Modelling of alfalfa production and water relations | Modélisation de la production de luzerne et alimentation hydrique

English. The aim of the study is to introduce the water stress into the modelling of lucerne production. In order to extend the model two contrasted environmental situations, the relationships between the canopy water status (defined as the mean leaf water potential of the upper part of the vegetation; Psif) and the incident solar radiation conversion into harvested production are analysed. For a fully irrigate crop, Gosse et al. showed that above ground biomass production is proportional to the cumulated intercepted radiation. We consider the yield of this conversion as a potential, and our aim is to compute reducing coefficients of the efficiency and the proportion of carbon allocated to the above ground parts. A field experiment shows that the same visible radiation interception laws may be used for values of predawn Psif from -0.3 down to -1.1 MPa. We establish for lucerne the classical relationship between the leaf photosynthesis and Psif. A threshold Psif appears around -1.1 MPa, independent of light intensity. This relationship describes the variations of an irrigated crop experiencing a rapid water stress fairly well. However we find an adaptation which consists in (1) no response to water status variations, and (2) not negligible photosynthetic activity fir low Psif values where irrigated plants would show no photosynthesis at all. A means of taking into account these two orders of variations is proposed. The effect of drought on the carbon repartition is analysed at the field level. Everything goes on as if the above ground growth limitation brought out the biomass redistribution towards the crowns and root system. With such hypotheses, we consider the repartition as the result of the limitation of carbon demand by leaves and stems. Agronomical experiments show that the most sensitive component of production is the stem weight and more particularly the internode length. An empirical relationship between the elongation rate and Psif is described. The analysis of the process strongly suggests that the relationship is indirect. Under certain conditions, the regulations involved would probably concern the wall extensibility rather than the internal tissue turgor. We suggest that such regulations might be interpreted according to the more general anticipation hypothesis from Piaget.The organization of the model is described. It presents the synthesis at the crop level of analytical and empirical relationships between the canopy water status (Psif) and some important biological process previously discussed.

French. L'objectif de l'étude est l'introduction de la contrainte hydrique dans la modélisation de la production de luzerne en fonction du climat, au niveau agronomique et dans le cas d'une repousse.Afin de pouvoir généraliser le modèle à des environnements divers, les relations entre l’état hydrique du couvert (défini par le potentiel hydrique foliaire moyen de la tranche supérieure de végétation Psif) et l’efficience de conversion de l’énergie solaire incidente en biomasse aérienne récoltable sont analysées. Pour une culture irriguée Gosse et al ont montré que la production e biomasse aérienne est proportionnelle à la somme de rayonnement visible intercepté. Nous considérerons le rendement de cette conversion comme un potentiel et notre but est de calculer des coefficients réducteurs de l’efficience et de la part de carbone allouée aux parties aériennes.Une expérimentation au champ nous a permis de monter que la même loi d’interception du rayonnement visible en fonction de l’indice foliaire peut s’appliquer pour des valeurs de Psif variant de -0.3 à -1.1MPa. Nous établissons pour la luzerne la relation classique entre photosynthèse de la feuille et son potentiel hydrique faisant apparaître un seuil de -1.1 Mpa, indépendant de l’éclairement. Cette relation décrit correctement le cas d’une culture irriguée subissant une sécheresse limitée dans le temps (Psif à l’aube >= -2.2 Mpa). Mais nous avons montré que l’adaptation se traduit sur la courbe de réponse de de la photosynthèse nette à l’éclairement par (1) une absence de sensibilité au Psif dans la gamme observée, (2) une réponse photosynthétique non négligeable à des potentiels pour lesquels la photosynthèse en irrigué serait nulle. Nous proposons une façon de tenir compte de ces deux ordres de variation dans le calcul de coefficient réducteur de l’efficience de conversion du rayonnement intercepté en biomasse. L’effet de la sécheresse sur la répartition du carbone assimilé par le couvert est analysé au champ. Tout se déroule comme si la limitation de la croissance des parties aériennes entrainait une redistribution de la biomasse entre parties récoltées et non récoltées. Sous cette hypothèse nous traitons la répartition comme le résultat de la diminution de la demande en carbone des tiges feuillées. Les expérimentations au niveau agronomique montrent que la composante du niveau de production la plus sensible est le poids de tiges, et plus particulièrement la longueur des entrenœuds. Une relation empirique entre la vitesse d’allongement des tiges et Psif est présentée à partir de résultats de la biliographie et de nos résultats expérimentaux (conditions contrôlées). L’analyse du phénomène grâce au modèle de Lokhart incite à penser que la relation entre l’état hydrique et la vitesse d’allongement serait indirecte. Dans certaines conditions, les mécanismes de régulation mis en œuvre concerneraient très probablement l’extensibilité plutôt que la pression hydraulique interne des tissus. Nous suggérons que ce type de régulation puisse s’interpréter en terme d’anticipation des conditions climatiques probables, selon l’hypothèse de Piaget.Le plan du modèle en cours de validation est décrit. Il présente la synthèse au niveau du peuplement végétal des relations empiriques et Psif et certains des processus biologiques.