La course est lancée pour améliorer la biomasse des cultures vivrières et énergétiques afin de répondre à la demande d'une population croissante face au changement climatique.
Des tests approfondis des génotypes de cultures sont nécessaires dans les programmes de sélection végétale pour développer des variétés qui ont amélioré les performances dans divers environnements. Des données phénotypiques (traits) de haute qualité sont nécessaires pour évaluer ces génotypes. Les technologies de télédétection telles que les véhicules aériens sans pilote (UAV) volant à basse altitude, la détection proximale et l'imagerie satellitaire permettent une surveillance non intrusive et à haut débit des caractéristiques physiologiques des plantes.
Une équipe dirigée par le Dr Mitchell Tuinstra, professeur de sélection végétale et de génétique à l'Université Purdue, a utilisé le modèle de culture, Agricultural Production Systems sIMulator (APSIM), prédire la variation de la phénologie du sorgho commercial dans différents environnements identifier les cibles de caractères pour la sélection végétale.
« Le modèle de systèmes de culture APSIM est l'une des meilleures plates-formes pour simuler la croissance et le développement des plantes de sorgho et pour prédire les performances des cultures dans divers environnements de production. APSIM permet de simuler les interactions entre l'usine, l'environnement et la gestion. »
Tout d'abord, l'équipe avait besoin de données de paramétrage et de validation sur le sorgho. Chacune des 3 années, 18 hybrides de sorgho ont été cultivés dans des essais répétés sur le terrain. 6 sorgho étaient du type "grain" plus court avec de grandes panicules, et 12 étaient du type "fourrage" plus haut qui étaient soit photopériodiques, soit insensibles à la photopériode. Les données de référence au sol ont été collectées manuellement (densité des plantes, date de floraison, biomasse sèche finale et hauteur maximale) et les images RVB d'un UAV ont été utilisées pour calculer la couverture de la canopée.
Selon Tuinstra, « les modèles de croissance des cultures qui intègrent des données de télédétection offrent une approche efficace pour paramétrer de plus grandes populations de sélection végétale ».
Les données des vastes essais sur le terrain ont démontré que la hauteur maximale des plantes, la biomasse sèche finale et l'efficacité d'utilisation du rayonnement (RUE) des hybrides de sorgho fourrager sensibles et insensibles à la photopériode avaient tendance à être plus élevées que celles observées dans le sorgho à grains. En outre, les hybrides de sorgho sensibles à la photopériode ont présenté une plus grande production de biomasse dans des environnements de croissance plus longs.
L'APSIM a ensuite été utilisé pour explorer les différences de productivité entre les hybrides de sorgho sur plusieurs années et différentes régions. Deux hybrides avaient les rendements de biomasse les plus élevés aux deux endroits, et cette tendance a persisté pendant plusieurs années (voir figure). Ces types d'études sont prometteurs pour les agriculteurs, les décideurs et les chercheurs, car ils pourraient fournir des informations à plus long terme pour les décisions de gestion stratégique, sans essais de rendement approfondis.
Les auteurs ont conclu que l'utilisation des données de télédétection est une approche efficace pour paramétrer de plus grandes populations de sélection végétale pour les modèles de croissance des cultures.
Disponibilité des données
L'Pipeline R pour le calcul des paramètres APSIM et la génération du fichier XML» est stocké au Purdue University Research Repository et comprend le pipeline de traitement des données, les données pour les paramètres d'entrée du modèle et les comparaisons de sorties, et les codes R pour générer ou traiter des ensembles de données centraux.
Les fichiers APSIM utilisés dans les procédures d'étalonnage du modèle sont stockés au Purdue University Research Repository dans "Simulation West Lafayette 2018 de 18 hybrides de sorgho"
Les fichiers APSIM utilisés pour les validations de modèles sont stockés au Purdue University Research Repository dans le "Simulation West Lafayette 2015 de 18 hybrides de sorgho" et "Simulation West Lafayette 2017 de 18 hybrides de sorgho. »
Les fichiers APSIM utilisés pour les simulations de scénarios sont stockés au Purdue University Research Repository dans le "Simulation au Texas d'hybrides de sorgho à l'aide de données météorologiques historiques " et "Simulation de scénario West Lafayette d'hybrides de sorgho à l'aide de données météorologiques historiques" en utilisant des données météorologiques historiques pluriannuelles de Bushland, TX, et West Lafayette, IN.
