Depuis 1991, le simulateur de systèmes de production agricole (APSIM) est passé d'un cadre de systèmes agricoles utilisé par un petit nombre de personnes à un grande collection de modèles utilisés par plusieurs milliers de modélisateurs à l'échelle internationale. Vingt ans plus tard, son cadre de modélisation englobe plus de 35 espèces végétales, allant des légumineuses et des graminées aux tubercules et aux arbres. Grâce au dévouement de l'initiative de recherche au développement, à la gestion et à l'utilisation continus d'APSIM, il existe près de 1,000 XNUMX articles de recherche basés sur ses simulations.

Des plateformes comme APSIM aident les chercheurs à explorer la dynamique entre l'atmosphère, la culture et le sol, aident à l'agronomie des cultures, à la lutte antiparasitaire, à la sélection et à la gestion des ressources naturelles, et évaluent l'impact du changement climatique.

Junqi Zhu, chercheur au New Zealand Institute for Plant and Food Research Limited Marlborough Research Centre, dirige une équipe qui a créé le premier modèle de culture fruitière pérenne en utilisant le cadre APSIM Next Generation. Dans l'article publié par in silico Plants, les auteurs ont utilisé la vigne, l'une des cultures fruitières vivaces les plus importantes sur le plan économique au monde, comme plante modèle.

Les cultures pérennes représentent un investissement à long terme pour les propriétaires fonciers. La vigne reste économiquement productive pendant 20 à 60 ans. Il n'y a aucune possibilité de changer de lieu, de génotype et de configuration des plantes pour s'adapter au climat par rapport aux cultures annuelles. À ce titre, des modèles fiables d'évaluation des options à l'établissement et de gestion continue sont des aides précieuses à la prise de décision.

« 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 15 à 18 mois ou plus avec des effets potentiels de report (par exemple, des réserves de glucides) des années précédentes », explique Zhu. "Nous avions besoin d'adapter et d'ajouter des modules pour représenter la nature des vignes fruitières."

Les modules développés par les auteurs comprenaient :

• Phénologie - Contrairement aux cultures annuelles, les vignes vivaces subissent une dormance suivie de phases de bourgeonnement, de floraison, de nouaison, de développement des baies et de mort des feuilles. Les organes pérennes comprenaient la canne, le tronc et la racine structurelle.
• Interception de la lumière - Les vignes ont une architecture unique et sont plantées en rangées avec une large allée entre elles. Le modèle a calculé l'interception de la lumière par la canopée en ligne, exprimée en fonction de la largeur de la canopée, de la profondeur de la canopée, de la distance entre deux rangées, de la surface foliaire des cultures en ligne et du coefficient d'extinction de la lumière.
• Allocation de glucides - Le tronc et la racine des plantes vivaces demandent des glucides pour la croissance et les réserves sont plus élevés que pour les cultures annuelles, qui donnent la priorité à la croissance des organes par rapport aux réserves.
• Formation du rendement et composition des baies - Les raisins (baies) poussent en grappes, avec plusieurs grappes poussant à partir de chaque pousse avec plusieurs pousses par vigne. Le modèle encapsulait le nombre de régimes par pousse, le nombre de baies par régime, le poids frais, le poids sec, les solides solubles totaux (concentration en sucre) et l'acide titrable. L'acidité titrable 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'ensembles de données existants.

Des simulations ont été effectuées sur 8 sites en Nouvelle-Zélande avec différents nombres de nœuds pour représenter 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 la croissance reproductive.

Le modèle de la vigne a capturé les variations du temps phénologique à travers les sites pour cinq variétés différentes sur 15 saisons de croissance. Les dates simulées de débourrement, de floraison et de véraison (le début de la maturation) étaient bien corrélées avec les dates observées.

Le nouveau modèle de rayonnement des cultures plantées en rangées a capturé le modèle d'interception de la lumière saisonnière d'un système d'entraînement à la position verticale des pousses 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 causée par différentes conditions météorologiques saisonnières et stratégies d'élagage (par exemple, différents nombres de nœuds retenus) sur deux saisons.

Enfin, le modèle a capturé les grandes variations des composantes du rendement (poids frais des baies, solides solubles totaux et acide titrable) sur 10 saisons dans cinq sites avec cinq nombres différents de cannes retenues.

Selon Zhu, « le modèle de la vigne représente une avancée importante car il s'agit de la première culture fruitière pérenne entièrement implémentée dans APSIM, et il fournit un modèle utile pour le développement d'autres cultures fruitières pérennes. Nous espérons que d'autres chercheurs poursuivront le développement et la validation du 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, Développer des modèles de cultures fruitières pérennes dans APSIM Next Generation en utilisant la vigne comme un exemple, in silico Plants, 2021;, diab021, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab021

Ce manuscrit fait partie de in silico Plant's Numéro spécial sur le modèle structurel fonctionnel de l'usine.

En savoir plus sur le framework APSIM Next Generation :

APSIM Next Generation utilise un système de contrôle de version pour garantir la fiabilité des modèles et un système de distribution moderne pour garantir que les utilisateurs peuvent facilement accéder aux modèles et recevoir les mises à jour. Il dispose d'une documentation automatique et d'une interface conviviale dans laquelle les développeurs peuvent faire glisser et déposer différents modules et fonctions pour représenter les processus physiologiques. L'interface utilisateur est au niveau zéro exigence de compétences en programmation, permet à davantage de scientifiques de contribuer au développement du modèle. Tout le code source est disponible sur le référentiel de l'initiative APSIM sous une licence de recherche et développement.

Le modèle Grapevine APSIM, les données utilisées pour le développement du 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 auprès des auteurs sur demande.