « forme » (kdf) qui varie de 0.4 à 0.8 selon la hauteur des plants et l’angle des feuilles (dressées ou non).

ico Ce coefficient traduit mal les couverts non homogènes.

ico Assimilation totale (potentielle) : La production potentielle d’assimilas est calculée à l’échelle du peuplement sans prise en compte de contraintes hydriques ou minérales. Une relation empirique est définie entre l’activité photosynthétique et le taux de couverture foliaire (1-ltr). On définie un coefficient de conversion de l’énergie lumineuse en matière sèche (KepsiB : kg/ha/j/Mj) constant tout au long du cycle. Seule la part photosynthétiquement active du rayonnement (PAR) est retenue, définie ici par un coefficient kPar (0.5). Un frein hydrique est défini par le rapport Tr/TrPot qui réduira l'assimilation potentielle.

ico Respiration de maintenance : la respiration de maintenance varie en fonction de la température et de la biomasse

ico loi du Q10=2, la valeur double quand la T° augmente de 10°.

La biomasse verte, principalement les feuilles, respire de façon proportionnelle à leur biomasse. Ceci permet d’expliquer le fait que la biomasse plafonne, parfois, même avant la phase de sénescence. Pour calculer les pertes en termes de matière sèche, en supposant qu'il s'agit surtout de CH20, il faut multiplier les valeurs mesurées par 0.65 (rapport poids moléculaire CH20/CO2). Pour la plante entière, il faut prendre en compte les fractions massiques des organes. En supposant 0.03 pour les feuilles et moins de 0.01 pour les autres tissus, on peut faire une estimation de 0.01 pour la plante entière à floraison. Remarque : c'est de l’épiaison à la maturité que le poids de la respiration de maintenance est important.

Exemple de valeurs (en g CO2 par g de MS par j):

ico Augmentation de la biomasse totale : la production d’assimilas potentielle est réduite par l’indice de satisfaction en eau de la plante (ie : transpiration réelle/transpiration potentielle). La quantité d’assimilas participant à l’augmentation de biomasse correspond à la quantité nette d’assimilats moins la respiration de maintenance.

ico Répartition des biomasses : la biomasse totale (BM) est répartie en biomasse racinaire, tige, feuilles et grains

ico La demande de remplissage des grains : chaque plante a un potentiel de rendement déduit d’une fraction fixe de la biomasse aérienne (potentiel génétique), souvent exprimée par l’indice de récolte (Harvest Index, ex : 30%...50%). En fonction de l’état de la plante, ce potentiel peut être réduit par plusieurs processus : réduction de sites reproducteurs (épis) et du nombre de fruits ou grains. Ces processus ont lieu lors de la phase reproductive, dite sensible (anthèse à floraison). On simule l’effet des contraintes subies par la plante en considérant qu’elles se traduisent par une dynamique moindre d’augmentation de la biomasse totale. Ainsi les contraintes hydriques, induisant une réduction de biomasse lors de cette phase critique, vont se traduire par une réduction du potentiel de rendement, certains le traduisent par le nombre de grains. Ici la réduction du potentiel de rendement est fonction de la réduction de biomasse. Le nouveau rendement potentiel (RdtPot) est ainsi obtenu par la différence des biomasses aux stades d’initiation paniculaire et de la floraison, multipliée par un coefficient (Krdt) que l’on peut déduire de l’indice de récolte (Harvest index). Nota : il n'y a pas de prise ne compte d'un effet photopériode sur la longueur du cycle car on considère que cet effet se produit avant l'anthèse.

ico Le rendement grain : partant d’un potentiel de rendement (RdtPot), celui-ci dépendra surtout de la phase de remplissage des grains. La contrainte la plus grande est traduite par la satisfaction en eau de la plante où, à ce stade, la demande des grains est la plus forte et considérée comme prioritaire. La demande en biomasse journalière des grains est basée sur le concept d’une évolution phénologique en degrés-jours et d'une relation linéaire pour sa dynamique de remplissage des grains, la demande est égale au rapport de la température du jour sur la somme de température définie pour cette phase (Matu1) multipliée par le rendement potentiel.

figLe bilan hydrique : il estime l'évapotranspiration et l'indice de stress hydrique; le sol est constitué de trois réservoirs : superficiel, profond et un réservoir racinaire dynamique;

figLe bilan carboné : il est basé sur le concept de la grande feuille, il transforme l’énergie solaire en sucre sous contrainte de stress hydrique, puis le répartit dans les biomasses;

figLa phénologie : elle gère l’évolution des stades phénologiques (émergence, stade végétatif, floraison, maturation) et les processus associés (germination, mortalité juvénile, modalités de répartition des biomasses...).

ico Gestion de multiple scénarios de simulations (interface ou lancement automatique)

figScénarios de simulation

Retour Historique Le Modèle Télécharger Partenariats Publications Projets
Sarrah Historique Le modèle Téléchargements Partenariats et liens Publications Projets