Lebonvallet, Sophie (2008) Quinoa establishment and siùulation of its culture on the Bolivian Aaltiplano. PhD thesis Agronomie, INRA Avignon Agroclim, AgroParistech 2008AGPT0029 p.244.

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Abstract

Quinoa is a pseudo cereal of South America, grown mainly in the Andean region on the Bolivian and Peruvian Altiplano. Today, about 25000 tons are produced annually in Bolivia, which became the first exporter in the world. However, the Bolivian Altiplano, which has an average altitude of 3800m, is a harsh environment, where the risks of drought and frost during the crop cycle are very important and provoke low crop yields, highly variable from one year to the other. Because of these limiting climatic conditions, germination and emergence are the main critical phases of the culture of quinoa. The objective of this work was to study those phenomena by modeling, through the adaptation of a generic crop model, STICS, to quinoa and climatic and cropping conditions of the Bolivian Altiplano. Data sets were formed through experiments in three sites from north to south of the Altiplano. At first, crop establishment was studied alone, by a numerical experimentation testing various cultural practices, in order to see the adaptation of the cropping system. The second stage is the model calibration. After analyzing the existing formalisms and determining of the need for new ones or modifications, the parameters were set, based on experimental measurements, bibliography or optimization. The results prove to be quite satisfying. Finally, in the third stage, the impact of implantation techniques on yield was tested. Different rotations were also simulated (fallow-quinoa, fallow-fallow-quinoa, or quinoa-quinoa) to see their influence on the water and nitrogen soil balance, crop establishment and crop yield.

References

Lebonvallet, Sophie (2008). Implantation du quinoa et simulation de sa culture sur l'Altiplano Bolivien. Doctorat Agronomie, INRA Avignon Agroclim, AgroParistech p.244.

Table of content

CHAPITRE I – Contexte et problématique

13

1. Introduction -

17

2. Présentation du quinoa -

17

2.1. Le quinoa, une pseudo-céréale andine - 17

2.2. Une valeur nutritive élevée - 19

2.3. La Bolivie, premier exportateur mondial - 19

3. Le quinoa et sa culture sur l’Altiplano bolivien -

21

3.1. L’Altiplano, un milieu difficile - 21

3.2. Une plante résistante adaptée à son milieu - 25

3.3. Un système de culture dans chaque région - 31

3.4. L’implantation de la culture, une phase déterminante - 39

4. Approche choisie et organisation de l’étude -

39

4.1. Intérêt de la modélisation - 39

4.2. Choix du modèle - 41

4.3. Les questions traitées - 41

CHAPITRE II – Description du modèle STICS et des jeux de données

43

1. Présentation, fonctionnement et utilisation du modèle -

47

1.1. Présentation générale - 47

1.2. Possibilités d’utilisation et applications - 47

1.3. Principes de fonctionnement et données nécessaires - 49

1.4. Méthodologie de paramétrage pour une nouvelle culture - 49

1.5. Outils statistiques et d’évaluation du modèle - 51

2. Modules et formalismes -

55

2.1. Développement - 55

2.2. Croissance aérienne - 57

2.3. Elaboration du rendement - 59

2.4. Croissance racinaire - 61

2.5. Fonctionnement hydrique - 61

2.6. Fonctionnement azoté - 63

2.7. Transferts de chaleur, d’eau et de nitrates - 63

2.8. Gestion technique de la culture - 65

2.9. Microclimat - 65

3. Processus nécessitant une adaptation pour répondre aux conditions de culture du

quinoa sur l’Altiplano bolivien -

65

3.1. Limites du modèle STICS pour notre étude - 65

3.2. Prise en compte de l’altitude - 69

3.3. Modification des formalismes de germination et de levée - 71

3.4. Intégration de l’effet du travail du sol - 73

3.5. Ajout d’un formalisme pour le semis en poquet - 75

4. Description des données d’entrée et des mesures utilisées -

75

4.1. Dispositif expérimental - 75

4.2. Climat - 77

4.3. Sol - 77

4.4. Itinéraire technique - 79

4.5. Etat initial - 79

4.6. Mesures biologiques comparables à des données de sortie - 80

6

CHAPITRE III – Simulation de l’implantation du quinoa

82

1. Etat des lieux sur la mise en place des cultures -

87

1.1. Généralités - 87

1.2. Cas du quinoa - 89

1.3. Comparaison avec d’autres cultures - 91

1.4. Passage à la modélisation - 91

2. Données et paramétrage -

91

2.1. Données de germination et de levée observées - 91

2.2. Paramétrage - 93

2.3. Données utilisées pour l’expérimentation numérique - 95

3. Intérêt des nouveaux formalismes proposés -

95

3.1. Pour appréhender des conditions climatiques et des cultures variées - 95

3.2. Pour représenter l’effet du travail du sol - 97

3.3. Pour représenter le semis en poquet - 99

4. Expérimentation numérique sur la levée -

99

4.1. Fenêtre climatique théorique disponible pour la levée - 99

4.2. Dispositif expérimental - 99

4.3. Résultats du test croisé - 101

4.4. Test de simulation de la date de semis - 111

CHAPITRE IV – Simulation de la croissance et du rendement

117

1. Ecophysiologie du quinoa -

121

1.1. Classification botanique et génétique - 121

1.2. Morphologie - 121

1.3. Biologie reproductive - 125

1.4. Physiologie - 125

1.5. Phénologie - 125

1.6. Bilan des connaissances - 129

2. Choix des formalismes -

129

2.1. Développement - 129

2.2. Croissance aérienne - 131

2.3. Elaboration du rendement - 131

2.4. Croissance racinaire - 131

2.5. Fonctionnement hydrique - 131

2.6. Fonctionnement azoté - 131

3. Paramétrage à partir de la bibliographie, par analogie ou par expérimentation -

131

3.1. Les températures cardinales - 133

3.2. Le développement - 133

3.3. Le feuillage - 135

3.4. L’interception du rayonnement - 135

3.5. La croissance en biomasse - 135

3.6. La répartition de la biomasse entre organes - 135

3.7. Le rendement - 137

3.8. Les racines - 137

3.9. Le gel - 139

3.10. L’eau - 139

4. Paramétrage par optimisation -

139

4.1. Méthodologie - 141

4.2. Optimisation des paramètres avec forçage du LAI et du développement - 141

4.3. Optimisation des paramètres avec forçage du développement sans forçage du LAI - 143

4.4. Optimisation des paramètres avec forçage de la date de levée - 145

4.5. Cas de la levée - 145

5. Cas particulier de l’azote -

147

5.1. Etat des lieux des connaissances sur le comportement azoté du quinoa - 147

7

5.2. Formalismes de STICS - 149

5.3. Hypothèses de travail et méthodologie - 151

5.4. Paramétrage - 153

6. Analyse des résultats obtenus -

155

6.1. Qualité de simulation - 155

6.2. Cas de l’azote - 161

6.3. Capacités et limites du modèle, processus encore insuffisamment pris en compte - 161

CHAPITRE V – Application : étude de cas

165

1. Contexte et problématique -

169

2. Intérêt d’un semis hétérogène -

171

2.1. Dispositif expérimental - 171

2.2. Effet sur le semis en ligne - 171

2.3. Effet sur le semis en poquet - 171

3. Effet des techniques d’implantation sur le rendement -

175

3.1. Dispositif expérimental - 175

3.2. Comparaison entre les sites - 175

3.3. Comparaison des techniques dans l’Altiplano Sud - 181

4. Impact de l’accélération des rotations -

183

4.1. Dispositif expérimental - 183

4.2. Effet sur la teneur en eau du sol - 185

4.3. Effet sur la fertilité du sol - 185

4.4. Effet sur les rendements et les teneurs en azote - 191

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES -

193

Références bibliographiques -

199

Annexe 1- Dispositif expérimental des essais -

213

Annexe 2- Caractéristiques des sols des essais -

219

Annexe 3- Analyses de stabilité des sols -

227

Annexe 4- Valeur des paramètres plante de STICS pour le quinoa -

235

Statistiques de consultation

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