Les cultures fruitières pérennes reflètent avec précision le phénomène, l’interception de la lumière, l’allocation des glucides et la dynamique des réserves, et les composantes du rendement.

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Depuis 1991, le simulateur de systèmes de production agricole (APSIM) est passé d’un cadre de système agricole à petite échelle à une vaste collection de modèles utilisés par des milliers de modulateurs à l’échelle internationale. Vingt ans plus tard, son cadre de modélisation englobe plus de 35 espèces végétales, des légumineuses et des graminées aux plantes tubéreuses et aux arbres. Grâce à l’engagement de l’initiative de recherche dans le développement, la gestion et l’utilisation continus d’APSIM, près de 1 000 articles de recherche sont basés sur ses simulations.

Des plateformes comme APSIM aident les chercheurs à explorer la dynamique entre l’atmosphère, les cultures et le sol, aident à l’agronomie des cultures, à la gestion des ravageurs, à la sélection et à la gestion des ressources naturelles, et à évaluer l’impact du changement climatique.

Junqi Zhu, chercheur au Centre de recherche de Marlborough de l’Institut néo-zélandais de recherche sur les plantes et les aliments, dirige une équipe qui a créé le premier modèle de culture fruitière pluriannuelle à l’aide du cadre APSIM de nouvelle génération. Dans l’article publié et silico Plantes, les auteurs ont utilisé la vigne, l’une des cultures fruitières pérennes les plus importantes au monde, comme modèle de la plante.

Les cultures pérennes sont un investissement à long terme des propriétaires terriens. Les raisins restent économiquement productifs pendant 20 à 60 ans. Il n’y a aucune possibilité de changer l’emplacement, le génotype et la configuration des plantes pour s’adapter au climat par rapport aux cultures annuelles. Par conséquent, des décisions fiables sont des aides précieuses pour l’établissement pour considérer les options et pour leur gestion continue.

« La principale différence entre les cultures annuelles et pérennes réside dans les processus de formation du rendement. Le cycle de reproduction d’une culture pérenne dure de 15 à 18 mois ou plus avec des effets de transfert potentiels (par exemple, des réserves de glucides) des années précédentes », explique Zhu. « Nous avons dû nous adapter et ajouter des modules pour illustrer la nature des vignes en fruits. »

Les modules développés par les auteurs comprenaient :

  • Phénologie – Contrairement aux cultures annuelles, les raisins vivaces entrent en dormance puis fleurissent, fleurissent, nouent, développent des baies et meurent. Les organes pérennes comprenaient la canne, la souche et la racine structurelle.
  • Interception de la lumière – Les vignes ont une architecture unique et sont disposées en rangées avec un large étroit entre elles. Calculer le modèle d’interception de la lumière au niveau de la canopée dans une rangée, exprimé en fonction de la largeur de la canopée, de la profondeur de la canopée, de la distance entre deux rangées, de la distance de la surface foliaire des rangées et du coefficient d’extinction de la lumière
  • Allocation de glucides – Le stock et la racine des plantes vivaces en demande de glucides pour la croissance et les réserves sont plus élevés que pour les cultures annuelles, qui privilégient la croissance des organes par rapport aux réserves.
  • Formation des fruits et composition des baies – Les raisins (baies) poussent en grappes, avec plusieurs tiges poussant à partir de chaque pousse avec plusieurs pousses par vigne. Le modèle comprend le nombre original par chasse, le nombre de baies par base, le poids frais, le poids sec, les solides solubles totaux (concentration en sucre) et l’acide gonflable. L’acidité gonflable joue un rôle important dans le goût, la couleur et la stabilité microbienne du jus de raisin.

Les auteurs ont ensuite calibré et validé leur nouveau modèle à l’aide d’un ensemble de données existant.

Des simulations ont été menées sur 8 sites en Nouvelle-Zélande avec un nombre différent de nœuds pour démontrer la taille de la vigne. Certains viticulteurs taillent pendant la phase de reproduction pour améliorer la qualité du vin en réduisant la compétition glucidique entre la croissance végétative et reproductive.

Le modèle de la vigne a capturé les variations du temps phénolique entre les sites pour cinq variétés différentes sur 15 saisons de croissance. Les dates de simulation de débourrement, de floraison et de veraison (début de maturation) étaient bien corrélées avec les dates observées.

Vérification et validation de la simulation débourrement, fleurs et veraison.

Le modèle de rayonnement haut de gamme nouvellement planté a adopté le modèle d’intervention saisonnier du système d’entraînement au positionnement vertical et a fourni un cadre pour modéliser les effets de la configuration du vignoble et de la gestion des allées.

Le modèle a reproduit la dynamique de la matière sèche de différents organes en raison de différentes conditions météorologiques saisonnières et de différentes stratégies de taille (par exemple, différents nombres de nœuds de rétention) sur deux saisons.

Finalement, le modèle a capturé les grandes variations dans les composants des fruits (poids des baies fraîches, solides solubles totaux et acide insoluble) sur 10 saisons dans cinq endroits avec cinq numéros de canne différents retenus.

Validation du poids et du poids frais de baies entières, solides solubles (TSS). et la concentration totale en acide titrable.

Zhu déclare : « Le modèle de la vigne est une avancée importante car il s’agit de la première culture fruitière pérenne à être entièrement mise en œuvre dans APSIM, et fournit un modèle utile pour le développement de modèles pour d’autres cultures fruitières pérennes. Nous espérons que d’autres chercheurs continueront à développer et tester le modèle dans d’autres pays. « 

ARTICLE DE RECHERCHE:

Junqi Zhu, Amber Parker, Fang Gou, Rob Agnew, Linlin Yang, Marc Greven, Victoria Raw, Sue Neal, Damian Martin, Michael CT Trought, Neil Huth, Hamish Edward Brown, développant des modèles de cultures fruitières pérennes dans APSIM Next Generation en utilisant la vigne pour Exemple, dans les usines de silos, 2021 ;, diab021, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab021


Ce manuscrit fait partie de la version spéciale de Silicone Plant Functional Structural Plant Model.

Plus d’informations sur le framework APSIM Next Generation :

APSIM utilise Next Generation, un système de contrôle de version pour assurer la fiabilité des modèles et un système de distribution moderne pour garantir que les utilisateurs peuvent accéder aux modèles et recevoir des mises à jour. Il dispose d’une documentation automatisée et d’une interface facile à utiliser à travers laquelle les développeurs peuvent faire glisser et déposer divers modules et fonctions pour illustrer les processus physiologiques. L’interface utilisateur est au niveau de zéro exigence de compétence en programmation, elle permet à plus de scientifiques de contribuer au développement du modèle. Tout le code source est disponible sur le référentiel du projet APSIM sous une licence de recherche et développement.

Le modèle de vigne APSIM, les données utilisées pour développer un modèle et le code source sont accessibles au public dans le référentiel git APSIM Next Generation : https://github.com/APSIMInitiative/-ApsimX/tree/master/Tests/Validation/Grapevine. Le code R pour le tracé et l’analyse est disponible sur demande auprès des auteurs.

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