Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Amélioration de l’efficience d’utilisation de l’eau chez les principales cultures fourragères au Tadla- Maroc
Bouazzama, Bassou
2013
 

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Keywords :
alfalfa-berseem-silage maize; irrigation-CropSyst-PILOTE; Tadla-Morocco; luzerne-bersim-maïs ensilage; Tadla-Maroc
Abstract :
[en] Aiming to define irrigation strategies improving the water productivity by folder crops under water scarcity in the irrigated perimeter of Tadla (Morocco), this work combines field experimentation and modeling. The field study of crop response to water stress is important to maximize yield and improve agricultural water use efficiency (WUE) in areas where water resources are limited. On the silage maize, the results showed that water deficit affected plant height growth, accelerated the senescence of the leaves and reduced the leaf area index. Dry matter yields varied from 3.9 t.ha-1 under T5 (20% ETc) to 16.4 t.ha-1 under T1 (100% ETc). The establishment of the water budget by growth phase showed that the water use efficiency was higher during the linear phase of growth. WUE calculated at harvest varied between 2.99 kg.m-3 under T1 and 1.84 kg.m-3 under T5. The actual evapotranspiration under T1 (100% ETc) was 478 mm and 463 mm in 2009 and 2010, respectively. The yield response factor (Ky) for the silage maize for both growth seasons was 1.12. The ETc of silage maize was determined using lysimeter drainage at 415 mm. the mean values of crop coefficients Kc were 0.56, 1.22 and 1.05 for beginning phase, mid-season and at harvest (grain milky pasty stage) respectively. Drip irrigation allows obtaining dry matter yields similar to flood irrigation but with less water and saves about 30% of irrigation water applied. Over five cycles, berseem dry biomass yields achieved under T1 are 14.3 and 13.9 t/ha in 2009/10 and 2010/11 respectively. The yield reductions by applying 60% of water requirements are 40 and 42% in 2009/10 and 2010/11 respectively. Berseem daily productivity increases with more water applied with the highest value of 102 kg DM/ ha/ day. The dry matter content increases with water stress. The mean values range between 12.3 and 23.7% under T1 (100% ETc) and T4 (40% ETc) respectively. The contribution of without irrigation cycles (rainy period) on the total annual yield may vary from 35% to 52% under treatments T1 and T4 respectively. Water balance achieved by water regime shows that drainage losses increase with more water applied especially in the first cycle. WUE is low during the first cycle, optimal in 2nd, 3rd and 4th cycle and decreases in the last one with water stress. Global WUE of berseem determined over the entire crop period (slope of the regression line) is 3.37 kg.m-3. The yield response factor (Ky) for the berseem for both growth season was 1.11. Berseem ETc determined by drainage lysimeter was 520 mm. The Kc values were estimated for each cycle for all three phases: initial, development (median) and mid-season. Maximum yield average under drip irrigation was 15.7 t/ha and obtained with 411 mm of water supply allowing to save 57% of water compared to traditional irrigation technique. Comparing the behavior of six alfalfa varieties most commonly practiced in the irrigated perimeter of Tadla shows that the "Super Siriver" cultivars followed by «Trifecta» have higher yield potential and higher tolerance to water deficit. Alfalfa maximum annual yield obtained was 24.2 t.ha-1. The contribution of the spring cycles to the annual yields range from 55% under T1 (100% ETc) to 65% under T4 (40 % ETc). In addition to water quantities, alfalfa yields depend on time application during a growth cycle. WUE varies from cycle to another and from one season to another. The maximum value was 2.57 kg.m-3 and obtained in spring 2011, while the low value was 0.64 kg.m-3 and obtained in winter 2010. WUE decreases with water stress, with mean values of 1.83, 1.67, 1.54 and 1.23 kg.m-3 under T1 (100% ETc), T2 (80% ETc), T3 (60% ETc) and T4 (40% ETc) respectively. The yield response factor (Ky) of alfalfa was 0.92. The determination of the alfalfa water requirements was performed on the basis of cycle’s calendar during two years in 2010 and 2011. The values founded for flood irrigation are 1388 and 1364 mm respectively for the two years. Drip irrigation allows achieving similar dry mater yield to flood irrigation with less water and agronomic efficiency. Water applied under T1 in drip irrigation with 50 cm of spacing between ramps was less than water requirements (of alfalfa) by about 7% and 18% in 2010 and 2011 respectively. Under the same treatment in flood irrigation, the water requirements are exceeded by 16% and 21% in 2010 and 2011 respectively. Two crop models, PILOTE and CropSyst, had been selected to be tested on their ability to simulate the growth and yield of the studied crops under the edaphic-climatic conditions of Tadla. Tested on silage maize, both models correctly simulated the growth and development of the crop under different water regimes. The parameters of both models are validated and shown effective for simulation of biomass, leaf area index and soil water storage. Although PILOTE requires less parameters and data than CropSyst, it often proves to be more successful in simulating the biomass of silage maize and water balance. As to berseem, predictions of biomass by CropSyst seem to be more accurate than PILOTE model. The latter was best at predicting the soil water reserve on the soil depth exploited by the roots (0-80 cm). Given its ease of integrating daily climatic data for several years, CropSyst model was chosen to test its ability to simulate the crop rotation of berseem and maize silage. The results show that this model correctly simulates the evolution of biomass and yields of the two crops considered in rotation during three years. Modeling the growth and production of alfalfa is made by both models outside the crop installation period (seeding year). After calibration and validation achieved, the model CropSyst simulates adequately biomass and soil water reserve under all water regimes considered while PILOTE best simulations were limited to non-stressed treatment T1 (100% ETc). Although CropSyst model takes into account several parameters in the simulation of alfalfa growth, their simplifications (unique values) reduce its performance in more water stress situation. Less parameters considered in the PILOTE model makes it validation difficult for perennial crops such as alfalfa. CropSyst model was used to evaluate irrigation practices of farmers and develop irrigation virtual scenarios for the three crops studied. The assessment shows that virtual scenario developed for alfalfa that applying 1600 mm of irrigation water amount through 14 applications divided into six irrigations during the spring, six in summer, one in the fall and another in early winter maximizes irrigation water efficiency (1.21 kg/m3) and achieve a yield of 23.1 t/ha (95% of the yield potential). In the case of maize, if water is available, application of 648 mm according to the combination [2 irrigations in initial phase (after sowing), 2 irrigations in linear and two in final phases] allows to achieve high biomass yield and better water use. On berseem, the simulation results confirm that the adoption of the scenario that provides 625 mm through 7 irrigations (3 in autumn, 2 in winter and 2 in spring) allows obtaining 14.1 t/ha of dry matter which represents 94% of the yield potential of the 6454 cultivar. This scenario allows greater water efficiency (1.24 kg/m3) and results in low water drainage losses estimated at about 17% of applied water. The comparison of the two cropping systems represented by alfalfa and silage maize-berseem rotation shows that the rotation allows the better water use and mobilizes less water than alfalfa, which is distinguished by its profitability. Finally, the coupling of the results of three years (2008 to 2011) "in situ" experimentations with the simulations of scenarios by CropSyst and PILOTE models has shown to be highly effective in order to improve the folder crops irrigation in the Tadla irrigated area in Morocco.
[fr] Dans l’objectif d’améliorer la productivité des principales cultures fourragères au périmètre irrigué de Tadla dans des situations hydriques de plus en plus sévères, le présent travail associe l’expérimentation sur terrain et la modélisation. L’étude de la réponse des cultures au déficit hydrique est importante pour maximiser les rendements et améliorer l’efficience d’utilisation de l’eau. Sur le maïs ensilage, les résultats ont montré que le déficit hydrique affecte la croissance en hauteur des plants, accélère la sénescence des feuilles et réduit l’indice de la surface foliaire. Les rendements en matière sèche ont varié de 3,9 t.ha-1 sous T5 (20% ETc) à 16,4 t.ha-1 sous T1 (100% ETc). L’efficience d’utilisation de l’eau (EUE) est plus élevée durant la phase linéaire de croissance. L’EUE calculée à la récolte varie entre 2,99 kg.m-3 sous T1 à 1,84 kg.m-3 sous T5. L’évapotranspiration réelle sous T1 (100% ETc) est de 478 mm et 463 mm en 2009 et 2010, respectivement. La valeur du coefficient de réponse à l’eau (Ky) du maïs ensilage est de 1,12. L’ETc du maïs a été déterminé par lysimètre à drainage à 415 mm. Les valeurs moyennes obtenues des coefficients culturaux sont de 0,56, 1,22 et 1,05 pour le stade initial, mi-saison et avant la récolte (stade grain laiteux pâteux) respectivement. L’irrigation localisée permet d’obtenir des rendements similaires au système gravitaire mais avec des apports hydriques très réduits et permet ainsi d’économiser environ 30% de l’eau d’irrigation. Sur des périodes de culture du bersim de 5 cycles, les rendements en biomasse atteints sous le régime T1 sont de 14,3 et 13,9 t/ha en 2009/10 et 2010/11 respectivement. Les réductions de rendements en appliquant 60% des apports en eau sont de 40 et 42% en 2009/10 et 2010/11 respectivement. La productivité journalière du bersim augmente avec plus d’apport en eau avec comme valeur maximale 102 kg MS/ha/jour. Le taux de matière sèche augmente avec le stress hydrique avec des valeurs moyennes qui varient entre 12,3 et 23,7% sous T1 et T4 respectivement. La contribution des cycles sans irrigation (période pluvieuse) au rendement total annuel peut varier de 35% à 52% sous les régimes T1 et T4 respectivement. La réalisation des bilans hydriques par régime hydrique montre que les pertes par drainage augmentent avec plus d’apport en eau surtout en 1er cycle. L’efficience d’utilisation de l’eau est faible pendant le cycle d’installation, optimale pendant les trois cycles 2, 3 et 4 et diminue au dernier cycle avec le stress hydrique. L’EUE globale du bersim déterminée sur toute la période de culture (pente de la droite de régression) est de 3,37 kg.m-3. Le coefficient de réponse du rendement du bersim à l’eau est de 1,11. L’ETc déterminée moyennant un lysimètre à drainage est 520 mm. Les valeurs de Kc ont été estimées pour chaque cycle pour les trois phases : initiale, développement (valeur médiane) et mi-saison. Le rendement moyen maximal obtenu sous le goutte à goutte est de 15,7 t/ha et a été obtenu avec un apport en eau de 411 mm ce qui a permis une économie d’eau de 57% par rapport au gravitaire. La comparaison du comportement de six variétés de luzerne les plus pratiquées dans le périmètre irrigué de Tadla montre que la variété « Super Siriver » suivie de « Trifecta » ont des potentialités de production très élevées avec des meilleures capacités de tolérance du stress hydrique. Le rendement annuel maximal obtenu pour la luzerne est de 24,2 t.ha-1. La contribution des cycles de printemps au rendement total annuel varie de 55% sous T1 (100% ETc) à 65% sous T4 (40% ETc). Les rendements de la luzerne dépendent en plus des quantités d’eau apportées de l’emplacement des apports à l’intérieur d’un cycle. L’efficience d’utilisation de l’eau varie d’un cycle à l’autre et d’une saison à l’autre. La valeur maximale est de 2,57 kg.m-3 et obtenue au printemps 2011 alors que la faible valeur est de 0,64 kg.m-3 qui est obtenue en hiver 2010. L’EUE diminue avec le stress hydrique avec des valeurs moyennes de 1,83, 1,67, 1,54 et 1,23 kg.m-3 sous T1, T2, T3 et T4 respectivement. Le coefficient de réponse de rendement à l’eau (Ky) de la luzerne est de 0,92. La détermination des besoins en eau de la luzerne a été réalisée sur la base des calendriers des cycles de la culture durant les deux campagnes 2010 et 2011. Les valeurs trouvées sous irrigation gravitaire sont de 1388 et 1364 mm pour les deux campagnes respectivement. L’irrigation localisée permet de réaliser des rendements similaires à l’irrigation gravitaire avec moins d’eau et plus d’efficience agronomique. Les apports en eau effectivement réalisés sous le régime T1 avec l’écartement entre rampes de 50 cm sont inférieurs au besoin net de la culture d’environ 7% et 18% en 2010 et 2011 respectivement. Sous le même régime en irrigation gravitaire, les besoins sont dépassés de 16% et 21% en 2010 et 2011 respectivement. Deux modèles de cultures, PILOTE et CropSyst, avaient été retenus pour être testés sur leurs aptitudes à simuler la croissance et les rendements des trois cultures étudiés sous les conditions édapho-climatiques de Tadla. Sur le maïs, les deux modèles ont simulé correctement la croissance et le développement de cette culture sous des régimes hydriques variés. Les paramètres des deux modèles se sont montrés validés et efficaces pour la simulation de la biomasse, le LAI et le stock hydrique. Bien que PILOTE nécessite moins de paramètres et de données que CropSyst, il s'avère être souvent plus performant dans la simulation de la biomasse du maïs et du bilan hydrique. Concernant le bersim, les prédictions de la biomasse par CropSyst semblent être plus précises que celles du modèle PILOTE qui est à son tour meilleur au niveau de la prédiction du stock hydrique sur la tranche du sol exploitée par les racines (0-80 cm). Le modèle CropSyst a été retenu pour tester la possibilité de simuler la rotation bersim-maïs ensilage vu sa facilité d’intégrer des données climatiques journalières de plusieurs années. Les résultats montrent que ce modèle simule correctement l’évolution de la biomasse et les rendements des deux cultures considérées en rotation durant trois ans. La modélisation de la croissance et la production de la luzerne est réalisée pour les deux modèles en dehors de l’année d’installation de la culture. A l’issue de la calibration et de la validation réalisées, le modèle CropSyst simule convenablement la biomasse et le stock hydrique sur tous les régimes hydriques étudiés alors que les meilleures simulations de ces sorties par PILOTE se sont limitées au traitement non stressant T1. Bien que le modèle CropSyst prenne en considération plusieurs paramètres dans la simulation de la croissance de la luzerne, leurs simplifications (valeurs uniques) réduisent ses performances surtout en situation de stress hydrique accentuée. Le peu de paramètre pris en considération dans le modèle PILOTE rend difficile sa validation pour une culture pérenne telle que la luzerne dans des situations variables. Le modèle CropSyst a été retenu pour évaluer les pratiques d’irrigation des agriculteurs et élaborer des scénarios virtuels d’irrigation pour les trois cultures étudiées. L’évaluation des scénarios virtuels élaborés montre que pour la luzerne, l’application d’une dose d’irrigation de 1600 mm selon un scénario qui prévoit l’application de 14 irrigations réparties en six arrosages durant le printemps, six en été, un en automne et un autre en début d’hiver permet de maximiser l’efficience de l’eau d’irrigation (EEI) (1,21 kg/m3) et de réaliser un rendement de 23,1 t/ha (soit 95% du potentiel). Sur le maïs, l’application d’une dose de 648 mm selon la combinaison [2 en phase initiale (au semis), 2 en phase linéaire et 2 en étape finale] permet d’atteindre le double objectif de réaliser un rendement élevé et garantir une meilleure valorisation de l’eau. Concernant le bersim, les résultats de simulation confirment que l’adoption du scénario qui prévoit l’application de 625 mm en 7 irrigations (3 en automne, 2 en hiver et 2 au printemps) permet de réaliser un rendement de 14,1 t/ha qui représente 94% du potentiel de la variété 6454. Ce scénario permet la meilleure efficience de l’eau d’irrigation (1,24 kg/m3) et occasionne de faibles pertes par drainage estimées à environ 17% des apports en eau. La comparaison des deux systèmes de cultures représentés par la luzerne et la rotation maïs ensilage-bersim montre que la rotation valorise mieux l’eau et mobilise moins d’eau que la luzerne qui se distingue par sa rentabilité économique. Ainsi, le couplage des résultats de trois années d’expérimentations "in situ" (2008 à 2011) à ceux du calage, de la validation et des simulations de scénarios par les deux modèles CropSyst et PILOTE s'est révélé d’un grand intérêt pour l’amélioration de la conduite de l’irrigation des fourrages dans le périmètre irrigué de Tadla au Maroc.
Disciplines :
Agriculture & agronomy
Author, co-author :
Bouazzama, Bassou ;  Université de Liège - ULiège > Doct. sc. agro. & ingé. biol.
Language :
French
Title :
Amélioration de l’efficience d’utilisation de l’eau chez les principales cultures fourragères au Tadla- Maroc
Alternative titles :
[en] Improving water productivity by folder crops in the irrigated perimeter of Tadla (Morocco)
Defense date :
09 December 2013
Number of pages :
297
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Docteur en Sciences Agronomiques et Ingénierie Biologiques
Promotor :
Degré, Aurore  ;  Université de Liège - ULiège > GxABT : Services généraux du site > Site GxABT - Relations extérieures et information sur les études
Bouaziz, Ahmed
President :
Bock, Laurent ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Echanges Eau - Sol - Plantes
Jury member :
Bodson, Bernard ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT
Maraux, Florent
Mailhol, Jean-Claude
Xanthoulis, Dimitri ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Echanges Eau - Sol - Plantes
Destain, Jean-Pierre ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Plant Sciences
Available on ORBi :
since 05 December 2013

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