Caractérisation et modélisation des réponses à la température de la luzerne et de la fétuque élevée pour des variétés d'origines contrastées. Application au modèle STICS

Experimentations and modelisations of responses to temperature in contrasting genotypes from two perennial forage species (Alfalfa and Tall fescue). Model STICS

• Auteur / Autrice : Serge Zaka
• Direction : François Gastal, Gaëtan Louarn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 30/03/2016
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche pluridisciplinaire prairies et plantes fourragères - URP3F
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Erwin Dreyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Gastal, Gaëtan Louarn, Marie Launay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erwin Dreyer, François Tardieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Écophysiologie

Agronomie

Plantes fourragères

Changements climatiques

Plantes -- Effets de la température

Mots clés libres

Température

Luzerne

Fétuque élevée

Prairie

Changement climatique

Courbe de réponse

Acclimatation

Croissance

Développement

Photosynthèse

Temperature

Lucerne

Festuca

Grassland

Global warming

Temperature dependencie

Acclimation

Growth

Development

Photosynthesis

Résumé

Le changement climatique entraîne un changement profond des régimes thermiques qui a des conséquences importantes sur la croissance des plantes. Toutefois, les effets des températures extrêmes ont été peu étudiés chez espèces fourragères pérennes, et ne sont pas intégrés dans les modèles actuels de prairie. Or ces modèles ont un rôle central à jouer dans le développement de stratégies d'adaptation au changement climatique. Dans ce contexte, cette thèse a cherché à approfondir la compréhension de la réponse de la luzerne et de la fétuque élevée à une large gamme de températures et à améliorer la prise en compte de ces réponses dans le modèle STICS. Un volet de travail expérimental en conditions contrôlées n'a pas permis de mettre en évidence de différences de réponses entre génotypes d'origine contrastées (tempéré/Méditerranéen) pour différents processus de croissance et de développement des deux espèces. En revanche, il est apparu des différences significatives entre les réponses normalisées de différents processus ; l'allongement des tiges en particulier se distinguant nettement des autres processus chez la luzerne. La réponse de la photosynthèse à la température a montré une forte acclimatation à la température de croissance, aussi bien pour des génotypes d'origine tempérée que méditerranéenne. Ces derniers sont apparus plus sensibles aux températures élevées du fait d'une désactivation de la RUBISCO. La modification des formalismes de réponse à la température de la croissance et du développement dans STICS (fonction non linéaire, pas de temps) a eu un fort impact sur le cumul de temps thermique pour des scénarios climatiques « futurs ». Toutefois, du fait de l'effet majoritaire d'autres stress conjoints durant les périodes de stress thermique et d'une rapide saturation du rayonnement intercepté, l'impact sur les projections de production fourragère s'est avéré limité pour les conditions testées. Au total ces résultats suggèrent que les productions fourragères pourraient être moins exposées au stress thermique que les cultures annuelles.

Due to climate change, the global average temperature is expected to rise with marked impacts on crop growth. However, extreme temperature's impacts on perennial herbaceous species have received much less attention to date than other crops and aren’t currently implemented in grassland models. Yet, grassland models have a major role to play in defining adaptation options to global warming’s impacts on agriculture. In this context, our aims were to characterise the responses to temperature of two major perennial forage species over a large range of growth temperature and to improve the temperature response formalisms in the STICS model. First, experiment conducted in growth chambers indicated that the responses of normalized developmental rates did not differ between genotypes from contrasting thermal areas (Mediterranean/temperate) within each species. On the other hand, the responses to temperature of normalised rates differed significantly between several of the physiological processes studied; in particular stem elongation rate differed from other developmental rates in alfalfa. Irrespective of cultivar origin, a remarkable acclimation of photosynthesis to growth temperature was observed. Mediterranean genotypes displayed a greater sensitivity of the maximum rate of Rubisco carboxylation to elevated temperatures. Modifications of temperature formalism in the STICS crop model (implementation of nonlinear response, hourly/daily step of response) had a significant impact on thermal time accumulation and crop development for future climate scenarios. However, due to larger effects of water stress and to saturation of radiation interception, impacts on projections of grassland dry matter production were limited. This result suggests that grassland production could be less exposed to thermal stress than annual crops.