L’évapotranspiration joue un rôle important dans les échanges sol-végétation-atmosphère et constitue un terme majoritaire du cycle d’eau. L’accès à la partition de l’évapotranspiration entre l’évaporation du sol et la transpiration des plantes à différentes échelles spatio-temporelles induiraient des avancées significatives. La partition de l'ET du champ de blé en T et E est sujette à d'importantes incertitudes en raison à la fois de la large fourchette (0 à 0,9) couverte par le rapport T/ET quotidien et de la difficulté à séparer la composante T (ou E) de l'ET totale. Une expérience originale est proposée ici 1) pour mettre en œuvre quatre méthodes indépendantes comprenant trois techniques de mesure (EC, Lys et SF) et une approche de modélisation (FAO-2Kc) sur deux champs de blé irrigués au goutte-à-goutte avec différents régimes d'irrigation, 2) pour évaluer les incertitudes systématiques et aléatoires dans chaque méthode de partitionnement et 3) pour analyser la dynamique du rapport T/ET quotidien par rapport à plusieurs facteurs de variabilité supposés, notamment la SSM, le LAI et le VPD.
Le rapport T/ET augmente généralement en milieu de saison, passant d'environ 0,50 à environ 0,85 à la maturité, puis diminue vers 0 pendant la période de sénescence. Il est intéressant de noter que le rapport T/ET est fortement et positivement corrélé avec la SSM. Il est suggéré que, dans un environnement aussi aride et pendant les stades phénologiques où le sol est bien couvert, la SSM est un indicateur significatif de la disponibilité en eau du sol pour le blé. Même si les incertitudes aléatoires relatives estimées dans tous les rapports T/ET sont acceptables (elles sont toutes comprises entre 19 % et 24 %).
En parallèle, l’expérience réalisé nous a permis d'étudier les mesures du signal PRI installé dans le champ de blé d'hiver pendant deux saisons agricoles, afin de comprendre la variation de ce signal à différents paramètres environnementaux (LAI, Rg, AWC, transpiration). Ces travaux assez exploratoires ont permis de démontrer que le LAI a un impact évident sur les mesures du signal PRI à l'échelle de la saison, en particulier pour le blé, qui est une culture annuelle. En outre, l'indice PRIj que nous avons pu développer montre une indépendance totale par rapport aux effets structurels liés au LAI et reflète le niveau de stress hydrique auquel la parcelle de blé a été soumise pendant toute l'expérience. Cela a révélé la capacité du signal PRI à fournir des informations sur le niveau de stress subi par le champ de blé. En outre, un indice de température normalisé Tnorm calculé sur la base de la température de surface du blé a été utilisé et on a pu le comparer aux paramètres environnementaux. Cela nous a permis de démontrer que le Tnorm est un indice de stress hydrique qui réagit au manque d'eau avec une variation non linéaire vis-à-vis de l’AWC. En comparant l'indice PRIj avec l'indice Tnorm, il est apparu clairement que le PRIj est un indice de stress hydrique qui réagit à la variation de l’AWC sur une large gamme et qu'il nous fournit des informations sur l'état du couvert végétal à tous les stades de développement du blé.
Finalement, cette étude fournit un ensemble de données uniques qui seront utilisées dans un avenir proche pour améliorer les modèles de surface des sols, les modèles de bilan énergétique à double source et les modèles de transfert sol-végétation-atmosphère. Aussi, l'utilisation du PRI comme indicateur de stress hydrique de référence peut ainsi aider à l'irrigation optimale des cultures avec une prise de décision en temps utile pour éviter le stress hydrique des cultures. Une généralisation de ces outils à d’autres cultures que le blé et à d’autres modes d’irrigation permettra de développer des indices d’efficience d’utilisation de l’eau utiles pour optimiser l’irrigation et participer à une gestion rationnelle de notre patrimoine. |
Evapotranspiration plays an important role in soil-vegetation-atmosphere exchanges and is a major term in the water cycle. Access to the partitioning of evapotranspiration between soil evaporation and plant transpiration at different spatiotemporal scales would lead to significant advances. The partitioning of the wheat field ET into T and E is subject to significant uncertainties due to both the wide range (0 to 0.9) covered by the daily T/ET ratio and the difficulty in separating the T (or E) component from the total ET. Although past studies have been based on only two independent methods to represent three fluxes (E, T and ET), an original experiment is proposed here 1) to implement four independent methods involving three measurement techniques (EC, Lys and SF) and a modelling approach (FAO-2Kc) on two wheat fields irrigated by drip with different irrigation regimes, 2) to assess systematic and random uncertainties in each partitioning method, and 3) to analyse the dynamics of the daily T/ET ratio with respect to several assumed variability factors, including SSM, LAI and VPD.
The T/ET ratio generally increases in mid-season from about 0.50 to about 0.85 at maturity and then decreases to 0 during the senescence period. It is interesting to note that the T/ET ratio is strongly and positively correlated with SSM, while no significant correlation is obtained with LAI. It is suggested that in such an arid environment and during the phenological stages where the soil is well covered, SSM is a significant indicator of soil water availability for wheat. Although the estimated relative random uncertainties in all T/ET ratios are acceptable (they are all between 19% and 24%), systematic errors in SF measurements lead to values greater than 1 during periods of water stress and senescence.
In parallel, the experiment allowed us to study the measurements of the PRI signal installed in the winter wheat field during two agricultural seasons, in order to understand the variation of this signal to different environmental parameters (LAI, Rg, AWC, transpiration). This fairly exploratory work demonstrated that LAI has a clear impact on season-wide measurements of the PRI signal, particularly for wheat, which is an annual crop. In addition, the PRIj index that we were able to develop shows complete independence from the structural effects of LAI and reflects the level of water stress to which the wheat plot was subjected throughout the experiment. This allowed us to obtain a coefficient of determination between PRIj and AWC of 0.71. This revealed the ability of the PRI signal to provide information on the level of stress experienced by the wheat field. In addition, a Tnorm normalized temperature index calculated based on wheat surface temperature was used and compared to environmental parameters. This allowed us to demonstrate that the Tnorm is a water stress index that responds to water scarcity with a non-linear variation to the AWC. By comparing the PRIj index with the Tnorm index, it became clear that the PRIj is a water stress index that responds to the variation of the AWC over a wide range and that it provides us with information on the state of the vegetation cover at all stages of wheat development.
Finally, this study provides a unique data set that will be used in the near future to improve soil surface models, dual-source energy balance models and soil-vegetation-atmosphere transfer models. Also, the use of PRI as a reference water stress indicator can thus help in optimal crop irrigation with timely decision making to avoid crop water stress. A generalization of these tools to crops other than wheat and to other modes of irrigation will make it possible to develop water use efficiency indices useful for optimizing irrigation and participating in a rational management of our heritage. |