Issue
Agronomie
Volume 23, Number 2, March 2003
Page(s) 153 - 168
DOI http://dx.doi.org/10.1051/agro:2002081
Agronomie 23 (2003) 153-168
DOI: 10.1051/agro:2002081

Simulating water uptake in the root zone with a microscopic-scale model of root extraction

Erwan Personne, Alain Perrier and Andrée Tuzet

UMR Environnement et Grandes Cultures, INRA-INA PG, 78850 Thiverval Grignon, France
(Received 14 August 2001; revised 17 December 2001; accepted 4 June 2002)

Abstract
Root water uptake is a key element for analysing the evolution of soil water content, which regulates crop transpiration. Our objective was to design a model taking into account the vertical water redistribution and the root water uptake in order to assess the regulation of plant transpiration induced by the effective soil water availability. To do so, the root water uptake is described with a microscopic-scale model integrated within a classical model of vertical water redistribution. For root water uptake, the root water potential, leading the water transfer from soil to roots, is calculated in order to satisfy the climatic demand... By coupling the microscopic and macroscopic approaches to soil water transfer, the regulation of transpiration can be directly linked to soil hydraulic properties and to effective soil water availability: the numerical model is applied to simulate soil water movement with root water uptake, and simulation results are compared with a series of findings on plant functioning obtained by previous work. Qualitatively, simulated transpiration in response to the soil water content is reasonably consistent with the description of crop behaviour in drying soils and in soil with vertical water heterogeneity. The results are also compared with experimental results in order to evaluate the usefulness of this model: with conventional measurements under field conditions, the prediction of water balance evolution is rather consistent with experimental results.

Résumé
Simulation du prélèvement racinaire sur l'ensemble du système racinaire. Le prélèvement racinaire d'eau par les plantes est le point-clé pour l'analyse de l'évolution du contenu en eau du sol, lequel régule la transpiration des cultures. Notre objectif est de concevoir un modèle qui prenne en compte à la fois la redistribution verticale de l'eau dans le sol et à la fois le prélèvement racinaire pour évaluer les régulations de la plante induites par la disponibilité de l'eau du sol. Pour cela, le prélèvement racinaire qui est évalué par un modèle d'extraction racinaire décrivant les transferts sol-racine à l'échelle microscopique est couplé à un modèle de redistribution verticale de l'eau dans le sol. Grâce à ce couplage entre une approche microscopique et une approche macroscopique, la régulation de la transpiration est directement reliée aux propriétés de transfert d'eau du sol et à la disponibilité effective de l'eau pour le système racinaire. Les résultats des simulations sont mis en parallèle avec un ensemble de résultats expérimentaux caractérisant les réponses des plantes à une phase de dessèchement du sol. Qualitativement, les comportements de la plante vus sous l'angle de l'eau sont reproduits de manière satisfaisante pour un sol s'asséchant et pour un sol ayant un profl vertical d'humidité hétérogène. Les résultats du modèle sont également comparés avec des résultats expérimentaux obtenus dans les conditions naturelles. A partir de mesures classiques réalisées aux champs, l'évolution du bilan d'eau modélisée est très comparable à celle mesurée.


Key words: model / root water uptake / soil-root transfer / transpiration / water

Mots clés : modèle / prélèvement racinaire / transfert sol-racine / transpiration / eau

Correspondence and reprints: Erwan Personne
    e-mail: erwan@bcgn.grignon.inra.fr

Communicated by Serge Rambal (Montpellier, France)



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