Modélisation du maïs : quelle précision sur les interactions entre les niveaux de CO2, le rendement et l'approvisionnement en eau ?

Une étude conduite par le groupe maïs piloté par le département EA dans le cadre du programme international AgMIP a évalué la capacité de 21 modèles de culture de maïs de rendre compte d’une expérience exceptionnelle d’augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique en plein champ.

Journée de présentation sur le recyclage et l'impact des produits résiduaires organiques au champs (Recherche set expérimentations du dispositif QualiAgro). Champs de maïs sur le site expérimental de Feucherolles (78).. © © Bertrand NICOLAS - Inra, NICOLAS Bertrand
Mis à jour le 17/03/2017
Publié le 17/03/2017

Modéliser 21 cultures de maïs et simuler l'impact du dioxyde de carbone

L'expérience étudiée a été conduite par l'Institut Thünen, à Braunschweig en Allemagne (Manderscheid et al., 2014). Les données correspondant au témoin à dioxyde de carbone (CO2) normal et en état hydrique non limitant, avec les conditions édaphiques initiales (relatif à la nature du sol), les données climatiques, les techniques de culture et les rendements, ainsi que l’indice foliaire, les teneurs en azote de la biomasse et du grain, et la consommation d’eau, ont été fournies aux 21 équipes de modélisation qui ont ainsi ajusté les paramètres liés à la variété. Les 21 modèles se distinguent les uns des autres notamment par leur mode de calcul de la photosynthèse, de la conductance stomatique et du nombre de grains. Les équipes ont ensuite utilisé les données climatiques fournies pour simuler l’impact du CO2 en conditions sèches et non limitantes.

Des simulations et observations hétérogènes pour le rendement

A humidité non limitante, l’absence de réponse de la culture au CO2 a été correctement reproduite par les modèles, ainsi que l’impact du déficit hydrique à CO2 normal. En conditions sèches cependant, seulement le tiers de l’impact particulièrement élevé de l’augmentation du CO2 à 550 ppm a pu être simulé par les modèles. C’est le défaut de simulation d’une teneur en eau du sol particulièrement faible au moment de la floraison, ainsi que l’impact très positif du CO2 sur cette teneur en eau du sol à cette phase et du nombre de grains, qui expliquent la différence entre les simulations et les observations sur le rendement. Globalement, les modèles incluant un calcul explicite de la conductance stomatique ont toutefois présenté de meilleures performances. Les résultats des scientifiques mettent ainsi en exergue la nécessité d’améliorer les modèles de cultures pour la simulation de la régulation de la transpiration, de son impact sur l’état hydrique et la détermination du nombre de grains.

Pour résumé, cette étude a permis de mettre en avant plusieurs connaissances sur la fiabilité de ces modèles :

  •   les simulations utilisant un ensemble de 21 modèles peuvent surestimer l'impact du déficit hydrique du sol.
  •   sous l'effet du déficit hydrique, l'impact simulé du CO2 élevé sur le rendement du maïs peut être sous-estimé de façon significative.
  •   la plus grande incertitude entre les modèles provient de la simulation du bilan hydrique du sol et des cultures.
  •   la conductance stomatique devrait être mieux paramétrée et simulée pour prédire l'impact du CO2 sur le rendement sous déficit hydrique.
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Publication

How accurately do maize crop models simulate the interactions of atmospheric CO2 concentration levels with limited water supply on water use and yield? European Journal of Agronomy http://dx.doi.org/10.1016/j.eja.2017.01.002