L’amélioration de l’alimentation hydrique par...
L’amélioration de l’alimentation hydrique
par des techniques culturales liées à
l’interaction eau/fertilisation azotée
Rapport final
NQ TS24IOlO=NL(GDF)
CABO Rapport NQ 117
N. van Dui~enbooden~) & L Cissé2)
Mai 1989
‘) Centre de Re cherches Agrobiologiques (CABO)
B.P. 14,670O AA Wageningen, les Pays-Bas
‘2) Institut Sé négalais de Recherches Agricoles (ISRA)
CNRA Bambey, B.P. 53, Bambey, SCnégal
-.
_ _--..-...--
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.----
EFCRATUM
L'analyse de l'ensemble des données disponibles fait penser que les taux de
phosphore observés pourraient Btre trop élevés (partie 5.2.2.2). Des
vérifications des analyses concernées sont en cours. Ceux qui voudraient
utiliser les valeurs concerndes sont priés de s'adresser aux auteurs pour
obtenir les résultats dhfinitifs.
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----
Table de matières
Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“... 7
sLlmnlary
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“...
9
A. Présentation générale du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
B. Programme du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
B.l. Développement d’un modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
B.2. Calibrage et validation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
C. Situation d’exécution du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.l. :Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.2. Développement du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.3. Installation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.4. Calibrage et validation du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
C-5. :Missions de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
D. Rapport scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“... 17
Introduction . . . . . . . . . . . . . . ..*............... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
1. Présentation de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 1
1.11. Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.2. Méthodes d’analyses et de mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 5
1.2.1. Analyse granulométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 5
1.2.2. Mesure de la densité du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.3. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau . . . . . . . . . . . . . 25
1.2.4. Analyses chimiques du sol, de la plante et des matières organiques
utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.4.1. Analyses du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.4.2. Analyses de plante et de matière organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3. Présentation descriptive de la culture étudiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.1. Description générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.2. Croissance et développement de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.3. Caractéristiques du système racinaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 7
2. Etude de la décomposition et de l’évolution des taux de carbone, d’azote et de
phosphore de la matière organique apportée au sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 9
2.1. Matériel et méthodes d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 9
2.2. Résultats et interprétations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 0
2.2.1. Evolution quantitative de la matière organique apportée au sol . . . . . . . . 31
3
2.2.2. Estimation des quantités de N et de P résultant de la décomposition
de la matière organique apportée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2
2.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...‘... . . . . . . . . . . 3 5
3. L’absorption potentielle d’azote et de phosphore par les plantes
pendant la saison de croissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.1. Matériel et méthode d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.2. Résultats et interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 9
4. Présentation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 1
4.2. Description du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.2.1. Structure générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.2.1.1. Programme principal FORCROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.2.1.2. La subroutine du bilan hydrique (WATER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4
4.2.1.3. La subroutine du bilan d’azote (NITBAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 4
4.2.1.4. La subroutine de la culture (MIL88) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 7
4.3. Effets de contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1. Effets de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1.1. Température aérienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1.2. Température du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.2. Effets de déficit de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.3. Effets de carence en azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
5. Calibration et validation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5A. Paramètres mesurés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1. Les mesures et analyses de sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.1. Rétention hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.2. Résistance du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
5.1.1.3. Caractéristiques chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
5.1.1.5. Evolution de la teneur en eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2. Les mesures et analyses de culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.1. Rendements du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.2. Taux d’azote et de phosphore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.3. Paramètres racinaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
5.1.2.4. Mesures additionnelles ..*...................... . . . . . . . . . . . . 55
5.2. Résultats et interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1. Expérimentations du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1.1. Rétention hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1.2. Résistance du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 7
5.2.1.3. Caractéristiques chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 7
5.2.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 8
5.2.1.5. Evolution de la teneur en eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 2
5.2.2. Expérimentations de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 7
5.2.2.1. Rendements du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 7
5.2.2.2. Taux et absorption de l’azote et de phosphore . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3
5.2.2.3. Enracinement de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 9
5.2.2.4. Mesures additionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
5.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 7
5B. Paramètres bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
5.4. Paramètres de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 9
5.4.1. Caractéristiques de la photosynthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
5.4.2. Processus de la germination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 9
5.5. Paramétres additionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 0
5.5.1. Teneur en azote d’eau des pluies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 0
5.5.2. Quantité et qualité des résidus de la récolte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
6. Simulation de la croissance du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.11. Préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2. Résultats et interprétations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.1. Paramètres physiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.2. Evolution des poids matière sèche des organes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.3. Bilan hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.4. Bilan d’azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
-94
6.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 9
7. Conclusions et recommandations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
8. Références bibliographiques . . . . . . . . *......................................
103
Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
1. Abréviations
II. Plan de travail
III. Modèle de simulation
III.1. Installation du modèle de simulation
III.2. Liste du modèle de simulation
III.3. Liste des abréviations du modèle de simulation
III.4. Fichier NIOROlSP.DAT
III.5. Fichier NIOROlSN.DAT
5
Résumé
Dans le cadre du thème d’étude “Amélioration de l’alimentation hydrique et minérale par
des techniques culturales liées à l’interaction eau/fertilisation organo-minérale en zone
Soudano-sahélienne”, 1’ISRA et le CABO ont initié, au sein du réseau R3S, un programme de
recherche pour une période d’une armée. Le programme a pour objectifs:
1. De quantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production végétale;
2. D’étudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote
du sol;
3. De développer et améliorer un modèle mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Lesexpérimentations ont été faites à Nioro du Rip (Sénégal). La structure du modèle de
simulation a été conçue à ,Wageningen, les Pays-Bas. Les paramètres spécifiques ont été
obtenus à partir des données existantes au CNRA, Bambey (Sénégal), des résultats des
expérimentations et de la bibliographie. L.e modèle de simulation a été installé sur un
micro-ordinateur IBM-XT de CNRA sans difficultés majeures.
A partir des expérimentations on peut tirer les conclusions suivantes:
1. La vitesse relative de décomposition de la matière organique pendant les 30 premiers jours
apres enfouissement a une valeur 2,s fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. Malgré la différence de qualité (rapport C/N), lavitesse relative de décomposition
mesurée est dans la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
2. Les proportions d’azote et de phosphore décomposées sont identiques pour la paille de mil
et le fumier. Cependant les quantités de N et de P fournies par le fumier sont 2 fois plus
élevées que celles fournies par la paille.
3. Les conditions hydriques ont permis une alimentation non-limitante de la culture. On n’a
pas observé de différence de stock hydrique (entre 0 et 2 m) entre les deux traitements TO
(témoin) et T3 (labour + fumier + fumure minérale). On peut donc avancer que, très
probablement, le rendement plus élevé sur T3 résulte d’une meilleure alimentation
minérale induite par la fertilisation minérale et l’apport de fumier. Cependant le rendement
de TO apparaît trop élevé comparativement aux autres traitements (Tl et T2; labour +
fumier et labour + fumure minérale, respectivement).
4. Les absorptions d’azote et de phosphore par la culture sont élevées. Il semble que la
disponibilité de ces éléments nutritifs aux parcelles principaux n’est pas limitative. Le
traitement TO ne se présente pas comme un témoin non-fertilisé.
5. En plus les résultats du suivi de N-minéral introduisent certaine doute. C’est ainsi que des
essais supplémentaires seront indispensables pour la vérification de nos hyphothèses liées
aux relations entre la disponibilité en eau et en azote du sol.
6. Les résultats des expérimentations ont permis de calculer des paramètres nécessaires pour
le modèle de simulation.
7. Le modèle de simulation développé doit encore être amélioré dans certaines de ces parties
(estimation des teneurs en eau et de la température du sol). La calibration du modèle doit
être poursuivi.
7
Summary
In the framework of research carried out by the R3S group “Improvement of water and
tnineral supply by cultural practices related to water/organic-mineral fertiliser interactions in
the Soudano-sahelian zone”, ISRA and CABO have carried out a cooperative research
programme for a period of one year. Objectives of this programme are:
‘1. Quantify the effect of soi1 moisture regime on nitrogen availability in the soil.
2. Study the relationship between water and nitrogen availability.
3. Improve and further develop a simulation mode1 describing growth of millet as a function
of water and nitrogen availability.
Experiments have been carried out at Nioro du Rip, Senegal. The simulation mode1 has
mainly been developed in Wageningen, the Netherlands. Specific parameters have been
collected from literature and derived from results of the experiments carried out in Senegal.
The mode1 has been installed on the available IBM-XT and Televideo personal computers at
CNRG, Bambey, without great difficulties.
At this stage, the following conclusions cari be drawn:
1, Relative decomposition rates of farm manure and millet straw buried in the soi1 are more
or less identical; during the first 30 days after burying the rate is about 2,5 times higher than
during the following 110 days.
2. The fractions of nitrogen and phosphorus mineralized during decomposition are the same
for the two types of organic material. However, the amounts of nitrogen and phosphorus
available for trop uptake are about twice as high from decomposing manure than from
straw.
3. Due 1.0 the abundant rainfall no differences were observed in soi1 moisture store in the
profile between TO (control) and T3 (ploughing + fertilizer + manure). Consequently, the
higher yield of millet in T3 is most likely the result of improved nutrient supply due to
fertilizer and manure apllication. However, yield in TO appears to be too high compared to
treatments Tl (ploughing and fertilizer) and T2 (ploughing and manure).
4. Uptake values of nitrogen and phophorus are high. It seems that availability of these
elements has not been limiting. The treatment TO does not behave like a ‘true’ control
(non-fertilized) plot.
5. Experimental results on mineral nitrogen dynamics are inconclusive. Therefore, additional
experiments are needed for verificati’on of our hyphotheses about the relations between
water and nitrogen availability in the soil.
6. Kesults of the experiments have been used to calculate parameter values for the simulation
model.
7. The simulation mode1 describes growth of millet satisfactorily, but the nitrogen balance has
mot been calibrated. Work remains to be done on calibration and validation of the model.
9
A. Présentation générale du projet
Le programme de recherche, réalisé dans le cadre du réseau R3S (programme fédérateur
parcelle, thème II, intitulé: “Amélioration de l’alimentation hydrique et minérale par des
techniques culturales en zone Soudano-sahélienne”), est l’émanation des propositions de
plusieurs pays de l’Afrique de l’Ouest concernés par la sécheresse: le Sénégal, le Mali, le
Burkina Faso, la Cote d’ivoire, le Tchad, ainsi que de plusieurs Universités ou organismes
scientifiques européens qui se proposent de réaliser, en collaboration, ce programme. Il s’agit,
pour les partenaires européens de la France (CIRAD, Montpellier; IMG, Grenoble), de
l’Allemagne (Université de Hohenheim) et des Pays-Bas (CABO). Une coopération étroite
entre la Communauté Européenne et plusieurs pays d’Afrique de l’Ouest devrait donc voir le
jour à travers ce réseau de recherche sur un thème précis.
Dans ce cadre un projet de recherche coopérative a été entamé par I’ISRA et le CABO,
intitulé: “Amélioration de l’alimentation hydrique par des techniques culturales liées à
l’interaction eau/fertilisation azotée” (No TS2-OOlO-NL(GDF)). Ce projet d’une durée d’une
année a commencé en février 1988. Le programme de recherche développé a les objectifs
suivants:
1. Quantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production végétale;
2. Etudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote du
sol;
3. Développer et améliorer un modèle mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Le document présent est le rapport final présentant les activités entreprises pendant la
période du projet.
11
C. Situation d’exécution du projet
C.l. Personnel
Pour la réalisation de ce programme le CABO a engagé un chercheur pour une année: Niek
van Duivenbooden. Il participera au développement du modèle de simulation, sous la
supervision de H. van Keulen, H. Breman et N. de Ridder du CABO. Une assistance générale
a été donnée par W. Stol et P.W.J. Uithol du CABO.
Pendant la période du 26 Avril au 7 Décembre Niekvan Duivenbooden a séjourné à CNRA
de Barnbey (Sénégal) pour être associé, sous la supervision de L. Cissé, aux expérimentations
à mener. Aussi il a participé à la mise en place des dispositifs expérimentaux, aux suivis des
essais et. au travail de laboratoire, notamment à l’analyse de l’azote minéral du sol.
Du cBté de I’ISRA, en plus de L. Cissé responsable du projet, M. Moussa N’Doye, M.
Goudiaby, M.K. Thiao et M. k Cissokho, respectivement technicien supérieur, observateur
et agent de maîtrise ont participé à la réalisation des travaux au champ et au laboratoire.
C.2. Dbveloppement du modèle de simulation
En Février et Mars 1988 un modèle préliminaire a été développé au CABO. Celui-ci est
une adaptation du modèle développé par Van Kraalingen & Van Keulen (1988). En Décembre
1988 et Janvier 1989 le modèle de simulation a été adapté au CABO, il est maintenant possible
de le tourner pour une estimation de la production potentielle et de la production limitée par
l’eau. Malheureusement il reste encore du travail à faire pour l’établissement du bilan d’azote.
La conception de la structure de ce modèle repose sur le fait que l’environnement dans
lequel la culture du mil se développe est pris en compte et décrit quantitativement. Cette
description est faite à l’aide des données bibliographiques et des expérimentations au terrain.
Les processus de base du modèle sont organisés en subroutines. La structure du modèle est
présentée schématiquement au Tableau 4.1.
Le modèle de simulation est écrit en langue de programmation Standard-Fortran-77, aussi
son utilisation sur des micro-ordinateurs différents est possible. Le compilateur Fortran utilisé
est Microsoft-Fortran, version 4.01,1987 (Microsoft, 1987).
CA Installation du modèle de simulation
Le modèle préliminaire a été installé sur I’IBM-XT et le Télévideo (IBM compatible) au
CNRA de Bambey. Cependant l’installation du programme pour détecter les erreurs
(“debugger”) n’était pas possible.
15
B. Programme du projet
Le programme de recherche compose de deux types d’activités:
B.l. D&eloppement d’un modèle mathématique de simulation.
Le modèle à développer devra décrire quantitativement la croissance de la culture de mil
en relation avec la disponibilité d’eau et d’azote, et leurs interactions. Le dkveloppement du
modèle a &é fait presque entièrement au CABO (Pays-Bas). Le modéle de simulation a été
installé sur deux micro-ordinateurs disponible (IBM-XT et Televideo) au CNRA de Bambey
(Sénégal).
B.2. Calibrage et validatioti du modèle de simulation.
Le modèle de simulation sera calibré et validé à partir des mesures et observations faites
au terrain. Les dispositifs expérimentaux sont mis en place à la station de Nioro du Rip
(Sénégal) (Annexe II: Plan de Travail).
Le calendrier de travail est ci-dessous donné:
Février/Mars 1988
Phase préparatoire pour les expérimentations au
terrain; developpement du modéle de simulation;
Avril/Octobre 1988
Expérimentations au terrain; modifications et
adaptations du modèle de simulation;
Novembre/Décembre 1988
Analyse des données experimentales; test et
adaptations du modèle de simulation;
Janvier 1989
Preparation du rapport final.
13
D. Rapport scientifique
- -
Introduction
L’agriculture dans les pays sahéliens rencontre de plus en plus de difficultés pour nourrir
et assurer une existence satisfaisante aux populations de la zone. Beaucoup de travaux de
recherc:he sont encore consacrés à l’intensification de l’agriculture pluviale. Dans cette optique
la disponibilité des éléments nutritifs, en particulier l’azote et le phosphore, occupe une place
importante. Ces éléments constituent souvent des facteurs limitants pour la production
vegétale. Les expériences nombreuses réaliskes par I’IRAT, I’ICRISAT et les organismes de
recherches nationaux ont mis en évidence cet aspect. En utilisant des modèles mathématiques
de simulation, validés et vérifiés par des expkriences au terrain, van Keulen (1975) et Penning
de Vries & Djitèye (1982) sont arrivés à la même conclusion. Avec des modèles on peut
estimer la production potentielle en se basant sur les données météorologiques, les
caractéristiques des sols et des cultures. La production potentielle est définie comme la
production possible en supposant que les éléments nutritifs et l’eau ne sont pas limitants. Les
modèles, qui décrivent quantitativement la production réelle, sont moins développés (van
Keulen et QL, 1986). La description quantitative de la dynamique des bilans d’azote et de
phosphore est encore moins précise, parce que les processus en jeu sont moins bien compris
et les interactions entre la disponibilité de l’eau et celle des éléments nutritifs ne sont pas bien
établies. Par ailleurs il est tr&s difficile d’interpréter de manibre satisfaisante les données
expérimentales disponibles sans la connaissance des mécanismes en jeu.
Le Centre de Recherches Agrobiologiques (CABO) de Wageningen (Pays-Bas) accorde
ai.nsi une grande priorité pour ces recherches de base, aussi bien dans la zone tempérée qu’en
zone semi-aride tropicale, ces travaux ont permis le développement de modèles de simulation
de: la croissance du mil (Jansen & Gosseye, 1986; van Kraalingen & van Keulen, 1988).
L’Institut Sénégalais de Recherches Agricoles (ISRA) (Sénégal) a également réalisé de
nombreux travaux portant sur la connaissance de certains mécanismes et sur les facteurs
prépondérants d’élaboration des rendements des cultures. Parmi ceux-ci on peut citer Feller
et al. (1981a; 1981b); Feller & Gamy (1982); Cissé (1986; 1988) et Cissé & Vachaud (1987;
1988). Pour poursuivre et développer ces recherches I’ISRA et le CABO ont initié dans le
cadre du Réseau de Recherche sur la Résistance & la Sécheresse financé par la CEE, un
programme de recherches en 1988 ayant pour objectifs principaux:
1. De qwantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production du mil;
2. ID’étudier de façon approfondie les relations entre les disponibilités en eau et celles en azote
du sol;
3. D’améliorer le modèle mathématique de simulation de la croissance du mil en fonction de
la quantité d’azote et d’eau mobilisable par la culture.
17
Figure 1. Implantation @graphique cbï CNRA, Bambey et la station Niom du Rip.
Ces recherches ont été conduites au CABO (Wageningen, Pays-Bas), au CNRA de Bambey
et à la station expérimentale de Nioro du Rip (Sénégal; Figure 1).
Le climat du Sénégal, comme celui de toute la zone tropicale sèche ouest africaine, est
caractéris& par une opposition tranchée entre une longue saison sèche pendant laquelle la
pluviomkrie est nulle, et une saison des pluies dont la durée varie entre 3 et 5 mois. La
pluviometrie annuelle moyenne totale (1931-1975) passe de 300 à 1500 mm du Nord au Sud
du pays (Figure 2), mais ces moyennes pluviométriques ont évolue vers la baise au cours de
ces dernières annees. La saison des pluies commence generalement en Juin ou en Juillet. A
l’intérieur d’une zone de même moyenne pluviom&rique annuelle on enregistre une grande
variabilité de pluviom&rie. A titre d’exemple pour la zone à pluviométrie annuelle de 500 mm
environ, les quantités d’eau tombées au mois d’Août peuvent varier de 40% et celles de Juillet
et Octobre de 80 à 100% (Dancette, 1976). Pendant la saison des pluies, la demande
évaporatoire d’origine climatique (évaporation bac) passe en moyenne de 3,5 mm j-l au Sud
à 5,2 mm j-l au Nord (Dancette, 1976). Ces variations d’evaporation correspondent à une
augmentation des conditions d’aridité vers le Nord.
18
----
.y---
_--
- -
-z-z--
: -.---
---~-
====Ezs
-.--
----
--
-.-~-
--.
----_--._
-----
.~__
__
__-_-_~-
=---
---
-_.-
_-
-.-
-.
* cmactmc6kba-
--
Figure 2. Pluviomdrie (mm) de Juin d Octobn au SWgai au cours & lapt%de 1931-1975. Ca&~/s effectués h
partir des données bmtes de la métkorvlogie
nationa& (listutg “hydrologie ORSTOM”) (Dancette, 1983)
19
1. Présentation de l’expérimentation
1.1.. Dispositif expérimental
:Le dispositif expérimental est mis en place à la station de Nioro du Rip (Figure 1). La
pluviométrie à Nioro du Rip est en moyenne de 674 mm par an (1968-1988) (Tableau l.l),
mais cette année elle s’est élevée à 917 mm (Tableau 1.2; Figure 1.1).
Tagleau 1.1. Nombre des jours de pluie (JDP) et pluviom6trie totale (P, mm)
à Nioro du Rip pendant deux périodes (ISRA, Service de
Bioclimatologie).
-
JDP
P
JDP
P
1968
4 6
494
1976
5 2
757
1969
67
1000
1977
3 6
515 .
1970
48
596
1978
5 3
702
1971
5 2
738
1979
5 2
822
1972
38
494
1980
3 8
520
1973
41
577
1981
5 4
778
1974
4 8
530
1982
5 0
542
1975
5 7
1016
1983
4 6
418
1984
49
540
1985
5 7
512
1986
4 6
795
1987
54
900
1988
6 0
917
moyenne
5 0
681
5 0
671
s.d.
9
216
7
169
Tableau 1.2. PluviomBtrie pentadaire d Nioro du Rip en 1988 (ISRA, Service
de Bioclimatologie).
-
1
2
3
4
5
6
Total
Ma:L
0
0
0
0
0
4,5
4,5
Juin
0
0
2,4
4,l
30,l
0
36,6
Juillet
595
0
64,5
0
a,0
la5,2
263,2
Aoiit
a9,5
22,7
55,0
92,4
14,4
136,l
410,J
Septembre
10,3
34,5
52,7
32,0
30,5
24,l
la4,l
Octobre
la,2
033
0
0
0
0
la,5
total
917,0
2 1
184
160.
140.
12q
OO-
p (=t80.
a
60.
40.
160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
nombre de jour
Figuurl.1. La disbibutiondespluiespendsnt la saison 1988; S = semis et R = &olte.
Le sol est de type ferrugineux tropical lessivé, jaune rouge colluvial sans taches ni
concrétions (Pieri, 1969) et présentant une cuirasse profonde mais qui par endroit peut se
situer à 3 m environ. Les caractéristiques granulométriques du sol étudié sont présentées au
Tableau 1.3. L’analyse de celles-ci montre:
- Un accroissement systématique de la texture selon la diagonale Sud-Ouest;
- Une variation très marquée de la texture dans la couche O-O,8 m alors qu’au delà ce
paramètre reste constant;
- Que la densitb croît fortement en surface, mais reste remarquablement constante (et très
peu variable spatialement) autour de 1,44 au-delà de 0,6 m (Tableau 52.1).
Tableau 1.3. Caractéristiques gqxnulométriques du sol (en pourcentage de La
masse totale skhe) de 4 horizons (m) , taille en y.
taille
O,OO-0,25
0,25-0,50
0,50-0,75
0,75-l,oo
argile
(< 2)
5,0 f 1,o
8,8 f 1,5
12,4 f 1,9
14,5 i 2,l
limon
(2-20)
2,5 f 0,5
4,4 f 0,7
6,l f 0,9
7.0 f 1,o
sable fin
(20-100)
8,7 f 1,9
8,3 f 2,0
8,3 f.2,0
8,0 f 1,7
sable moyen
(100-200)
49,9 f 3,7 46,3 f 3,6 41,9 f 3,9 39,7 f 3,4
sable grossier (200-2000) 33,0 f 4,7 31,7 f 4,6 30,9 f 4,5 30,7 f 3,9
22
Chacun des traitements est instrumenté en tubes d’accès pour humidimètre à neutrons
installés ;à 15 m, 40 m et 70 m dans le sens Ouest-Est (Figure 1.2). Pour la série cultivée en mil
et :pour les traitements TO, T2 et T3, sont installés autour de chacun des tubes d’accès pour
l’humidimètre à neutrons:
- Deux tensiomètres à mercure aux côtes 2 = 170 et 2 = 190 cm pour encadrer la cote 180
cm prise comme côte de référence pour le calcul des pertes hydriques et minérales par
,transfert au-delà de la zone d’activité racinaire du mil;
- :Deux cellules de prélevement de solution du sol à la côte 2 = 180 cm.
A côté de ce dispositif principal sept parcelles de dimensions 3 x 5 m sont mises en place
(ils ont été labourees le 5 Juin) (Figure 1.2) pour:
- suivre et étudier la decomposition et la minéralisation de la matière organique enfouie dans
le sol (parcelles BlB4);
- faire des mesures et des observations additionnelles sur le mil sous les deux traitements:
témoin absolu (Cl) et labour + matiére organique + fertilisation minérale (C2);
- mesurer les disponibilités potentielles en azote et en phosphore pendant la saison des pluies
(parcelle D).
/
Comme forme de matière organique on a utilisé du fumier en provenance de l’etable de la
station de Nioro. Les caractéristiques chimiques du fumier et les quantités apportées au champ
sont présentées respectivement aux Tableaux 1.4 et 1.5.
Tableau 1.4. Caractéristiques chimiques de la matière organique apportée
aux champs en 1988 (Ce-tot - cendres totales, Ce-ins - cendres
insolubles).
-
-
C
N
C/N
P
K
Ca
43
Ce-tot
Ce-ins
33,5
1,88 18
0,323
1,775
1,600
0,672
44,28
25,51
Tabléau 1.5. Formules et doses d'engrais et de fumier sur les parcelles à
Nioro du Rip en 1988.
dose (kg ha-') T-parcelles (kg)
C2-parcelle (kg)
formule
NPK (10-21-21)
150
9,6
0,225
ur6e (démariage)
5 0
3,2
0,075
urée (45 JAL)
5 0
3,2
0,075
fumier
5000
320,O
7,5
24
Le dispositif expérimental est constitué de deux séries cultivées en rotation mil-arachide
de dimensions respectives 80 x 39 m. Ces séries sont séparées par une allée centrale de 7 m de
large et de 80 m de long.
Sur ces deux séries des “cultures d’homogénéisation”, de mil (avec une fertilisation de 150
kg ha-’ de 14-7-7 et 100 kg ha-’ de N-urée) et d’arachide ont été faites en 1987.
Quatre traitements constitués de bandes de 8 m de large et de 80 m de long (Figure 1.2)
ont été mis en place dans chacune des deux séries en 1988. Ces traitements sont:
1. Tbmoin absolu (TO);
2. Labour + fertilisation minérale (Tl);
3. Labour + matière organique (T2);
4. Labour + matière organique + fertilisation minérale (T3).
Le dispositif en bandes a été choisi suite à la caractérisation spatiale de certains paramètres
du sol et des rendements des cultures qui ont été effectuées en 1987. Cette caractérisation a
montré une structure spatiale du taux d’argile et limon et du stock hydrique du sol sur un mètre
(Cissé & Vachaud, 1989). L’existence de cette structure spatiale exige, pour avoir des mesures
indépendantes du stock hydrique du sol d’installer des sites de mesures de la teneur en eau du
sol distants au moins de 20 mètres dans le sens Ouest-Est.
Malheureusement le TO a été labouré par une erreur des travailleurs de la station de Nioro
du Rip.
-
I
?
?
?? ? ? ?
? ?
?
I
I
l-lu
Figure 1.2. Le dispositif &s tqdimentations
(Nion, du Ri@, 1988). TO: tdmoin absolu; Tl: labour + fumiery TZ:
labour + fumun minhule; T3: labour + fimun minhle + jùmic BkpailZe sans ùrigah’on; B2:
fumier sans inigatïon; B3:paiIle avec higation; B4:jhier avec im&ation; Cl: labour; C2: labour +
fimure minhde + fumier; D: abso@ion potentielle de Net & P; ?? = tube neubvnique.
23
1,2. Méthodes d’analyses et de mesures
1.2.1. Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique est faite sur des échantillons de 20 g de sol tamisé à 2 mm. Par
traitement à chaud à l’eau oxygénée, la matière organique est détruite. Avec du pyrophosphate
de sodium les agrégats sont détruits par dispersion.
Les fractions argile et limon sont séparées par sédimentation et les sables fins, moyens et
grossiers sont obtenus par tamisage sur des tamis normalisés.
1.2.2. Mesure de la densit6 du sol
Elle est réalisé à l’aide d’une sonde gammadensimétrique de profondeur (CPN 501B). Un
étalonnage in situ a été fait sur les types d’accès utilisés avec détermination de la densite par
utilisation d’un cylindre de mesure de volume Cgal à 250 cm3.
1.23. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau
La teneur en eau et la pression d’eau sont déterminées de maniere indépendante. La teneur
en eau du sol est mesurée à l’aide d’un humidimètre neutronique (type Troxter 3212) avec des
tubes d’accès en aluminium. L’étalonnage de l’humidimètre a été fait in situ par
I’tStablissement d’une cor-relation entre teneurs en eau obtenues par gravimetrie et comptages
ratio effectués aux mêmes cotes. Compte tenu de l’hétérogénéité du milieu et en particulier
celle de la texture, plusieurs sites ont été choisis pour effectuer l’étalonnage de l’humidimètre
à neutrons; les données obtenues ont pu être regroupées sur la base du taux d’argile + limon
qui varie essentiellement dans la couche O-O,80 m du sol.
Les mesures hydriques sont effectuées par pas de 0,lO m depuis la surface jusqu’à la dernière
cote de mesure (en genéral à 3,70 m).
Les mesures tensiométriques sont réalisées à l’aide de tensiomètres à mercure, le niveau
du mercure se trouvant à 0,25 m de la surface du sol. Les tensiometres ont été mis en place
lorsque le sol a été humidifié jusqu’à un mètre environ.
L2.4. Analyses chimiques du SOI, de Ia plante et des matières organiques utilisées
1.2.4.1. Analyses du sol
Le pH est mesuré avec un rapport solIsolution du sol de 1/2,5; le carbone organique est
d’osé par la méthode de Wakley-Black modifiée (oxydation par le bichromate de K et dosage
volumétrique du bichromates en exces). L”azote total est déterminé par laméthode au phenate
alcalin.
Le phosphore total est dosé par colometrie du phosphomolybdate d’ammonium aprés une
attaque fluoroperchlorique; pour le phosphore assimilable la méthode de Olsen modifiée par
IMBIN-.
1.2.4.2. Analyses de plante et de matière organique
Pour l’analyse chimique de plante ou de matière organique (fumier ou de paille du mil), la
prise d’échantillon est préalablement très finement broyée et séchée à 80 “C. Une
minéralisation par voie humide est ensuite effectuee par oxydation à l’aide d’acide sulfurique
25
1.2. Méthodes d’analyses et de mesures
1.2.1. Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique est faite sur des échantillons de 20 g de sol tamisé à 2 mm. Par
traitement à chaud à l’eau oxygénee, la matière organique est détruite. Avec du pyrophosphate
de sodium les agrégats sont détruits par dispersion.
Les fractions argile et limon sont séparées par sédimentation et les sables fins, moyens et
grossiers sont obtenus par tamisage sur des tamis normalisés.
1.2.2. Mesure de la densité du sol
Elle est réalisé à l’aide d’une sonde gammadensimétrique de profondeur (CPN 501B). Un
étalonnage in situ a été fait sur les types d’accès utilisés avec détermination de la densité par
utilisation d’un cylindre de mesure de volume égal à 250 cm3.
1.23. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau
La teneur en eau et la pression d’eau sont determinées de maniere indépendante. La teneur
en eau du sol est mesurée à l’aide d’un humidimètre neutronique (type Troxter 3212) avec des
tubes d’accès en aluminium. L’étalonnage de l’humidimètre a été fait in situ par
l’établissement d’une corrélation entre teneurs en eau obtenues par gravimétrie et comptages
ratio effectués aux mêmes côtes. Compte tenu de l’hétérogénéité du milieu et en particulier
celle de la texture, plusieurs sites ont été choisis pour effectuer l’étalonnage de l’humidimètre
à neutrons; les données obtenues ont pu être regroupées sur la base du taux d’argile + limon
qui varie essentiellement dans la couche O-480 m du sol.
Les mesures hydriques sont effectuées par pas de 0,lO m depuis la surface jusqu’à la derniére
côte de mesure (en général à 3,70 m).
Les mesures tensiométriques sont réalisées à l’aide de tensiomètres à mercure, le niveau
du mercure se trouvant à 0,25 m de la surface du sol. Les tensiometres ont été mis en place
lorsque le sol a été humidifié jusqu’à un mètre environ.
1.2.4. Analyses chimiques du sol, de la plante et des matières organiques utilisées
1.2.4.1. Analyses du sol
Le pH est mesuré avec un rapport sol/solution du sol de 1/2,5; le carbone organique est
dosé par la méthode de Wakley-Black modifiée (oxydation par le bichromate de K et dosage
volumétrique du bichromates en excès). L’azote total est déterminé par la méthode au phenate
alCaliIl.
Le phosphore total est dosé par colométrie du phosphomolybdate d’ammonium apr6.s une
attaque fluoroperchlorique; pour le phosphore assimilable la méthode de Olsen modifiée par
DABIN.
1.2.4.2. Andyses deplante et de matière organique
Pour l’analyse chimique de plante ou de matiere organique (fumier ou de paille du mil), la
prise d”échantillon est préalablement très finement broyée et séchée à 80 “C. Une
minéralisation par voie humide est ensuite effectuée par oxydation à l’aide d’acide sulfurique
25
et d’eau oxygénée en présence de sulfate de Na utilisé comme catalyseur. L’azote et le
phosphore sont dosés par calorimétrie automatique, le potassium par émission de flamme, le
calcium et le magnesium par absorption atomique.
1.3. Présentation descriptive de la culture étudiée
13.1. Description générale
Le mil p&icillaire (Pennisetum americunum (L) Leeke) est une graminée céréalière
annuelle, d’origine africaine (probablement d’Afrique de l’Est) et cultivée depuis très
longtemps en Afrique de l’Ouest. C’est une plante de haute taille et à fort tallage. L’épi est en
forme de chandelle, les grains sont de très faibles dimensions (Chopart, 1980). En culture
traditionnelle, le mil est cultivé en rotation avec une légumineuse telle que le niéb& ou
l’arachide. Dans ces conditions son rendement est plus élevé que celui obtenu en monoculture
de mil (Spencer & Sivakumar, 1987). Les synonymes de P.americanum Leeke le plus souvent
rencontrés sont:
- Pennisetzon typhoïdes (Burm) Stapf et Hubbard;
- Pennisetim typhoidum Richard;
- Pennisetum glaucum (L) R.Br.;
- Pennisetum s$ca.tum (L.) Koern (Gosseye, 1989).
La variété utilisée dans les essais est le ‘Souna III’, variété sélectionnée au Sénégal. Le mil
Souna est largement cultivé au Sénégal et au Mali (Gosseye, 1989). Sa zone de culture se situe
au sud de l’isohyète 200-250 mm (Kassam, 1976) et au nord de celui de 1000 mm.
La plante a une taille de 2-3 mètres, un tallage abondant mais dont seulement une partie
est productive (Chopa& 1980; Siband, 1981; CTLSS, 1982; Lambert, 1983a; Jansen & Gosseye,
1986). Le riombre de talles productives par plante est d’environ 2,8 pour le Souna III (CIL%,
1982).
La production moyenne à l’hectare en mil-grains est relativement faible au Sénégal en
milieu paysan, 700 kg ha-’ (ICRISAT, 1987), mais l’application de techniques culturales
appropriées peut donner des rendements de l’ordre de 2600 kg ha-’ pour un Souna local non
amélioré @RAT, 1970) et 3000 kg ha-’ pour le Souna III (Lambert, 1983c).
13.i. Croissance et développement de la culture
Le développement phénologique de la plante est caractérisé par l’ordre et la vitesse
d’émission des organes végétatifs et reproductifs (van Keulen & Seligman, 1987). Dans le
modèle de simulation la répartition des assimilats du CO2 et des autres paramètres est fonction
du stade du développement de la plante. C’est pourquoi la vitesse de développement de la
plante avant et après la floraison est importante. Les principaux stades du développement
phénologique sont: l’émergence, le tallage, la formation de l’épi, l’initiation des fleurs, la
floraison (anthhse), le début et la fin de la formation des grains. Par définition le stade
émergence est 0, le stade floraison 1 et le stade maturité (rfxolte) 2 (e.g. van Heemst, 1986).
La vitesse de développement du mil Souna III diffère très fortement selon les auteurs.
L’émergence se produit après 1-2 jours après le semis (Chopart, 1980) ou 2-3 jours après
selon Gosseye (1989).
26
Le tallage commence au stade 4-5 feuilles pour l’ensemble des variétés observées par
Lambert (1983a), 15 jours après la levée (JAL) (Chopart, 1981). Mais en général pour le Souna
III, il demarre 7 jours aprb le démarrage qui est effectué à U%rne JAL). Le nombre de talles
atteint un optimum environ à 37éme JAL environ (Siband, 1981) mais il est fonction des
techniques culturales (semis sec ou en humidité, nombre de pieds après démarrage) (Lambert,
1983b).
L’initiation de l’épi se produit à 35ème JAL selon Chopart (1980) et à 45 selon Siband
(1981). Cissé (1986) a observé un début d’épiaison à 38ème JAL pour un mil se développant
avec un apport de matière organique au sol et à 43éme JAL pour le témoin sans matière
organique. D’autres travaux, Siband (1981), Gosseye (1986) et CILSS (1982) ont reporté des
périodes se situant respectivement à 59éme, 45ème et entre 55-76ème JAL.
D’apres divers travaux, la floraison se situe à 52ème JAL (Gosseye, 1989), 54-57ème
(Chopart, 1980; CILSS, 1982) et 64-67ème JAL (Siband, 1981). Cissé (1986) a observé en
présence de matière organique apportée au sol un début de floraison à 45ème JAL tandis que
sans matière organique celui-ci était à Slème JAL.
La vitesse de développement entre 0 et 1 est fonction du cumul de la température moyenne
journalière.
La période entre floraison et maturité n’est pas sensible à la longueur du jour. Dans
l’enviro.mrement sahélien celle-ci est en moyenne de 30 jours (Jansen & Gosseye, 1986).
Cependant si la température est inferieure à 35 “C, le processus de la maturation se ralentit
(van Kraalingen & van Keulen, 1988).
13.3. Caractéristiques du système racinaire
On a observé au Sénégal, sur sol sableux (sol Dior) que trois jours après la levée, la racine
séminale avait une longueur de 10 cm environ et un diarnètre d’un mm (Chopart, 1980).
L’initiation des racines adventives commence vers le 10ème jour après la levée tandis que celle
des racines secondaires démarre vers le 15ème JAL et leur formation continue
jusqu’au 60ème JAL Chopart (1980). Binh (1982) a observé que l’activité racinaire se
concentre surtout a l’intérieur d’une zone d’un metre autour du pied et au-delà de 1,5 m elle
devient négligeable. Après floraison, comme en général pour les autres céréales, la croissance
des racines s’arrête (ODA, 1987a; Penning de Vries et a& 1988; Squire et al., 1987). A la
récolte, chaque pied compte en moyenne entre 200 et 300 racines soit environ 26 racines par
talle (Chopart, 1980).
27
x R
.R .R
x
1
2
3
4
s
6
7
s 9
la
11
1;
13
1:
.
15 16
1;'
18
1;
20
2;
2i 23
24
2s
2s
27
28
2i 30
3;
32
3;
34
3;
: n
p R
&
??
R.-12
F@ur 2 1, Emplacement des sacs pour IVtude de la a%nnposition a% la math? organique. (X: piquet; a: paquet
&mil;N?sac;R.-sacde~senw.)
Tableau 2.1. Caractéristiques chimiques (X) de la matiére organique dans
les sacs enfouis dans le sol B Nioro du Rip en 1988.
fumier O-300
fumier 300-800
paille du mi.1
C
21,8
25,3
39,8
N
1,oo
1,24
0,86
C/N
21,8
20,4
45,9
P
0,136
0,190
0,145
K
0,978
1,300
2,394
Ca
0,670
0,927
0,304
43
0,326
0,429
0,352
Cendre-totale
65,4
48,8
6,7
Cendre-insolubles*
42,l
25,5
2,5
(* estim8 B partir du Tableau 1.4.)
28
e de la décomposition et de l’évolution des
taux de carbone, d’azote et de phosphore de la
matière organique apportée au sol
2,L Matériel et méthodes d’étude
Deux types de matière organique (paille de mil et fumier en provenance de l’étable de
Nioro) sont suivis dans le temps sous deux conditions:
A. Pluvial strict
B. Pluvial avec apports d’eau complémentaire en cas de besoin (période sèche).
La matière organique apportée est mise dans des sacs en polyéthylène (Monodur MON PE
300 N) de maille de 300 et de dimensions de 0,20 * 0,20 m. Après avoir effectué un labour, la
matière organique a été enfouis à 0,15 m de profondeur. Les parcelles ont été semées en mil
pour réaliser l’étude sous sol cultivé. Les sacs sont placés a 0,SO m des pieds de mil et juste
après le semis (15 Juillet). Le dispositif de cette expérimentation est représenté à la Figure
1.1 (parcelles Bl-B4) et l’emplacement des sacs à la Figure 2.1.
Dans les sacs en polyéthylène le poids matière sèche de la matière organique est de 235 g
pour la paille de mil et 45,9 g pour le fumier. Les poids ont été fixés en tenant compte de la
dimension des matériaux utilisés, de la nécessité d’avoir un bon contact sol-matière organique
et de disposer des échantillons de quantité suffisante pour les différentes mesures et analyses
prévues.
La paille de mil a été découpée en morceaux de longueur entre 3 et 5 cm.
Le fumier utilisé étant composé de particules relativement fines on a déterminé sa
répartition en fractions inférieure et supérieure à 300% pour tenir compte éventuellement des
pertes par entraînement de particules très fines à travers les mailles des sacs. Les deux fractions
représentent en poids matière sèche 30,6 et 69,4% respectivement et la fraction supérieure à
300 est composée de particules de taille comprise entre 300 et 800~.
Ces deux fractions ont été analysées séparément (teneurs en N, C, P, K, Ca, Mg et % cendre
insoluble) pour apprécier leurs qualités respectives. Les principales caractéristiques
chimiques des deux types de matiére organique sont présentées au Tableau 2.1.
A chacune des dates de prélèvements retenues (12ème, 19ème, 34ème, 4lème, 50ème,
62ème, 89ème et 136ème jours après enfouissement), 5 sacs sont prélevés, séchés, pesés et les
analyses des taux de C, N et P de la matière organique sont effectuées. Pour tenir compte d’un
éventuel hétérogénéité du champ on a effectué des prélèvements au hasard et les sacs prélevés
par date sont donnés ci-dessous:
le date: no 1,9,17,25,33
5e date: no 5,13,21,22,30
2e date: no 2,10,18,26,34
6e date: no 6,14,15,23,31
3e date: no 3,11,19,27,35
7e date: no 7,8,16,24,32
4e date: no 4,12,20,28,29
8e date: les sacs de réserve
29
2.2. Résultats et interprétations
Compte tenu de la pluviométrie enregistrée entre le semis (14/7) et la récolte (13/10) et de
sa répartition dans le temps (Tableau 1.2) on n’a pas effectué d’apport d’eau complémentaire
sur les deux parcelles (paille et fumier) prévues à cet effet. Les conditions hydriques qui ont
prévalues n’ont pas permis d’étudier des effets éventuels de périodes de sécheresse plus ou
moins longues sur la décomposition de la matière organique apportée au sol au début de saison
des cultures et la minéralisation. Pour l’analyse et l’interprétation des données obtenues on a
donc combiné les sacs initialement mis en place pour deux conditions différentes.
Les conditions pour la décomposition ont et6 relativement favorables (température entre
30 et 35 “C en moyenne à 0,10-O, 15 m dans le sol (Tableau 2.2) et l’humidité volumétrique du
sol à 0,lO m entre 7,7 et 25% (Partie 5.2.1.4); soit 3 à 10 fois l’humidité correspondant au point
de flétrissement permanent).
Tableau 2.2. Température décadaire dans le sol à 4 profondeurs à 12 h à la
.
station météorologique de Nioro du Rip en 1988 (ISRA, Service
de Bioclimatologie).
profondeur (m)
-0,l
-0,2
-0,5
-l,o
IllOiS
décade
Juin
1
37,9
34,4
36,3
35,5
2
37,6
34,3
36,0
35,5
3
34,7
32,4
34,7
34,9
Juillet
1
36,3
33,l
34,9
33,a
2
34,5
31,s
33,6
34,4
3
34,2
31,4
33,2
33,a
Aôut
1
31,5
28,3
30,9
32,3
2
32,l
29,7
31,3
32,3
3
30,9
2a,a
30,5
31,5
Septembre 1
32,4
29,3
30,9
2
32,l
29,5
31,l
3
34,2
31,5
32,2
Octobre
1
33,6
31,2
32,3
2
3694
.,
32,7
34,2
3
36,8
32,a
34,5
Novembre
1
33,6
31,l
33,6
2
33,a
30,4
32,9
3
31,0
27,3
31,l
moyenne
34,l
31,l
33,0
2.2.1. Evolution quantitative de la matière organique apportée au sol.
A la Figure 2.2 sont représentées les pertes cumul6es en matière sèche en pourcentage des
poids initial de la paille de mil et du fumier en fonction du temps. On notera sur cette figure
la similitude totale d’évolution des deux types de matiere organique. On y distingue également
deux phases importantes: une première couvrant les 30 premiers jours après enfouissement
(JAE) et une deuxième de ce moment jusqu’à la fin de l’expérimentation (136 JAE).
La première phase se caractérise par une vitesse relative de décompositiln plus elevee pour
les deux types de matière organique et qui est de l’ordre de OIN g g j- . La vitesse de
décomposition pour le fumier et la paille du mil est 438 et 420 g j- , respectivement. Au terme
de cette phase sont déjà décomposes 50% de la quantité totale de matière organique
décomposée au cours de I’exptrimentation
Dans la deuxième phase, la vitesse relative de decomposition de la matière organique est
plus lente et s’élève environ à 0,003 g g-l j-l et la vitesse de decomposition pour le fumier et
la paille du mil est 0,ll et 0,06 g j-l, respectivement. A la fin de l’expérimentation, environ
50% de la matière organique apportee sous forme de paille de mil ou de fumier sont
décomposés.
Une telle caractéristique de la vitesse de décomposition est observée souvent, par exemple
par Berendse et aZ. (1989); Whitford et a2. (1988) et Steinberger & Whitford (1988).
Figure 2.2. Pertes Cumul~es & mati& séche tésultant dë la a%xqwsition (qkmtk en pour cent & pia3 initiai).
31
2.2.2. Estimation des quantités de N et de P résultant de la décomposition de la matière
organique apportée
Les Figures 2.3A-2.3C présentent, exprimées en pourcentage des poids initiales, les
quantités de N, de P et de C disparues de la matiere organique pendant la décomposition de
la paille de mil ou du fumier apportées. On notera qu’à la fin de l’expérimentation les
proportions d’azote, de phosphore et de carbone disparues sont identiques pour les deux types
de matière organique et sont respectivement de 30,70 et 50%. Au début de la décomposition,
au cours d’une periode de 20 jours environ, les fractions disparues de N et de P sont, à l’opposé
de l’esperance, un peu plus élevées pour la paille de mil comparativement au fumier. Par
00
T
T
1
00
Figure 2.3. Peties cumukks des quantitks d’azote (A), de phosphom? (B) et de ca&one (C), rkultant de la
d&omposition (eqnimées en pour cent du poik initial).
32
contre celle de C est un peu plus élevée pour le fumier (Figure 2.3C). En outre, en examinant
ces figures, on peut constater que au 20 JAE pour le paille du mil 25% de l’azote et 20% du
carbone sont disparues. C’est-à-dire, le rapport C/N de la matiére organique décomposee a
été plus bas que le moyen. Pour le fumier ces valeurs sont 17 et 27%, respectivement et donc
un rapport C/N de la matière organique décomposée plus haut que le moyen. Pour le moment
le mécanisme qui explique cette phénomène n’est pas encore connu.
A partir des observations et mesures effectuées il est difficile d’avancer de façon certaine
que l’azote et le phosphore, provenant de la décomposition de la matiére organique au cours
de l’expérimentation, sont sous formes mobilisables par la culture.
Si on rapporte à l’hectare les quantités de paille ou de fnmier apportées (des sacs), soit
respectivement 627 et 1224 kg ha- , respectivement, on peut calculer à l’hectare les quantités
de N et de P initialement contenues dans la matibre organique et celles provenant de la
décomposition. Les valeurs obtenues sont présentées au Tableau 2.3.
Tableau 2.3. Quantités d'azote et fe phosphore initiales et provenant de la
décomposition (kg ha- ) des deux types de matière organique
apportées (kg ha-l).
N
P
apport
initial
mirhralis8
initial
minéralisbe
fumier*
1224
23,0
7,9
3,95
2,70
paille
627
584
198
0,91
0,67
-
(" fumier avec les deux fractions)
-~;onsidérant les Figures 2.3A et 2.3B on peut calculer les quantités de N et de P en kg
ha j- produites pendant la decomposition des deux types de matière organique pendant des
périodes caractéristiques. Les valeurs obtenues sont présentées au Tableau 2.4. Ces vitesses
sont en général beaucoup plus élevées pour le fumier que pour la paille de mil; pour l’azote
2,5 fois (O-30 JAE) et 3 à 4 fois plus élevees pour le phosphore. Ces différences pourraient
résulter du meilleur qualité, surtout le rapport QN, du fumier aussi bien au départ (C/N égale
à 20 et 45 respectivement pour le fuinier et la paille de mil) qu’à la fin (QN = 15 pour le
fumier et C/N = 35 pour la paille) (Figure 2.4).
Si on considère l’apport du fumier effectué sur le dispositif principal de 5000 kg ha”
(traitement T2 et T3), la décomposition du fumier aurait fournie respectivement 32 et 11 kg
ha-’ de N et de P (Tableau 2.5). On a supposé que le fumier entier se conduit comme le fumier
dans les sacs, et en conséquence, pour les conditions initiales on a utilisé les teneurs du fumier
entier (Tableau 1.4). Par rapport aux quantités de N et de P apportees sous forme d’engrais
minéraux, la décomposition du fumier apporté fournirait des quantités respectivement égales
à 50 et 35%. En correspondance à l’esp&ance, les quamit& de N et de P disparues par la
décomposition du fumier sont deux fois plus élevées que ceux de la paille de mil (Tableau 2.5).
3 3
Tableau 2.4. Vifesse de minéralisation de l'azote et du phosphore (kg ha-l
j' ) en différentes périodes au cours de l'expérimentation
(jours après enfouissement).
vitesse de N
vitesse de P
fumier
paille
fumier
paille
phriode
période
o -
3 0
0,114
0,045
o-
1 0
0,011
0,019
30 -
9 0
0,012
0,010
10 -
2 0
0,032
0,014
90 - 136
0,012
0,000
20 -
3 0
0,028
0,007
30 -
40
0,025
0,009
40 -
5 0
0,021
0,008
50 -
6 0
0,013
0,003
60 -
9 0
0,005
0,002
90 - 136
0,000
0,000
l...‘...l...‘...‘...‘...1...1
0
20
40
00
80
1 0 0
1 2 0
140
b-w--
Figure 2.4. Rapport clubone-awte des deux types de matith? otganique au COUS de la &compsition.
34
Tableau 2.5. Quantités d'azote et fe phosphore initiales et provenant de la
décomposition (kglha- ) des deux types de matiére organique
apportées (kg ha ).
apport
initial
minéralisé
initial
mirdralisêe
fumier*
paille
5000
94,0
5000
43,0
32,2
16,0
10,9
14,2
790
5,l
( 7i fumier entier)
Enfin on peut signaler sur le plan methodologique que le nombre de 10 sacs prélevés par
date est apparu comme un nombre minimal. L’écart-type est quelque fois très grand,
notamment pour l’analyse de N, P et C du fumier (Figures 2.2 et 2.5). Aussi les prélévements
ne sont pas faites au hasard, théoriquement une gradient diagonale peut exister. C’est pourquoi
on propose un enfouissement des sacs dans le sol sur le même endroit (entre deux pieds de
mil) avec un nombre de répétitions égal à le nombre des dates de prélévements.
Par ailleurs les differences de poids initial auraient pu, selon certains auteurs (..l’?),
influencer la vitesse de decomposition des deux types de matiére organique: le fumier devrait’
avoir une vitesse de décomposition plus élevee. On n’a pas observ6, au cours de cette
expérimentation, une telle influence.
En outre, les racines trouvées parfois dans le sac pourraient avoir un certain effet sur les
poids et les taux des éléments minéraux de la matibre organique. Cet effet peut expliquer
l’augmentation des taux entre la 7ème et la 8ème date de prélèvement.
23. Conclusion
Lavitesse relative de décomposition de la matiére organique pendant les 30 premiers jours
après enfouissement a une valeur 2,s fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. MalgrC la difference de qualité, la vitesse relative de decomposition mesurée est dans
la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
Les proportions d’azote et de phosphore libérées sont identiques pour la paille de mil et le
fumier. Considérant la quantité et la qualid des types de matiere organique apportés, les
quantités de N et de P fourmes par le fumier sont 2 fois plus élevées.
35
i
utmd.N(%)
aor
a2
ar
t...I...I...I*..L..I...I
. . . .
0
20
40
00
SO
100
la0
1œ
b-œ-v
“r
0 I...l...l...l.“.l...,...,-
00
m
100
lao
20
40
140
b-œ--
Figure 2.5. Tmu d’uwte (A), & phosphon (B) et du carbone (C) des deux tupes & rna&nz organique au COURS &
la dkcomposition.
36
3. L’absorption potentielle d’azote et de phosphore
par les plantes pendant la saison de croissance
3.1. Matériel et méthode d’étude
Un terrain de 15 m2 (parcelle D, Figure 2.2) a été semé de façon très dense, avec un mélange
de mil et d’un graminée fourragère (Schoenefeldia gracih p.ex.), avant l’arrivé de la première
pluie. Pour une saison des pluies favorable à Nioro du Rip, le longueur du cycle de S.graciZis
est impropre (trop court). Ainsi, une autre espèce de graminée avec une période de croissance
plus longue (Pennisetzon pediceZZatzmz) a Cte introduite dans le mélange mil-Sgracilis. La
densité de semis a été de 20,O g de mil (environ 2600 grains); 250 g de S.graciZis (environ 12500
grains) et 0,27 g de Pennisefum pedicellatum (670 grains) par m2.
Les plantes ont été récoltées chaque fois qu’elles mourraient par suite d’une forte
sécheresse (au début de l’essai) et les parcelles récoltées ont été resemées. A la fin de la saison
des pluies, au moment des récoltes de l’essai principal, les plantes de cette expérimentation
additionnelle ont été récoltées, séparées par espèce, séchées et pesées. Un échantillon moyen
de chaque espèce a été prélevé pour déterminer leurs teneurs en N et P.
Avant la mise en place de cette expérimentation, les teneurs en C, N, P-ass et P-tot du sol
ont été déterminées sur des échantillons prélevés des horizons O-0,1, O,l-0,2,0,2-0,4,0,4-0,8
et 0,8-2,0 rn, en 4 répétitions par couche. On a également mesuré le pH (eau et KCl) des
échantillons.
3.2. Résultats et interprétation
Les caractéristiques chimiques du sol de cette sous-parcelle (Tableau 3.1) sont presque
identiques à celles de la parcelle principale (Tableau 5.4).
La contribution du mil dans la quantité de matiere sèche produite, et l’azote et le phosphore
absorbées à chaque date de prélèvement était la plus élevée (Tableau 3.2). Après la récolte
de la culture principale (13/10) les taux de N et de P diminuent (Tableau 3.3). Le rôle de
P.pediceZZaium est presque négligeable probablement du à le faible nombre de grains semés.
Par ailleurs on observe que la contribution des autres espèces non semées; Tableau 3,4) est
relativement forte. Le poids total de.matière sèche (4700 kg ha- i) maximal est du même ordre
de grandeur que celui trouvé par ailleurs sous des conditions comparables par Breman & Krul
(1982) (Figure 3.1A).
La quantité d’azote mobilisée par les plantes à la fin de la saison des pluies est de 34 kg ha-l.
Cette valeur est légerement plus élevée que celle obtenue au Mali par Breman & Krul(l982)
(Figure 3.1B). Mais elle est beaucoup plus faible que celle mobilisée par le mil se développant
sur le traitement TO du dispositif principal (115 kg ha-‘) et rapportée à la partie 5.2.2.2 (mais
on a la conclue qu’une telle absorption sans fertilisation est impossible).
La quantité de phosphore mobilisée et estimée à 12 kg ha-’ est plus élevée que celle obtenue
au Mali par Breman & Krttl(l982; Figure 3.1C), mais elle est presque équivalente à celle du
mil sur le traitement TO qui est de 15 kg ha-’ et présentée à la partie 5.2.2.2.
3 7
Tableau 3.1. Principales caractéristiques chimiques des 5 horizons (m) à
Nioro du Rip avant la mise en place de ltexpérimentation
(7-6-1988; parcelle D), moyenne de 4 répétitions.
o-o,1
O,l-0,2
0,2-0,4
0,4-0,8
0,8-2,0
c ("Xe)
3,51 *0,12
3,36 f0,30
3,28 f0,44
2,74 ItO,78
2,58 f0,91
N (%.l
0,33 *0,03
0,30 f0,03
0,30 f0,03
0,24 f0,04
0,21 *0,03
C/N
10,8 f0,5
11,O f0,8
11,O f0,8
10,3 fl,O
10,O f0,8
Ptot (?Go)
0,246fO,OO5 0,299f0,005 0,297&0,002 0,269f0,053 0,267+0,005
Pass (ppm) 30,3 f9,7
13,6 f6,5
11,3 f5,2
5,6 f1,3
6,2
f0,8
pH-eau
6,64 1-0,19
6,12 f0,09
6,25 f0,05
6,29 f0,27
6,44 f0,40
pH-KCl
5,51 10,25
4,77 fO,ll
4,97 f0,05
5,15 *0,07
5,08 f0,18
Tableau 3.2. Rendements des plantes (moyenne de n sous-parcelles) en poids
matière seche, quantite d'azote et quantite de phosphore et la
contribution des espèces en pourcentage du total.
(Mil (Pennisetum americanum), S.g. - Schoenefeldia
gracilis, P.p. - Pennisetum pedicellatum et autres: voir
Tableau 3.4.)
date
6- 7
14-10
14-10
27-10
2-11
n
3*
3 "
5
3
4
poids MS
15,3f1,6
289,1f42,4
467,5f36,1
442,1f65,6
4X,8*41,4
X mil
77,5*14,3
87,9f 3,5
86,9f 3,6
85,3f 5,8
x s.g.
12,3f 6,8
7,7f 2,2
8,lf 3,2
8,li 4,l
x P.p.
0,6f 0,4
1,lf 0,7
0,7f 0,6
1,5f 1,2
X autres
9,6f 7,2
3,3* l,o
4,3* 0,2
5,lf 2,5
N Cg mm2)
0,422
2,402
3,444
3,384
2,997
X mil
68,7
89,6
82,l
79,2
x s.g.
15,6
198
695
695
x P.p.
099
135
097
135
X autres
14,8
791
10,7
12,8
p cg m-2>
0,038
0,805
1,214
1,032
0,822
4: miS
67,7
84,0
84,5
78,3
x s.g.
15,8
10,o
980
991
x P.p.
191
197
192
2,7
X autres
15,4
493
5,3
999
(" les mêmes sous-parcelles)
38
Tableau 3.3. Evolution des taux d'azote (X) et du phosphore (X) des
espèces.
(S - Schoenefeldia gracilis, P - Pennisetum pedicellatum et
A- autres espèces.)
date n
mil-N mil-P S-N S-P
P-N P-P
A-N A-P
6-7
3*
14-10
3*
0,75
0,248
l,oo
0,337
1,31
0,515
1,19
0,416
14-10
5
0,75
0,248
0,72
0,337
1,ll
0,434
1,58
0,337
27-10
3
0,72
0,226
0,64
0,270
0,75
0,375
1,94
0,294
2-11
4
0,67
0,181
0,58
0,226
0,72
0,381
1,81
0,388
Tableau 3.4. Espèces non-semées relevees sur la parcelle (classées "autres"
dans le Tableau 3.2).
Graminées
Dicotylédones
Dactylocterium aegyptium
Azadirachta indica
Eragrostis ciliaris
Commelina Forskalaei
Eragrostis tremula
Corchorus tridens
Dfgitarfa velutina
Hibiscus Sabdarifla
CvDéracBes
Indigofera astragalina
Merremia pfnnata
Cenchrus biflorus
Mitracarpus villosus
Cyperus rotundus
Sida alba
Fimbristylis spidula
Zornia glochidiata
Kyllinga squamulata
Le rapport P/N de la biomasse aérienne est une indication utile pour se prononcer du déficit
éventuel des éléments nutritifs. Penning de Vries & van Keulen (1982) ont trouvé que lavaleur
de ce rapport se trouve entre 0,04 et 0,lS pour les graminées. Le rapport P/N au début de
l’expérimentation (6/7) est 0,09, augmente juste au 0,34-0,35 (14/10) et diminue après ce
moment à 430 (27/10) - 0,27 (Y1 1). Ces valeurs sont donc plus élevées que comme on pouvait
s’y attendre. Le m&anisme n’est pas encore comm, mais le temps disponible n’a pas permis
d’elaborer ce point, ceci reste a faire.
3.3. Conclusion
La méthode d’étude utilisée permet une estimation de la fourniture potentielle d’azote et
de phosphore par le sol aux plantes.
On peut avancer la fourniture potentielle d’azote et de phosphore du sol au mil est d’environ
35 kg ha-’ et 12-15 kg ha-‘, respectivement.
39
bornasse
(kg ha-‘)1
5 0 0 0
N
a:/, , , , ,
(kg hdl)
!!!
35
b ,
’
k9109)
!Il)
t
t
6
’
’
’
’
’
’
’
100200300400500600 700800
dirpOnibilit/ dmtI(fTtI??)
Figure 3.1. Rapports enbe la biomasse produite (A) et son contenu en N (B) et en P (C) avec la &ponibilitt! en eau
infiltie au cours de la période 19761979 au Mali (Breman & Kiul, 1982).
40
4. Présentation du modèle de simulation
4.1. Introduction
Les résultats d’expérimentation sont souvent, voire toujours, difficilement extrapolables
sur une grande échelle. Ainsi, établir des recommandations nécessite un grand nombre
d’expérimentations qui n’est pas toujours possible de faire. Ces considérations montrent tout
l’intérêt que l’on peut tirer de la mise au point d’un modèle de simulation qui:
1. permet une meilleure compréhension des interactions complexes entre les facteurs
importants pour la production végétale.
2. facilite l’extrapolation des résultats de la recherche sans avoir à réaliser un tres grand nombre
d’essais dans plusieurs localités afin de prendre en compte la variabilité de certains
paramètres.
3. peut permettre de prévoir les conséquences d’une décision ou d’un choix opéré sur les autres
composantes d’un système qui sont en étroite interaction.
Dans ce chapitre le modèle de simulation étudié est présenté. Ce modèle de simulation
décrit la disponibilité en eau et en azote, la croissance d’une culture (ici celle du mil) et la
distribution de la matiere sbche et de l’azote entre les organes de la culture.
4.2. Description du modèle de simulation
4.2.1. Structure gédrale
La conception de la structure du modèle repose sur le fait que l’environnement dans lequel
les cultures se développent est pris en compte et décrit. Cette description est faite à l’aide de
paramètres et de caractéristiques mesurées au champ. Les processus de base du modèle sont
organisés en subroutines.
Le modèle de simulation appliqué est une adaptation de celui développé par van Kraalingen
& van Keulen (1988). Le schéma de la structure du modéle et une liste des données pour
l’alimenter sont présentés aux Tableaux 4.1 et 4.2, respectivement. Les données nécessaires
pour faire tourner le modèle et mesurées sont détaillées au Chapitre 5. On expliquera ici que
quelques subroutines; pour plus d’information et de détail on peut se référer à van Kraalingen
& Rappoldt (1989); van Kraalingen & van Keulen (1988) et Groot (1987). Les subroutines
RERROR et EXPERT ne sont pas données au Tableau 4.1, parce qu’elles ne font pas partie
de la structure du modéle; cependant la première est appelée si une valeur (la température
par exemple) dépasse les limites prédéterminées et, la seconde, s’il y a une condition qui ne
peut être décrite quantitativement.
Le modèle de simulation est écrit en langage de programmation STANDARD-
FORTRAN-77, pour faciliter son utilisation sur un PC. Le compilateur FORTRAN utilisé est
Microso,ft-FORTRAN, version 4.01,1987 (Microsoft, 1987).
41
Tableau 4.1. Structure générale du moddle de simulation décrivant
l'interaction entre le mil, L'eau et l#azote.
PROGRAMME FORCROS
DO (si les conditions aux limites ne sont pas atteintes)
CALL FOPEN ouvre les fichiers nécessaires.
CALL INITIH donne des valeurs initiales aux variables.
CALLWEATHR lit les donnees météorologiques journaliéres du fichier
WSTAT.DAT.
CALLRAINFL lit les données de la pluviometrie journalière du fichier
RSTAT.DAT.
CALLASTRO
calcule la longueur du jour astronomique et la durée de la
photop6riode.
CALL RADIAT calcule l'intensite du rayonnement direct et du rayonnement
diffus.
CALL PENMAN calcule l'évaporation potentielle d'un sol nu et d'une
couverture végetale.
CALL WATERl calcule le bilan hydrique du sol, s'il n'y a pas un manque
d'eau dans le sol, ou
WATER2 calcule le bilan hydrique du sol, sous des conditions
naturelles.
CALL WATOU écrit les donnees du bilan hydrique du sol dans le fichier
WATOU.DAT.
CALL so1LB.P lit les données physiques du sol du fichier NOMnoSP.DAT.
CALL EVSOIL calcule l'evaporation réelle du sol.
CALL SOLTMP calcule les temperatures du sol.
CALL NITBAL calcule le bilan azote du sol.
CALL SOILBN lit les donnees de base pour le calcul du bilan d'azote du
sol du fichier NOMnoSN.DAT.
CALL NITOUT écrit les donnees du bilan d'azote du sol dans le fichier
NITOUT.DAT.
CALLMIL88
calcule la croissance du mil et la distribution de l'azote
dans les organes de la culture et la transpiration reelle et
potentielle de la culture.
CALL ASSIM calcule la vitesse d'assimilation brute.
CALL CRPOUT bcrit l'État du mil dans le fichier CRPOUT.DAT.
CALLTIMEB
révise le temps avec le pas du temps de l'integration.
ENDDO
arr& la simulation.
42
Tableau 4.2. Liste des données alimentant le modèle de simulation.
A. Donnees meteorologiques
- Pluviométrie;
- Tempdrature journalière minimale et maximale;'
- Rayonnement global journalier;
- Vitesse du vent;
- Humidité de l'air.
B. Caracthristiques du sol
Bl, Caractéristiques physiques pour le bilan d'eau
- Nombre de couches caractérisées par la texture du sol;
- Courbes caractéristiques de rétention hydrique des couches du sol;
- Nombre, profondeur et densite volumétrique des couches du sol a
considérer;
- Facteur caracteristique d'extinction de l'évaporation du sol par couche.
B2. Caractéristiques pour le bilan d'azote
- Profondeur de la couche du sol labourée;
- Teneur en matiére organique stable (humus) dans la couche du sol
'Labourée;
- Vitesse de décomposition spécifique de la matiére organique du sol;
- Quantite,
taux de C et de N et vitesse de décomposition du fumier
apporte;
- Quantité, taux de C et de N et vitesse de decomposition des résidus de la
récolte;
- Teneur en N des pluies;
- Teneur en N-inorganique initial des couches du sol.
C. Domdes de la culture
- Quantite de semences, date, et profondeur du semis;
- Caractéristiques de la germination et de l'installation;
- Le taux d'azote maximal des organes de la culture en fonction du stade de
développement de la culture;
- Vitesse de développement de la culture en fonction de la temperature;
- Vitesse relative de la surface des feuilles en fonction de la température
en stade juvénile;
- Poids matière seche specifique des feuilles;
- Profondeur maximal d'enracinement;
- Vitesse de croissance specifique des racines;
- QuantitB et date d'apport des engrais.
4.2.1.1. Prcgmrnmeprutcipal FORCROS
L.e programme principal décrit l’environnement dans lequel se développe la culture: type
du sol; termes des bilans hydrique et azoté et les caractéristiques de la météorologie
(pluviom&rie, rayonnement global, températures, vitesse du vent etc.). En outre des
informations relatives à la date de semis, au niveau de production (potentielle, limitée par
l’alimentat.ion azotée, ou par l’alimentation hydrique et azotée) sont demandées et prises en
compte.
43
4.2.1.2. La subroutine dk bilan hydrique (WATER)
Cette subroutine décrit le bilan hydrique du sol. La dynamique de l’eau dans le sol peut
être simulée d’une manière très simplifiée ou intégrant plus ou moins l’ensemble des processus
et paramètres en jeu. Dans la subroutine présentée ici, seules des données qui peuvent être
obtenues au champ sont considérées. Pour décrire les processus dans le sol, celui-ci est divisé
en un certain nombre de couches homogènes, mais pas nécessairement d’épaisseur égal ni de
propriétés physiques identiques.
La dynamique hydrique de chaque couche est décrit par:
dWi = Ii-Di-Ei-Ti
(4-l)
Où
dWi = Evolution du flux d’eau (mm j-l); ’
’ Ii
= Flux d’eau entrant dans la couche i (mm j-l);
Di
= Flux d’eau sortant de l’horizon inférieur (mm j-l);
Ei
= Contribution de la couche i à l’évaporation de la surface du sol (mm j-l);
Ti
= Contribution de la couche i à la transpiration de la culture (mm j-l).
Une description plus détaillée de cette subroutine est donnée par van Keulen (1975). Les
flux d’entrée et de sortie d’eau ont seulement lieu s’il pleut ou s’il y a irrigation; on suppose
dans ces cas que les couches du sol se remplissent de haut en bas jusqu’à la capacité de champ
et que le surplus de l’eau éventuellement est drainé en-dessous de la zone d’enracinement
potentielle. Le flw entre les couches qui résulterait de gradients potentiels est négligé (van
Keulen, 1985; van Keulen 1975).
Deux subroutines (WATERl et WATER2) sont présentées parce que dans la première on
suppose des conditions hydriques optimales et dans la deuxième des conditions naturelles.
Pour une description plus détaillée, on peut se référer à van Kraalingen & van Keulen (1988).
Adaptations dans la subroutine
La valeur minimale de WCMAX qui est de 0,3 dans le modèle dans sa version initiale (van
Kraalingen & van Keulen, 1988) a été fixée dans le cas étudié à 0,25 [WATER2, Ligne 8001
par suite des données obtenues en établissement les courbes de pF et qui sont présentées à la
partie 5.2.1.1.
Pour comparer les résultats donnés par la simulation à ceux obtenus au champ, on a changé
dans le liste des données simulées le WCREL en WCACT [WATER2, Ligne 19001.
4.2.1.3. Lu subroutine du bilan d’azote (NITBAL)
Pour décrire le bilan d’azote, quatre pools d’azote sont considérés (Groot, 1987; vanKeulen
& Seligman, 1987; Seligman & van Keulen, 1981):
1. Lepooluzote minéral, dans lequel aucune distinction n’est faite entre les différentes formes
d’azote inorganique; étant supposé qu’elles sont considérées comme également utilisées
dans tous les processus du bilan d’azote.
44
2. L’azote dans Za matière organique stable (humus), qui a subi au moins une fois une conversion
microbienne, décroît par décomposition et augmente par addition de composés stables
provenant de la decomposition de la matiere organique récente [NITBAL, Ligne 36001. Ce
processus est décrit par:
dNsi =Asi-ns*Dsi
(4.2)
\\
dNsi = Vitesse de changement du contenu de l’azote de la matiére organique stable
(kg ha-‘j-l);
Asi
= Vitesse d’accroissement de N de la matière organique stable (kg ha-‘j-l);
ns
= Teneur en azote de la matiére organique stable (-);
Dsi
= Vitesse de décomposition de la matière organique stable (kg ha-lj-l).
La vitesse de décomposition est définie par une vitesse spécifique sous des conditions
optimales et est affectée par l’humidité et la température du sol.
3. L’azote d6uzs la matière organique récente, constituant: des résidus de la culture et des racines
de l’année précédente et de la matiere organique apportée au sol (fumier) [NITBAL, Ligne
3510]. Celle-ci est caractérisée par sa composition en protéines/sucres, cellulose/-
hemicellulose et lignine. Cette caractérisation est basée sur la résistance à la décomposition
microbienne de chacune de ces composantes, en suivant un ordre croissant de résistance.
La vitesse spécifique de la décomposition, qui dépend des composantes et de l’influence
de l’humidité et de la température du sol, est introduite de la même façon que pour la
matibre organique stable. Le rapport C/N de la matière organique est également pris en
compte. L’évolution de la quantité d’azote dans la matière organique récente par couche
est donnée par:
dNfi -= (-nRf * DR@ + (-nFf * DFfi)
(4.3)
\\dNfi = Vitesse d’évolution de la quantité d’azote de la matière organique récente
(kg ha-’ j-l);
nRf
= Taux de N des résidus de la culture et des racines de l’année précédente
(kg kg-’ de MS);
DRfi = Vitesse de décomposition des résidus de la culture et des racines de l’année
précédente (kg ha j-l);
nFf
= Taux de N de la matiere organique apporté~(k~ kg-’ de MS);
DFfi = Vitesse de décomposition du fumier (kg ha j- ).
4. L’azote microbien. Une partie (ou la totalité) de l’azote qui est minéralisé pendant la
décomposition de la matière organique est immobilisée temporairement dans la biomasse
microbienne [NITBAL, Lignes 3510 - 35303. L’évolution de cette biomasse est calculCe par:
dNmi = (Nmxi - Nmai) / TC
(4.4)
Où
45
dNrni = Vitesse d’evolution de la quantité d’azote dans la biornasse microbienne
(kg ha-’ j-l);
Nmxi = Taille maximale de la population microbienne déterminée par la disponibilité en
carbone ou en azote (kg ha-‘);
Nmai = Taille réelle de la population microbienne (kg ha-‘);
TC
= Constante de temps pour l’adaptation de la population microbienne (j).
Finalement, la quantité d’azote minéral disponible par couche (Ni) s’équilibre de la façon
suivante:
Ni = dNsi + dNfi-dNmi + Ini-Dr-ri-Uni
(4.5)
Où
Ini = Flux d’azote minéral entrant à travers la couche supérieure (kg h$’ [l);
Dni = Flux d’azote minéral sortant à travers la couche inférieure (kg ha- j- );
Uni = Contribution de la couche i à l’absorption de l’azote par le couvert végétal
(kg ha-lj-l).
Les valeurs de Ini et de Dni sont calculées toutes les deux à partir du flux d’eau à chaque
limite de la couche et la teneur en azote minéral dans la couche. Le flux sortant d’azote
[NITBAL, Ligne 41101 est défini par:
Dni = (Ni + Ini*dT)/(Wi +Ii*dT)*Di
(4.6)
.z = Quantité d’azote dans la couche i au début de l’intervalle dT (kg ha-‘);
dT = Intervalle de temps représentant le pas d’intégration (j);
Wi = Quantité d’eau dans la couche i au début de l’intervalle dT (mm);
Di
= Flux d’eau sortant à travers la couche inférieure (mm ‘“1;
Ii
= Flux d’eau entrant à travers la couche superieure (mm j- ).
Ainsi, pour caIculer la teneur en azote dans l’eau qui sort d’une couche on utilise la somme
de l’azote présent et entrant en supposant qu’il y a une mixture parfait dans la solution du sol
dans la couche [NITBAL, Lignes 41001
Pour calculer l’absorption de N par le couvert végétal [NITBAL, Ligne 6100], deux
processus sont distingués:
1. L’azote qui est transporté par le courant de transpiration dans le couvert végétal aussi
longtemps que la demande existe. Si la teneur en azote des tissus égale ou excède la valeur
maximum, l’azote est activement exclu par les racines [NITBAL, Lignes 4000 - 42001.
2. L’azote qui est apporté par diffusionvers les racines, si la demande totale n’est pas satisfaite
par le transport en masse et à condition que d’azote minéral soit disponible en quantité
suffisante dans la solution de sol autour des racines. La fraction de l’azote total apporté par
diffusion, absorbée par couche, est proportionnelle à la quantité relative présente dans
chaque couche [NITBAL, Lignes 4000 - 42001.
46
4.2.1.4. Lu subroutine de la culture (ML88)
La prod.uction de matière organique dans la culture verte résulte du processus
d’assimilation du Co2. La réaction globale est un premier pas pour évaluer la quantité de
glucose produite par un couvert végétal au champ. A cet effet, deux composantes principales
du systdme sont importantes: la distribution de l’énergie lumineuse aux différentes
composantes chloropylliennes de la culture et la réponse en terme d’assimilation du CO2 de
ces éléments face à une augmentation de l’énergie disponible. Cette dernière relation est
caractérisée par l’efficacité initiale d’utilisation de la lumiere et la vitesse maximale
d’assimilation (partie 55.3). Une partie du carbone contenue dans la culture est utilisée pour
la respiration. La respiration est considerée comme la somme de l’énergie necessaire pour
l’entretien des tissus existants et des autres fonctions biologiques comme la transformation
des produits primaires de la photosynthèse en matériel végétal de structure et les coûts de
transport des assimilats vers les organes en croissance. Ensuite les assimilats restants sont
répartis entre les différents puits de la culture (feuilles, tiges, racines, inflorescences, grains et
réserves de glucoses mobilisables) en croissance en fonction du stade de développement.
Après la. répartition des assimilats vers les puits individuels, les assimilats sont convertis en
matiere végétale de structure. Pour chacun des organes, cette conversion s’accomplit avec une
efficacite de conversion qui est fonction de la teneur en azote du matériel formé. On trouvera
pour la description de cette subroutine des informations complémentaires et/ou plus détaillées
dans van Kraalingen & van Keulen (1988); van Keulen & Wolf (1986) et van Keulen (1985).
Adaptations dans le modèle
A. La croissance au début
Au début: de la croissance de la culture (stade de developpement inférieur à 0,45), la
croissance des feuilles de la surface et donc la vitesse de la photosynthèse, est limitée par la
vitesse relative d’extension des feuilles. Cette vitesse relative est fonction linéaire de la
température [MIL88, Ligne 61401. Donc:
GLA - LAI * (EXP(LVAGR * EAIRTP * DELT) - 1)
(4.7)
IA = INTGRL(GLA,IAI)
(4.8)
Où
‘GLA
= Vitesse d’extension des feuilles (ha ha-lj-l);
= Index de surface fohaire (ha ha-l);
LVAGR = Vitesse d’extension relative des feuilles (“Cl j-l);
EAIRTP
= Température de l’air pendant la journée (“C).
.Apres ce stade de développement, l’index de surface foliaire est décrit par:
LAI = WLV * LVSLVA
(4.9)
où
WLV
= Poids de matière sèche des feuilles (kg ha-‘);
LVSLVA = Surface foliaire spécifique (ha kg-‘).
47
Dans le cas où le semis d’une culture est fait au volet, l’index de surface foliaire est calculé
par le modèle de simulation en divisant la surface foliaire par unité de surface du sol. Pour le
mil semé en poquets distants de lx1 m, la couverture du sol par la culture est très faible entre
la levée et le 32éme JAL (Figures 4.1A et 4.1B). On peut parler des “feuilles groupées” durant
cette période. En conséquence, le calcul de la surface foliaire doit donc être corrigé et adapté,
parce que celle calculée par le modble dans sa version initiale est plus élevée que la surface
absorbant réellement le rayonnement. En même temps il faut noter qu’au début de la période
de croissance une grande partie du rayonnement n’est pas interceptée par la culture, mais
atteint le sol nu. Dans ces conditions et pour plus de facilité on a transformé la subroutine
ASSIM (cas d’une couverture du sol totale par la culture) feuilles groupées en subroutine
ASSIMC. L’index de surface foliaire [ASSIMC, Ligne 6501, nécessaire pour le calcul de la
photosynthèse, est alors obtenu par:
LAICL = LAI* 1i’SSHADE
(4.10)
Figure 4.1, L.e mil à Nions & Rip. A: d 418 (18t?me JAL) et B: 1918 (33dme JAL.).
.EICL = Index de surface foliaire groupé (ha ha-‘);
SSHADE = Surface du sol effectivement ombragée (ha);
Index de surface foliaire pour une couverture totale du sol (ha ha-‘).
e: la vd:ur 1 a la dimension ha)
La surface du sol effectivement ombragée est calculée, selon la formule donnée par
Goudriaan (1977, pp 54-66) [ASSIMC, Ligne 6501:
SSHADE = CROPS * (1 + CROPH * COSB/SINB)
(4.11)
.
:OPS = Projection de la surface des plantules (ha);
CROPH = Hauteur de la tige de la culture (m);
COSB
= Cosinus de l’altitude du soleil (-);
SI-NB
= Sinus de l’altitude du soleil (-).
Ce calcul a été effectué pour toute la période où le développement de la culture est à un
stade inferieur à 0,8 correspondant à 32ème JAL environ) et où l’index de surface foliaire est
!l
inférieur à 0,8 ha ha- [MIL88 Ligne 62401.
Par ailleurs, on a inclus l’activité photosynthétique des gaines des feuilles à partir du 10ème
JAL. D’abord la longueur des gaines a été calculCe d’après la formule [MIL88 Ligne 61501:
STLTOT = CROPH * NOTIL * SOWPOC
(4.12)
.
>TOT = Longueur totale des gaines (m ha-‘);
NOTIL
= Nombre de talles primaires par poquet (-);
SOWPOC = Nombre de poquets (ha-‘).
En suite, ‘l’index de surface foliaire équivalant des gaines’ est calculé par:
LSAH = LSAIRF * STC * STLTOT/ 1.E4
(4.13)
.SALI = ‘L’index de surface foliaire équivalant des gaines’ (ha ha-‘);
LSAIRF = Facteur de réduction tenant compte de l’activité de photosynthèse des gaines
en rapport de celle-ci des feuilles (-);
STC
= Circonférence de talle (m).
(note: 1.E4 est sans dimension et est inclus de transformer m2 mm2 en ha ha-‘)
Juste avant d’appeler la subroutine ASSIM (ou ASSIMC) [MIL88, Ligne 62401, l’index de
surface foliaire et ‘l’index de surface foliaire équivalant des gaines’ sont additionnés.
49
a--v---
B. Vitesse de développement
Le développement phénologique du mil Souna III n’est pas sensible à la longueur du jour.
En conséquence, la vitesse de développement avant la floraison est fonction de la température
moyenne journalière avec une température de base de 10 “C (van Heemst, 1988) [MIL%,
Ligne 22001. Après la floraison la vitesse de développement est fixée, dans le modèle, à 1/(40
jours) [MIL@, Ligne 22101.
4.3. Effets des contraintes
Dans ce cadre ce n’est pas le but de décrire en grand détail tous les effets des différentes
contraintes sur le fonctionnement de la culture. On se restreint à indiquer les processus
affectés dans le modèle de simulation.
43.1. Effets de la température
4.3.1.1. Température aérienne
La température aérienne influence:
- la vitesse maximale de la photosynthèse;
- l’efficacité initiale d’utilisation de la lumière;
- la vitesse relative de surface des feuilles;
- la vitesse de transpiration potentielle (pas encore inclus);
- la vitesse de la respiration d’entretien de la culture;
- la vitesse de développement avant et après la floraison;
- la vitesse potentielle de croissance des grains;
- la vitesse potentielle d’accumulation de l’azote dans les grains;
- la vitesse relative de croissance de la surface des feuilles au stade juvénile.
4.3.1.2. Température du sol
- l’activité des racines (vitesse de transpiration);
- la vitesse de germination;
- la vitesse de décomposition de la matière organique.
43.2. Effets de déficit de l’eau
Les effets de déficit de l’eau (déficit de transpiration ou déficit de teneur en eau du sol)
influence
- l’activité des racines (vitesse de transpiration);
- la vitesse de mortalit6;
- la croissance des racines;
- la vitesse de germination.
5 0
433. Effets de carence en azote
Une carence en azote influence:
- la vitesse de mortalité;
- la vitesse de la respiration d’entretien de la culture;
- la vitesse de la photosynthèse.
5. Calibration et validation du modèle de simulation
Le modéle de simulation, décrit au Chapitre 4, est calibré et validé à partir des mesures et
(observations faites (partie 5A) et des données bibliographiques (partie 5B). Dans ce chapitre
1311 présentera et discutera les paramètres météorologiques, du sol et de la plante nécessaires
pour le modèle de simulation.
SA. Paramhtres mesurés
5.1. Les mesures et analyses
5.1.1. Les mesures et analyses de sol
X1.1.1.. Rétention hydrique
Les mesures sont effectuées sur des échantillons non remaniés prélevés, à l’aide d’un
dispositif approprié, aux profondeurs suivantes: O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,5; O,S-0,7; 0,7-0,9;
0,9-1,l; l,l-1,3; 1,3-1,s; 1,5-1,9 et 1,9-2,l m. Les valeurs de pF déterminées sont: pF2,O; pF2,2;
pF2,S; pF2,8; pF3,O; pF3,3; pF3,O et pF4,2. On a regroupé les couches du sol qui présentent à
peu près les mêmes courbes pF-teneur en eau sous les deux traitements TO et T3.
En outre, la capacité de champ est déterminée au champs. Celle-ci s’effectue en principe
après 24 h’eures de ressuyage pour les sols sableux, mais la valeur est plus stabilisée après 48
heures. Cette valeur de l’humidité a été retenue comme correspondant à la capacité de champ
(‘Charreau, 1961). Cette expérience est exécutée en double pour les couches de O-O,1 et O,l-0,2
m de profondeur, avec 3 répétitions.
!ï.1.1.2. Rés&mce du sol
La résistance du sol est déterminée sur les parcelles Cl et C2 dans le but de pouvoir
expliquer éventuellement les différences de longueur moyenne des racines des plantules. On
a utilisé un pénétromètre avec un poids de 10 kg, avec 10 répétitions par parcelle.
iZ 1.1.3. Càractéristiques chimiques
Les éléments, C, N, P-ass, P-tot et pH (eau et KCl), sont analysés sur des échantillons du
. sol des couches de O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,4; 0,4-0,s et 0,8-2,0 m, avec 5 répétitions par couche.
Les prélèvements ont été faits au début (avant semis, mais après l’application d’engrais (T3))
et a la fin de la saison sous les deux traitements (TO et T3).
5y.1.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral
A six dates de prélèvement (semis, lOème, 17ème, 31ème jours après levée, à la floraison
et à la récolte) des échantillons sont prélevés sur TO aux profondeurs: O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,4;
53
0,4-0,8 et 0,8-2,0 m, avec 5 répétitions par couche. Pour le traitement T3 il y a eu trois dates
de prélèvement: semis, 10ème jours après levée et à la floraison.
5.1.1.5. Evolution de la teneur en eau
La teneur en eau du sol est mesurée à un rythme hebdomadaire à l’aide d’un humidimètre
neutronique. Elle a été complété avec des mesures tensiométriques.
5.1.2. Les mesures et analyses de culture
5.1.2.1. Rendements du mil
Le poids matière sèche totale est déterminé sur les deux traitements (TO/C1 & T3/C2). Les
plantes prélevées sont séparées, selon le stade de développement, en feuilles, tiges + gaines,
chandelles et grains et le poids des organes est déterminé également. Les prélèvements ont
été faits à la levée, aux lOème, 17ème, 32ème, 39ème jours après levée, à la floraison et à la
récolte. Au moins 5 pieds par traitement sont prélevés chaque date. A la récolte les rendements
du mil par traitement sont déterminés sur 5 sous-parcelles de 24 m2.
A la levée, aux lOème, 17ème JAL et à la floraison une estimation des poids racinaires a
été faite.
On peut calculer, en utilisant les mesures effectuées les paramètres suivants nécessaires
pour le modele de simulation:
Distribution d’assimilation nette
A partir de l’évolution des poids de matière sèche des différents organes de la culture et les
facteurs de conversion (produits photosynthétiques en matière sèche) (van Heemst, 1988), la
distribution des produits d’assimilation nette peut être calculée en fonction du stade de
développement.
Facteur de réduction du démariage
Dix jours aprbs la levée un démariage à trois plantes par poquet a été effectué. Le démariage
est inclus dans le modele de simulation par un facteur de réduction affectant toutes les
variables d’états de la culture [MIL88, Ligne 43001. Ce facteur est le rapport des poids matière
sèche juste avant et juste après le démariage.
X1.2.2. Taux d’azote et dephosphore
A chaque date de prélèvement, un échantillon moyen est pris, selon le stade de
développement, des feuilles, tiges + gaines, chandelles, grains, matière morte et racines pour
déterminer le taux de N et de P. En outre, à la récolte les gaines ont été séparées des tiges
pour être analysées.
54
5.1.2.3. Paramètres racinaires
Les paramètres du système racinaire considérés sont :
Profondeur d’enracinement
Trois techniques ont été utilisées pour déterminer et suivre la profondeur d’enracinement
du mil.
Au début de cycle (levée, 10ème et 17ème JAL) la plante entière a été prélevée (tige,
feuilles et racines). A la floraison des prélévements par couche de sol ont été effectués à partir
d’un monolithe de surface de base d’un mètre carré dont le pied de mil occupe le centre.
Aux 32éme et 39ème JAL une méthode isotopique a été utilisée. Le principe de cette
méthode est de placer du 32P dans le sol à des profondeurs fixées (0,8; l,O; 1,3 et 1,6 m p.ex.)
et de prendre au bout d’une ou de deux semaines des échantillons de feuilles sur le pied de
mil. On détermine ensuite si elles sont radioactives, c’est-a-dire si les racines du mil ont
absorbé du 32P à la profondeur où celui-ci a été placé. Une présentation détaillée de cette
méthode est donnée par Binh (1982; 1980).
Vitesse d’avancement du front racinaire
La vitesse d’avancement du front racinaire est la vitesse de croissance du bout de la racine
la plus profonde.
Densite par couche du sol
La densi.té racinaire est déterminée soit par kg racine par m sol soit par m de racine par m
de sol traversé.
Longueur spécifique
La longueur spécifique est définie comme la longueur par unité de matière sèche.
4 1.2.4. Mesures additionnelles
Pour améliorer la description de la croissance de la culture des mesures additionnelles
suivantes sont effectuées:
- Surface foliaire spécifique. La surface foliaire sp6cifique est déterminée à partir des
mesures au milieu de la feuille (surface par unité de poids matière sèche) en 3 ou 5
répétitions.
- Nombre et circonférence des talles primaires et hauteur du mil. La hauteur de toutes les
talles des pieds de mil utilisés dans l’expérience’ avec le 32P a été mesurée. En outre, à
chaque date de prélèvement la circonférence des talles a été déterminée.
- Nombre des grains par chandelle et le poids matière sèche d’un grain individuel
- Longueur de la chandelle
- Caractéristiques du semis
- Taux de germination et conversion grain - plantule
55
5.2. Résultats et interprétation
5.2.1. Expérimentations du sol
5.2.1.1. Rétention hydrique
A partir, des données de la densité du sol (Tableau S.l), les humidités pondérales ont été
transformées en humidités volumiques (Tableau 5.2). On a distingué 3 couches du sol: O-0,2;
0,2-0,5 et 0,5-2,0 m de profondeur. Les courbes obtenues sont présentées à la Figure 5.1. Ces
valeurs sont utilisées dans le modéle de simulation Fichier NIOROlSP.DAT].
Tableau 5.1. Densité du sol (g cmm3) B Nioro du Rip (moyenne de 9 points)
avec une sonde gammadensititre (CissB & Vachaud, 1989) pour 8
couches (m).
couche
densité
couche
densit6
0,o - 0,l
1,63 f 0,02
0,4 - 0,8
1,44 f 0,02
0,l - 0,2
1,55 f 0,02
0,8 - 1,0
1,43 f 0,02
0,2 - 0,3
1,48 i: 0,02
1,0 - 1,8
1,44 f 0,02
0,3 - 0,4
1,45 f 0,02
1,8 - 2,0
1,45 * 0,02
Tableau 5.2. Valeurs moyennes de l'humfdit6 volum&trique (cm3 cmm3) à
différents pF sous les deux traitements TO et T3.
couche
PF
O-O,2
m
0,2-0,5 m
0,5-2,0 m
OP0
0,274
0,290*
0,311*
2,o
0,168
0,177
0,222
292
0,108
0,138
0,177
2‘5
0,068
0,104
0,149
2,8
0,046
0,081
0,128
380
0,039
0,069
0,116
3,3
0,033 .
0,058
0,108
3,6
0,027
0,055
0,103
4,2
0,023*
0,050
0,098
590
0,016
0,043*
0) 092"
lx valeur estimée A partir de la Figure 5.1.)
56
ocouchoO-0.2m
0 cowhoo.2-dem
A couchro.6-20m
4
3
2
Figure 5.1. Courbes camctktitiques pF-teneurs en eau des bvis couches du sol à Niom du Rïp.
En outre, les humidités du sol correspondant au capacité de champ déterminees au champ
sont pour le couche de O-O, 1 et O,l-0,2 m de profondeur, 0,1155 et 0,113O g g-l, respectivement.
En milisant la densité du sol moyenne (Tableau S.l), l’humidité volumetrique a une valeur de
18,2 cm3 cme3. Cette valeur correspond à une valeur de pF de 2,0. Cette observation est au
moins remarquable, parce que C%arreau (1961) a observé pour la même expérience sur un sol
Dior et sol Dek une valeur de pF de 2,6. Ll a conclu que 48 heures n’était pas suffisant pour
atteindre un équilibre, mais on peut prévoir que dans un sol sableux la vitesse de transport de
l’ealu sera presque zéro après cette période de ressuyage. Apparemment, les caracteristiques
hydrauliques du sol sont différentes.
5.2.l.2. RtkAzn.ce du sol
Les résultats des mesures sont présentés au Tableau 5.3. La difference entre les parcelles
Cl et C2 est remarquable, notamment dans les deux premibres couches (O-O,05 et 0,05-0,lO
m de profondeur).
5.2.11.3. Cmactéristiques chimiques
Les résultats des analyses chimiques du sol des parcelles TO et T3 au début (8/7 et 12J7
respectivement) et à la fin (12/10) de la saison de croissance sont présentes au Tableau 5.4.
Les taux de N et de P diminuent légèrement dans les trois premières couches (O-O,4 m) pendant
la saison de croissance (TO et 13). L>augmentation des taux de N, de P et de C du sol du
traitement T3 résultant des apports par la fertilisation et le fumier (12/7) est faible pour le N,
mtis plus prononcée pour le P. On rappelle que cette fertilisation a été comme suivante: au
57
Tableau 5.3. Résistance du sol (N m-1 traversé) mesurée sur les parcelles
Cl (labour) et C2 (labour + fumier + fumure minérale) à
différentes profondeurs (PROF, m), moyenne de 10 répétitions.
profondeur
C l
c 2
0,oo - 0,os
662 f 102
1482 -+ 251
0,05 - 0,lO
905 f 154
1713 * 433
0,lO - 0,15
1424 f 273
1886 f 543
0,15 - 0,20
1602 i: 272
1851 f 533
0,20 - 0,25
1246 f 210
1549 f 345
0,25 - 0,30
1045 f 281
1123 i: 333
0,30 - 0,35
929 f 195
1049 f 263
semis du mil, 150 kg ha-’ d’engrais (NPK, W-21-21) ont été a ortés sur les parcelles T3, Tl
Pp
et C2. Au démariage (lO&me JAL) et au 4lbme JAL 50 kg ha- (urée) ont été appliqués sur
les mêmes parcelles. Les apports d’azote s’elèvent donc respectivement à 15,23 et 23 kg ha-l,
et qui ont été employés dans le modèle de simulation [NIOROlSN.DATJ.
5.2.1.4. Evo&ion de la teneur en mate minéral
Evolution des teneurs en N-minéral du sol
Les résultats de base sont présentés au Tableau 5.5. Les quantités de N-minéral exprimées
en kg ha-’ 0,l m-l et calculées pour les couches du sol considérées sont rapportées au Tableau
5.6 et représentées aux Figures 5.2 et 5.3.
Les teneurs en N-NH4 sont trbs faibles comparativement à celles trouvés par De Bruin et
~2. (1989) pour un sol du Mali, en conditions contr8lees: 18 ppm 2 jours après humidification
du sol. Krul et al. (1982) ont observe des valeurs de teneur en N-NH4 en I%I de saison des pluies
au Mali de 5 à 10 ppm pour la couche O-O,2 m et 3 à 4 ppm pour la couche 0,2-1,0 m de
profondeur. Pichet et d (1974) ont trouve au Niger des valuer entre 3 et 6 ppm pour une
couche de sol de 0-0,4m de profondeur
En outre, il faut noter qu’il y a du temps entre les prélèvements et le moment d’analyse.
Apparemment, les resultats obtenus sont sujet à caution.
Evolution quantitative de l’azote mineral
Les quantités totales de N-minCral mesurées dans le profil (O-2,0 m) au cours du temps sont
présentees à la Figure 5.4.
On note des différences importantes de teneur en azote minéral entre les deux traitements
au cours de 20 premiers jours suivant l’installation de la saison des pluies. Pendant cette
période les teneurs sous T3 sont environ deux fois plus élevées que celles mesurées sous TO.
A la fin de cette période les teneurs en azote minéral diminuent très fortement et tendent,
sous les deux traitements, vers des valeurs identiques, de l’ordre de 10 ppm. Cette diminution
a très rapide implique, si on veut bien analyser et caractériser les differentes formes d’azote du
sol d’avoir les pas de temps de mesure très rapprochés au début de la saison des pluies (de
l’ordre de 2 à 3 jours). La variabilité relevée par les analyses de sol entraîne également qu’il
58
Tableau 5.4. Principales caractéristiques chimiques des 5 horizons (m) à
Nioro du Rip sous les deux traitements, avant la mise en place
de l'expérimentation et à la rkolte en 1988, moyenne de 5
répétitions.
(TO: témoin absolu; T3: labour + fumier + fumure minérale.)
--
0-0,1
O,l-0,2
0,2-0,4
0,4-0,8
0,8-2,0
TO & 8/7
c (Yzu)
2,97 i 0,29
2,82 f 0,34
2,55 f 0,39 2,39 f0,20
1,99 f0,16
N (%a>
0,23 f: 0,04
0,20 f 0,02
0,18 f 0,Ol 0,19 f0,03
0,19 f0,02
W
12,2 i 0,8
14,2 f 1,4
13,3 f 1,9 12,2 il,1
10,6 f0,9
Ptot (%)
0,2521 0,009 0,285f 0,027 0,266f 0,021 0,29810,027
0,29310,016
Pass (ppm)
49,68 f 2,40 35,42 f15,42 22,43 f 8,72 10,90 f3,42
5,70 f2,12
pH-eau
6,26 i: 0,48
6,39 f 0,66
5,85 f 0,32 6,23 f0,24 6,46 fO,lO
pH-KCl
5,07 f 0,35
5,22 f 0,69
4,60 f 0,32 4,92 10,06
5,24 f0,12
TO à 12110
c (%o)
2,53 f 0,13
2,46 f 0,18
2,50 f 0,lO
2,04 +0,12
1,88 &0,08
N (740)
0,21 f 0,04
0,21 * 0,011 0,21 * 0,02
0,19 *0,03
0,20 f0,02
C/H
12,7 i: 1,2
11,6 i: 1,4
11,8 i 1,0
11,2 11,5
9,6 t0,8
Ptot (%.)
0,263f. 0,023 0,299f 0,023 0,294f 0,018 0,282fO,O26
0,28710,017
Pass (ppm)
52,72 f 6,84 62,65 f17,02 21,25 f 4,45 14,81 f5,44 12,05 f3,16
pH-eau
5,91 i: 0,27
5,85 f 0,16
5,69 f 0,30
6,28 f0,19
6,30 10,ll
pH-KCl
4,68 f 0,27
4,51 f 0,19
4,46 f 0,lO
4,90 10,08
5,08 +0,09
T3 B 12/7
c (%*)
3,19 f 0,19
2,88 f 0,15 2,69 f 0,62 2,61 10,62
1,89 +0,27
N ('740)
0,25 f 0,03
0,24 f 0,04 0,22 f 0,02 0,22 kO,O2
0,18 f0,02
C/N
13,0 f 1,6
13,7 f 2,6 11,7 f 1,7 11,l f2,l
10,5 iO,6
Ptot (V.0)
0,361f 0,052 0,293f 0,048 0,315f 0,060 0,31210,043
0,279&0,021
Pags (ppm) 109,O f16,O
85,0 f28,6 47,6 f22,7 11,8 f4,2
7,5 f3,3
pH-eau
-
6,29
f
-
-
6,47
f0,17
6,53 f0,37
pH-KCl
5,14
f
-
5,07
f0,04
5,24 10,23
T3 à 12/10
c y/oe>
2,73 i: 0,32 2,97 i: 0,28
2,63 f 0,29
2,43 110,36
1,87 +0,16
N ':Y,.)
0,22 i: 0,Ol 0,23 f 0,Ol
0,21 f 0,Ol
0,21 f0,02
0,19 10,Ol
C/N
12,6 i 1,8 12,9 i 1,l
12,5 f 1,l
11,0 f0,3
9,8 f0,7
Ptzot (%*)
0,290f 0,024 0,309f 0,025 0,296f 0,027 0,29110,030
0,282f0,025
Pa!;s (ppm)
78,0 119,9 72,7 f17,5
31,5 f11,6
9,8 f3,4
6,0 f2,l
pHs.eau
6,05 f 0,47 5,75 f 0,30
6,14 f 0,56
6,77 *0,58
6,81 kO,52
pHa.KCl
4,85 f 0,42 4,48 f 0,2Q
4,74 f 0,35
4,32 f0,29
5,45 f0,35
faut prélever un nombre relativement élevé d’échantillons par date et par horizon pour avoir
une bonne estimation des teneurs et des formes d’azote du sol.
En conclusion on peut dire que les rhsultats obtenus cette année nécessitent d’être
confirmés ou infirmés l’année prochaine en prenant en compte les remarques faites ci-dessus.
59
Tableau 5.5. Evolution des taux d'azote minéral sous forme de NH4' et de
NO3 - (ppm) mesurés dans différents horizons (m) et sous les
traitements TO et T3.
0 - 0.1
0.1 - 0.2
0.2 - 0.4
0.4 - 0.8
0.8 - 2.0
IW4+ N03-
NH4+ NOS-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ NOg-
date
TOa/7
2,90 1,84
4,27 3,15
2,30 2,06
1,76 1,34
2,46 2,94
27/7
0,22 1,79
0,14 2,94
0,14 2,29
0,OO 2,31
0,OO 1,46
3/8
0,21 1,26
0,OO 0,56
0,OO 0,84
0,OO 2,58
0,17 0,45
18/8
1,12 2,52
0,45 0,37
1,23 0,90
1,34 0,34
1,34 0,93
2/9
0,OO 1,46
0,oo 1,51
0,OO 0,84
0,oo 0,54
0,ll 0,45
12/10
0,22 0,56
0,34 0,62
0,oo 0,28
0,22 1,Ol
0,OO 0,06
T3
12/7
4,41 6,26
12,96 5,24
7,99 5,02
5,43 3,78
2,92 2,34
27/7
0,oo 8,51
0,OO 1,26
0,OO 8,96
0,oo 0,21
0,oo 0,28
2/9
0,OO 1,26
0,oo 1,54
0,oo 0,73
0,oo 0,45
0,oo 0,45
Tableau 5.6. Evolution des q antités d'azote minkrale sous forme de NH4+ et
de NO3- (kg ha -P 0,l m-l).
0 - 0.1
0.1 - 0.2
0.2 - 0.4 0.4 - 0.8
0.8 - 2.0
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
date
TO817
4,73 3,00
6,62 4,88
1,68 1,51
0,63 0,48
0,30 0,35
27/7
0,36 2,92
0,22 4,56
0,lO 1,68
0,OO 0,83
0‘00 0,18
3/8
0,34 2,05
0,OO 0,87
0,OO 0,62
0,oo 0,93
0,02 0,05
18/8
1,83 4,ll
0,70 0,57
0,90 0,66
0,48 0,12
0,16 0,ll
2/9
0,OO 2,38
0,OO 2,34
0,OO 0,62
0,oo 0,19
0,Ol 0,05
12/10
0,36 0,91
0,53 0,96
0,oo 0,21
0,08 0,36
0,oo 0,Ol
T 3a/7
7,19 10,20
20,09 8,12
5,85 3,.6f3
1,95 1,36
0,35 0,28
27/7
0,oo 13,87
0,oo 1,95
0,OO 6,56
0,oo 0,08
0,oo 0,03
vg
0,OO 2,05
0,oo 2,39
0,oo 0,53
0,OO 0,16
0,oo 0,05
60
c.
SUO
- - - ma
- - - w
- noa+wu
r.
1+1wo
-__-- m
-a-w
-tW+WU
Figun? 5.2. Disbibution de l’azote minhd dans le profil du sol sous le tmitemmt TO à Niotv du Rip b 6 dates de
pi&?vements.
6 1
N-mlnhnl (llgma/10 cm)
N-mln4nl (k!J/lw10 en)
5
10
1S
20
2s
30
S
10
1s
a
0 . . . ..'...'.........'.........l
2a
zo-
1
4a
40
1
SO
SO-
S O
Mo-
100
100 -
120
140
A.
a
loa
12-7-U
27-7-n
---- Nm
----- m
--- NI44
--- NN4
110
- NOS+NlU
- NW+W
200
Z(cm)
40-
SO-
SO-
100 .
120 .
140 .
lso -
110 .
zoo-
2: F-1
Figure 5.3. Disbibution de l’azote minhd daG le profil & sol sous le baitement T3 à Nioro du Rïp d 3 &tes de
pl&W?W?l~.
X2.1.5. Evolution de la teneur en eau
La saison des pluies de cette annke se caractérise par l’installation des pluies un peu tardive,
un cumul pluviométrique élevé (917 mm; Tableau 1.2) et supérieur à la moyenne des dix
dernières années (671 mm; Tableau 1.1).
La pluviométrie utile (semis - récolte) s’élève à 870 mm; soit environ deux fois les besoins
en eau des variétés cultivées (450 mm; Cissé, 1986).
62
N-min. total (kg ha-l)
SO
00 :,,‘,:
70 :
70 - :
u TO
\\
\\,
. ,44
.----9 13
50 :
SO- :88,
. ,::
50
SO-
;;II:
! :
40
:,
-
0
~‘*‘*‘~‘~‘*‘~‘*‘~‘*l
OI”“““““““.‘.1
-10 0 10
-10 0 10
30
30 40 50
50 70 50 SO
.Figum 5.4. Evolution dès quantités d’azote minhd total Aans le prof1 (O-2,0 m) du sd au cours du temps et sous
les traitements TO et T3.
L’examen de la répartition temporelle de la pluviométrie revèle une trés forte pluie (173
mm:! tombee le 28 Juillet, environ deux semaines aprés le semis. Cette pluie a induit un
ruissellement assez important et une avancée rapide du front d’humectation qui se situait fin
Juihet à 1,3 m, alors qu’avec la pluie de semis (60 mm) le sol a été seulement humidifié jusqu’à
60 cm de profondeur.
Evolution des teneurs en eau du sol
Quinze profils hydriques ont été mesurés sur chaque tube d’accbs entre le 6 Juin et le 13
Qctobre. Qn trouvera aux Figures 5.5A et SSB des profils moyens relevés sur les traitements
TO et T3 à quatre dates caractéristiques: en sec, avant la saison des pluies (6-6-88), au semis
(15Y-88), à mi-cycle de développement végétatif de la culture (3-9-88) et à la récolte
(13-1.0-88). Les mesures hydriques effectuees montrent qu’à partir du 18-8-88 le sol a été
humidifié jusqu’au-delà de la profondeur de mesure la plus grande (2 = 3,7 m). Cette
evolution très rapide du front d’humectation est due aux fortes pluies enregistrées et aux
fréquences des pluies à partir de la fin Juillet (Figure 1.2). Cette situation rend impossible le
calcul de tous les termes du bilan hydrique, entre le semis et la recolte, par utilisation de la
methode dite de la “variation des stocks”. Cormaissance de la relation entre la teneur en eau
des couches du sol et la conductivité hydrique (K) se situant au-delà d’un mètre de profondeur
est nécessaire pour effectuer le calcul des termes du bilan par la méthode de Darcy.
Les Figures 5.6A à 5.6E présentent les profils hydriques moyens entre 0 et 3,7 m sur les
deux traitements TO et T3 à différentes dates, avant l’installation de la saison des pluies (6-6-88)
63
2 (cnl
31010
Figure 5.5. ProfiLr hydriques mesu& d 4 dutes S&U les deux tmitements: A: TO et B: T3.
. et au cours de la saison de croissance du mil. On peut noter, en examinant ces fîgures,
l’évolution presque identique de la teneur en eau du sol aux différentes profondeurs sous les
deux traitements. Pour mieux comprendre cette évolution on a effectué une analyse
systématique côte par cote. Cette analyse ne montre que des différences relativement faibles
au couches superficielles (entre 0 et 0,5 m), illustrées aux Figures 5.7A et 5.7B. En profondeur
(Figures 5.7C à 5.7E) les teneurs sont identiques ou trbs faiblement différentes (Figure 5.7E).
6 4
2 (a)
379.1
e lef
2 (CII)
2 (CIO
370,8
379#8
c
2 (es)
378,8
Fîgure 5.4. Comparaison de profils hydiiques mesu& 0 5 dates (A-E) sous les akux buitementr (TO et T3).
65
Figure 5.7. Evohttion de l’humidité du sol d di$$wates profondeurs (A-E) sous les buitements (TO et T3).
Evolution des stocks hydriques
L’évolution des stocks d’eau au cours du temps entre la surface et la profondeur atteinte
par le front racinaire (O-2,3 m) ou entre la surface et la profondeur mesurbe (O-3,7 m) ne
montre aucune différence entre les deux traitements (Figures 5.8A et 5.8B). A la mi-cycle de
développement végétatif le stock hydrique total de la couche du sol où sont présents des racines
s’élève pour les deux traitements à environ 350 mm.
Malheureusement la quantite de percolation ne peut pas déterminee cette annee. On a
supposé que la quantité de percolation a été la même pour les deux traitements Ctudiés.
66
Figure 5.8. Stock hyddque dans le profil dè lb23 m (A) et de &3,7m (B) de profondew sous les dëux traitements
(TO et T3).
E!n conclusion on peut dire que les conditions d’alimentation hydrîque de la culture ont été
très bonnes tout au long de leur cycle de croissance. Le calcul des lames d’eau évapotranspirées
par les cultures se développant sur les deux traitements mis en comparaison permettra de
préciser cette observation; ce calcul sera fait dès que la caractérisation hydrodynamique du
sol sera terminée.
5.26. Expkimentations de la culture
5.2.21. Rendements ah mil
Les résultats en kg de matière sèche par hectare obtenus à partir des prélèvements de 5
plantes individuelles pendant la saison de croissance sont présentes au Tableau 5.7 et à la
Figure 5.9 et celles fourmes par 5 sous-parcelles de 24 m2 sont présentées au Tableau 5.8. La
difference entre les rendements des C- et T-parcelles peut être expliqué par l’effet de labour
causé par la différence de date de labour (5/6 et 6/7, respectivement). La composition d’une
chandelle est observée en plus de détail et les résultats sont présentés au Tableau 5.10. Le
67
Tableau 5.7. Poids
ciAre sAche des diffërents organes du mil Souna III
3
(kg ha ) A Nioro du Rfp en 1988 A diffdrents stades de
dlveloppement (10a: juste aprAs d(lmariaga) .
(WLV: feuilles, WLVD: feuilles mortes, WST: tiges, WSTD:
tiges mortes, WCOST: tiges du chandelle, UWFL: reste des
fleurs, WPAIL: paille, UGR: graines, WSRT: total partie
a&rienne, WRT: racines. WRTA: racines adriennes. WSE:
semences, UTOT: plante entidre (mpnne de N poquets ayant n
plantes par paquet) sous deux traftements (TR) : TO/Cl: tbnwin
absolu et T3/C2: labour + fumier + fwm.tre min&rale.)
TRJALNn WLV
WLVD
UST ..
USTD
WRTA
WCOST
wcom.
WPAIL
WGR
WSH
WRT
USE
WTOT
WLV:WST WSH:WRT
Cl 0 10 35 0,35*0,09 0,o
0,35*0,05 0.0
ono
oso
ono
O.JOiO,l2
0,O
O,JOf0,12
0,32*0,04 0,8J
1,89fo,ll SO:50
37~63
Cl 10 6 20 7.4fl.6
0,O
1,9*0.4
0,o
0,o
0.0
0.0
9,3* 2,0 0,o
9,3* 2,0
1,56*0,40
0,O
10,9*2,2
79:21
86:14
Cl 10a 5 3 2,5iO,5
0,O
0,6M,l
0 0
ono
o,o
3,lk 0.1 0,o
3,lk 0,l
0.34*0.5a 0,o
3,44M,6
81:19
9O:lO
TQ 12 4 3 4,7f1,6 0.0
1,3M,4
Fio
o*o
o,o
ono
6.M 2.0 0.0
6,M 2.0
-
79:21
-
Cl 17 4 3 8,3*3,1 0,03*0,06 2,6fl,O
0:O
0:o
0.0
o,o
10;9* 4;o 0;o
10,9* 4.0
2,5fo,J
0.0
13,3*4,4
77~23
81:19
TO 17 5 3 9,9f2.7 0,06iO.O9 2.6iOo.3
0,O
ono
0.0
0.0
12.6f 2,7
0.0
12,6* 2.7
2,ofo,6
0,O
14,6*3,2
79:21
86:14
TO 32 5 3 205i138 0,6*0,3
9Jf82 O.lSfo.24 0,O
0.0
0.0
303f 220
0,o
303f 220
-
JO:30
-
TO 39 5 3 464f179 2,91t1.5
324f182 1,X0,9 0,O
2,2f2,3
795f 362
0,O
795f 362
*
61:39
-
TO 47 5 3 65Jf220 9,4f4.4
856f405 2,6*1,4 33f23
34f56
1592f 666
0,o
1592f 666 xxxxhxx 0,o
9999*999
45:55
TO6053
-
-
1028f154
-
103f107
TO 72 5 3 98JfllJ 141f 24 285Jf335
61f 23 36125
SOS* 89 769f126
5356f 645 199M342
7346f 894
-
25:75
-
TO 87 4 3 569f 92 3JU220 2804i992 18lk112 25i20
524k107 952f174
5426f1583 2673zt514
8099i2086
17:83
-
c2 0 12 40
-
o,o
0.0
o,o
oso
oso
0,96f0,06
0,O
0,96f0,06
0,40*0,10
1,20
2.56f0.10
-
37:63
C2 10 6 23 10,3*1,6 0,O
2,JH,4
0,O
0,O
0.0
0.0
13.0* 2,0
0,o
13,Of 2.0
1,8* 0,4
0.0
14,8* 1,9
79:21
aa:l2
C2 10a 6 3
2,6M,J 0,O
O,Jf0,2
0,O
o,o
0.0
oso
3,3* 0,9
0,o
3,3* 0,9
0,37f0,06 0,O
3.6Jf0.85 78~20
go:10
T312 53
J,Jf2,5 0,O
2,0*0,a
0.0
o,o
0.0
OP0
9,7* 3.3
0,o
9,7* 3,3
80120
-
C2 17 3 3 16,4fJ,l 0.0
5,0*2,2
0,o
0.0
o,o
0.0
21,4* 9,3
0,O
21,4f 9.3
2,Of 0.4
0,o
23,4f9,6
77:23
91:9
T3 17 5 3 32,8f9.3 0,O
10,5*3,a
0,o
0.0
0.0
o,o
43.3*13,0
0.0
43.3*13,0
4,4* 1,4
0,o
47,7*14,3
76~24
91:9
T3 32 5 3 604f186 1.3f0.2
410*206 0.39*0,36 0.0
0.0
o,o
1016f 390
0,O
1016f 390
61:39
-
T3 39 4 3 JJ6f548 6,1f3,7
623f268 2,afl.J 0,O
3,gil.J
1412f 404
0,O
1412f 404
-
57:43
-
T3 47 5 3 1394f356 24.3flJ.J 3026i912 12.21112.2 142*42
265f157
4864*1430
0.0
4864f1430
YYYYWYY
0.0
zzzzfzzz
32:68
T3 60 5 3
-
13921235
451f383
T3 72 4 3 1229f119
232k90
4279i302
101127
97f40
647* 36 1015*77
7600f528 2981f601
105811: 801
23~77
-
T3 87 5 3
847f352
541f97
4556f1366
189f51
69*45
659fllO 1110185
797Uz1890 3675f286
1164612083
15:as
-
randmmnrt (kg ha-l)
14QOO
- TO
--13
12000
Figure 5.9. Pro&ction pondhale du mil sous les 2 trtaitements (TO et T3) en fonction & temps.
Tableau 5.8. Nombre d'épis et poids matiére sèche (kg ha-l) du mil Souna
III 2 Nioro du Rip en 1988.
(A: sous 4 traitements (TR) d 81 JAL (moyenne de cinq
souspar-celies de 24 m2); TO: thmoin absolu; Tl: labour +
fertilisation minérale; T2: labour + fumier; et T3: labour +
fumier + fumure min&-ale et 8: B 87 JAL avec de la matière
organique enfouie dans le sol: 813 sacs avec du paille et B24
sacs avec du fumier (moyenne de 5 poquets), RE: Reste des
épis.)
fi.
nombre
paille
RE
grains
total
A)
TO
4 9 8 9 6 f 1 9 3 6
4354 i 363
980 f 97
2310 f 2 3
7644 f 370
Tl
60729 f 7066
5521 f a48
949 f 122
2438 f 325
8908 f 1172
T 2
47917 zk 3333
4534 f 402
789 f 142
2029 i: 364
7352 f 893
T 3
51667 f 2917
6067 f 285
993 f 4 7
2717 f 245
9777 f 527
B)
B13
56875 + 4419
5325 i: 813
983 f 5 0
2509 f 249
8817 f 1112
B24
57708 f 2652
5632 f 404
1002 f 1
2450 f 201
9084 f 204
69
Tableau 5.9. Nombre d'épis et poids matière sèche (kg ha-l) du mil Souna
III à Nioro du Rip en 1987, moyenne de 32 parcelles de 25 m2
avec un fertilis tion de 150 kg ha -9 de fumure minérale (14-7-
7) et 100 kg ha -f d'urée (P: 900 mm) (Cissé, non-publié).
Nombre d'épis
pailles
reste des épis
grains
total
74563 f 9201
9713 f 774
1368 f 119
2631 f 224
13711 f 939
Tableau 5.10. Composition d'un épi de mil (Souna III) par rapport au poids
matière sèche des grains d '&Pi (PGR).
A: à 81 JAL sous les 2 traitements (TR), avec 5
répétitions (R) d'un échantillon de 10 épis; TO: témoin
absolu et T3: labour + fumier + fumure minerale et B: à 87
JAL sous les deux traitements (TR) avec de la matiére
organique contenue dans les sacs et enfouie dans le sol: Bl &
B3: paille et B2 & B4: fumier, R: nombre d'épis, M: moyen.
T R R
PGR
tige/PGR
f leur/PGR
reste d'épi/PGR
A)
TO 5
39,223
0,091
0,313
0,404
5
46,874
0,091
0,316
0,407
5
52,634
0,093
0,303
0,396
5
49,668
0,094
0,299
0,393
5
32,470
0,106
0,387
0,419
M
44,174f8,224
0,095f0,006
0,324f0,036
0,419*0,042
T3 5
58,248
0,086
0,263
0,349
5
58,119
0,080
0,277
0,357
5
51,251
0,077
0,254
0,331
5
57,348
0,094
0,299
0,393
5
40,909
0,093
0,316
0,408
M
53,175*7,446
0,086f0,008
0,282f0,026
0,368f0,032
B)
Bl 22
49,428
0,093
0,286
0,379
B3 18
53,946
0,099.
0,307
0,406
M
51,687133,195
0,096f0,004
0,297*0,015
0,393 f 0,019
B2 19
48,609
0,097
0,289
0,386
B4 15
40,816
0,109
0,325
0,434
M
44,713*5,510
0,103f0,008
0,30710,025
0,410 Lt 0,034
70
rapport (en pour-cent) du poids des gaines h celui de la matière sèche des tiges s’élève a la
récolte respectivement sous les traitements TO et T3 à 17,4+ 3,4 et 14,4-c 1,4%; la moyenne
générale étant égale à 15,6 2 2,9%.
Pendant la période entre le 39ème et le 47eme JAL sous le traitement T3 la croissance de
mil etait très élevée, qui, exprimée en poids de matibre sbche, est de valeur de 430 kg ha’j-l
(Tableau 5.7). Une telle croissance a été observée sur le maïs sous irrigation avec fertilisation
par ‘Yanuka et al. (1982).
Le résultat sur le rendement des grains sous traitement 13 obtenu cette année est du même
ordre de grandeur que celui de l’année précédente (Tableau 5.9). Cependant le poids matière
sèche de tige est 62% environ de la valeur obtenue en 1988. La différence peut être expliquée
par la disponibilité de phosphore du sol après plusieurs années sous culture d’arachide. L’effet
diminue après la première année.
La croissance du mil étant fonction du rayonnement absorbe par la plante. On trouve en
,géneral un rapport linéaire entre la production de matiére sèche et la quantité totale du
rayonnement absorbé par des feuilles (Monteith, 1977). La Figure 5.10 illustre que la relation
n’est pas linéaire au cours de la saison. Au-delà d’une absorption de 700 MJ mm2, le rapport
.augmente fortement. L’efficacité de production par unite de la radiation passe de 2,98 à 12,83
:kg MJ’l. La valeur de 2,98 corresponde à la valeur moyenne de 2,8 des données (rangée 2,l à
:3,8) citées par Kiniry et al. (1989). Potentiellement, la culture a une possibilité d’augmenter
sa efficacité très fortement. Une explication pour ce phénomène peut être l’augmentation de
:la capacite de photosynthèse causée par un ‘pouvoir de puits’ fort (si&strength), c’est-à-dire
(quand la demande pour les produits photosynthétiques est très grande (par exemple pendant
rond- (kg ha.1)
3soo r
-F - -w5+@s*PM
- - - - - -7907 + 1203*PM
Figue 5.10. Estimation & la production de mati2~ sèche du mil sous le bubment 73 en fonction du rayonnement
absorbl par la plante.
71
le stade de développement de Mage), la photosynthèse sera stimulée. Cette augmentation
potentielle est pris en compte dans le modèle de simulation par un facteur de stimulation
(valeur de l/CVSS) [hIIL88, Ligne 62201. Celui-ci est fonction de la distribution des produits
photosynthétiques et est illustré à la Figure 5.11 [MIL88, Ligne 22001.
1
I
I
I
I
I
I
I
I
I
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.1)
03
1
FS1 + FRES
Figwv 5.11. Facteur de stimulation dè la vitesse d’assimilation en fonction de la disbibution despmduits
d’assimilation nette dans les tiges et n$ewes.
Distribution des produits d’assimilation nette
La distribution des produits d’assimilation nette, utilisée dans le modèle de simulation, est
présentée à la Figure 5.12 [MIL.%, Ligne 2090-21501. Il faut noter que on n’a pas déterminé
le poids matière sèche de réserves, donc la distribution concernant cette partie est une
estimation. La distribution vers les racines est aussi une estimation parce que les résultats des
matières sèches ne sont pas encore disponibles.
Facteur de réduction du démariage
La valeur de ce facteur est spécifique pour chaque organe et dans l’expérience on a obtenu
des valeurs de 0,2!5; 0,26; et 421 pour les feuilles, les tiges et les racines, respectivement
[MlL88, Ligne 21901.
72
Figure 5.12. La disbibution des produits d’arsimihtiotm nette parmi les oqanes de la cuItun.
X2.2.2. Taur et absorption de l’azote et de phosphore
Les résultats des analyses de N et de P sont présentés aux Tableaux 5.11 et 5.12,
respectivement. Les résultats des analyses des tiges et des gaines faites à la récolte sont
presentbs au Tableau 5.13. En utilisant les poids de matière sèche (Tableau 5.7) on a calcule
les absorptions de N et de P par la culture pour la production aérienne (Figures 5.13A et 5.13I3,
respectivement).
Azote
Tableau 5.11 montre que les taux de N des feuilles diminuent au cours de la saison de
croissance, comme on l’observe en général. La différence entre les deux traitements est
négligeable. A la récolte le taux de N des gaines est pratiquement le même pour le TO et le T3
(T’ableau 5.13). Le taux d’azote moyen de ka paille sur le TO et le T3 à la récolte a une valeur
de 0,96 et 1,07%, pour le biomasse aérienne totale les valeurs sont identiques (1,42%). Sous
des conditions non-fertilisées à la récolte Penning de Vries & van Keulen (1982) ont trouvé
une rangée de 0,6 à 1,0% pour la biomasse aérienne totale des graminées. Le Mémento de
1’Agronomie (MdlC, 1977) donne une valeur de 0,6% pour la paille de mil. Le taux d’azote
sur le TO semble donc très élevé.
Une telle valeur est possible théoriquement, si un autre élément nutritif est limitant.
L’nflément le plus vraisemblable est le phosphore (Penning de Vries & Djiteye, 1982). Le
rapport P/N de la biomasse aérienne donne une indication utile pour se prononcer du déficit .
relative éventuel des éléments nutritifs. Les valeurs du rapport P/N de la biomasse aérienne
73
Tableau 5.11. Taux d'azote (X) des différents organes du mil (Souna III) à
Nioro du Rip en 1988.
(A: & différents stades de développement, LV: feuilles,
LVD: feuilles mortes, ST: tiges, STD: tiges mortes, COST:
tiges de la chandelle, COFL: reste des fleurs, GR: grains,
RT: racines et RTA: racines aériennes. TO/Cl: témoin absolu;
T3/C2: labour + fumier + fumure mindrale, et B: à 87 JAL sous
les 2 traitements (TR) avec de la matière organique contenue
dans les sacs et enfouie dans le sol: B13: paille et B24:
fumier.)
TR JAL
LV
LVD
S T
STD
%TA
COST
COFL GR
RT
A)
C l
0
5,93
-
C l 1 0
5,17
-
3,93
1,72
TO 1 2
4,76
-
4,32
C l 17
3,88
-
3,05
-
TO 17
3,ll
-
1,90
1,55
TO 32
3,61
-
2,48
-
-
TO 47
3,40
1,39
1,61
1,06
1,34
1,97
x,=
TO 6 0
-
2,83
-
T O
72
2,65
1,67
0,71
1,36
1,25
0,89
l,oo
2,44
T O
8 1
-
-
0,74
0,97
2,33
TO 8 7
2,14
1,53
0,66
1,17
1,22
c 2
0
4,54
-
2,3
C 2
1 0
5,64
-
3,97
-
1,79
T 3
12
4,76
-
4,20
c 2 1 7
5,23
-
3,51
1,84
T 3
1 7
4,29
-
2,99
1,55
T 3
3 2
3,39
-
2,24
-
T 3 4 7
3,26
1,54
2,12
1,27
1,48
2,18
X,xX
T 3
6 0
-
-
-
--
s
3,00
T 3
7 2
2,64
1,79
0,88
1,25
1,04
0,83
1,06
2,12
T 3
8 1
-
0,84
l,oo
2,33
T 3
8 7
2,43
1,67
0,79
0,97
1,35
-
B)
B13 8 7
2,08
B24 8 7
2,ll
du TO et du T3 de 0,13 et 0,14, respectivement, sont à niveau dans le même ordre de grandeur,
et elles se trouvent près de la limite maximale de 415 (De Ridder et al., 1982) si le taux de P
a &é bien déterminé (voir ci-aprh). Ceci indiquerait un déficit relatif de N en comparaison
avec P. Il n’est pas question d’un déficit absolu de ces éléments cependant, car dans ce cas on
aurait trouvé un taux de N et de P minimal à la rfxolte de 0,s et de 0,05%, respectivement.
(De Ridder et al., 1982). La paille seule a cependant déjà un taux de N d’B peu près 1% pour
TO et T3 (voir ci-dessus), son taux de P est de 0,14 et O,lS%, respectivement (voir ci-dessous).
En autre mots, il a étQ question d’une consommation de luxe des deux éléments sous les deux
.
74
Tableau 5.12. Taux de phosphore (X) des différents organes du mil (Souna
III) à Nioro du Rip en 1988.
(A: à différents stades de développement, LV: feuilles,
LVD: feuilles mortes, ST: tiges, STD: tiges mortes, COST:
tiges de la chandelle, COFL: reste des fleurs, GR: grains,
RT: racines et RTA: racines aeriennes. TO/Cl: témoin absolu;
T3/C2: labour + fumier + fumure minérale, et B: d 87 JAL sous
les deux traitements (TR) avec de la matière organique
contenue dans les sacs et enfouie dans le sol: 813: paille et
B24: fumier.)
TR JAL
LV
LVD ST
STD
RTA
COST
COFL GR
RT
A)
C l
0
0,637
0,390
C l
10
0,309
0,315
0,180
TO 1 2
0,559
0,450
C l 1 7
0,377
TO 1 7
0,395
0,392
TO 3 2
0,320 0,167
0,303
TO 4 7
0,310 0,092
0,249
0,174
0,512
-
TO 6 0
0,424
TO 7 2
0,224 0,113
0,147
0,088 0,149 0,321
T O
8 1
-
0,125 0,149 0,292
TO 8 7
0,263
0,129
0,123
0,118
0,218
c 2
0
-
0,637
0,390
c 2
1 0
0,328
0,300
0,180.
T 3
1 2
0,559
0,460
c 2 1 7
0,420
0,364
T 3 1 7
0,429
0,392
T 3
3 2
0,412
0,113
0,349
T3 47'
0,401
0,118
0,399
0,105
0,202
0,609
T 3
6 0
-
0,395
T 3
7 2
0,251
0,105
0,110 0,150 0,318
T 3
8 1
-
-
0,118 0,150 0,303
T3 87
0,260
0,137
0,118
0,196
B)
B13 8 7
-
0,274
B24 8 7
-
0,270
Tableau 5.13. Taux d'azote (N, X)) et de phosphore (P, X) des tiges et des
gaines du mil Souna III B 87 JAL B Nioro du Rip en 1988 sous
deux traitements.
(TO: témoin absolu et T3: labour + fumier + fumure
minérale.)
N/TO
WT3
P/TO
P/T3
tiges
0,58
0,74
0,092
0,124
gaines
1,06
1,ll
0,274
0,216
tiges + gaines
0,66
a,79
0,123
0,137
75
abe. do N (kg ha-l)
1 7 5 t
A.
- TO
150 -
- - - 13
125 -
rba do P (kg h-1)
Y
6.
- TO
-
0
---n
)---- -
40
2 0
20-
0
a/
0
.’
/j
,
15 -
10 -
Figunz 5.13. Evolution des quantitks d’azote (A) et de phosphore (B) mobiliséespar le mil sous les deux b-aitements
(TO et T3) à Nion> du Rip en 1988
traitements, une consommation qui a &é relativement la plus élevée pour le P. Il faut ainsi
conclure que la disponibilité de N et de P du TO est beaucoup plus élevée que l’on s’attendrait
pour un témoin sur les sols de la région.
76
Ceci est confirmé par l’absorption totale d’azote pour la biomasse aérienne, qui a été 115
kg ha-’ sur le TO au lieu de quelques dilaines de kg trouvées normalement (Roswall, 1980).
La quantité élevée absorbée n’est pas en concordance avec la quantité d’azote minéral
mesurée dans le profil (O-2 m; Figure 5.4), ce qui indiquerait que les valeurs obtenues lors de
la détermination de l’azote minéral du sol risquent d’être sous estimées. Donc, si ni l’azote ni
le phosphore est un élément nutritif limitant sur le TO et le T3, tandis qu’on a également
conclue que la disponibilité d’eau n’a pas été limitative (partie 5.2.1.5) il faut conclure qu’un
autre élément ou facteur a été plus limitatif que N et P vers la fin de la croissance.
L’apport de N sur le traitement T3 a eté de 65 kg ha-’ par la fumure minérale (Tableau 1.5)
et 32 kg ha-’ par le fumier (Tableau 2.5). Si on suppose que le mil se développant sur T3 a
mobilisé du sol la même quantité que le mil sur le TO alors, sur T3, le mil aurait consommé
(165-115 = ) 50 kg ha-’ provenant de l’engrais minéral et de la décomposition du fumier, soit
52% des quantités de N fournies par ces deux sources. Sous conditions sahéliens l’utilisation
d’engrais est fonction de la disponibilité d’azote du sol, de la pluviométrie et de la forme
d’engrais (urée, NPK, etc.). Ce pourcentage, étant relativement élevé, pourrait suggérer qu’il
a été question d’une situation avec relativement peu de pertes, tandis que la disponibilité de
N du sol non-fertilisé est basse (Penning de Vries & Djitèye, 1982, p.208). Ceci est en
contradiction avec la récolte élevée de hI sur TO.
Après ces considérations, on doit conclure que le traitement TO ne se comporte pas comme
un témoin non-fertilisé. Ceci est confirmé par l’absorption totale de 34 kg ha-’ de N par le
mélange des graminées et du mil sur le sol non-fertilisé (partie 3.2); le TO en donne plus de
80 kg ha-’ de N de plus! Nous avons pensé d’abord à la grande pluie du 28 juillet qui aurait pu
causé une contamination par ruissellement de TO à partir de T3, et même de Tl et T2. Mais
les récoltes élevées sur Tl et T2 (Tableau 5.8) sont déjà difficilement à expliquer sans des
pertes du fumier et de l’engrais, et si on suppose seulement une perte de T3 pour expliquer le
rendement élevé de la matière sèche et de l’azote sur le TO, le recouvrement d’azote sur le T3
dépasserait 100%.
On est obligé de conclure que l’histoire de la fertilisation et des cultures de notre parcelle
semble de perturber nos analyses. Seulement dans la mesure qu’elles se basent sur des analyses
chimiques de la matière sèche récoltée, elles pourront être vérifiées. Quelques échantillons
ont été analysées déjà au Sénégal de même qu’aux Pays-Bas. Les résultats en ce qui concerne
les taux d’azote et de carbone sont semblables, mais le taux de P trouvé aux Pays-Bas est
presque 2 fois (1,83) plus basse qu’au Sénégal. Des vérifications additionnelles sont en cours.
Ces considérations et les problèmes dejà signalés pour la détermination de l’azote minérale
(partie 5.1) impliquent qu’il est devenu impossible de quantifier les différentes sources de
l’azote mobilisé (sol, engrais minéral, fumier, etc.) à partir des essais de 1988.
Pour le modèle de simulation on a besoin de la vitesse d’absorption d’azote potentielle. En
utilisant Figure 5.13A, on a obtenu une valeur de 6,l kg j-l, qui correspond à celle du blé (van
Keulen & Seligman, 1987).
APhosphore
Les données ci-dessous sont à utiliser avec précaution, car c’est possible que les taux de P
ont été surestimés. Ceci est plus vraisemblable qu’une sous-estimation du taux de P dans les
tfchantillons analysés aux Pays-Bas, vus les niveaux élevées des taux de P observés, et vu le
rapport P/N de 0,35 trouvé pour le mélange de mil et des graminées sur sol non-fertilisé (partie
3.2).
77
Tableau 5.14. Longueur moyenne des racines par plante (RTLTOT, Fim) et
longueur spécifique des racines (RTSL. 10+3 m kg- ) du mil
Souna III à différents stades de développement à Nioro du Rip
en 1988 (10a: juste après démariage).
(Moyenne de n poquets sous les 2 traitements (TR) TO/Cl:
labour et T3/C2: labour + fumier + fumure minérale.)
JAL TR
RTLTOT
RTSL
n
TR
RTLTOT
RTSL'
n
0 Cl
5,7 f 1,o
62,3 f11,7 1 0
c 2
4,6 f 1,3
45,4 +10,6 1 0
1 0 C l
28,5 f 5,l
37,0 f 4,6
6
c 2
29,3 * 9,4
37,l f 3,6 6
10a C l
33,0 f 3,4
29,7 Lk 5,l
5
c 2
33.7 f 6,l
27,9 f 4,7
6
17 C l
171,6 f24,8
22,l f 6,0 4
c 2
131,6 f 8,8
20,2 * 3,7
3
1 7 T O
125,6 f28,l
20,7 f 9,3
5
T3
246,6 191,7
16,9 f 1,7
5
4 7 TO
Tableau 5.15. Poids matière sèche (g m-') et des racines et en rapport au
poids total (X) a diffërentes profondeurs (m) et récoltés à
la floraison sous les deux traitements à Nioro du Rip en
1988.
(Moyenne de 3 observations.)
T O
T3
MS
x
MS
x
Couche
0,oo - 0,lO
4,543
52,9
9,754
52,6
0,lO - 0,20
0,836
937
3,235
17,4
0,20 - 0,30
0,258
390
0,702
398
0,30 - 0,40
0,266
3,l
0,258
194
0,40 - 0,50
0,226
2,6
0,283
1,5
0,50 - 0,60
0,218
2,5
0,225
182
0,60 - 0,70
0,191
2,2
0,243
193
0,70 - 0,90
0,405
4,8
0,455
2,5
0,90 - 1,lO
0,270
391
0,500
2,7
1,lO - 1,30
0,261
390
0,531
299
1,30 - 1,50
0,409
4,g
0,989
5,3
0,50 - 1,70
0,352
491
0,575
391
0,70 - 1,90
0,217
2,5
0,527
2,8
0,90 - 2,lO
0,108
193
0,260
1,4
2,lO - 2,30
0,023
0,3
0,018
091
Total
8,583
100
18,555
100
78
Le taux de P des organes à la floraison sous le traitement T3 est plus élevé (environ 33%)
que celui-ci sous le traitement TO (Tableau 5.12), mais après ce date la différence diminue
rapidement. A la récolte le taux de P db la paille sur le TO et le T3 a une valeur de 0,14 et
0,15%, respectivement et pour le bioma$se aérienne totale le taux de P est égale sous les deux
traitements à 419%.
L’apport de P sur le traitement T3 est de 31,5 kg ha-’ par la fumure minérale (Tableau :1.5)
et 16 kg ha-’ (non-corrigé) par la décomposition du fumier (Tableau 2.5). On observe une
différence de l’absorption de P entre les deux traitements (TO et T3) d’environ 7,5 kg ha-’
(Figure 5.13B). En général le recouvrement de P est beaucoup moins élevé que celui de N.
La valeur de 7,5/47,5 = 0,16 est environ’55% de celle de triple super phosphate (van Keuley
cornm. pers.). La quantité absolue de P absorbée sous le TO (15 kg ha-‘) est à peine 3 kg ha-
plus élevée que par le mélange de mil et des graminées (partie 3.2). En pourcentage il s’agit
moins de 25% tandis qu’en cas d’azote le rendement est 240% de plus (voir ci-dessus).
L’histoire de fertilisation et de culture ‘qui pertube notre expérience vraisemblablement a
influencé donc notamment la disponibilité en azote. Il faut donc conclure que sur les 4
traitements la disponibilité en N et en P 8 été élevée, et que les effets de la fertilisation seront
minimale.
La vitesse d’absorption de phosphore potentielle, en utilisant Figure 5.13B, s’élève à 0,9
kg j-l qui est 50% de plus qu’on a prévu. Si il n’y existe pas une carence d’azote ni de phosphore,
le rapport P/N sera 10 (Penning de Vries & Djitèye, 1982).
Les Figures 5.13A et 5.13B montrent aussi que les mobilisations de N et du P atteignent
leurs valeurs maximales après la floraison. Cette observation est différente de celles faites par
Penning de Vries & van Keulen (1982) au Mali pour une végétation naturelle et pour le mil
par Siband (1980) et Cissé (1986) sur un sol sableux du Centre-Nord du Sénégal.
5.2.2.3. Enracinement de la culture
Profondeur d’enracinement
Les résultats des prélèvements des racines sont présentés au Tableau 5.14. Les résultats du
poids de matière sèche des racines sous ‘le deux traitements, présentés au Tableau 5.15, sont
très faibles. On a attendu un poids de matière sèche d’un grandeur 8 à 10 fois que celui obtenu.
On peut noter, au Tableau 5.14, une dkfférence de longueur des racines des plantules entre
0 et 17 JAL sur les deux traitements (Cl~ et C2). Spécialement à 17 JAL les différences entre
Cl - C2, et TO - ‘I3 sont très fortes. Cette différence ne résulte pas des effets des traitements,
mais des caractéristiques physiques du sol, et notamment de la résistance a la pénétration
comme on l’a souligné auterieurement (Tableau 5.3). Chopart (1983) a aussi observé des effets
des caractéristiques physiques du sol (r$sultat du labour) sur le développement des racines
(Tableau 5.16).
Les résultats des mesures de la longueur des racines à la floraison ne sont pas encore
ldisponibles. On peut cependant s’attendre comme l’a montré Binh (1980); résultats rapportés
#au Tableau 5.17) à des couches du sol sur un même traitement et éventuellement entre les
Ideux traitements étudiés.
Les résultats de la méthode isotopi&e seront présentés par ailleurs par Binh, dans un
rapport séparé.
79
Tableau 5.16. Effet du labour sur la densit6 racinaire du mil dans le
profil du sol (en % par rapport au témoin, Chopart, 1983).
34 JAS
50 JAS
65 - 90 .lAS
profondeur (cm)
o -
30
+ 126
+ 103
+ 35
30 -
60
+ 172
+
40
+ 10
60 - 100
+
56
- 10
100 - 180
+
38
+ 42
Tableau 5.17. Longueur spécifique des racines (RTSL, 10+3 m kg-') du mil
(Souna III) en différentes profondeurs à la récolte à Bambey
en 1980 (Binh, 1980).
5
15
25
35
45
55
65
profondeur (cm)
RTSL
45,l
63,3
26,6
78,3
78,6
75,0
62,0
Dans notre expérience menée (partie 5.1), on a observé une profondeur maximum égale à
2,3 m sous le traitement avec fumier et fumure minerale (T3). Les travaux menés dans plusieurs
cas ont montré que la profondeur maximum d’enracinement du mil est très variable. Certains
auteurs ont observé une profondeur maximum entre 1,2 et 3,6 m (Kanitkar; Begg et al. en Inde,
cités par Chopart, 1980; 1983) et à 1,6 m (Wetselaar & Norman en Australie, cités par Chopait,
1980; 1983). Au Mali, Jansen & Gosseye (1986) ont mesuré une profondeur de 1,0 m. Au
Niger, ODA (1987a) a mesuré une profondeur maximum de 2,0 m environ; mais la profondeur
des racines principales ne dépassait pas à 1,2 m. Squire et al. (1987) ont trouvé une valeur
comprise entre 1,0 et 1,5 m. Au Sénégal, Chopart (1980) a trouvé une profondeur maximum
moyenne d’enracinement du Sonna III égale à 1,8 m (entre 1,6 et 2,0 m dans un sol Dior
sableux). Cissé (1986) a trouvé un effet de l’apport de matibre organique sur la profondeur
maximum d’enracinement clu mil (Souna III). Cette profondeur se situait à 1,40 et 1,70 m avec
et sans apport de matière organique, respectivement.
Considérant les donnees bibliographiques et les résultats obtenus on a fixé dans le modèle
de simulation la profondeur maximum à 2,3 m [MIL88, Ligne 2100].
Vitesse d’avancement du front
On ne peut calculer la vitesse d’avancement du front que pour les premiers trois jours, parce
que la profondeur maximum a été déterminée seulement à la floraison. Les valeurs de 2,3 et
2,8 cm j-l obtenues sont comparables à celle trouvée par Binh (1980) et qui est de 3 cm j-l.
80
Chopart (1983,198O) a observé une vimsse d’avancement du front de 1,s - 2,0 cm j-l entre le
lème et le 1Sème jour après la germination, de 35 cm j-l entre le 15ème et le 45ème jour et
de 1,2 cm j-l entre le 45éme et le 90ème jours après la germination. Selon Chopart (1983) le
labour ne paraît pas d’influencer cette iraleur.
Au Mali, Gosseye (1989) a obtenu une vitesse d’avancement du front de 2,2 cm j-l durant
la période 1-9ème jour après la germination de 3,3 cm j-l entre le 9ème et le 18ème jour; 1,7
cm j-l entre le 18ème et le 30ème jours; 1,l cm j-l entre le 30ème et le 38ème jour et 2,2 cm j-l
entre le 38ème et le 47ème jour a rès la germination. Jansen & Gosseye (1986) ont obtenu
!?
une valeur moyenne de 2 à 4 cm j- et au Niger, ODA (1987a) a obtenu une valeur moyenne
de 45 cm j-l. Squire et aZ. (1987) ont trouvé une vitesse de l’ordre de 45 cm j-l pendant les
premiers 30 jours de la croissance dans un sol sableux et une vitesse maximum de 7 cm j-l, La
vitesse d’avancement du front est donc fonction du stade phénologique de la culture, de
l’humidité du sol (van Keulen, 1975), de la densité et de la porosité du sol (Nicou & Chopart,
cités par Fusse1 et aZ., 1987).
Dans le modèle de simulation une vitesse moyenne potentielle de 5 cm j-l a été fixée
[MIL88, Ligne 21001.
Densité racinaire par couche du sol
Les données des masses racinaires mesurées à la floraison (Tableau 5.15) sont trop faibles
de tirer des conclusions. Cissé (1986) rapporte qu’environ 80% du poids totale des racines du
mil se trouvent dans la couche du sol O-O,6 m. D’apres Chopart la vitesse de croissance en
matière sèche des racines dans une couche de sol donnée est plus élevée dans un sol labouré
que sans labour (Chopart, 1983; Chopart & Nicou, 1976). L’action du labour a été illustrée au
Tableau 5.16 et des techniques cultura~es, comme l’apport de matière organique, peuvent
également stimuler la densité racinaire bar couche du sol (Cissé, 1986).
Longueur spécifique
Le Tableau 5.14 montre que la longueur spécifique varie en fonction du temps. Elle varie
également avec la profondeur du sol (Squire et al., 1987; Binh, 1980; Tableau 5.17). Les
mesures faites au 17ème jour apres la levge ne montrent pas des différences importantes entre
les deux traitements. Avec les données ‘obtenues B mi-cycle de développement végétatif ce
paramètre sera calculé pour chaque couche du sol des deux traitements TO et T3.
X2.2.4. Mesures additionnelles
Surface foliaire spécifique
Les résultats obtenus à Nioro du Rip sont présentés au Tableau 5.18 et à titre de
‘comparaison ceux obtenus à Bambey à la même année sont donnés dans ce même tableau.
Les valeurs sont à peu près égales pour les différents traitements, les différents lieus et la
différence du date de semis (14/7 à Nioro du Rip contre 4/8 à Bambey).
En utilisant ces valeurs et le poids de jnatière sèche des feuilles (Tableau 5.7), l’évolution
de l’index de la surface foliaire (LAI) a bté calculée et est présentée à Figure 5.14. Entre le
2Oème et le 60ème JAL, l’index de surface foliaire est nettement plus élevé pour le traitement
T3.
En outre, on a calculé la surface foliaire spécifique des nouvelles feuilles (Figure 5.15). Ces
résultats montrent que la surface foli)re spécifique diminue au cours de la saison de
8 1
Tableau 5.18. Surface spécifique des feuilles développées (4 kg-') du mil
Souna III à différents stades de développement (JAL) à Nioro
du Rip en 1988 (moyennes de n observations) sous 3
traitements.
(TO: témoin et T3: labour + fumier + fumure minérale à
Nioro du Rip et LFB: labour + fumure minérale A Bambey.)
TO
n
T 3
n
LFB
n
moyenne
n
JAL
0
87,O f 6,2
3
87,0 i 6,2
3
1 0
61,6 * 9,7
5
58,4 f 9,4
5
60,O f 9,2
1 0
17
46,7 f 2,7
3
40,s + 5,0
3
43,6 f 4,9
6
32
34,3 * 0,7
3
34,0 i 0,8
3
30,7 f 1,2
5
32,4 f 2,l
1 1
39
22,9 f 0,9
5
22,9 f 0,9
5
4 7
28,6 f: 1,7
3
25,2 f 3,l
3
23,0 i 0,7
5
25,l f 2,9
1 1
6 0
18,2 f 0,4
5
18,2 f 0,4
5
72
16,9 + 1,9
5
17,6 f 1,8
5
17,3 k 1,8
1 0
87
15,9 * 1,s
5
16,4 St 1,7
5
16,2 i 1,s
1 0
Tableau 5.19. Nombre de talles primaires par poquet et hauteur (cm) du mil:
Souna III à différents stades de développement (JAL) à Nioro
.
du Rip en 1988 (moyenne de n répétitions) sous deux
traitements.
(TO: labour et T3: labour + fumier + fumure minérale.)
nombre
TO
T 3
TO
T 3
JAL n
18
1 0
5,7 i: 2,s
10,O f 2,3
m
40
7 2
5,3 * 1,2
7,6 f 1,9
98,2 f 15,3
147,3 f 20,o
4 7
2 4
5,9 f 1,4
7,3 f 1,8
134,l f 37,8
201,7 f 23,8
4 9
7 2
7,0 * 1,7
7,9 f 1,9
145,8 f 24,7
216,4 f 20,s
5 4
7 2
6,6 f 1,4
8,l f 1,9
169,4 f 23,4
230,l i: 22,2
7 4
5
7,6 î 1,l
8,2 f. P,3
87
35
5,9 f 1,9
7,0 f 2,3
226,2 i 20,2
260,7 f 15,2
croissance, c’est-à-dire, les feuilles les plus jeunes sont les plus grosses. La ligne désignée a éte
utilisée dans le modèle de simulation [MIL88, Ligne 21601.
Nombre et circonference des talles primaires et l’hauteur du mil
L’évolution du nombre de talles primaires et de la hauteur du mil est présentée au Tableau
5.19. A la Figure 5.16 on a tracé les courbes d’évolution de la hauteur du mil. Le nombre et
l’hauteur sous le traitement T3 sont plus élevés que ceux-ci sous le traitement TO.
82
LAI (m2 m-2)
o--Q souM III - TO
.----a SOUM Ill - T3
Figure 5.14. Index & surface foliah du mil sous les &ux boitementi (TO et T3) h Nion, du Rip en 1988.
SIA w h-1)
OTO
AT3
- f-dumod~
20-
L
??
? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ?
??
? ? ?
? ? ? ? ?
?
? ? ?
0.4
8.8
0.8
1
1.2
1.4
1.4
1.8
2
8wad8dW
Fige 5.15. Su@ce foliah spécifique des nouvelles feuilles.
83
---
-
LN(hruteur)
65.5
-1
5
-
&
4.5
4
3.5
3
,’
2 I
2.5
0 TO (estimbe)
Y - TO (merurbe)
1.5
A T3 (e8tim60)
+----+ T3 (merurk)
1
- TO: 1.32 + 0.00 * JAL (r2 % 1.0)
-----
T3: 1.37 + 0.09 ?? JAL (12 = 1.0)
. .
0.5 FLr.l~l.l.ld.l.I.(
0
10
20
30
40
50
80
70
50
90
joura apdr lede
Figure 5.14. Evolution de l’hauteur du mil (logarithme) en fonction du stade de développement sous les deux
h-aitements (TO et T3) à Nion, du Rip en 1988.
LN(pokl8
MS)
2.6 r
- -2.89 + 0.06 (JAL) (r2 = 0.97)
Figure 5.17. Poids ma.ti& stkhe (logarithme) d’un grain de mil en fonction du stade de développement sous le
lmitement T3 à Nioro du Rip en 1988.
84
---
La circonférence des talles n’a été mesuree qu’aux deux dernières dates de prélèvements.
Pour les autres dates une estimation a été faite. Ces valeurs sont fonction du traitement
[MIL88, Ligne 21701.
Nombre de grains par chandelle et poids matière sèche d’un grain individuel
Les résultats des mesures effectuées, présentés au Tableau 5.20, montrent que ni la vitesse
de croissance d’un grain, ni le nombre des grains par chandelle ne sont constants au cours de
la saison de croissance. La Figure 5.17 montre que la courbe de croissance est de type
exponentiel. Gosseye (1989) a rapporté que la température et la quantité de fumure
influencent le nombre des panicules et des grains. En général l’intensité du flux des assimilates
de la talle vers l’épi est liée au nombre de grains à remplir (van Keulen & Seligman, 1988).
Pour le modèle de simulation la connaissance du nombre de grains potentiels est donc très
importante. Le nombre des grains est fonction du poids de matière sèche à la floraison (Spiertz
& van Keulen, 1980). La ligne de régression a et6 calculée en utilisant les données des Tableaux
5.7 et 5.19:
NUMGR = 258 E8 + 59400 * WSHTOA
(5.1)
oa
PIUMGR
= Nombre des grains (ha-‘)
WSHTOA = Poids matière sèche aérienne de la culture au floraison (kg ha-‘) [MIL88, . .
Ligne 64401.
Tableau 5.20. Poids matière séche par grain de mil Souna III (SPGRW, mg;
moyenne de lUOU), nombre de grains par chandelle (NoGR) et
poids total des grains par chandelle (TG, g).
(A: à diffërents stades de développement (JAL.) d Nioro du
Rip en 1988 sous 4 traitements A); TOl: témoin absolu; T3:
labour + fumier + fumure mindrale, et B: à 87 JAL sous les
deux traitements (TR) avec de la matière organique contenue
dans les sacs et enfouie dans le sol: B13: paille et B24:
fumier.)
E SPGRW
NoGR
TG
SPGRW
NoGR
TG
A)
TO
T 3
4 7
0,oo
0,oo
6 0
1,5410,32
1350f1340
2,11*2,19
1,72f0,37
3570f2150
6,75f5,37
7 2
5,4110,78
628Or11060
34,10f8,93
4,99*0,38
8180f 720 40,95136,45
8 1
6,90fl,Ol
68801: 680 46,9212,28
6,83*0,90
778Ok 640
52,95f7,35
8 7
6,lO
8740
53,33
B)
B13
B24
87
7,03130,62
7130f1260
55,23f19,39
7,22f0,89
6250f 960 44,80f6,83
as
Le poids matière sèche par grain de mil (Souna III) varie fortement en fonction des
conditions pendant la croissance (Tableaux 5.20 et 5.21). En considérant les mesures
effectuées et les données bibliographiques on a finalement estimé ce paramètre à 7,l 104 kg;
cette valeur sera introduite dans le modèle de simulation [Mi188, Ligne 20201.
Longueur de la chandelle
Au Tableau 5.22 on remarquera que les traitements n’induisent pas de différence
importante sur la longueur de la tige et/ou sur la longueur de l’épi.
Tableau 5.21. Poids matière sèche par grain du mil Souna III (SPGIW, mg),
nombre de grains par chandelle (NoGR) et poids total des
grains par chandelle (TG, g).
Traitement
SPGRW
NoGR TG
Référence
culture normale
7,75
Siband, 1980
culture normale
7,06
3430
24,2
Siband, 1981
culture sans azote
6,96
3391
23,6
Siband, 1981
démariage à 7 plantes
6,95
2771
19,3
Siband, 1981
avec labour
7,05
5560
39,2
Siband, 1981
sans labour
7,59
4743
36,0
Siband, 1981
culture normale
8,45
Siband, 1981
culture normale
6,92
Siband, 1981
1 pied (1978)
31,0
Lambert, 1983a
1 pied (1979)
40,o
Lambert, 1983a
moyenne
7,34
3979
30,5
Tableau 5.22. Longueur de la tige de la chandelle, longueur de l'épi et la
longueur totale (cm, moyenne de n répetitions) du mil Souna
III.
(A: à la récolte B Nioro du Rip en 1988 sous 4
traitements; TOl: tdmoin absolu; T3: labour + fumier + fumure
minérale, et B: a 87 JAL sous les deux traitements (TR) avec
de la matière organique contenue dans les sacs et enfouie
dans le sol: Bl3: paille et B24: fumier.)
TR
n
tige
n
ePi
n
chandelle
TO
2 5
37,6 f 9,8
5 0
53,8 f 10,3
91,4
T3
2 4 40,7 rt 4,l
5 0
56,l f 6,7
96,8
B13
40 37,0 LII 6,5
40
53,8 f 7,4
40
90,8 f 10,2
B24
34 40,o f 5,5
3 4
55,6 f 8,5
34
95,6 f 10,4
86
Caractéristiques du semis
La densité de semis dans les expériences est généralement d’un poquet par mètre carré,
soit 1OOOOpar hectare [MIL%, Ligne 20201. Celle-ci peut différer avec la densité généralement
observée chez les paysans (au Sénégal et au Mali) qui est d’un poquet par 0,9 x 0,9 m, soit
12346 poquets par hectare (Jansen & Gosseye, 1986; Gosseye, 1989).
Le semis est en général réalisé à une profondeur de 3 B 5 cm. La profondeur maximum du
semis a été fixée dans le modèle à 10 cm [MIL&$ Ligne 41201.
La vitesse de germination est fonction de la température (partie 5.5.2.2), et on a supposé
que la température des grains est égale à celle de la couche du sol comprise entre 0 et 0,l m
[MIL%$ Ligne 41401.
La quantité de semence utilisée dans l’expérience est de 3 kg ha-’ de MS, alors que les
paysans sèment en moyenne entre 5 et 6 kg ha-‘. Cette valeur a été utilisée dans le modèle de
simulation [FORCROS, Ligne 11301.
Taux de germination et conversion grain - plantule
Le nombre des plantules par poquet à l’émergence est 35 et 40 sous les traitements TO et
T3, respectivement (Tableau 5.7). Le nombre des grains semés par poquet est de 42; le taux
moyen de germination est donc 89%. Cette valeur est relativement forte en comparaison avec
des valeurs obtenues au Etats Units par Mohamed et al. (1989). Dans le modèle de simulation
on a fixé le taux de germination à 89% [Mï188, Ligne 13001.
Penning de Vries et al. (1989) ont estimé que le processus de germination des grains de
ctiréales à un fort pouvoir germinatif (plus de 80%) produirait 0,25 g de plantule par g de grain.
A partir de nos données expérimentales (Tableau 5.7) cette conversion a été calculée comme
0,45 g g-l. La différence constatée pourrait résulter de temps de mesure différents dans les
deux cas considérés. Lavaleur obtenue indu a été utilisée dans le modèle [Mi188, Ligne 20201.
53. Conclusion
Les expérimentations conduites ont permit de déterminer un certainnombre de paramètres
necessaires pour le modèle de simulation.
Les conditions expérimentales de cette année n’ont pas permis de mettre éventuellement
en évidence l’effet des traitements mis en place les termes du bilan hydrique et notamment
sur les stocks hydriques de la zone racinaire, sur les lames d’eau évapotranspirées par le mil
et. drainées (au-delà du front racinaire). Les conditions ont également, par suite de forte pluie,
provoqué des transferts hydriques et minéraux latéraux que n’ont pas été mesurés et qui posent
des problèmes pour le calcul du bilan hydrique et pour l’interprétation des mobilisations
minérales du mil et de la contribution des différentes sources dans l’alimentation minérale de
la plante.
Ainsi la détermination des paramètres nécessaires pour faire tourner le modèle et qui
concernant le minéral n’a pas été complété et dans certains cas il est nécessaire de reprendre
certaines mesures ou observations; ce sera un volet dans la poursuite des travaux commencés
cette année.
87
AMAX (kg CO2 ha-l h-l)
- Aegmaslon lino: 10.16 ??[N] .2.50 (r2 = 0.86)
?? Millet BK 560 (Alagrmwmy ot rl., 1996) (not uaad)
A Soum B
(Akgammmy al rl., 1989)
50
+ Millel700112 (Ahgrmwemy et rl., 1999)
x Millet BJ 104 (Abaammfw ot a).. 1999)
c Millot BK 980 ~Al$jamwarr& el ai.; 1994j
o Panicum maximum (Bolton & Brown, 1990)
0 Panlcum maximum (Wilson, 1979)
40
0
30
20
1 0
I
I
0
2
3
N % dr fwillos
Figum 5.18. vitesse maximale d’asshilation de mil en fonction du tmrx de N des feuilles.
88
5B. Paramètres bibliographiques
5.4. Paramètres de la culture
5.4.1. Caractéristiques de la photosynthèse
La production de la matière sèche resulte du processus d’assimilation du CO2 par les
feuilles. Dans le modèle de simulation ce processus est caracterisé par deux paramétres
principaux: la vitesse maximale d’assimilation du CO2 (AMAX) et l’efficacité initiale
d’utilisation de la lumière (EFF).
La vitesse maximale d’assimilation de C@ du mil, plante de type C4, a été estimée à 70 kg
<:a ha-‘h-l (Jansen 8z Gosseye, 1986). Cependant des expériences ont démontré que le taux
d.‘azote des feuilles peut limiter cette vitesse (van Keulen & Seligrnan, 1987). Les données
d.isponibles SUT mil (Alagarswarny et d., 1988) et Panicum maximum (Wilson, 1975; Bolton &
Ekown, 1980) utilisées ont permis de tracer la courbe de la Figure 5.18 qui permet de calculer
la vitesse maximale d’assimilation de CO2 (AMAXN) par l’équation:
AMAXN = 10,16 * NCLV - 250
(r2 = 0,86)
(5.2)
Où
NCLV = Taux d’azote des feuilles.
La valeur de ce paramètre (AMAXN) ainsi obtenue est seulement valable sous des
conditions optimales. En général la temperature optimum d’assimilation pour les espèces C4
est supérieure à 13 “C (de Wit et aZ., 1978); et selon Penning de Vries et aZ. (1989) c’est au
moins 25 “C. Jansen & Gosseye (1986) ont avancé pour le mil un optimum de température
entre 20 et 40 “C. Dans le modèle de simulation on a retenu la gamme 13-40 “C comme
intervalle de température optimum [MIL88, Ligne 20501.
L’efficacité initiale d’utilisation de la lumière a eté estimée par Jansen & Gosseye (1986)
a 0,40 kg CI‘@ ha-’ h-l/J mm2 s-‘; van Kraalingen & van Keulen (1988) ont utilisé une valeur de
0,45 kg C& ha’ h’/J m2 s-l [MIL88, Ligne 20401. Du fait que l’importance relative de la
photorespiration augmente avec la température, la valeur réelle de cette efficacité diminuera.
Cette valeur pour les espèces C4 est constante à 40 “C, mais elle diminue rapidement à partir
de 45 “C (Penning de Vries et d., 1989) [MIL88, Lignes 2050 et 62201.
5.46. Processus de la germination
La simulation de la germination et de l’émergence est très difficile, parce que les conditions
de l’environnement des grains ne sont pas faciles à déterminer de manière précise (Penning
de Vries et aZ., 1989). Dans le modèle de simulation les processus de la germination et de
l’émergence sont décrits comme fonction de la température et de la quantité d’eau dans la
couche de germination.
Les grains de mil (variétés Sanio (Sénégal), Kala (India) et Oasis (Niger)) germent à partir
de 8-13,5 “C; la température optimum se situant entre 29-37 “C. La germination est inhibée si
la température dépasse 40-45 “C (ODA, 1987b). D’autres auteurs (cités par Gosseye, 1989)
ont trouvé pour la germination d’autres variétés une température minimum de 10-15 “C,
89
optimum de 32-35 “C et maximum de 39-48 “C. Dans le modèle la température minimum est
fixée à 12 OC, l’optimum à 30-35 “C et le maximum à 42 “C. Une relation linéaire entre la
température minimum et optimum et entre la temperature optimum et maximum a été
supposée.
Pour décrire l’influence du facteur hydrique sur le processus de la germination 3 phases
sont distinguées. La phase 1 c’est l’imbibition qui est un processus bien rapide. Peu d’eau est
absorbée pendant la phase 2, celle de la préparation métabolique. Une augmentation forte de
l’absorption d’eau annonce la troisième phase, celle de la germinationvisible (Bewley & Black,
cités par Breman et al., 1982).
La teneur en eau du sol optimum est déynie comme 1,2 fois celle au point de fletrissement
permanent, exprimée en cm d’eau par cm de sol (van Keulen & Seligman, 1987).
Si la température du sol se situe entre 30 et 35 “C et si l’eau n’est pas limitante, la germination
commencera directement. Siband (1980; 1981) a observé que 50% des grains de mil (Souna
III) germinaient après 4,2 heures (température inconnue), 80% apres 5 heures et 100% après
10 heures. La racine séminale apparaît in-situ entre 24 et 48 heures apres la première pluie
(Chopart, 1983). L’émergence commence 2 jours après semis et est complete 3 jours après
semis (Gosseye, 1989). Dans le modèle de simulation on a fixé l’émergence à 3 jours après
semis.
Si la température se situe entre 12 et 30 “C ou entre 35 et 42 “C, dans les mêmes conditions
hydriques l’émergence est complète après 4 jours [MIL88, Ligne 41901.
Si l’humidité du sol est optimale mais la température du sol est tres élevée (plus de 42 “C)
ou tres faible (moins de 12 “C) la germination s’arrête, mais pourra redémarrer si moins que
5 jours après ce moment la temperature est favorable, si non, les grains meurent [MIL88, Ligne
41701.
Si après la germination commence le sol se desseche, celle-ci s’arrêtera presque aussitôt.
Elle reprendra si l’état hydrique du sol redevient satisfaisant. Sinon, les grains meurent
[MIL88, Ligne 41801.
Le processus de la germination dans le modèle de simulation est illustré à la Figure 5.19.
5.5. Paramètres additionnels
55.1. Teneur en azote d’eau des pluies
A Nioro du Rip la concentration en N des eaux de pluies est de 0,24 ppm, soit 2,4 g ha-’
mm-’ de pluie (1976-1978) (Piéri, 1979). Cette concentration est du même ordre de grandeur
que celle obtenue par Krul et aZ. (1982) et qui s’élève à 0,3 ppm.
Par ailleurs la déposition sèche d’azote (absorption par le sol et la végétation) a été estimée
conune étant nulle dans les déserts, et égale aux apports par les pluies dans les zones humides
(Soderland & Svensson, cités par Krul et aZ., 1982). Sur cette base Krul et aZ. (1982) ont estimé
une déposition sèche d’azote équivalent à la moitié des apports par les pluies dans les régions
tropicales semi-arides.
La derniere contribution aux taux de N des pluies sera la quantité de NOx. Ce total a été
estimé a 0,2 ppm (Krul et aZ., 1982).
On peut donc estimer à 0,56 ppm environ la concentration en azote des eaux des pluies.
Cette valeur a donc été utilisée pour la simulation faite [NIOROlSN.DAT].
90
émergance -oui-2 -croissancr de l
a
culcura
a r é a l i s é
___,_._._.
. ..+.......
début de la
geminacion
-__._______------_-______
.___________.-
___.___.._____.__...-.~*
a rballsé
- o u i - > températur. ssf favorabh
- o u i :> 1,s.~. da l ’ e a u - o u i -> tempéracura est opctmale
SDDYPT -
SDDYPU -
SDCERP -
SDCERP -
SDDYPT + DELT
SDDYPV + DELT
SDCERP + DELT
SDCF.RF + DEL1 + 1 . 5
-possibh
-
SDDYPT < 5
SDDYPW < 5
sDcERPc5
Figwv 5.19. Pnfsentation schbwtique du processus a% la gemukation et de l’t!mergence comme il est dtbit dans le
mod2Ie de simulation [MU& Lignes 4&%4270].
5.5.2. Quantité et qualité des rbidus de récolte
La masse de matière organique provenant du système racinaire du mil de l’annee
pr&cédente qui reste dans le sol, est estimée à 350-400 kg ha-? La valeur réelle d’apport est
probablement plus importante, par suite de la dégénérescence d’une partie du système
racinaire en cours de la saison de croissance (Chopart, 1983). Mais on suppose que cette partie
des racines se decompose durant le cycle végétatif. La quantité des résidus de récolte
introduite dans le modèle a été fixée à 400 kg ha-’ [NIOROlSN.DATJ
L.a qualité de la matibre organique a été caractérisée par le taux de N et de C. Leurs valeurs
sont 0,0086 et 0,4 g g-l, respectiveme,nt [NIOROlSN.DAT].
9 1
AMAX (kg CO2 ha-1 h-l)
0.2
0.4
0.0
0.0
1
1.2
1.4
t.0
1.1
2
Stado da d&wbwmœd
Figue 6.1. Vitesse d2assimihtion mbmale simult!e en fonction du stade & développement.
1ooQ -
0
606-
8.
-
-
?????
0
0.2
0.4
0.6
0.6
1
1 . 2
1.4
1 . 6
1 . 6
2
?
0.2
0.4
0.6
0.6
,
1.6
1.4
1.6 1.6
2
sIad* da d4wloppomonI
SINO do d4nloppmml
I
Figue 62. Poids (matidnz séche) des feuilles (A) et index sqtàce foliah correspondant (B) en fonction du stade de
dheloppement.
9 2
6. Simulation de la croissance du mil
6.1. Préliminaires
Avant de présenter les résultats de simulation, il faut noter que:
- le bilan d’azote n’est pas encore testé; mais le taux de N des feuilles mesuré pendant la
saison de croissance a été introduite comme une fonction dans le modèle de simulation.
- le poids de matière sèche des racines mesuré est trop faible pour calibrer le modèle de
simulation.
- l’évaporation a été calculée au début de la saison de croissance avec un index moyen de
surface foliaire estimé à l’hectare; par conséquent, le bilan hydrique calculé par le modèle
de simulation pourrait présenter des écarts avec celui mesuré.
- on a seulement essayé de calibrer le modèle de simulation à partir des résultats obtenus en
1988. Le temps disponible n’a pas permit de valider le modèle de simulation en utilisant
d’autres données disponibles (p.e. les poids matière sèche à la récolte à Thilmakha en 1986
et en 1988).
- le taux de réserves dans les tiges n’a pas été mesuré; le poids de matière sèche de réserves
utilisé est donc une estimation à vérifier ultérieurement.
6.2. Résultats et interprétations
6,,,2.1. Paramètres physiologiques
La Figure,6.1 montre l’effet de la grande demande de produits photosynthétiques par les
tiges pendant le montaison sur la vitesse maximale d’assimilation de CO2 (AMAX). Des
travaux menés ont aussi rapporté une croissance élevée pendant cette période (Yanuka et d.,
11J82).
6,2.2. Evolution des poids de matière sèche des organes
L’évolution des poids matiere sèche de; feuilles est présentée à la Figure 6.2A. L’index de
surface foliaire est présenté à la Figure 6.2B. Les quantités des réserves (simulées), des tiges
+ gaines + réserves, des inflorescences et des grains (obtenues par simulation et mesures)
sont présentées respectivement aux Figures 6.3A à 6.3D. Les poids de racines et la profondeur
d’enracinement (simulés) sont présentés % la Figure 6.4. Le poids matière sèche de la partie
aerienne totale est présenté à la Figure 6%. Figure 6SB montre que la production pendant
la saison de croissance a été presque en condition potentielle (concernant la disponibilité
d”eau).
6.23. Bilan hydrique
La transpiration et l’évapotranspiration (simulées) s’élèvent à 200 et 610 mm
respectivement entre le semis et la récolte. L’évaporation (Bac A) s’élève au cours de la même
periode à environ 400 mm (Tableau 6.1). La Figure 6.6 montre que les résultats de
l’evaporation simulés et ceux mesurés different pendant quelques jours, mais avec un écart
type acceptable. La Figure 6.7 montre l’évaporation d’eau de la surface du sol. La vitesse de
93
1
400
3008-
Jo0
800
lm8 -
144
0
0.8 4.4 0.8 0.8 1 1.8 1.4
1.8
1.4
a
0
1.8 1.4
14
1.a
a
-
-
-
-*-
Rndarm4 (kg kl)
-(LIhN
44011
1444
-
-
-
?? ?
?
????
????
?????
????
? ? ? ?
?????
??
? ? ?
????? ?
? ? ?
???
?
?
1.8 1.4
1.8
1.4
4
-
a
-
Figure 6.3. Poicis (math sèche) aès &Serves (A), des tiges + gaines + rt!serves (B), des infloascences (C) et des
grains (0) en fonction & stade & développement.
transpiration journaliére de la culture est présentée à la Figure 6.8A et l’évolution de la
quantité cumulative à la Figure 6.8B. La Figure 6.9 dorme les valeurs simulées et mesurées de
la teneur en eau du sol à 4 dates. On constate, en examinant ces figures, un écart très important
entre les valeurs obtenues par simulation et celles mesurées in situ.
La méthode de simulation de ce param&re est donc à revoir et à corriger.
6.2.4. Bilan d’azote
Comme decrit ci-dessus la simulation du bilan d’azote n’est pas encore calibrée. Une partie
du bilan d’azote est la simulation de la température, qui influence la decomposition de la
matière organique, dans le profil de sol. La comparaison des valeurs simulées-et mesurées à
94
--a-
n.- a.- 4,
600
‘- --’
f
t
I
A.
I
- nofllœdmuuw
Figue 6.4. Poids (mata&? stkhe) des mcines (A) et profondeur d’enmcinement (B) en fonction du stade &
aYveIoppemertt.
Figwv 65. Poicis (mati&e skhe) de 1apti.e adrienne en cona%ionsphwiaIes à Niom du Rïp (A et B2) et en
conditions im*gu&s (Bl) en fonction du stade de développement.
95
--
Tableau 6.1. Evaporation (bac “A”) pentadaire d Nioro du Rip en 1988 (mm)
(ISRA, Service de Bioclimatologie).
1
2
3
4
5
6
total
Mai
68.0
60,3
60,4
63,s
57,2
53,5
362,9
Juin
50,l
53,2
37,8
43,3
32,8
41,9
259,l
Juillet
33,i
42,l
24,3
35,7
28,6
27,4
191,2
Août
22,7
21,3
29,8
22,3
21,l
27,3
144,5
Septembre
17,8
26,8
25,4
20,6
?
?
?
Octobre
22,8
24,8
25,6
27,7
26,9
37,l
164,9
Novembre
23,7
30,3
25,5
30,o
32,4
32,5
174,4
Ivapomtlon
mssurhldmulh
Fïgurt? 6.6 Rapport de la vitesse de iVvapor&m (Bac A) joumalihe mesMe par celte simukfe au cows de la
saison de croissance.
0.1
0.3
0.1
0180
170
1w
110
m
270
as8
I
Fïgun! 6.7. vitesse d’tfvapomtion d’eau de la surface du sol (A) et quantité! cumulattve d’eau t!vapon?e du sol (B).
0.4
0.3
0.1
0 . 1
0190
170
180
110
m
m
270
#
Figure 6.8. vitesse de banspimtion (A) et quantittf cumujadve hanspitie par la plante (B), simultfes en conditions
potentielles.
97
Figure 6.9. Tenu en em du sol d 4 dates: 616 (A); 1517 (B); 319 (C) et 13ilO (D), mesudes sous le tmitement T3
et shuks en cona%ions parent
différentes profondeurs du sol est tournée à la Figure 6.10. Il se dégage clairement, en
examinant cette figure, que la subroutine SOLTMP (valable dans les conditions aux Pays Bas)
qui simule la temperature du sol doit être revue et modifiée. Cependant il faut réaliser que la
simulation de la température est très difficile sans une description très détaillée. Pour une telle
description on a besoin des parametres très spécifiques (conductibilité thermique) qui peut
donc différer d’un sol avec l’autre, et qui sont difficiles à déterminer au champs.
98
2lFm
tw 170 100 210 2ao 220 270 200 310 220 as0
110 170 180 210 2w 200 270 2w 210
2m 280
-aJou
--PV
-cc)
-cc)
40-
c
4or
D.
- 1wQmmtmum
- b 112am*bnld6o
- - - - Isoom-
- - - - Ilooomltlnde
1.”
25 ...‘...‘.*.‘..-...‘...‘.-
*
2s-3nm*‘*a-‘--
150 1 7 0 120 210 2lo 280 2 7 0 280 210 ao aso
110 170 lso 219 110 280 270 280 il0 aao aso
--J-
--PV
Figutv 6.10. Tempthtum du sol pendant la saison dè croissance à diffdrentes profondeurs, mesude sous un sol nu
et simulke en conaWonspotentiellessous
une couvertua de culture.
6.3. Conclusion
Certains paramètres n&essaires pour le modèle de simulation ont pu être mesurés de façon
satisfaisante; d’autres n’ont pas éte mesurés Ou les valeurs obtenus doivent faire l’objet d’une
confirmation. Il apparaît que certains Param(ètres sont mal simulés par le modble. Dans ces
conditions on ne peut tirer des conclusions fiables sur la validité du modèle. ll reste à
poursuivre les travaux entrepris pour complétkx les données, ajuster certains parties du modèle
de simulation et terminer aussi son calibrage. Le travail effectué constitue une étape
impartante qui dégage des perspectives très éncourageantes.
99
7. Conclusions et recommandations
Les conclusions que l’on peut tirer de cette étude sont:
1. La vitesse relative de décomposition de la matière organique pendant les 30 premiers jours
apr&s enfouissement a une valeur 2,5 fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. Malgré la différence de qualité (rapport UN), lavitesse relative de décomposition
mesurée est dans la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
2. Les proportions d’azote et de phosphore décomposées sont identiques pour la paille de mil
et le fumier. Cependant les quantités de N et de P fournies par le fumier sont 2 fois plus
élevées que celles fournies par la paille.
3. Les conditions hydriques ont permis une alimentation non-limitante de.la culture. On n’a
pas observé de différence de stock hydrique (entre 0 et 2 m) entre les deux traitements TO
(témoin) et T3 (labour + fumier + fumure minérale). On peut donc avancer que, tr&s
probablement, le rendement sur T3 résulte d’une meilleure alimentation minérale induite
par la fertilisation minérale et l’apport de fumier. Cependant le rendement de TO apparaît
trop élevé comparativement aux autres traitements (Tl et T2; labour + fumier et labour
+ fumure minérale, respectivement).
4. Les absorptions d’azote et de phosphore par la culture sont élevées. Il semble que la
disponibilité de ces éléments nutritifs aux parcelles principaux n’est pas limitative. Le
traitement TO ne se presente pas comme un témoin non-fertilisé.
5. En plus les résultats du suivi de N-min&ral introduisent certaine doute. C’est ainsi que des
essais supplémentairs seront indispensables pour la vérification de nos hyphothèses liées
aux relations entre la disponibilité en eau et en azote du sol.
6. Les résultats des expérimentations ont permis de calculer des paramètres nécessaires pour
le modèle de simulation.
7. Le modèle de simulation développé doit encore être amélioré dans certaines de ces parties
(estimation des teneurs en eau et de la température du sol). La calibration du modèle doit
être poursuivi.
La coopération entre l’ISRA et le CABO dans le cadre du réseau R3S a été très fructueuse,
et les résultats obtenus ouvrent de bonnes perspectives; il est hautement souhaitable que le
travail commencé se continue, sur trois terrains:
A. Approfondir la connaknce sur les reladions entre la dhponibilité en eau et en déments
nutritifs ah sol.
Quelques questions particulières qui se pose concerne:
- la disponibilité des éléments nutritifs en rapport avec la profondeur et la durée
d’humidification du sol, en tenant compte du teneur en matière organique du profil et sa
qualité;
- la détermination précise, en augmentlt le nombre et la fréquence des prélèvements, des
quantités de l’azote minéral du sol au qours de la saison de croissance de la culture;
- la décomposition de la matière organique apportée au sol sous 4 conditions: non-irriguée
et sous culture, irriguée et sous culture, irriguée sous sol nu et le témoin (non-irriguée et
sol nu).
101
B. Améliorer le modèle de simulation de mil avec l’aide des données à obtenir avec les essaU
liés au point A, poursuivre sa calibraticwa et tester son utilité pratique.
C. Etendre l’approche de la coopération actuelle en incluant des cultures de légumineuses, ce
qui implique que le phosphore devra recevoir une attention comparable à celle pour 1 ‘azote.
102
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Spiertz, J.H.J. & H. van KeuIen, 1980.
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Yantia, M., Y. Leshem dz A. Dovrat, 1982;
Forage com response to several trickle irrigation and fertihzation regimes. Agron. Journal 74: 736-740.
106
)amélioration de 19alimentation hydrique
par des techniques culturales liées à
l’interaction eaujfertilisation azotée
Rap#ort final
Annexes
CABO Rqpport NQ 117
N. van Duivenbgoden’) & L Cissé*)
M$i 1989
107
Annexe 1. Abréviations
CAR0
Centre de Recherches Agrobiologiques
CEE
Communauté Economique Européenne
CIRAD
Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
CNRA
Centre National de Recherches Agronomiques
ICRISAT
International Crops Research Institu/te for the Semi-Arid Tropics
I M G
Institut de Mécanique de Grenoble
IRAT
Institut de Recherches Agronomiques Tropicales
ISRA
Institut Sénégalais de Recherches Agricoles
J AE
Jours aprés enfouissement
JAL
Jours après levée
J AS
Jours après semis
M S
Matière sèche
R3S
Réseau de Recherche sur la Résistance à la Sécheresse
Annexe II. Plan de travail;
1. Introduction.
L’agriculture dans les pays sahéliens rencontre de plus en plus les difficultés a nourrir et à
donner une existence satisfaisante aux populations de la zone. Beaucoup de la recherche est
consacrée a l’objectif d’intensifier l’agdculture pluviale. La disponibilité des éléments
nutritifs, en particulier de l’azote et du phosphore, occupe une place importante: ces éléments
constituent souvent les facteurs limita& pour la production végétale. Les expériences
nombreuses réalisées e.a. par I’IRAT, 1’ICRISAT et les organismes de recherches nationaux
ont mis en évidence cet aspect. En utilisant des modèles mathématiques de simulation, validés
et vérifiés par des expérimentations au terrain, Van Keulen (1975) et Penning de Vries &
Djitèye (1982) sont arrivés à la même cpnclusion. Avec ces modèles, on peut estimer la
production potentielle en se basant sur des données météorologiques, des caractéristiques des
sols et des cultures. La production potentielle est définie comme la production possible en
supposant que les éléments nutritifs ne sont pas limitants. Les modèles, qui décrivent
quantitativement la production actuelle, sont moins développés (van Keulen et al., 1986). La
description quantitative de la dynamique des bilans d’azote et de phosphore est encore moins
précise, parce que les processus en jeu sont moins bien compris et les interactions entre la
d:isponibilité de l’eau et celle des éléments nutritifs ne sont pas bien établies. Par ailleurs il est
très difficile d’interpréter des données éxpérimentales disponibles. La connaissance des
processus est donc indispensable pour pouvoir dégager des recommandations viables pour
l’intensification agricole. La priorité de recherche au Centre de Recherches Agrobiologiques
(CABO) de Wageningen, Pays-Bas, est ax#e sur ce domaine, aussi bien pour la zone tempérée
que pour la zone semi-aride tropicale. Les premiers modèles de simulation pour la culture de
mil ont été développés par Jansen & Gosseye (1986) et puis par Van Kraalingen 8z Van Keulen
(:1988). L’Institut Sénégalais de Recherchies Agricoles (ISRA) de Dakar, Sénégal, a s’orienté
pendant plusieurs années aux expérimentations de la culture de mil, de la décomposition et
dle la minéralisation (Feller et al., 1981aI Feller et aZ., 1981b; Feller & Ganry, 1982; Cissé,
N86). Pour cela, 1’ISRA et le CABO ont réalisé un programme de recherche en essayant de
combiner l’expertise au terrain avec celle de modélisation. Le programme d’une année a pour
objectifs:
1. De quantifier d’une part l’effet de l’hur&dité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur ia production végétale;
2. D’étudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote
du sol;
3. De développer et améliorer un modele mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Pour la réalisation des ces objectifs un plan de travail a été établi et présenté ci-dessous.
2. Mise au point de la modélisation de la croissance du mil
2.1. Développement du modèle mathématique
Le développement du modèle mathématique de simulation sera fait aux Pays-Bas (CABO).
En utilisant les modules déjà existants, il ne nécessitera plus beaucoup de temps pour établir
un modèle préliminaire de simulation de la croissance de mil. Ce travail préliminaire sera
effectué au CABO. Une mise au point d’une version du modèle utilisable sur les
micro-ordinateurs disponibles au CNRA de Bambey sera ensuite faite au CNRA. Après
calibrage et validation, I’ISRA disposera du modèle ainsi établi.
2.2. Calibrage et validation du modèle
Le modèle sera calibré et validé à partir des mesures et observations qui seront faites sur
le dispositif expérimental qui sera mis en place à la station de Nioro du Rip (voir Figure 0.1).
Ce dispositif expérimental comprend deux séries cultivées en rotation mil-arachide. Quatre
traitements seront mis en place (voir Figure 1.1):
1. temoin absolu;
2. labour + fumier;
3. labour + fumure minérale;
4. labour + fumure minérale + fumier.
Des dispositifs expérimentaux complémentaires seront installés à côté du dispositif
principal pour effectuer des mesures additionnelles. Parce que le modèle est valable pour la
croissance des céréales, onne travaillera que sur la culture du mil. Le traitement temoin absolu
(dispositif principal) est retenu pour le calibrage et le traitement labour + fumure minérale
+ fumier (dispositif principal) sera utilisé pour la validation du modèle. Les mesures à
effectuer sont présentées ci-dessous.
Les mesures au niveau ah sol
A. Mesures de pF
Les mesures seront faites sur des échantillons prélevés aux profondeurs suivants: O-20 cm,
20-60 cm, 60-80 cm et 80-200 cm. Les valeurs de pF à déterminer sont: pF4,2 et pF2,5.
B. Analyses chimiques
Les éléments C, N, P-ass et P-tot, seront analysés sur deséchantillons du sol des couches
de 0-lO, lO-20,20-40,40-80
et de 80-200 cm, avec 5 répétitions par couche. Les prélèvements
se feront au début (avant semis, mais après l’application d’engrais) et à la fin de la saison aux
deux traitements: le témoin absolu et le labour + fumure minérale + fumier.
C. Evolution du taux de N minéral
Le taux de N minéral sera suivie sur les deux traitements retenus pour la validation et le
calibrage du modèle de simulation,
II-2
Cl. Témoin absolu
A cinq dates de prélèvement (7, 14,28 Jours après levée, à la floraison et à la récolte) des
échantillons seront pris aux profondeurs de 0-lO, lO-20,20-40,40-80
et de 80-200 cm, avec 5
rkpétitions par couche.
C2. Labour + fumure minérale + fumien
A deux dates de prélèvement (14 jouts après levée et à la floraison), les mêmes types
d’échantillonnage seront aussi effectués à Ice traitement.
Les mesures au niveau de la culture
D. Rendements
La matière skhe totale sera déterminés sur les deux traitements:
Dl. Temoin absolu.
Les plantes prélevées seront séparées selon le stade végétatif en feuilles, tiges + gaines,
chandelles et graines. Les prélèvements s+ feront aux 7,14,28 jours après levée, à la floraison
et & la récolte. En outre, à la floraison une ‘estimation des masses racinaires sera faite à raison
de 3 répétitions.
D2. Labour + fumure minérale + fumier.
Le traitement des échantillons prélev&s se fera de la même façon que ci-dessus et les
prélèvements auront lieu aux 3 dates: 14 jpurs après levée, à la floraison et a la récolte. Une
estimation de masses racinaires à la floraiion sera faite également sur ce traitement.
E,, Analyses chimiques des échantillons priélevés
A chaque date de prélèvement, un échdntillon moyen sera pris selon le stade végétatif des
feuilles, tiges + gaines, chandelles, graines, matière morte et racines pour l’analyse des taux
de N et de P.
I
3, Minéralisation en relation avec la qualité de la matière organique et la
disponibilité en azote
Pour une meilleure quantification de la disponibilité en azote dans le temps, en relation
avec la disponibilité en eau, deux expérimkntations sont prévues (voir Figure 2.1).
3.1. Décomposition de la matière organiqrie
Deux types de matière organique (pqe et fumier) seront suivis dans le temps sous deux
conditions:
A. Pluvial strict et
B. Pluvial avec apports d’eau complémentaire en cas de besoin (période skhe).
La mati&re organique sera mise dans dqs sacs en polyéthyl&ne (Monodur MON PE 300 N)
avec une maille de 300~ et enfouie dans le sol à 15 cm de profondeur. Le sol sera labouré et
semé en mil. Les sacs seront mis à 50 cm des pieds de mil et ils seront placés juste après le
semis. A chacune des 7 dates de prélèvements retenus (7, 14, 28,42,56, 60, 90 jours après
levée), 5 sacs seront pris au hasard et les taux de C, de N et de P de la matière organique seront
analysés.
3.2. Minéralisation totale
Pour déterminer la minéralisation totale, un terrain de 15 m2 sera semé de façon très dense
avec un mélange de mil (20 g mw2) et de graminée fourragère (Schoenefeldia gmcilis p.e., 2,5
g mm2), avant que les pluies commencent. Les plantes seront récoltées chaque fois qu’elles
meurent à cause d’une forte sécheresse (surtout au début) et le terrain sera ressemé. A la fin
de la saison des pluies, au moment des récoltes, les plantes seront récoltées, séchées et pesées.
Un échantillon moyen sera prélevé pour déterminer les taux de N et de P. Avant la mise en
place de cette expérimentation, les taux de C, de N et de P du sol seront analysés.
4. Exécution de travail
Pour la réalisation du travail retenu, on propose que Niek van Duivenbooden (CABO)
séjourne du 15 Avril au 15 Novembre à Bambey pour être associé au programme, sous la
supervision de L. Cissé. Il participera à la mise en place des expérimentations, aux suivis et au
travail de laboratoire, notamment à l’analyse de l’azote minéral du sol.
5. Missions de travail
Une mission de travail (2 à 3 jours) est prévue pour H. Breman, chef du département de
la recherche des systèmes agricoles (CABO), fin Mai début Juin, pour s’assurer que l’exécution
du plan de travail retenu se passe normalement et apporter éventuellement un appui
méthodologique pour la mise en place des essais.
6. Utilisation et diffusion des résultats
Toute utilisation des résultats de ce travail se fait en mentionnant les deux organismes
(ISBA et CABO). Toute publication dans une revue sera signée au moins par deux auteurs,
un de chaque organisme.
Le rapport final pour la CEE sera rédigé par les représentants de deux organismes au début
de 1989.
7. Modifications pendant le projet
Au fur et à mesure il y avait des modifications mineures dans le plan de travail, qui sont
résumées par la suite:
- La mesure précise de la matiere sèche produite au stade plantule et au stade de tallage est
une donnée importante pour la validation du modèle. Pendant la visite de H. van Keulen
en Juin 1988, la croissance différente des racines du mil cultivé au sol non-fertilisé (témoin)
et au sol fertilisé avec la matière organique, a été discutée. Après cette discussion, il a été
décidé de mesurer la densité des racines aussi. Pour la détermination de ce paramètre une
II-4
expérimentation additionnelle a été proposée.
Deux surfaces de 15 m2 chacune seront semées en mil avec une densité de 1 poquet/m2. La
moitié des plantules de chaque surface sera récoltée après la levée, et les plantules seront
séparées en feuilles, tiges et racines. lLes plantes restantes seront récoltées au tallage, et
aussi séparées en feuilles, tiges et racines. A chaque date de prélèvement les poids de
matière sèche, la surface foliaire et la plofondeur maximale d’enracinement et la longueur
totale des racines seront mesurés.
- Pendant sa mission de travail, H. Breman a proposé de déterminer aussi le taux d’azote des
gaines du mil. La qualité des parties différentes des plantes est importante du point de vue
de la nutrition des animaux. Il a été observé que les animaux consument les feuilles et les
gaines en préférence. Il est attendu que la qualité des gaines, reflétée par le taux de N, se
diffère de la qualité des tiges. Donc, à Ia récolte les tiges et les gaines seront aussi séparés
et leur taux de N et de P seront détern$nés séparément.
- La période de croissance du Schoen$eZtiia gracdis est trop courte pour la détermination de
la minéralisation totale pendant une saison des pluies, si lasaison des pluies est satisfaisante.
Ainsi, une graminée (Pennisetzmpedic@ztum)
à un cycle plus long sera introduite dans le
mélange mil-SchoenefeZdia graciZk
II-5
ANNEXE III. Mo&le de siimulation
IlI.1. Installation du modèle de simulation
The mode1 FORCROS cari be installed~on each type of personal computer which has the
abilities to run FORTRAN programs (e.g., MSDOS version 2.11). The type of PC, however,
will have effects on the time required to rt$ the model.
For practical purposes the mode1 and other files required to run the mode1 are installed on
one directory and 4 sub- directories. This is done to facilitate maintenance.~ In addition, by
running the batch file that omits the original paths, one cari run the mode1 without carrying
ou’t changes in other directories or installe4 programs (e.g. if there is an older version of the
FORTRAN compiler in one of the original paths, that version will not be used). Table III. 1.1
shows the set up of the directory, subdirectories and the required files to run the mode1
FORCROS. In this case the FORTRAN compiler version 4.01 is installed to use Code View
Options (debugger), but the mode1 cari be $n by any STANDARD FORTRAN 77 compiler.
Table III.1. Directories and files :required to run FORCROS.
c: \\Dos
general MSDOS-files and the file to start with
and that omits the original paths:
MODEL.BAT
c:\\TMP
directory for ten@orary files of compiler
c:\\MODEL\\SYSTEM:
batch procedures !for compilation and running
of the modal:
EKEM.BAT
MAKEFILE.EKE
MAKE.ExE
file for re-installation of original paths:
BACK.BAT
compiler and linker:
FL.EXE, FlEKE, F&.EKE, F3.EKE, ERROUT.EKE
F3S.EKE, FL.ERR, $l.ERR, F23.ERR, FL.HLP,
LINK.EKE
library for PC wichout 8087: LLIBFORA.LIB
library for PC with 8087: LLIBFOR77.LIB
debugger:
CV.EXE, CV.HLP
c:\\MODEL\\MODEL:
FORCROS.FOR
other *.FOR subroutines
FORCROS.MAK
c:\\MODEL\\SOIL:
soi1 data files, Ynput files of the mode1
c:\\MODEL\\WEATHER: weather files, input files of the mode1
As it may be desirable to make changes in the main program or subroutines the MAKE
procedure is used to save computer time. Only the changed program will be compiled, while
the other previously compiled programs remain available. Next, linking of all compiled
programs takes place to form an executable program file.
TO run the mode1 the following commands should be given:
MODEL < retum >
EXEM FORCROS < return>
FORCROS c return r
The files MODELBAT, EXEM.BAT, BACKBAT and FORCROS.MAK are listed in
Tables III.2 - Tables IB.6, respectively.
Table III.2. Listing of MODEL.BAT
prompt SPSg
path c:\\model\\system;c:\\dos
FASTSCR
CD \\model\\model
set lib-c:model\\system
set tmp-c:\\tmp
Table III.3. Listing of EXEH.BAl'
makefile Xl.mak
make tem$main.mak
del tem$main.mak
Table III.4. Listing of BACK.BAT
PATH C:\\UTIL\\DOS;C:\\UTIL\\USER;C:~UTIL\\CO~DE;C:\\SUIVIH\\PROG~
ECHO DELETING TEMPORARY FILES FROM C:\\TMP
DEL C:\\TMP\\*.*
cd\\
cls
Table III.5. Listing of FORCROS.~AK (for a IBM XT without 8087)
c:\\model\\system\\fl
/Gt /4Yb /Od JAH /FPa /Zi /c
c:\\model\\system\\link /CO
c:\\model\\system\\llibfora.lib
forcros
mil88
crpout
water
nitbal
nitout
soltmp
soilpr
soilnr
osubrl
osubr2
o s u b r 3
Table III.6. Listing of FORCR0S.MA.K (for a IBM XT with 8087)
c:\\model\\system\\fl /Gt /4Yb /Od,/AH /Zi /c
c:\\model\\system\\link /CO
c:\\model\\system\\llibfora.lib
forcros
mil88
crpout
water
nitbal
nitout
soltmp
soilpr
soilnr
osubrl
osubr2
osubr3
Annexe 111.2. Liste du modhle de simulation
2
t. ________--------------------------------------------------------
.-*
*
fiFGEN
REALFUNCTIONAFGEN
*
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
* Date
: 2g-JAN-1987
*
Purpose: This function is a linaar interpolation function. The
*
*
function does not extrspolate : in case of X bclow or
*
WRITE (*.'(A.I4/.A.I4,A/.A)')
?
abovs the region defined by TABLE, ths first
*
a
' X-coordinates not in escending order ht r:lenent'.I.
?
respectively the last Y-value is returned and a message *
a
' AFGFN-function contsins'.ILTAB,' points'.
?
is generrted.
*
a
' Run deleted!'
?
*
STOP
?
FORMALPARAMETmS:
(1-input,O-output.C-control,IN-init.T-tiae)
*
BND IF
?
name
meaning
unitr
r.'ass *
IF (IUP.E4J.O.AND.TABLE(I).GE.X) IUP * 1
?
_-_-
-v---v-
----- _---_ *
1 0
CONTINUE
?
AFCEN Function name. result of the interpolation
-
0 *
?
ILTAB The number of elewnts of the array
1
*
IF (X.LT.TABLE(l)) TUEN
300
?
TABLE
*
WRITE (*,'(A/A,I4,A/A,G12.4)')
?
TABLE A one-dimensiona
array vith paired '
1 *
ii
' Interpolation belou defined r;gitn!l',
?
data: x.y.x.y. etc.
*
a
' AFCEN-function contains '.ILTM,' points,',
?
X
The value at vhich interpolation should
1 *
a
' Interpolation at X-',X
?
S&e plae
*
#%FGBb- -TMLEfî j
?
*
GO TO 40
?
FATAL BRROR CHECKS (execution terminated, message)
END IF
?
condition
?
__--_----
IF (X.GT.TABLE(ILTAB-1)) THEN
400
?
TABLE(I) < TABLE(I-2) , for 1 odd
WRITE (*,‘(A/A,I4,A/A,G12.4)‘)
?
ILTAB odd
a
' Interpolation above defined regionll'.
?
a
' AFGW-function
contnins ',ILTAB,
yoints,',
?
No UARNINGS using the control variable IUAR are generated since
*
6
' Interpolation at X-',X
?
nobody vil1 check IUAR after esch AFCBN cal1 ; instead an X-value *
AFGEN- TABLE(ILTAB)
?
belou TABLE(l) or ?? bove TABLR(ILTAB-1) 1s reportad on screen
*
GO TO 40
?
with e œessege conteining the value of LLTAB end X. Further
*
END IF
?
information on the error is not available vithin this function.
t
?
*
*
normal interpolation
500
?
No other SUBROUIINES and FUNCTIONS sre called
*
SLOPE - (TABLE(IUP+l)-TAB~(IUP-l))/(TABLE
cIUP)-TABlE(IUP-2))
?
No FILE'6 ere used (errer wseege with WRITE(*....)... )
*
AFaN - TABLE(IUP-1)+(X-TABLE(IUP-2))*SWP
E
?? -------------------------------------------------------------------*
40
RETIJRN
600
REAL FUNCTION AFCRN (ILTAB,TABLR,X)
100
END
IWLICIT RRAL (A-Z)
INTECER 1, IUP. ILTAB
REAL TABLR(ILTAB)
?
check on odd ILTAB
150
IF (HOD(ILTAB.2).NE.O) THEN
WRITE (*,‘(A,Ib/,A)‘)
a
' ERROR in function AFGEN: ILTAB-'.ILTAB.
6
' ILTAB must be evenl'
STOP
END IF
IUP - 0
200
DC 10 1-3,ILTAB,2
*
check on ascending order of X-values in function
IF (TABLE(Ij.LE.TM.E(I-2))
TUER
5
*‘.---...‘--‘-.--.--.-~---~------------------------.----------------
-* ASSIH
COIMON /SIH/ STTIHE,STCROP.TIHE,DELT,FINTIN.
?? SUBROUTINE ASSIR-,:
*
6
DAY,STYEAR,YRAR,
?? Authors: Daniel van Kraalingen
*
6
TERHNL,DEBUG.UATER,
f Date
: lO-Dec-1987
*
a
IIN,IOUT,IDEBUG.IUATER,INITRO
* Purpose: This subroutine performs a Caussian integration over
*
*
deptb of canopy by selecting three different LAI'6 and
*
REAL PARDIR(3). PARDIF(3),SINB(3).COSB(3)
t
c*,mputing assimilation at these LAI levels. The
*
*
integrated variable is FCROS. (See CABO-TPE report 11-7).
*
DATA XGAUS /0.1127, 0.5000, 0.8873/
t
*
DATA UGAUS /0.2778, 0.4444, 0.2778/
* FoRHALPARAr4ETERS:
(1-input.O-output.C-control.IN-init.T-tine)
*
DATA IGAUS /3/
* n u e
meaning
units
class *
*
-m-m
-_ .._ .
_---_ --__- *
*-.---check on input range of parameters
200
* DAYL
Daylength
h
*
IF (IAI.GT.lO.) CALL RERROR (l,'UI',LAI,'ASSIfl')
*AMAX
Assimilation rate at light saturation
*
IF (IAI.LT.0.)
CALL RERROR (2 'IAI'.LAI,'ASSIH')
*
kg CO /
ha lea% /h
*
IF (EFF.GT.0.6) CALL RRRROR (1 'EFF'.EFF.'ASSIR')
* EFF
Initial light use efflciency
kg cCQJ/
*
IF (EFF.LT.0.3) CALL RERROR (2 'EFF'.EFF,'ASSIH')
?
ha/hm a
*
IF (AMAX.GT.130.) CALL RERROR (i ,'AHAX',AMAX.'ASSIH')
* RDIF
Extinction coefficient for diffuse
*
IF (AHAX.LT.0.) CALL RRRROR (2 'AHAX'.AMAX.'ASSIH')
?
radiation
?
IF (RDIF.GT.l.) CALL RERROR (1 'KDIF',EDIF.'ASSIW')
?? IA1
Lesf area index
ha/ha
?
IF (EDIF.LT.0.3) CALL RERROR (2 'EDIF',RDIF.'ASSII')
?? PARDIR
Array nf instantaneous flux of direct
?
*
radiatb>n
(PAR) u/m2
?
scv -0.2
300
* PARDIF Array of instantaneous flux of diffqse
?
*
radiation
(PAR) U/n2
?
* SINB
Array of aina of solar height
?
*-----assimilation set to xero and three different times of
400
* MGA
Daily total gross assimilation
kg CO-a/
?
*
the day (HOUR)
?
ha-soij/d
?
?
?
DTGA-O.
* FATAL ERROR CHECES (cxecution terminated, message)
?
DO 10 IHOUR-1,IGAUS
* co"ditio"
?
*
--mm.----
?
REFS - REFH*2./(1.+1.6*SINB(IHOUR))
500
* IAI<O.
IA1 >lO
?
* EFF 4 0.3,
EFF > 0.6
?
*-----extinction coefficient for direct radiation and total
600
* AnAx<o,
AM( > 130 (ANAX > 85 FOR C3-SPECIES)
?
*
direct flux
* EDIF < 0.3. RDIF> 1
?
* DTGA<o,
DTGA>lOOO
?
RDIRBL- (0.5/SINB(IHOUR))*RDIF/(O.8*SQRT(l.-SCV))
t
?
EDIRT - lCDIRBL*SQRT(l.-SCV)
* UARNINGS (nonzero value of IUAR returned)
?
*
condition
returned IWAR value
?
*-----selection of depth of canopy, canopy assimilation
700
*
-e-m.---e
_-___-------------_
?
*
1s set to zero
*
?
* SUBBOUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
?
FGROS - 0.
*
?
Do 20 IIAI-1,IGAUS
* MLE usage : a file opened with unit IDEBUG
?
UIC
- lA1 * XGAUS(ILA1)
*-----absorbed flwes per unit leaf area: diffuse flux, total direct
800
SUBROUTINE ASSIH (M~,AtW[,EFF,KDIF,LI,P~IR,PARDIF,SINB,
100
*
flux, direct component of direct flux.
6
D=N
*-----initial data types
VISDF - (l.-REFS)*PARDIF(IHOUR)*RDIFtEXP(-RDIF=UIC)
INPLICIT REAL (A-H,J-2)
VIST
- (l.-REFS)*PARDIR(IHOUR)*EDIRT*EXP(-KDIRT*UIC)
IMLICIT INTRGER (1)
VISD - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)*EDIRBL*EXP(-KDIRBL*IAIC)
REAL XGAUS(3). UGAUS(3)
*-----absorbed flux (J/H2 leaf/s) for shaded leaves and
900
LOGICAL TERHNL,DEBUG,UATER
*
assimilation of shaded leaves
6
VISSHD - VISDF+VIST-VISD
*-----check on output range of parameters
1400
FGRSB
**---..- ~---
- ;rKirlii(i.-i;i[T(-"~~~~*=~~,~~j j
IF (üTGA.t;T.iüOü.)
CALL RERROR $l,'DTGA',DTGA.'ASSIH')
IF (DTGA.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
*-----direct flux absorbed by leaves perpendicular on
1000
*
direct beam and assimilation of sunlft leaf area
RETURM
1500
END
VISPP - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)/SINB(IHOUR)
FGRSUN - 0.
DO 30 12-1,IGAUS
VISSUN - VISSHD+VISPP*XGAUS(I2)
FGRS - AMAX*(l.-EXP(-VISSJJN*EFF/AMAX})
FGRSUN - FGRSUN+FGRS*WGAUS(I2)
3 0
CONTINUE
*-----fraction sunlit leaf area (FSLLA) and local
1100
*
assimilation rate (FGL)
FSLIA - EXP(-RDIRBL*lAIc)
FGL
- FSLLA*FGRSUN+(l.-FSLLA)*FGRSH
*-----calculation of average assimilation rate of canopy (FGROS)
FGROS - FGROS+FGL*WGAUS(IIAI)
2 0
CONTINUE
FGROS - FGROS * LAI
*-----calculation of average assimilation rate of daylength
DTGA - DTGA+FGROStWGAUS(IHOUR)
1 0
CONTINUE
*-----integration of average rate over daylength
1200
DTGA - DTGA * DAYL
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is true
1300
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/.11(A,G14.6/))')
&
' Debug of ASSIK at time-',TIME,
6
' PARDIR(l)-'.PARDIR(l),
&
' PARDIR(P)-',PARDIR(2),
&
' PARDIR(3)-',PARDIR(3),
h ' PARDIF(l)-',PARDIF(l),
h
' PARDIF(2)-'.PARDIF(2),
& ' PARDIF(3)-',PARDIF(3),
6
' DAYL
-',DAYL,
6
'AMAX
-' ,-,
6
' EFF
-',EFF,
h
' IA1
-',lAI,
&
' DTGA
-‘.DTGA
8
*--------.---------------------------------------.-------------------ir
ASSIMC
* SUBROUTINE ASSIHC-C4
*
* Authors: N. van Duivenbooden
*
SUBROUTINE ASSIMC (DAYL,AMAX,EFF,KDIF,LAI,PARDIR,PARDIF,SINB,
100
* Date
: 17-Jan-1989
*
h
DTGA,CROPS,CROPH,SSHADE)
* Purpose: This subroutine performs a Caussian integration over
*
*
depth of a clustered canopy by selecting three different *
*
*-----initial data types
L&I's and computing assimilation at these LAI levels.
*
INPLICIT RRAL (A-H,J-Z)
*
The integrated variable is FGROS. (See CABO-TPE report
*
IMPLICIT INTEGER (1)
*
f?). This routine 1s based on ASSIM
*
*
*
REAL XGAUS(3), WGAUS(3)
* FORMALPARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
LOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
*
name
meaning
unit6
class
*
COMMON /SIH/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
*
--__
_-_----
-___- _-___
*
h
DAY,STYEAR,YRAR,
* DAYL
Daylength
h
1
*
a
TERMNL,DEBUG,WATER,
*AMAX
Assimilation rate at light saturation
kg CO /
1
*
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*
h a lea z/h
*
* EFF
Initial light use sfficiency
kg COp4JJ/ 1
*
REAL PARDIR(3), PARDIF(3),SINB(3),COSB(3)
*
hajh m s
*
* KDIF
Extinction coefficient for diffuse
1
*
DATA XGAUS /0.1127. 0.5000, 0.8873/
*
radiation
*
DATA WGAUS /0.2778, 0.4444, 0.27781
* IA1
Leaf area index
ha/ha
1
*
DATA IGAUS /3/
* PARDIR Array of instantaneous flux of direct
*
DATA ULICL /O./
*
radiation
(PAR) u/m2 1
*
* PARDIF Array of instantaneous flux of diffuse
*
*-----check on input range of parameters
200
*
radiation
(PAR) U/s? 1
*
IF (IAI.GT.lO.) CALL RERROR (l.'L4I',LAI,'ASSIMC')
* SINB
Array of sine of solar height
1
*
IF (LAI.LT.0.)
CALL RERROR (2,'IAI',IAI,'ASSINC')
* DTGA
Daily total gros8 assimilation
kg CO / 0
*
IF (I.AICL.GT.10.) CALL RERROR (l,'IAI',LAI,'ASSIMC')
*
ha SO /d
*
IF (IAICL.LT.0.)
CALL RERROR (2,'LAI',IAI,'ASSIMC')
* CROPS
Surface of trop, projccted to soi1 surface
.ji
1
*
IF (EFF.GT.0.6) CALL RERROR (l,'EFF',EFF,'ASSIHC')
* CROPH
Height of trop during juvenile growth
1
*
IF (EFF.LT.0.3) CALL RERROR (Z,'ÈFF',EFF,'ASSIMC')
* SSHADE
Soi1 surface shaded by trop
a2
0
*
IF (AMAX.GT.130.) CALL RERR0R (~;AMAX',AMAX,'ASSIMC')
*
*
IF (AMAX.LT.0.) CALL RERROR (2,'AMAX',AMAX,'ASSIMC')
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
IF (KDIF.GT.1.) CALL RERROR (l,'KDIF',KDIF,'ASSIMC')
* condition
*
IF (KDIF.LT.0.3) CALL RERROR (2,'KDIF',KDIF,'ASSIMC')
*
_--___*--
*
* IAI<O,
LAI >lO
*
scv - 0 . 2
300
* lAICL<O,
IAICL > 10
*
REFH-(1.~SQRT(l.-SCV))/(l.+SQRT(l.-SCV))
* EFF < 0.3,
EFF > 0.6
*
* AMAx<o,
AMAX > 130 (>85 FOR C3-species)
*
*-----assimilation set to zero and three different times of
400
* KDIF < 0.3, KDIF > 1
*
*
the day (HOUR)
* DTGA<O,
DTGA > 1000
*
*
*
DTGA-0.
* UARNINGS (nonzero value of IUAR returned)
*
DO 10 IHOUR-1,IGAUS
*
condition
returned IWAR value
*
*
- - _ - _ _ - _ _
-_-__-----_--______
*
REFS - REFli*2./(1.+1.6*SINB(IHOUR))
500
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
*
*-----extinction coefficient for direct radiation and total
600
*
*
*
direct flux
* FILE usage : a file opened with unit IDEBUG
*
KDIRBL- (0.5/SINB(IHOUR))*KDIF/(O.8*SQRT(l.-SCV))
KDIRT
- KDIRBL*SQRT(l.-SCV)
*-----calculation of soi1 surface shaded by leaves and of corrected
650
*
. .
IA1 to account for clustering of leaves blades during juvenile
10 :
11
*
growth (according to Goudriaan, 1977)
FGROS - FGROS * L4ICL
COSB(IHOUR) - SORT(1. - srN8(IHor?R)*sINr(IHoL~;;
*-----caicuiation of average assimilation rate of daylength
S S H A D E - CROPS * (1. + CROPH * COSB(IHOUR)/SINB(IHOUR))
IF (SSHADE.LT.O.8E4) THFN
DTGA - DTGA+FGROS*WGAUS(IHOUR)
L4ICL - IA1 * l.F,4 / S%ADE
1 0
CONTINUE
ELSELAICL - IA1
*-----integration of sverage rate over deylength and correction for
1200
END IF
*
clustering of leaf blades during juvenile growth
*-----selectfon of depth of canopy, canopy assimilation
700
IF (ssHADE.LT.~.E~) THEN
*
is set to zero
DTGA - DTGA * DAYL * SSHADE / l.F.4
ELSE
FGROS - 0.
DTGA - DTGA * DAYL
DO 20 ILAI-1,IGAUS
E N D IF
LAIC - IAICL * XGAUS(ILA1)
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is truc
1300
*-----absorbed flwes per unit leaf area: diffuse flux, total direct
800
*
flux, direct component of direct flux.
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/,1l(A,Gl4.6/))')
ci
' Debug of ASSIH at time-',TIME.
VISDF - (l.-REFS)*PARDIF(IHOUR)*KDIF*EXP(-RDI~L~IC)
&
' PARDIR(l)-',PARDIR(l).
VIST
- (1.~REFS)*PARDIR(IHOUR)*RDIRT*EXP(-XDIRT*LAIC)
h
' PARDIR(Z)-',PARDIR(2),
VISD
- (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)*RDIRBL*EXP,(-KDlRBL*IAIC)
h ' PARDIR(3)-',PARDIR(3).
h
' PARDIF(l)-',PARDIF(l).
*-----absorbed flux (J/m2 leaf/s) for shaded leaves and
900
&
' PARDIF(P)-',PARDIF(2),
*
assimilation of shaded leaves
&
' PARDIF(3)-'.PARDIF(3),
d
'BAn
-' ,BA?&,
VISSHD - VISDF+VIST-VISD
h
'AMAX
-' ,M,
FGRSH - AMAX*(l.-EXP(-VISSHD*EFF/AMAX))
h
' EFF
-',EFF,
d
' IA1
-',IAI,
*-----direct flux absorbed by leaves perpendicular on
1000
h
' DTGA
-' ,DTGA
*
direct beam snd assimilation of sunlit leaf area
*-----check on output range of parameters
1400
VISPP - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)/SINB(IHOUR)
IF (DTGA.GT.1000.) CALL REP.ROR (l,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
FGRSUN - 0.
IF (DTGA.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
DO 30 12-1,IGAUS
VISSUN - VISSHD+VISP~XGAUS(I2)
RETURN
1500
FGRS - AHAX*(l.-EXP(-VISSUN*EFF/AMAX))
FND
FGRSUN - FGRSUN+FGRS*WGAUS(I2)
30
CONTINUE
*-----fraction sunlit leaf area (FSLl.4) and local
1100
*
assimilation rate (FGL)
FSLlA - EXP(-EDIRBL*IAIc)
FGL
- FSLlA*FGRSUN+(l.-FSLLA)*FGRSH
*-----calculation of average assimilation rate of canopy (FGROS)
FGROS - FGROS+FGL*WGAUS(IIAI)
20
CONTINUE
*-----integration of average rate over trop LAI
13
AOB - SINLD/COSLD
* SUBROUTINE ASTRO
*
*
*
*-----daylength (DAYL) and photoperiodic daylength (DAYLP)
* Authors: Daniel van Krealingen
*
400
* Date
: 9-Aug-1987
*
DAYL
- 12.0*(1.+2.*ASIN(AOB)/PI)
* Purpose: lhis subroutine calculates astronomie daylength and
photoperiodic daylength. (see CABO-TPE report #?)
*
DAYLP - 12.0*(1.+2.*ASIN((-SIN(-4.*RAD)+SINLD)/COiLD)/PI)
*
*
*
*
RETURN
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-inft,T-time)
*
500
END
* IU3lW?
meaning
units
class
- - - - -_---_-
-__-- -----
*
* DAY
*
*
Day number (Jan 1st - 1)
1
*
* IAT
Latitude of the site
degrees 1
*
* DAYL
Astronomical daylength (basa - 0 degrees)
h
0
*
* DAYLP
Photoperiodical daylength (base - -4 degrees) h
0
SINLD
Intensediate variable for subroutine RADIAT
-
0
*
?
COSLD
Internediate variable for subroutine RADIAT
-
0
*
?
*
?
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
?
condition
*
?
_---_--_-
*
?
DAY<l, DAY>365
*
?
LAT > 67, lAT < -67
*
?
*
?
WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
?
condition
returned IWAR value
*
?
-_----_--
______________-----
*
?
none
*
?
*
?
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
?
*
?
FILE usage : none
*
SUBROUTINE ASTRO (DAY,LAT,
100
h
DAYL,DAYLP,SINLD,COSIl))
IMPLICIT REAL (A-Z)
*-----PI and conversion factor from degrees to radians
PARAKETER (PI-3.141592654. RAD-0.017453292)
*-----check on input range of parameters
IF (DAY.GT.365.) STOP 'FRROR IN ASTRO: DAY > 365'
200
IF (DAY.LT.0.)
STOP 'ERROR IN ASTRO: DAY < 0'
IF (IAT.GT.67.) STOP 'ERROR IN ASTRO: IAT > 67'
IF (IAT.LT.-67.) STOP 'ERROR IN ASTRO: IAT c-67'
*-----declination of the suri as function of daynumber (DAY)
300
DEC - -ASIN(SIN(23.45*RAD)*COS(2.*PI*(DAY+lO.)/365.))
*-----SINLD, COSLD and AOB are intermediate variables
SINLD - SIN(RAD*LAT)*SIN(DEC)
COSLO - COS(RAD*LAT)*COS(DEC)
H
18
19
*‘.--.---‘..-‘-.-------.-----------------------------~----------------*
EVSOIL
IOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
*
SUBROUTINE EVSOIL
*
CûKKON ;s;a; STTIXE, STCR"‘ ,
0" ILI.O,YIYI
.l.TYC
,
nrr- FI);TI‘y,
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
6
DAY,STYEAR,YEAR,
*
Date
: 28-JAN-1907
*
&
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
Furpose: This subroutine calculates soi1 evaporation and
*
a
IJN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
*
distributes evaporation over layers with exponential
*
*
decreese.
*
REAL WCACT(ILAYgR), WCKAK(ILAYER), WCFLDC(ILAYER). WCAIR(ILAYER),
*
*
6
THCKN(ILAYER), DEPTH(IIAYER), RESOIL(ILAYER),
*
FORMAI. PARARETERS:
(I-input,&output,C-control.IN-init,T-time)
*
&
DRYLTB(14), VAR(100)
*
t-l-
meaning
units
ChSS
*
*
--__
--_____
-__-_ .____
*
*-----effect of relative wster content in first soi1 layer
200
*
IAITOT Total leaf area index (including dead
*
*
on ratio of actual and potential soi1 evaporstion,
*
leaves)
ha/ha
1
*
*
Seligman h van Keulen, 1985 for a soil layer of 2 cm.
*
!JO
Potential evaporation rate
cm/d
1
*
*
ILAYER Number of soi1 layers present
1
*
DATA DRYLTB /-l.,O.. O.,G., 0.2.0.05, 0.22.0.275, 0.33.0.9,
*
WCACT
Array of actual water contents per layer cm3/cm3
1
*
h
l.,l., 1.5,1./
*
WCMAX
Array of maximum water contents per leyer cm3/cm3
1
*
DATA IDRY /14/
*
WCFLDC Array of water contents per layer at
*
*
field capacity
cm3/ctn3
1
*
*-----check on number of layers
300
*
WCAIR
Array of air dry water contents per layer cm3/cm3
1
*
IF (ILAYER.GT.100) THEN
*
THCKN
Array of thickness of eech layer
Cl0
1
*
WRITE (IOUT,'(A,A/A)')
*
PROP
Proportionality factor for soi1 evaporation cm-l
1
*
6
' Kaximum number of layers exceeded for cslculetion of',
4
DEPTH
Array of depths of the centre of each layer cm
1
*
a
' soi1 evaporation'.
*
ESOIL
Evaporation rate of soi1
cm/d
1
*
&
' Run deletedl'
*
RESOIL Array of evaporation rates per cm
*
STOP
*
soi1 layer
cmfcmfd 1
*
ENDIF
*
*
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*-----checks on thickness of first layer
400
*
condition
*
IF (THCKN(l).NE.2.) THEN
*
--____-__
*
WRITE (IOUT,'(A/A/A)')
*
IIAYEX > 100
*
h
' First soi1 layer has incorrect thickness!',
*
THCKN(1) o 2
*
4
' Thickness should be 2 cm!',
*
WcAcT(1) > WcMAK(1) (I-1,IIAYER)
*
h
' Run deleted!'
*
WCACT(1) < 0.75 * WCAIR(1) (1-1,ILAYER)
*
STOP
*
PROP < 5, PROP > 30
*
IlND IF
*
EO < 0, EO > 1.2
*
*
*
*-----check on water contents
500
*
WARNINGS (nonxero value of IWAR returned)
*
DO 10 1-1,ILAYF.R
*
condition
retumed IWAR value
*
IF (WCACT(I).GT.WC~W((I))
THEN
*
--m__----
_____--__-------_--
*
WRITE (IOUT,'(A.I3/A,F8.2/A)')
*
none
*
&
' Actual water content greater than maximum in layer',I,
*
*
h
' at time-',TIME.
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
*
a
' Run deletedl'
*
*
STOP
*
FILE usage : files opened with units IDEBUG and IOUT
*
END IF
IF (wcAcT(I).LT.WCAIR(I)*O.~~)
THER
SUBROUTINE EVSOIL (LAITOT,EO,ILAYER,WCACT,WCMAK,WCFIDC,WCAIR.
100
WRITE (IOUT,'(A,13/'A,F8.2/A)')
a
THCKN,PROP,DEPTH,
h
' Actuel water content less than air dry in layer',I,
h
ESOIL,RESOIL)
6
' at time-',TIME,
*-----initial data types
&
' Run deletedl'
IHPLICIT REAL (A-H,J-2)
STOP
IMPLICIT INTEGER (1)
END IF
1 0
CONTINUE
20
21
*..--------.---..--.----
-----------------_--------------
.-----------*
EXPERT
*
*-----check on range of proportionality factor PROP
600
SUBROUTINE EXPERT
*
*
IF (PROP.GT.30.) CALL RERROR (l,'PROP',PROP,'EVSOIL')
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
IF
Date
: 28-JAN-1987
(PROP.LT.5.) CALL RERROR (2.'PROP'.PROP,'EVSOIL')
*
*
IF (E0.GT.1.2)
CALL RERROR (l,'EO',EO,'EVSOIL')
* Purpose: This subroutine stores messages that occurred during
*
IF (EO.LT.0.)
CALL RERROR (2,'EO',EO,'BVSOIL')
*
simulation and writes them to IOUT after the simulation *
*
mn, sec the trop documentation for interpretation
*
*-----calculation of soi1 evaporation
700
*
*
FORMAL PARAMETERS:
F%NAX - EO*RXP(-O.S*LAITOT)
*
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
name
RELWC - (wcACT(~)-WCAIR(~))/(WCFLDC(~)-UCAIR(1))
*
meaning
units
class *
--_- -------
ESOIL - EVNAX*AFGEN (IDRY,DRYLTB.P.ELWC)
*
---_- _-___ *
1
Number of the expert message
*
1
*
sIR4 - 0.
800
*
*
FATAL FRROR CHECKS (execution terminated, message)
Do 20 1-1,IIAYF.R
*
*
VAR(I) - (WCACT(I)-WCAIR(I))*EXP(-PROP*O.Ol*DEPTH(I))
* condition
*
--_------
sul4 - sUH+vAR(I)*THcKN(I)
*
*
1 > 50
2 0
CONTINUE
*
*
*
*
WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*-----calculation of evaporation rate per soi1 layer (RESOIL)
900
*
*
*
with exponential extinction of evaporated moisture over
condition
returned IWAR value
*
*
* --__-----
soi1 layers
*
----_-- ----__-____
*
none
*
*
IF (SUH.GT.0.) THJZN
*
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
DIF - 0.
*
*
Do 30 I-1,ILAYER
*
*
FILE usage : a file opened with unit IOUT
AVAIL - mx (WCACT(I)-wCAIR(I),O.)
*
RESOIL(1) - ESOIL*VAR(I)/SUM
IF (RESOIL(I).GT.AVAIL) THEN
DIF - DIF+(RESOIL(I)-AVAIL)*THCKN(I)
SUBROLJTINE EXPERT (1)
100
RESOIL(I) - AVAIL
*-----initial data types
END IF
IMPLICIT RF.AL (A-H,J-2)
3 0
CONTINUE
INPLICIT INTEGER (1)
ESOIL - ESOIL-DIF
ELSEDO 40 I-1,IlAYER
LIx;ICAL TERHNL,DEBUG.WATER
RBSOIL(I)-0.
COMMON /SIH/ STTIME,STCROP,TIMB,DELT,FINTIM,
6
4 0
CONTINUE
DAY.STYEAR,YF.AR,
END IF
h
TERHNL,DEBUG,WATER,
6
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
*-----debug information 1s written to file when logical DEBUG is true
1000
INTEGER INMESS (50)
REAL
MESSM (50)
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/4(A,G14.6/))')
6
' Debug of EVSOIL at time-',TIME,
DATA INMESS /50*0/
6
'EVMAX
-' ,m,
DATA MESSTM /50*0./
6
' RFLWC
-',RELWC,
& ' ESOIL
-',ESOIL,
IF (I.GT.50) STOP 'Expert message no. illegal'
h
' SIR4
-' ,sLlM
*-----message number is stored and time of occurrence and number of
RETURN
1100
200
*
occurrences
END
IF (I.GT.0) THEN
ISWTCH-1
IF (INMESS(I).EQ.O) MESSIN(I)-TIHE
22
23
INKESS(I)-INMESS(
*-
_<
_______________i_____cyrcc______________-------------------------
-* FO?E:N
EYD IF
*
SUBROUTINE FOPRN
*
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*-----expert messages are printed on the screen when terminal stage of
300
*
Date
: 28-JAN-1987
*
*
the simulation is reeched
*
Purpose: This subroutine opens files by doing an inquiry about
*
*
the existence first
*
IF (I.F,Q.O.AND.ISWTCH.EQ.l) THEN
*
*
*
FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
WRITE (IOUT,'(A/A)')
*
name
meaning
units
cless
*
h
* The following expert messages bave been identified:',
*
- - - - _--__--
_-__- ____-
*
&
' Uessage: First Time of occurrence: Number of occurrences:'
*
IUNIT
Unit number of the file to be opened
1
*
*
FIL8
Neme of the file to be opened
1
*
DO 10 IT-1,SO
*
STATUS Statu6 of the file to be opened
*
*
('new' or 'old')
1
*
IF (INHESS(IT).GT.O)
*
PRIV
Privilege, in case the status-‘new’
and the
*
&
WRITE (IOUT,'(I5,12X,F8.2,16X,I5)')
IT.HESSTH(IT),INMESS(I~)
*
file exists, valid privileges ere 'del',
*
*
'unk' , 'nod' which stand for delete, unknown
*
10
CONTINUE
*
and nodelete.
1
*
FND IF
*
*
*
FATAL RRROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
*
RETURN
400
*
-- --__---
*
END
*
existence of FIL8 if STATUS-'OLD'
*
*
existence of FIL8 if STATU+'NEW' and PRIV-'NODEL'
*
*
unknown PRIV and STATUS
*
*
*
X- +AltNTNGS fnonzem vaine of IWAR YeNmed)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
----_____
_________m---s-s---
*
*
none
*
*
i
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : ILEN
*
*
*
*
FIL8 usage : a file opened with unit - IUNIT
*
*----.-.-----.-------------------------------------------------------*
SUBROUTINE FOPEN (IUNIT,FILE,STATUS.PRIV)
INTEGER IUNIT,LFILE
LDCICAL EXIST
CHARACTM*(*) FILR,STATUS,PRIV
CHARACTER CliOICE*l
LFILE - ILEN (FILE)
100
IF (STATlJS(1:3).EQ.'OLD'.OR.STATUS(1:3).EQ.'old')
THEN
200
INQUIRE (FILE-FILE(l:LFILE),EXJST-EXIST)
IF (.N~T.~xIsT) THRN
WRITE (*,'(3A)') ' File ',FJLE(l:LFILE),
does not exist'
STOP
ELSEomi (IUNIT,FILE-FILg(l:LFILE),STATUS-'OID')
END IF
24
ELSE IF (STATUS(1:3).EQ.'NEW'.OR.STATUS(l:3).EQ.'new')
THEN
300
INQUIRE (FILE-FILR(l:LFILE),EXIST-EXIST)
IF (.NoT.RxIsT) mw
400
OPEN (IIJNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'NEW')
ELSE
IF (PRIV(1:3).EQ.'DEL'.OR.PRIV(1:3).EQ.'del')
THEN
500
OPRN (IUNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'OID')
REWIND (IUNIT)
ELSE IF (PRIV(1:3).EQ.'UNR'.OR.PRIV(1:3).EQ.'unk')
THEN
600
WRITE (*.'(3A)') ' File ',FILE(l:LFILE),' already exists'
WRITE (*,'(A)')
' Ovewrite (Y/N): '
READ (*.'(A)',E.ND-100) CHOICE
IF (CH~ICE.EQ.'Y'.~R.CHOICE.EQ.'Y')
mm
OPEN (IUNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'OLD')
REWIND (IUNIT)
ELSESTOP 'File not overwritten, progrem stopped'
FND IF
ELSE IF (PRIV(1:3).EQ.'NOD'.OR.PRIV(l:3).EQ.'nod')
THEN
800
WRITE (*,'(3A)') ' File ',FILE(l:LFILE),' elready exists'
STOP 'File not ovewritten. program stopped'
ELSESTOP 'Unknown privilege, program stopped'
FND IF
END IF
ELSESTOP 'Unknown file status, program stopped'
END IF
RETlJRN
100
CONTINUE
900
STOP 'End-Of-File detected by FOPEN, program STOP'
END
25
26
*-----------------------------------------------------~-.--------------~
MIN
*
machine dependent for screen input and outputll!
*
FORCROS (version 1.0, 1988)
*
t---..------..---------------------------------------------------------*
IIN -5
*
MAIN PROGRAM CROP ENVIRONIIENT GENERATOR
*
IOUT -6
*
*
IDEBUG - 20
*
Author : Niek van Duivenbooden
*
IWATER - 21
*
based on earlier versions by Daniel van Kraalingen (van
*
IWEATH - 22
*
Kraalingen & van Keulen, 1988) and Rob Groot (1987)
*
IRAIN - 23
*
Date
: 30-05-1988
*
ISTHP - 24
*
Pur-pose: This program integrates the various subroutines, required *
INITRO - 25
*
to simulate changes in the soi1 water and soi1 nitrogen
*
*
status, trop grovth, trop developmrnt and nitrogen dis-
*
*-----regression constants for Angstrom formula (Frere and Popov)
400
*
tribution in the trop. Simulation is performed throughout *
*
location specific (Berkhout h van Keulen, 1986)
*
a complete growth cycle (1.~. from sowing till ripeness)., *
*
The time step of integration is one day.
*
DATA A /0.25/, B /0.45/
*
*
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*-----program name and purpose are written to the screen
250
*
condition
*
*
-__.-____
*
WRITE (IOUT,'(///.Aj')
*
STTIltE > SOWDAY
*
& * *--------------..-----------------------------------------*,
*
*
WRITE (IOUT,'(A)')
*
SUBROUTINES AND FUNCTIONS cslled:
*
6 ' *
FORCROS (version 1.0, 1988)
*'
*
MPEN,
WEATHR *
RAINFL,
ASTRO,
RADIAT
*
WRITE (IOUT.'(A)')
f
P-S
WATERl o r
WATERZ ,
SOLTHP,
NITBAL
*
& , *---------------------------------------------------------*,
*
NIL88,
TIMER,
EXFTRT
*
WRITE (IOUT,'(Aj'j
*.-..--.-----------.----------------------------------------------
---*
& ' * This mode1 simulates changes in the soi1 water and soi1 *'
WRm (muT;'CAf'f
PROGRAM MAIN
100
a'*
nitrogen Status, trop growth, trop development end
*'
WRITE (IOUT.'(A)')
*-----initial data types
200
a'*
nitrogen distribution in the trop.
*'
WRITE (IOUT,'(Aj')
nmxxT ~LEAL (A-H,J-2)
& a *-------------*-------------------------------------------~,
IXPLICIT INTEGER (1)
*---- temporary go to to avoid to much typewriting
LOGICAL TERHNL, DEBUG, NITRO, WATER, STEKP
COHMON /SIH/ STTIME, STCROP, TIME, DELT ,FINTIH,
IF (IDEBUG.NE.l) GO TO 999
h
DAY, STYEAR, YEAR,
h
*----------.-----.----------------------------------------------------
TF.RMNL, DEBUG, WATER,
6
IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER, INITRO
* Interactive input of data
250
It----.----------..-------------..-------------------------------
CHARACTER DEBCHO*l, WATCHO*l.STPCHO*l, NITCHO*l
CHARACTER*80 WSTAT
WRITE (*,'(Z(/,A))')
CHARACIER* RSTAT
& ' For runnning of the mode1 the following questions',
CHARACTER*BO RSOILP
& ' should be answered.'
CHARACTER*BO RSOIW
*-----the production level is read
300
*-----data initialization
300
WRITE (XOUI.'(5(/,A),A,3(/,Ajj'j
REAL DEPTH(lO), FLCW(ll), PARDIR(î), PARDIF(3)
& ' Which production level do you went: ',
REAL RHOD(10).
SINB(S),
SOILTP(10)
a ' 1 - POTENTIAL CROP PRODUCTION',
REAL THCKN(lOj, TRR(lO),
WCACT(lO), WCACTO(10)
6 '
(irrigation and fertiler application)',
REAL WCFLDC(10). WCREL(lO), WCWILT(10)
& ' 2 * UATER LIMITED PRODUCTION',
& '
(natural rainfall with manure',
*-----the unit numbers for input and output are defined, these are
200
&
,
and fertilizer application)',
27
20
h ’ 3 - UATIIR ARD NITROGEN LIMITED PRODUCTION',
2 2
WRITE (IOUT,'(/,A)')
h '
(natural conditions)',
h
' Give the sowing date (150< ~200) : '
h ' Your choice: ‘
READ (IIN,*) SOWDAY
READ (IIN,*) IPRLEV
IF (SOWDAY.LT.l50..OR.SOWDAY.GT.200.)
THEN
1120
*-----tha choice is read between weather data with actual rainfall or
400
WRITE (IOUT,'(A./,A)') ' Try again, wrong entry!',
*
climate data with actual rainfall
&
' Sowing date outside limitsl'
GO TO 22
WRITE (IOUT,'(4(/,A))')
FED IF
h
* Do you want: ',
h '
average weather data with actual rainfall (1) ?',
IF (STTIHE.GT.SOWDAY) THF.N
h '
actual weather data with actual r.linfall (2) ?',
WRITE (IOUT,'(2(/,A))')
&
' Your choice: '
6
' Crop cannot grow without environment!',
READ (IIN,*) IWTCHO
6
' Run deletedl'
STOP
*-----input of the station name and soi1 data file
END IF
WRITE (IOUT,'(/,A)')
*-----Interactive input of the sowing density
1130
h ' Give weather station code (path plus nane)
. ,
RF.AD (IIN,'(A)') USTAT
2 4
WRITE (JOUT,'(/,A)')
&
' Give the sowing densiéy (2C <lO kg/ha) : '
IF (IWTCHO.FQ.l) THF.N
RFAD (IIN,*) SOWDEN
WRITE (IOUT,'(/,A)')
h
' Give rainfall station code (path plus'name) : '
IF (SOWDEN.LT.2..OR.SOWDEN.GT.10.)
THEN
READ (IIN.'(A)') RSTAT
WRITE (IOUT,'(A,/,A)') ' Try again, wrong entry!',
1160
END IF
&
' Sowing density outside limitsl'
GO TO 24
WRITE (IOUT,'(2(/,A))')
END IF
6
' Give name of soi1 data file uith characteristics ',
h
' for WATER balance (path plus name)
: '
*----temporary data block with inputdatè
~AD (I~N,‘(A)‘) RsoILp
999
IPRLRV- 1
WRITE (IOUT,'(L(/,A))')
IWTCHO - 2
a
' Give name of soi1 data file with characteristics ',
WSTAT
- 'NIOROl'
ii
' for NITROGEN balance (path plus name)
RSTAT
- 'NIOROl'
RuD (I~N.'(A)') itsomi
RSOILP - 'NIOROlSP.DAT'
RSOIW - 'NIOROlSN.DAT'
*-----input of the start year of simulation, when zero is taken,
500
STYEAR - 08
*
climate data are taken for the environment
STTIHE - 158
SOWDAY - 195
WRITE (IOUT,'(/,A)')
SOWDEN- 3
a
' Uhich start year of environment generation (19..)
: '
READ (IIN,*) STYEAR
*-----debug information cari be written to file
1200
STYEAR - STYEAR-1900.
WRITE (JOUT.'(2(/,A))')
*-----start date for the environment is read
600
6
' Do you want debug information to be written to file',
&
' DEBUG.DAT (Y/N), (Default-N) 7: '
LlRITE (IOUT,'(2(/,A))')
READ (IIN.'(A)') DEBCHO
h
' Uhich start time of environment generation (l-365) ',
&
' (01-01-1, 01-04-91, 01-07-182, 01-1'3-274)
: '
*-----debug file is opened in case a positive choice is made
1300
READ (IIN,*) STTIHE
IF (DEBCHO.EQ.'Y'.OR.DEBCHO.EQ.'y*)
THEN
*-----Interactive input of the sowing date
1110
DEBUC.TRUE.
GALL FOPEN (IDEBUG,'DEBUG.DAT'.'NEW','DEL')
29
30
ELSE
IF (STPCHO.RQ.*Y'.~R.STPCR~.EQ.'~*)
THRR
DEBUG-.FALSE.
STMP - .TRUE.
END IF
CALL FOPEN (ISTFlP,'STEE(P.DAT','NEW','DEL')
ELSE
*-----the user cari chose to write information on the soi1 water status
1400
STFM' - .FALSE.
*
to file WATkX.DAT
RND IF
WRITE (IOUT.'(3(/,A))')
*-----initial timer, DELT, FINTIH and STTIHE must be specified
1600
h
' Do you vant detailed information on the',
h
* soi1 water status to be written to file',
DELT - 1.
h
' WATFR.DAT (Y/N), (Default-N) 1: '
FINTIH - 500.
RIXD (IIN,'(A)') WATCHO
CALL INITIH
*-----in case soi1 water information is wanted the appropriate file is
1500
*--------..------...--------------------------------------------------
*
opened
* DYNAMIC SECTION
* the simulation mode1 is run as long as the logical TRRRNL is
IF (WATCHO.EQ.'Y'.OR.WATCHO.EQ.'y')
THRN
* false. anywhere in the mode1 this logical cari be set to true to
WATER - .TRUE.
* terminate the run, note that TRRKNL is common throughout the mode1
CALL F0PF.N (IWATFR,'WATRR.DAT','NEW','DEL')
* and that INIT is not!, INIT is local to each module.
ELSE
*---.-----------------------------------------------------------------
WATER - .FALSE.
EZND IF
900
IF (TRRMNL) GOTO 1000
1700
*-----the user cari chose to Write information on the soi1 nitrogen
1510
*-----the appropriate subroutine is called for the generation
1800
*
status to file NITRO.DAT
*
of weather data
WRITE (IOUT,'(3(/,A))')
1* (IuTCW.~.f) THEN
a
' Do you want detailed information on the',
&
' soi1 nitrogen status to be written to file',
IDAYR - INT (DAY)
6
' NITRO.DAT (Y/N), (Default-N) 7: '
RF.AD (IIN,'(A)') NITCHO
CALL WRATHR (IWRATH,IWAR,USTAT,O,IDAYR,
30,LONGIE. LAT,
64
ELlZV,TMIN, TMAX, AVRAD, RAJN, WIND, VAP)
*-----in case soil-nitrogen information is vanted the appropriate file 1520
AVR4D
- AVRAD*l.E6
*
is opened
CALL RAINFL (IRAIN, RSTAT,IYl%RR,IDAYR,RAIN)
IF (NITCHO.RQ.'Y'.OR.NITCHO.EQ.'y')
THRN
NITRO-.TRUE.
ELSE
*
CALL F0PEN (INITRO,'NITRO.DAT','NEU'.'DEL')
ELSE
IYEARR - INT mw
NITRO-.FAISE.
IDAYR - INT (DAY)
END IF
CALL W~THR (IWRATH.IWAR, WSTAT, IYEARR, IDAYR, 10,
*-----the user cari chose to Write information on the soi1 temperature
1400
6
LONGIE, LAT, ELEV,
*
to file STRMP.DAT
a
MIN, TMAX, AVRAD, RAXN, WIND, VAP)
WRITE (IOUT.'(3(/.A))')
AVRAD - AVRAD*l.E6
6
' Do you want detailed information on the',
IF (IWAR.NE.O) THEN
6
* soi1 temperature to be written to file'.
WRITE (IOUT,'(A,I4;')
' Warning from WRATHR no.:',IhXR
&
' STlXP.DAT (Y/N), (Default-N) ?: '
WRITE (IOUT,'(A,Fkl.Z)') ' At time:',TIME
READ (IIN,'(A)') STPCHO
IWAR - 0
END IF
*-----in case soi1 water information is wanted the appropriate file is
1500
RND IF
*
opened
*-----The subroutine ASTRO is called to compute the photoperiodic and
1900
32
31
*
and the environmental perameters are passed to the subroutine
*
normal daylength (DAYLP and DAYL)
IF (IRMER.EQ.l) THEN
CALL F!IL88 (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOIUi,
CALL ASTRO (DAY,IAT,DAYL,DAYLP,SINLD,COSID)
&
TMIN,TMAE,DAYL,PARDIR,PARDIF,SINB,
&
IIAYgR.WCREL.DEPTH,RDMSOL.THCEN,IPRLEV,
*-----thc subroutine RADIAT is called to compute diffuse and direct
h
LAITOT,ETO,TRR,TRTOT,
*
radiation and the sine of solar angle
a
SOWDFX.SOWDAY.SOILTP.
&
CALL RADIAT (DAYL,SINLD,COSID,AVRAD,SINB.PARDIR,PARDIF,ATMTR)
NDEM,NHPTOT,W<,üCACT)
END IF
*-----the subroutine PENMAN is called to compute evaporation rates
2100
*
*-----the TIHE is updated vith this subroutine, as a11 time variables
(C=/d)
2500
*
are common, there need not be any arguments
CALL PENMAN (IWAR,EIEV,A,B,ATMTR.TMIN.TMAE,AVRAD,WIND,VAP,
CALL TIMER
h
EO,ESO,ETO)
GOTO 900
*-----the soi1 water routines are called dependent on the production
2200
*
level choosen above
* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - . - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ - - ~ - - - - - - -
2600
* TERMINAL SECTION
IF (IPRLEV.EQ.l) THEN
*-----..--------.--.---------------.--.---.*---------------------------
CALL WATERl (RSOILP,EO,LAITOT,TRTOT,
*-----program execution arrives here when TEp.MNL is true
h
WCREL,RDMSOL,THCEN,DEPTH,ILAYER,
h
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD.WCFIDC,WCWILT)
1000 CONTINUE
ELSE
CALL WATFR2 (RSOILP,EO.IAITOT,TRTOT,IRR:RAIN,
*-----water balance is called for output of statistics
a
WCREL,PDMSOL,THCEN,DEPTH,II.AYER,
2610
a
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
IF (IPRLEV.EQ.l) THEN
END IF
CALL WATERl (RSOILP,EO,lAITOT,TRTOT,
&
WCREL,RDMSOL,THCEN,DEPTH,ILAYBR.
*-----the soil-temperature routine is called to compute the
&
*
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
soi1 temperature
ELSE
*
depending on the available time for mode1 development one
*
CALL WATERZ
should bave the possibility to chose between measured and
(RSOILP,EO,IAITOT,TRTOT,TRR,RAIN,
*
&
WCREL.RDMSOL,THCEN,DEPTH.ILAYER,
computed soi1 temperatures.
a
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
END IF
CALL SOLTHP (ISTHP,ST~,TMIN,TMAE,ILAYER,SOILTP)
*-----nitrogen balance is called for output of statistics
*-----the nltrogen balance routine is called to compute the actual
2250
2620
*
statu6 of the nitrogen balance
cfu NITBAL (WSTAT,RSTAT.RS~ILP.RSOIIN,NITRO,IPRLEV.
&
FIOW,WCACT,WCFLDC,WCWILT,THCEN.DEPTH,
CALL NITBAL (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOILN,NITRO,IPRLEV,
6
IL4YER,WCACTO.RHOD,TRR,RD,SOILTP,DVS,
h
FIOW,WCACT,WCFLDC,WCWILT,THCEN,DEPTH,
6
NDEM.NUPTOT)
6
IIAYER,WCACTO,RHOD.TRRRR,RD,SOILTP,DVS,
&
NDEM,NIJPTOT)
*-----soi1 temperature subroutine is cailed for output of statistics
2630
*-----in case seeding has not teken place yet the seeding conditions
2300
*
CW SOLTMP (ISTHP,STEMP,TMIN,THAX,IUYER,SOILTP)
tested, seeding is generated by IEMER
*-----the
subroutine EXPERT is called to display messages on the screen 2640
If'(TIMB.GE.SOWDAY) THEN
*
that occurred during simulation, a dummy argument is passed as
IEHER-1
*
no expert message is to be generated
ELSE
IF.MER-
CALL EXPERT (0)
END IF
*-----in case emergence must take place the subroutine PLANT is called 2400
STOP
END
2800
34
*-.----------.----.---------------------------.-.---...--__---_-__-
--* 1LF.N
* INTECER FUNCTION IL!34
*
* Autboro: Daniel van Kra^li??gen
*
* Date
: 28-JAN-1987
*
* Purpose: 'RI~S function determines the significant length (ILW)
*
*
of a string (STRING), if the swing is empty a zero is
*
*
retumed,
*
*
*
* FORMALPARAMETRRS:
(I-input,O-output.C-control,IN-init,T-time)
*
* name
meaning
units
class
*
*
____ -- _---_
----- --_-_
*
* ILFa
Retumed function name
1
*
* STRINC String of which the length ir to be
*
*
determined
1
*
*
*
* FATAL F.RROR CHECKS (execution termineted, message)
*
*
condition
*
*
_ _ _ _ - _ - _ -
*
*
*
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
-_-______
------_____________
*
* none
*
*
*
?? SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : none
*
*.---..-----..-.--------------------------------------------------
-*
INTEGER FUNCTION ILEN (STRING)
CHARACTER*(*) STRING
100
DO 10 ILEN-LEN(STRING),l,-1
200
IF (STRING(ILEN:ILEN).NE.~ ') RETURN
10
CONTINUE
RETURN
END
35
36
*---------.-.-...----------------------------------------------------*
INITIM
* SUBROUTINE INITIM
*
TIHE - STTIHE
* Authors: Daniel van Kraalingen
*
YEAR- STYEAR
* Date
: 28-JAN-1987
*
* Pur-pose: This subroutine sets the time variables to the initial
t
*-----January 1st is defined as DAY-l!!
*
values.
*
*
*
DAY -
1 + MOD (TIME-1,365.)
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-tiee)
*
* name
meaning
unit6
class *
RETURN
500
*
- - - - -__---_
----- --___ *
END
*
*
* FATAL EP.ROR CHECKS (execution terminated. message)
*
*
condition
*
*
----_-_--
*
* DELT <- 0
*
* FINTIW < TIm
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
retumed IWAR value
*
*
__-_--_ -_
-------o-m_________
*
*
none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file with unît IOUT
*
*--------------------------------------------------------------------*
SUBROUTINE INITIM
100
*-----initial data types
IMPLICIT REAL (A-H.J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
LCGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
a
DAY,STYEAR,YRAR,
h
TERMNL,DEBUC,WATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*-----check on the value of DELT
200
IF (DELT.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT,*) ' DELT not set, run deleted!!'
STOP
FND IF
*-----check on the value of FINTIH
300
IF (FINTIM.LT.TIME) THEN
WRITE (IOUT,*) ' FINTIH not set, run deleted! !'
STOP
END IF
*-----actual time equals start time
400
37
??? .----.------*--------------.--------------------------------.------*
LIMIS'
_^__^..
i----.,.----------------------------.----------
?
---------------------.*
REAL FmLll"N j..ïnïî
*
INTGRL
?
Authors: Daniel van Kroalingen
*
* ~1. FUNCTION INTGRL
*
?
Date : 20-JAN-1987
+
* Authors: Denis1 van Krselingen
*
?
Purpose: This function lirfts P velue between two boundaries
*
* Date
: 28-JAN-1967
*
?
*
* Purpose: 'I'his ftmthn integrates the rate of change of e stste
*
?
*
FORKAL PARAHETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
vsriebls (DELT 1s assuaed 1).
*
*
?
name
meaning
unit8
class *
*
?
- - - - -______
----_ _____ d
* FORKALPARAHETERS:
(1-input,&-output.C-control,IN-init,T-time)
*
*
?
LIKIT
Returned value, nsme of function
0
*-
naening
units
cless *
*
*
__._
_,._____
?
Pl
Lover boundary
1
e-e__ _-___ *
*
?
* INTGRL New stste, function nsme
P2
Upper boundsry
1
t
0 *
*
?
X
Verieble to be limfted
1
, * GR
Rate of chsnge
?/d
1
*
t
? ? ?
* H
stata
7
1
*
*
?
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
?
condition
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminsted, message)
*
*
?
-____--_-
* condition
*
*
t
-ma------
?
Pl > P2
*
*
?
*
*
*
?
* UARRINCS (nonzero value of IUAR returned)
UARNINGS (nonrero value of IWAR returned)
*
*
?
condition
returned IUAR value
* condition
returnad IUAR value
*
*
?
---__-_-_
___________________
t
-___--_-_
-.----------mm-----
*
*
?
none
* none
*
*
?
*
*
*
?
SUBROUTINES and FURCTIONS called : none
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
?
*
?
*
?
FILE ussge : none
?
?? FILE usege : none
*
? ?
*..-.-----.--.--.-------------~----------------
----------------------*
REAL FUNCTION LIHIT (Pl,P2,X)
? ? ?
REAL FONCTION INTGRL (GR,H)
100
*-----initial data types
*-----initial deta types
IKPLICIT REAL (A-H.J-2)
INPLICIT REAL (A-H.J-2)
IWLICIT INTEGEB (1)
IWPLICIT INTEGER (1)
LOCICAL TERKNL, DEBUG, UATER
IF (Pl.GT.PZ) THF.N
200
WRITE (*,'(A)') ' LIHlT function arguments errer'
COMMON /SIK/ STTIiiE.STCROP,TIIE,DELT,FINTIK,
WRITE (*.'(A,Fe.Z,A.F8.2)')
6
DAY,STYEAR.YRAR,
&
' Lover bound -',Pl,'; Upper bound -'.PZ
6
TERKNL,Dl?BlJG,iJATER,
a
WRITE (*.‘(A)‘) ' Run deletedll'
IIN,IOUT,IDEBUG,IUATER,INITRO
I
STOP
*-----multiplication of rate snd time step and addition to previous
END IF
200
*
value
IF (X.GT.PZ) THEN
300
LIMT - P2
INTGRL - H+DELT*GR
ELSEIF (X.LT.Pl) THEN
.
RETDEN
300
LIHIT - Pl
END
ELSELIIIT - X
RND IF
END IF
RETURN
400
END
40
41
*- _____________--_____----~~~----------------------------------
_----_ -* MIL88
* LVTOTW(366) > 0
*
* DST*DELT
> WST
*
SUBROUTINE KIL88
*
* (FRT+FSH)
*
* DRT*DELT
> WRT
*
Author : Niek van Duivenbooden
*
* (FLV+FST+FO) 0 :
*
* GERlAY
> 10
*
based on an earlier version by Daniel van Krealingen
*
* RD
*
>- DEPTH(IIAYER)
* SDDYPT
>5
*
(van Kraalingen 6 van Keulen. 1987). nitrogen component
*
* SDDYPW
> 5
*
* MAI*
<o
*
obtained from Rob Groor (1987) and from Seligman 6 van
*
* NCROP
> 1.1 * NUCRPT,
*
NCROP
< 0.9 * NUCRPT
*
Keulen (1987)
*
*
*
.
* Date : 16-03-1989
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* Purpose: This subroutine simulates the dry matter accumulation and *
*
condition
*
*
-
returned IWAR value
distribution, nitrogen uptake and nitrogen distribution
*
*
_-___-___
-_______-_-_-______
*
*
of a Millet trop, using the environment supplied by the
*
* none
*
*
main program.
*
*
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : WPERT, AFGEN, ASTRO, INTGRL,
*
* FORMAI PAP.AMETRRS:
(1-input.O-output,C-control,IN-init.T-time)
*
*
ASSIM, ASSIWC, RERROR, CRPOUT
*
*Mme
meaning
unit.5
class *
*
*
*
--__
--_----
----w ----- *
* FILE usage : a file with unit IDEBUG
*
* WSTAT
lame of reather station
1
*---.---.---.-.-------
*
------------------_-----------------------------
-*
* RSTAT
Name of rainfall station
1
*
* RSOILP
Requested soi1 data file with physical
*
SUBROUTINE MIL88 (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOILN,
100
*
characteristics
1
*
6
TKIN,TMAX,DAYL,PARDIR,PARDIF,SINB,
* RSOILN
Requested soi1 data file with nitrogen
*
h
ILAYRR,WCREL,DEPTH.RDMSOL,THCKN,IPRLEV,
*
characteristics
1
*
ii
LAITOT,ETO.TRR,TRTOT,
* IAT
Latitude of the site
degrees
1
*
&
SOWDRN,SOWDAY,SOILTP,
* MIN
Minimum temperature
degrees C 1
*
a
NDRM,NUPTOT,WCWILT,WCACT)
*TMAX
Maximum temperature
degrees C 1
*
* DAYL
Daylength
h
1
*
*-----initial data types
200
* DAYLP
Phoroperiodic daylength
h
1
*
* PARDIR Array with direct PAR
W$
1
*
IHPLICIT RRAL (A-H,J-2)
* PARDIF Array vith diffuse PAR
V/U?
1
*
IMPLICIT INTEGER (1)
* SINR
Array with sine of solar height
1
*
RFAL INTGRL
* IIAYER
Number of soi1 compartments
1
*
* WCRRL
Array with relative water contents per soi1
*
LOGICAL TERHNL,DEBUG,WATER,INITCG
*
compartments
1
*
COHHON /SM/ STTIME,STCROP,TIME.DELT,FINTIM,
* DEPTH
Array with depths of soi1 compartments
Cm
1
*
&
DAY,STYEAR,YEAR.
* RDHSOL
Maximum rootable depth of the soi1
cm
1
*
&
TERKNL,DEBUG,WATER,
* THCKN
Array with thicknesses of the soi1
*
ci
IIN,IOLJT,IDEBUG,IWATER, INITRO
*
compartments
CIIl
1
*
* IPRLEv
Production level
1
*
CRARACTER CRPNAU*79
* UITOT
Total leaf area index (including dead leaves) ha/ha
0
*
CHAPXTER*(*) WSTAT
* RT0
Potentfal evapotranspiration
cm/d
1
*
CHARACTER*(*) RSTAT
* T R R
Transpiration rate per soi1 compartment
cm H*O/ 0
*
CRARACTF.R*(*) RSOILN
I
*
cm soil/d
*
CHARACTER*(*) RSOILP
* TRTOT
Total transpiration of the trop
cm/d
0
*
* SOWDEN
Crop swing density
kgfia
1
*
_-_-__---___-____---____________________-----------
1000
* SOWDAY Crop swing day
1
*
* DECIARATION OF PARAMETRRS
* SOILTP Soi1 temperature
degrees C 1
*
*----.-......--.-.-.._
_-__-------_-----__-____________________---------
* NUPTOT
Total rate of nitrogen uptake by the trop
*
*-----declaration of array for sine and cosine of solar elevation and
1010
* WCWILT
Water content at wilting point
*
*
flux densities of PAR
* WCACT
Actual vater content of the soi1
*
*
*
DIMENSION PARDIR(3), PARDIF(3), SINB(3). COSB(3)
* FATAL RRROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
condition
*
*-----declaration of array for temperature response of rate of
1020
*
-e------e
------_--
*
*
photosynthesis and initial light use efficiency
* DAYLP
<DA%R
* DLV*DELT
> WLV
*
42
/
43
DIHENSION AMAXFT(l0)
DIHFXSION EFFRFT(6)
*-----trop name of this subroutine
2010
1ûx
-.-. ---..
UAIA LKYNAN /'fiiiiet - Souna III'/
DIMNSION WCREL(IIAYER),
DEPTH(ILAYER), THCKN(ILAYER)
*-----definition of number of seed pockets per ha, weight of one seed,
2020
DIKENSION TRR(ILAYER),
SOILTP(ILAYER)
*
fraction thst germinates and conversion factor of seed dry matter
DIMENSION WCWILT(IIAYER), WCACT(IIAYER)
*
into seedling dry matter
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cissé, 1989)
*-----declaration of arreys for root activity
1040
DATA SOWPOC /lOOOO/
DIMENSION TRREDT(14), EDPTT(lO), TPACTT(20)
DATA SDWEIG /7.1E-6/
DATA GEXPER /0.89/
*-----declaration of arrays for development rates
1050
DATA CVSSDL /0.45/
DIMENSION DVRVGT(6). DVRET(8)
*-----definition of conversion factor from trop weight to root uptake
2030
*
capacity fOK nitrogen (kg DH/kg N)
*-----declaration of arrays for dry matter distribution functions,
1060
*
reduction factor for specific leaf area and green area of
DATA FC
/200./
*
stem and age. weight. area of leaf classes, number of
*
tillers. reduction factor for photosynthtic activity of
*-----initial light use efficiency parameters and growth efficiency
2040
*
leaf sheaths end stems end factor to increase photosynthesis
*
parameters (kg CH20/kg DM)
*
when sten growth increases
DATA EFFO /0.45/
DMENSION FSHT(16).
FRT’7(16) v
FLvT(lS),
FSTT(22)
DATA RDIF /0.7155/
DIMENSION FGRT(14),
FCOT(ZO),
FREST(22)
DATA EFCCH /1.25/
DIKENSION LVSIAT(14), STCT(10)
DATA EFCPR /2.25/
DIMENSION LYL'ElG(366). LYTOThT<366). LYSLY~366), LYAGE(366)
DIMENSION NTILTl(lO), NTILTP(lO), LSARFT(14), CFSST(10)
*-----responses of rate of photosvnthesis (Jansen h Gosseve. 1986) and
2050
*
ini&l light use efficienc; (generaiized function 20; C4 plants,
*-----declaration of arrays for maximum nitrogen content in plant
1070
*
Penning de Vries et al., 1989) to temperature
*
organs and nitrogen accumulation rate in grains
DATA AMATFI /O.,O., 8. ,O.,
13.,1.
, 40.,1., 50.,0./
DIMENSION NMXRTT(6). NMXLVT(lO), NMXSTT(16). NMXCOT(8)
DATA EFFRFT /O.,l., 40.,1., 50.,0.025/
DIHEXSION PNARIT(14)
DATA IAMXRN /lO/
DATA IEFFN /6/
*-----declaration of arreys for potential growth rate of individual
1080
*
grains es a function of development stage and of ambient
*--
-time constant for translocation of reserves as a function of
2060
*
temperature
*
reserve level in plant
DIKENSION PGGRDT(8)
DATA TCREST /0.,50.. 0.05,8., 0.1.2., 0.2,1., l.O,l./
DIMNSION PGGRCT(6)
DATA 1TCRF.N /lO/
*-----declaration of array for time constant of reserve flow
1090
*--
-relative maintenance respiration rates (kg CH20/kg DM/d)
2070
DIIF.NSION TCREST(10)
DATA WINLV /0.03/
DATA MAINST /0.015/
*-----declaration of arrey for surface of trop projected on soi1
1100
DATA HAINRT /O.Ol/
DATA KAINCO /0.015;
DIHENSION CROPST(14)
DATA UAINGR /O.Ol/
*-----.----.-----------------------------------------------------------
2000
*--
-reference temperature and QlO for maintenance respiration
2080
* DEFINITION OF PARAHETERS
*--.------.--.-..------------------------------------------------------
DATA HAIRTP /25./
44
45
DATA QlO
/2./
&
0.90, 0.05,
1.00, 0.14.
1.05, 0.34,
1.20, 0.34,
I
h
1.35, 0.26,
1.60, 0.00,
2.10, O.OO/
*-
DATA IFCON /20/
*
,-fraction of dry ÿtatter allocated to shoots as function of
2090
development stage
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden 6 tisse, 1989)
*-----fraction of shoot dry matter allocated to grains as function of
2150
*
development stage
DATA FSHT /O.OO, 0.80,
0.10, 0.85,
0.32, 0.92,
0.71, 0.86,
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
.
&
0.82, 0.70,
0.90, 0.97.
1.00, 1.00,
2.10, l.OO/
DATA IFSHN /16/
DATA FGRT /O.OO, 0.00,
6
1.00, 0.00,
1.05, 0.00,
1.20, 0.05,
*-----fraction of dry natter allocated to roots as function of
2100
h
1.35, 0.39,
1.60, 1.00,
2.10, l.OO/
*
development stage, potential daily root growth rate (cm/d) and
DATA IFGRN /14/
*
potentiel rooting depth of the trop (cm)
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cisse, 1989)
*-----specific leaf area of leaf blades as function of development
2160
*
stage
DATA FRTT /O.OO, 0.20,
0.10. 0.15,
0.32, 0.08,
0.71, 0.14,
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
h
0.82, 0.30,
0.90, 0.03,
1.00, 0.00,
2.10, O.oO/
DATA IFRTN /16/
DATA LVSIAT /O.OO. 0.0085, 0.10, 0.0060, 0.31, 0.0040,
DATA RCPI /5.0/
h
0.45. 0.0032. 0.70, 0.0024, 1.05, 0.0019,
DATA RDMCR /230./
&
2.10, 0.0019/
DATA ISLALN /14/
*-----fraction of shoot dry matter allocated to leaves as function of
2110
*
development stage and average life span of leaf blades in d C
I
*-----circumference of stems and number of tillers as function of
2170
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*
development stage
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
DATA FLVT /O.OO, 0.75,
0.10, 0.83,
0.32, 0.75,
0.86,.0.43,
h
0.90. 0.12,
1.00, 0.01,
1.05, 0.00,
1.20. 0.00.
DATA STCT
/O.O, 0.002, 0.4, 0.010, 0.74, 0.015,
6
2.10, o.oo/
h
1.0, 0.042. 2.1. 0.042/
DATA IFLVN /18/
DATA NTILTl /O.OO, 40.. 0.24, 20.. 0.25, 3.0, 0.40, 5.7,
DATA SPAN /975./
6
0.91, 5.3/
/
DATA NTILT2 /O.O,
42., 0.24, 23., 0.25, 3.0, 0.40, lO.,
*-----fraction of shoot dry matter allocated to stems as function of
2120
Ii
0.91, 7.6/
*
development stage
DATA ISTCN /lO/
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé. 1989)
DATA INOTl /lO/
DATA INOT2 /lO/
DATA FSTT /O.OO, 0.25,
0.10, 0.16,
0.32, 0.22,
0.86. 0.42,
&
0.90, 0.63,
1.00, 0.58,
1.05, 0.48,
1.20, 0.43,
*-----relative growth rate of leaf area during juvenile growth
2180
&
1.35. 0.35,
1.60,
0.0,
2.10, O.OO/
*
(ha lesves/ha ground/ C/d)
DATA IFSTN /22/
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
*-----fraction of shoot dry natter allocated to reserves as function
2130
DATA LVARGR /O.OOSSl/
*
of development stage
*
estimated data (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*-----reduction factors of thinning (10 days after emergence)
2190
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cissé, 1989)
DATA FRI%T /O.OO, 0.00,
0.10, 0.01,
0.32, 0.03,
0.86, 0.13,
&
0.90. 0.20,
1.00, 0.27,
1.05, 0.18,
1.20, 0.18,
DATA THIRFL /0.25/
6
1.35, 0.00,
1.60, 0.00,
2.10, O.OO/
DATA THIRFS /0.26/
DATA IFRESN /22/
DATA THIRFR /0.21/
*-----fraction of shoot dry natter allocated to combs as function of
2140
*-----reduction factor for photosynthetic activity of leaf shesths and
2200
*
development stage
*
of stems relative to that of leaves
*
field data fron Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*
estimated values
DATA FCOT /O.OO, 0.00,
0.32, 0.00,
0.86, 0.02,
DATA LSARFT /O.O, 0.0, 0.2, 0.0, 0.5, 0.5, 0.7, 1.0,
46
:
47
h
1.1, 1.0, 1.3, 0.0.
2.1, o.o/
DATA TCNTR /lO./
DATA CFSST
/O.O, 1.0, 0.4, 1.0,
0.5, 0.9, 0.6, 0.3,
h
0 8, O.?/
t-----~*x;~um ~,~trügsxl i3mi;entr*t:on in le*f blades, stems. cürr;os ar,l.i
22ôû
DATA ILSAIN /14/
*
roots as a function of development stage, and maximum nitrogen
DATA ICFSS /lO/
*
concentration in grains
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
*-----pre-anthesis development rate as function of mean temperature
2210
*
field data from Nioro du Rip 1988
DATA NMXLVT /O.O, .059. 0.4, .047,
1.0, .036, 2.0, .024,
*
base temperature 10 C (van Heemst, 1988)
a
2.1. .024/
DATA NMXSTT /O.O, .050, 0.3, .042. 0.4, .035,
0.14, .022,
DATA DVRVGT /O., 0.. 17.6, 0.022,
25., 0.030/
&
1.0, .021, 1.6, .009, 2.0, .008, 2.1, .008/
DATA IDVRTl /6/
DATA NMXR'IT /O.O, .020, 2.0, .,OlO. 2.1, .OlO/
DATA NHXCOT /O.O, .022, 1.0, .022. 1.6, .009, 2.1, .009/
*-----reduction factor for development rate after anthesis as function
2220
DATA NMAXGR /0.025/
*
of temperature and potential post-anthesis development rate
DATA INMXSN /16/
DATA INMXLN /lO/
DATA DVRET /O., O., 10.. O., 28.8, 1.0, 45.,1.0/
DATA INMXRN /6/
DATA IDVRF,N /k3/
DATA INMXCN /8/
DATA DVRGEP /0.025/
*-----residual non-remobilizable nitrogen concentrations in leaf
2290
*-----potential growth rate of individual grains (10-6 kg/d) as
2230
*
blades, stems, roots and combs, respectively and minimum
*
function of development rate and correction factor for effect of
*
nitrogen concentration in grains
*
temperature (estimated)
*NEEDS FURTHRR EXAMINATION FROM LITERATLJRE OR FIELD EXPERIMENTS
*
field data fron Nioro du Rip (van Duivenbooden 6 Cissé, 1989)
DATA RNCLV /O.OOS/
DATA PGGRDT /l.O. 0.0,
1.15, 0.13. 1.40, 0.30, 2.1, 0.21/
DATA RNCST /O.OOlS/
DATA PGGRCT /20., 0.9. 30,. 1.0, 4Q., O-9/
DATA RNCRT /Q.OOl/
DATA IPGRDN /a/
DATA RNCCO /0.0025/
DATA IPGRCN /6/
DATA RNCGR /O.OOS/
*-----reduction factor for water uptake by the roots due to low
2300
*-----relative death rates (d-l) of leaf blades, stems end roots.
2240
*
aoisture content of the soi1
,*
the latter two relative to the death rate of leaves
DATA TRREDT /O.OO,O.O, 0.1.0.4. 0.15,0.50, 0.3.0.8, 0.5.1.0,
DATA PERDLV /0.03/
6.
0.75,l.O. l.l,l.O/
DATA LSLBR /0.60/
DATA IWREDN /14/
DATA RLRT /0.25/
*-----root activity coefficient as function of frection availahle
2310
*-----potential rate of nitrogen uptake (kg/ha/d)
2250
*
water (i.e. field capacity minus wilting point) and function
*NEEDS FORTHER FXAUINATION FR& LI&RAti-OR k..D EXPERIMENTS
*
of soi1 temperature (5 degrees above those of Seligman h van
*
Keulen, 1987)
DATA PNUPR /6.0/
DATA EDPTT /0.,0.15, 0.15,0.6, 0.3,O.B. 0.5,1.0, l.l,l.O/
*-----potential nitrogen accumulation rate in the grain (10-6 kg/d) as
2260
DATA TRACTT /0.,0.06, 5.,0.06, 8.,0.29. 15.,0.85, 21.,0.94,
*
function of temperature
a
23.,1.0, 27.,1.0, 36.,0.87. 45.,0.60. 55.,0.30/
*NEEDS FORTHER EXAHINATIQN FROH LITHWXRE OR FIELD EXPRRIMENTS
DATA IEDPTN /lO/
DATA ITCTPN /20/
DATA PNARIT /-lO..O.. O.,O., 8.,0., 12.5:0.022; 18,5,0.029,
&
27.5,0.032, 35.,0.032/
*-----trop surface, calcul ted as projected area on soi1 with
2320
1
DATA IPNARN /14/
*
rectangular light (m /ha) as function of shoot weight
*
estimated data from Nioro du Rip 1988
*-----Urne constant for nitrogen translocation from vegetative tissue
2270
*
to the grain (d)
DATA CROPST /O.OO,O.OO, 0.4.16..
13.,100.. 43.,300.,
6
303.,800.,
1016.,1960., 3000..7000. /
48
49
DATA ICRPS /14./
EUEIF (THCKN(l)+THCKN(2).LT.S.) THRN
*-----initialisation of the variables RKRRG end GERM
2330
SDTEPIP - SOILTP(3)
EUE
DATA RMRRG /O./
SDTEHP - SOILTP(2)
DATA GKRR /O./
RND IF
END IF
*.--------.---.--------------------------
____._______________---------
3000
* DYNAHIC PART
*-----check whether germination has taken place and whether it is
4150
*--------------------------------------------------------------
- _ - _ _ _ _
*
possible. Check whather STDAY > SOWDAY has already been carried
*
*-----chack on input parameters (expert information)
3100
out in CROPEG.
IF (THIN.LT.10.) CALL EXPERT (1)
IF (GRRK.LT.0.5) THKN
IF (THIN.LT.0.) CALL IXPRRT (2)
IF ((DAY.LT.SOWDAY+l).OR.(SDTRMP.LT.lS.).OR.
h
(SDTEKP.GT.40.)) GOTO 104
*-----average daily temperature and effective air temperature
3100
*
during daytime
*--------seeds bave not yet germinated. Check on volumetric soi1
4160
*
moisture content of germination layer, germination proceeds
RIPA
- (TNAX + TKIN) / 2.
*
only if volumetric water content is 1.2 times wilting point
RAIRTP - TNAX - 0.25 * (T&U - MIN)
*
(Seligman and van Keulen, 1987)
IF (WATGRR.LT.GERIAY*UCWILT(l)*1.2)
THRN
*-----~---------------------.-------------------------.---------------
4000 .
GOTO 104
* GERHINATSON
ELSE
*-.---,.......-......---.-.-..-------.---..--.....-.--*---------------
GERH
-1.
* process of germination
4100
SDDYPT - 0.
*--.---.----..-.---.-----------------
____________________-------------
SDGRRP - 0.
*-----check whether emergence has taken place
4110
SDDYPW - 0.
GERDAY - DAY
IF (MERG.GT.0.5) GOTO 120
WRITE (*,'(A,F5.0)') ' Day of germination:',GRRDAY
RETORN
*-----calculation of thickness of germination layer
4120
RND IF
FND IF
G E R U Y - 0 .
Do 10 I-1.3
*-----seeds bave germinated. Check on temperature of seeds. If
4170
*
GERIAY - GERUY + THCKN(1)
temperature is not within the temperature range permitted,
*
IF (GRRIAY.GT.10.) THEN
germination stops after 5 days and emergence is not possible
STOP 'Germination layer exceeding 10 cm'
*
anymore
END IF
10
CONTINUE
IF ((SDTEMP.LT.l2.).OR.(SDTKKP.GT.42.))
THRN
SDDYPT - SDDYPT + DELT
*-----calculation of amount of soi1 water in the germination layer
4130
IF (SDDYPT.LT.5) THRN
GOTO 104
UATGER - 0.
ELSE
DO 20 I-1,3
WRITE (*,'(A/A)')
WATGRR
- WATGER + WCACT(I) * THCKN(I)
&
' Seeds bave died due to unfavourable temperatures',
2 0
CONTINUE
&
' restart mode1 with new seeds'
STOP
*-----calculation of temperature of seeds, set equal to soi1
4140
RND IF
*
temperature around seeds. It is assumed that seeds are SOW~
RND IF
*
at 3-5 cm depth
*-----check on volumetric soi1 moisture content of the upper three
4180
t
IF (THCKN(l).LT.S.) TRF.N
layers, germination continues only if volumetric water content
SDTRMP - SOILTP(l)
*
1s higher than 1.2 times wilting point (Seligman & van Keulen,
50
5 1
*
1987)
- 0.
WLVD
- 0.
IF (IJATGER. LT.GER~LAY*wcwLTfl)*l.
2) THEN
WSTD
- 0.
SDDYPW - SDDYPU + DELT
URES
- 0.
IF (SDDYPW.LEZ.5) THEN
R D
- 8.
GO TO 104
USHTOA
- 0.
ELSE
IC
- 0.
WRITE (*,'@/A)')
DVS
- 0.
a
' Seeds bave died, due to drying out of the soil',
INITCG
- .TP.UE.
ii
' restart with new seeds'
C
GLV
- WLV/DELT
STOP
C
GST
- WST/DELT
END IF
C
GRT
- WRT/DELT
END IF
GLV
- 0.
GST
- 0.
*-----check whether optimal germination temperature is reached and
4190
GRT
- 0.
*
whether treshold value for germination has been reached. It is
GIA
- 0.
*
assumed that under optimal conditions a11 viable seeds emerge
THIDAY
- 0.
*
within 2 days (thus 3 days after sowing). With less favourable
CROPH
- 0.035
*
temperatures it takes 5 days.
NDEMGR
- 0.
IF ((SDTWP.GT.25.).AND.(SDTEMP.LT.35))
THEN
*-----initialization
of first element of leaf arrays
4220
SDGERP - SDGERP + DELT + 1.5
EISE
C
LVUEIG(1)
= GLV*DELT
SDGERP - StKXRP + DELT
C
LVTOTw(1)
- GLV*DELT
FND IF
LVWEIG(1) - WLV
IF (S.DGERP.LT.5) THFN
LVTOTu(l) -wi.,V
GOTO 104
LVSLVA(1)
- AFGEN(ISIALN.LVSIAT,DVS)
ELSE
LVAGE(1)
-
(TXPA-lO.)*DELT
EHERG -1.
EMDAY
- DAY
*-----calculation of initial leaf area
4230
WRITE (*,'(A,F5.0)') ' Day of emergence: ', EMDAY
GOTO 105
LAI
- WLV * LVSLVA(l)
END IF
*-----calculation of initial nitrogen distribution
4240
*-----germination and emergence are still possible but threshold
4195
*
values bave not yet been reached, return to CROPEG
NCLV - ~G~(I~~,NI~xI.vI,Lws)
NCST - AFGEN(INMXSN,NMXSTT,DVS)
104
CONTINUE
NCRT - AFGEN(IMMRN,NMXRTT,DVS)
*----calculation of initial amount of nitrogen
4250
*.-.------.----------------------------------------------------------4200
* initializetion of seedlings
NLV - ULV * NCLV
*---.----------------------------------------------------------------
NST - WST * NCST
*
distribution factors of dry weight from seed to seedling,
4210
NRT - WRT * NCRT
*
field data from Nioro du Rip 1988
*-----initialization
of maximum nitrogen levels in various organs
4260
105
CONTINUE
NHAXLV - AFGEN(INMXU,NMXLVT,DVS)
EMERNO
- SOWDEN * GERPER / (SDWEIG * SOWPOC)
, NMAXST - AFGEN(INMXSN,NHXSTT,DVS)
ULV
- SOL7DEN * GERPF.R * CVSSDL * 0.35
NMAXRT - AFGF.N(INMXRN,NMXRIT,DVS)
WST
- SOUDEN ?? GRRPER * CVSSDL * 0.35
NMAXCO - AFGEN(INMXCN,NHXCOT,DVS)
URT
- SOWDEN * GRRPER * CVSSDL * 0.30
WC0
- 0.
*-----plant has emerged (net initial)
4270
52
53
120
CONTINUE
*------..--.--,---..-----.----------------------------------------------
5000
* WEIGHTS OF PIANT ORGANS AND AMODRTS OF NITROGEN
*-----initialization of nitrogen in combs and grains
4280
*------.---.-----------------------------------------------------------
*-----integration of growth rates of stems, reserves in Stern, combs.
5010
IF (INITCG) THEN
*
grains and roots, integration of death rates of leaf blades.
IF (FCO.GT.0.) TIDSN
*
stems and roots and integration of rooting depth and development
NCCO
- AFGW(INKXCN,N?4XCOT,DVS)
*
rate
NCGR
- NMAXGR
INITCG - .FALSE.
IF (DVS.LT.l.O) THEN
END IF
DVS - INTGRL(DVRVEG,DVS)
RND IF
ELSEDVS - INTGRL(DVRGRN,DVS) s
*----------------------------
-------------------_----------------------
4300
END IF
* Thinning
*-.--.--..-------------------.---------------.-------------------..----
IF (DVS.GT.O.) TRRN
*-----10 days after emergence the number of seedlings is reduced by
WST
- INTGRL(GST-DST,WST)
*
thinning, hence weights, growth rates and corresponding amounts
WRES - INTGRL(GRRS-DRES,URES)
*
of nitrogen of leaf blades, stems, reserves and roots are reduced
WC0
- INTGRL(GCO,WCO)
*
reduction factors obtained from field experiments
WGR
- INTGRL(GGR,WGR)
*
(van Duivenbooden & C~ES~, 1989)
WRT
- INTGRL(GRT-DRT,URT)
WLVD - INTGRL(DLV,WLVD)
TRIDAY - THIDAY + DELT
WSTD - INTGRL(DST,USTD)
IF (THIDAY.EQ.10.) THEN
WRTD - INTGRL(DRT,WRTD)
RD
- INTGRL(RRD,RD)
WST
- WST * THIRFS
END IF
LIRES
- LJRRS * THIRFS
WSH
- WLV + WST + WLVD + WSTD + WRES
URT
-WRT *THIRPR
WLVD
-WLVD * THIRFL
*-----integration of rates of change in nitrogen content of the
5020
WSTD
- WSTD * THIRFS
*
various organs
WRTD
-URTD * THIRFR
NLV
- INTGRL(NUPLV-NTRLV-NLLVD,NLV)
NLV
- NLV * THIRFL
NST
- INTGRL(NUPST-NTRST-NlSTD,NST)
NST
-NST *THIRFS
NC0
- IRTGRL(NDPCO-NTRCO,NCO)
NRT
-NRT *THIRFR
NRT
- INTGRL(NIJPRT-NTRRT-NLRTD,NRT)
NLVD
- NLVD * THIRFL
NGR
- INTGRL(NCGR,NGR)
NSTD
- NSTD * THIRFS
NLVD
- INTGRL(NLLVD,NLVD)
NRTD - RRTD * TRIRFR
NSTD
- INTGRL(NLSTD,NSTD)
NRTD
- INTGRL(NLRTD,NRTD)
GIS'
- GLV * TRIRFL
GST
- GST * THIRFS
GRT
- GRT * THIRFR
* - _ - - - - - __--_---_--.___-________________________-----------------------
6000
DLV
- DLV * TRIRFL
.
* GROWTH PROCESSES
DST
- DST * THIRFS
DRT
- DRT * THIRFR
*----.-------.-..--.------*--------------------------------------------
6100
IA1
- LAI * THIRFL
* leaf growth arrays
*--.--.------.-----.---------------------------------------------------
Do 125 1-1,IC
*-----check for sise of array
6110
LVWEIG(1) - LVUEIG(I) * THIRFL
125
CONTINUE
IF (LVTOTW(366).NE.O.) THEN
WRITE (IOUT,'(A/A)')
ERDIF
a
‘ Array sire is not sufficient for leaf weights',
a
' Run deleted'
54
55
STOP
6.
' Crop died at day:'. DAY ,
RND IF
u
, &Ce te dea&, of pllA lEPleii*
STOP
*-----leaf ages, leaf areas and leaf weights are shifted to the next
6120
END IF
*
class
*.
--calculation of area of leaf sheaths and stems with
6150
IC - IC + 1
*
photosynthetic activity, cumulative height of stems as a
*
function of height and number of tillers (DVS < 0.9) thereafter
DO 130 1-IC,2,-1
*
as function of shoot dry weight. during first 10 days
LVWEIG(1) - LVWEIG(I-1)
*
contribution of LSAI is neglected
LVTOTw(I) - LVTOTw(I-1)
*
area is reduced to account for photosynthetic activity of leaf
LVSLVA(1) - LVSLVA(I-1)
*
sheaths and of stems relative to that of leaf blades
LVAGE(1)
- LVAGE(I-1)
*
water limitation or nitrogen limitation reduces relative growth
130
CONTINUE
*
rate of trop height growth, ffeld data from Nioro du Rip, 1988
*
remark: 0.8 * Nmaxlv is arbitrarily chosen and number of tillers
Do 140 1-2,IC
*
(NOTIL) is rounded and held constant
LVAGE(1) - LVAGE(I)+(TMPA-lO.)*DELT
140
CONTINUE
IF (DVS.LT.O.90) THRN
IF (NLV.LT.O.I*NMAXLV) THEN
*-----initialization of first element of arrays
6130
CRHRGR - 0.082
NOTIL - AFGEN(INOTl,NTILTl,DVS)
IF (DVS.GT.0) THEN
ELSE
LVUEIG(1) - GLV*DELT
CRHRGR - 0.092
LVTOTw(1) - GLV*DELT
NOTIL
- AFGEN(INOT2.NTILT2,DVS)
LVSLVA(1) - AFGEN(ISULN,LVSL4T,DVS)
RND IF
LVAGE(l)
- (THPA-lO.)*DELT
END IF
GCROPH - CROPH * (EXP(CRHRGR * DELT) - 1.)
CROPH
- INTGRL(GCROPH.CROPH)
*-- . .
STLTOT - CROPH * NOTIL * SOWPOC
*
--calculation of new leaf area, leaf weight and total leaf area
6140
*
During jwenile growth leaf growth is limited, being a function
of RGR of leaf area
EZND IF
STC
- AFGEN(ISTCN,STCT,DVS)
STLTOT - 3.6E4 + 23.8 * WSH
ULV -0.
LSAIRF - AFGEN(ILSAIN.LSARFT.DVS)
LSAI - LSAIRF * STC * STLTOT / 1.E4
IF (DVS.LT.0.45) THRN
*---------------------------------------------------------------------
GLA
- LAI * (EXP(LVARGR * RAIRTP * DELT) - 1.)
6200
lAI
- INTGRL(GlA.LAI)
* PHOTOSYNTHESIS
DO 150 1-1,IC
ULV
- WLV + LVUEIG(1)
150
CONTINUE
*----calculation of development rate as function of temperature
6210
ELSE
LAI -0.
IF (DVS.LT.1.0) THEN
IAITOT - 0.
DVRVEG - AFGEN (IDVRTl,DVRVGT,(TMPA-10))
ELSE
DO 155 1-1,IC
DVRGEN - DVRGEP * AFGEN (IDvREN,DVRET,TMPA)
WLV
- ULV
+ LVWEIG(1)
END IF
LAI
-IA1
+ LVWEIG(I) * LVSLVA(1)
~AITOT - IAITOT + LVT~TW(I) * uw..v~(I)
*-----maximum rate of photosynthesis depends on nitrogen content of
6220
155
CONTINUE
*
leaves and on temperature. AMAXN calculated from various articles
END IF
*
photosynthesis is stimulated when stem elongation occurs
*
(van Duivenbooden & CissB, 1989).
IF WLV.EQ.0.) THEN
URITE (*,'(A,F~.O/A)')
AMAXN - MAX (0.. 1016 * NCLV - 2.50)
I
5 6
1
5 7
AKAXRF - AFGEN(IAMXRN,AMAX~,EAIRTP)
DO 170 I-l.IN-1
FSTTOT - FST + FRES
EX - ER + THCKN(1) * AFGEN(IEDPTN,EDPTT,wcREL(I))
CFSS - AFGFN(ICFSS,CFSST,FSTTOT)
170
CONTINUE
AKAX
- AMAXN * AMAXRF / CFSS
ER
- ER + RDINL * AFGEN(IEDPTN.EDPTT,WCREL(IN))
6262
*-----initial light use efficiency depends on temperature (Penning de
6 2 3 0
TRPMM- =/m
*
Vries et al., 1989).
TRTOT - 0.
6263
EFF - EFFO * AFGEN(IEFFN.EFFRFT,EAIRTP)
D O 1 8 0 I-~,IIAYER
IF (I.LE.IN-1) THEN
*-----projection of trop on soi1 surface with rectangular light,
6 2 3 5
TRWD - AFGEN(IWREDN,TRREDT.WCREL(I))
*
required during juvenile growth when leaf blades are clustered
TRACWA - AFGEN(IEDPTN,EDPTT,WCREL(I))
TRACT~ - AFGEN(ITCTPN,TRACTT,SOILTP(I))
IF (DVS.LT.O.90) THEN
T=(I) - TRPMM* TRWRED*TRACWA * TRACTP
CROPS - AFGFN(ICRPS,CROPST,WSH)
TRTOT
- TRTOT + TRR(1) * THCKN(1)
END IF
ELSE
TRRU) - 0 .
*-----daily total gross assimilation (DTGA)
6 2 4 0
FND IF
*
photosynthesis of total plants is for the time being calculated
180
CONTINUE
*
as photosynthetic activity of LAI and LSAI (as output LAI
*
refers only to that of leaf blades, LSAI is substracted again
TRWRED
- AFGEN(IWREDN,TRREDT,WCREL(IN))
*
after DTGA calculation)
TRACWA
- AFGEN(IEDPTN,EDPTT,WCREL(IN))
*
if projected area of trop is below the treshold value, leaf
TRACTP
- AFGEN(ITCTPN.TlUCTT,SOILTP(IN))
*
blades are clustered, with corresponding'calculation of DTGA
TRR(IN) - TRPMM * TRWRED * TRACWA * TRACTP * RDINL/THCKN(IN)
TRTOT
- TRTOT + TRR(IN) * THCKN(IN)
LAI - IA1 + ISAI
PHOTRF
- TRTOT / TRMAX
IF (SSHADE.LT.O.BE4) THEN
IXU ASSIMC (DAYL,AMAK,EFF,KDIF.UI,PARDIR,PARDIF,SIN~,
*-----ectual assimilation rate, as corrected for transpiration
*
deficit
6270
h
DTGA,CROPS,CROPH.SSHADE)
and conversion fron CO2 to CH20
*
additional reduction factor introduced by Van Kraalingen
ELSE
(0.9)
CALL ASSIH (DAYL,AMAX,EFF,KDIF,L~I,PARDIR,PARDIF,SINB.
*
deleted
6
DTGA)
ENDIF
GPHOT - DTGA * PHOTRF * 30./44.
UI - IA1 - LSAI
*--------.------.--------------.---------------------------------------
6300
*-----effect
6 2 5 0
* Maintenance respiration
of water stress, search for layer vhere root growth takes
*
j----------------------------------------------------------------------
place plus penetration in deepest layer.
*-----being affected by temperature and nitrogen concentration and
6310
*
DO 160 I-1,IlAYER
available assimilates for growth
IF (RD.GT.(DEPTH(I)-0.5*THCKN(I)).AND.
TEFF
- QlO**((TMPA-MAIRTP)/lO.)
h
RD.LE.(DEPTH(I)+0.5*THCKN(I)))
IN-I
MACNLV - (NCLV-RNCLV)/(NHAXLV-RNCLV)
160
CONTINUE
MACNST - (NCST-RNCST)/(NMAXST-RNCST)
MACNCO - (NCCO-RNCCO)/(NMtiXCO-RNCCO)
RDINL- RD-(DEPTH(IN-1)+0.5*THCKN(IN-1))
WCNGR - (NCGR-RNCGR)/(NMAXGR-RNCGR)
MACNRT - (NCRT-RNCRT)/(NMAXRT-RNCRT)
*-----reduction factor in TRMAX of 0.7 added by Van Kraalingen
6 2 6 0
*
deleted here and replaced by TRACTP function Seligman 6 van
MAILV
- WLV * WINLV * MACNLV * TEFF
rt
Keulen (1987, pp 100).
MAIST
- WST * MAINST * HACNST * TEFF
t
another possible solution may be by closing of stomata as a
MAICO
- WC0 * MAINCO * MACNCO * TEFF
*
function of the rate of photosynthesis (Hochman, 1978 77)
MAIGR - WGR * MAINGR * MACNGR * TEFF
HAIRT
-WRT * MAINRT * MACNRT
TRHAX - 0.7 * ET0 * (l.-EXP(-0.75*KDIF*LAI))
6261
MAITOT - MAILV + WIST + MAIRT + KAICO + MAIGR
FA
- 0.
58
59
IF (~ILV.LT.O..OR.WAIST.LT.O..OR.NAICO.LT.O..OR.MAIGR.LT.O.
ELSE
h
.OR.MAIRT.LT.O.) THEN
PRCGR
- 5.7 * NCGA
WRITE (*.'(A.F5.O/A)')
F.ND IF
&
' Maintenance negative at day:', DAY ,
h
' Run deleted '
ASRQLV - PRCLV*EFCPR + (l.-PRCLV)*EFCCH
STOP
ASRQST - PRCST*EFCPR + (l.-PRCST)*EFCCH
FXD IF
ASRQRT - PRCRT*EFCPR + (l.-PRCRT)*EFCCH
ASRQCO - PRCCO*EFCPR + (l.-PRCCO)*EFCCH
*.--.----------------------------------
--------*-----------------------
6400
ASRQGR - PRCGR*EFCPR + (l.-PRCGR)*EFCCH
* Nett assimilate production and its distribition
ASRQRE - 0.947/1.111
* - - - _ - - - _________-___-_---------.--------------------------------------
*-----nett assimilates
6410
ASRQ
- FSH * (FLV*ASRQLV+FST*ASRQST+FCO*ASRQCO+FGR*ASRQGR
&
+ FRES*ASRQRE) + FRT * ASRQRT
AVASS
- MAX (O.,CPHOT-MAITOT)
*----------.----.-.---------------------------------------------------
6500
*-----fraction of dry natter accumulation in shoots, leaves, stems,
6420
* Death rates of leaf blades, roots and stems
*
resetves, roots, combs and grains.
*------------------.--------
--__-_--___-_--_--_-----------------------
*-----death of leaf blades due to vater stress or high IA1 or nitrogen
6510
FSH - AFGEN(IFSHN.FSHT,DVS)
*
shortage is distributed over the trop
FLV
- AFGEN(IFLVN.FLVT,DVS)
FST - AFGlIN(IFSTN.FSTT,DVS)
DLVl
- !JLV * PFXDLV * (l.-TRTOT/TRMAX)
FRES - AFGEN(IFRESN,FREST,DVS)
DLV2 - WLV * MAX (O.,l.-6./MAN (O.Ol,IAI))
FCO
- AFGFN(IFCON,FCOT,DVS)
DLV3
- NLV * PERDLV * (l.-(NMAXLV-RNCLV)/(NCLV-RNCLV+l.OE-9))
FGR
- AFGBN(IFGRN.FGRT,DVS)
DLVA
- MAX (DLVl,DLV2,DLV3)
FRT
- AFGEN(IFRTN.FRTT,DVS)
*-----definition of death rate of leaf blades, oldest leaf blades die
6520
*-----check on consistency of dry matter partitioning
6430
*
first
SUMl- FRT+FSH
IF (DLVA.GT.0.) THEN
IF (SUMl.GT.1.01) CALL RERRDR (l,'DMpart',SUMl,'PLANT
')
DLVT - DLVA
IF (SUMl.LT.0.99) CALL RERROR (2,'DMpart',SUMl,'PLANT
')
1 - IC
215
IF (DLVT.GT.~.AND.I.GE.~)
THEN
SUN2 - FLV + FST + FRES + FCO + FGR
IF (LVNEIG(I).GT.O.) THFN
IF (SUM2.GT.1.01) CALL RERROR (l,'DMpart',SUMZ,'PLANT
')
DUM - XIN (DLVT,LVWEIG(I))
IF (SUM2.LT.0.99) CALL RFRROR (2,'DMpart',SUM2,'PLANT
')
LVWEIG(1) - LVUEIG(I)-DUM
DLVT - DLVT-DUN
*-----Calculation of number of grains at anthesis
6440
END IF
*
as DVS - 1.0 cari not always be calculated, a small range is
1 - I-l
*
used
GOTO 215
END IF
.
IF(DVS.GT.O.99.AND.DVS.LT.l.02)
THEN
END IF
WSHTOA - WLV + WLVD + UST + WSTD + WC0 + WRES
NUMGR
- 2.85E0 + 59400 * WSHTOA
*-----definition of death rate of leaf blades, due to senescence
6530
WD IF
DLVB - 0.
*-----assimilate requirerents for dry matter production
6450
DO 225 I-l,IC
*
(kg CH20/kg DM)
IF (LVAGE(I).GT.SPAN.AND.LVNEIG(I).GT.O.)
THFN
DLVB - DLVB+LVWEIG(I)/DELT
PRCLV
- 6.25 * NCLV
LVWEIG(1) - 0.
PRCST
- 6.25 * NCST
END IF
PRCCO
- 6.25 * NCCO
225
CONTINUE
PRCRT
- 6.25 * NCRT
IF (DVS.LT.1.0) THEN
*-----total death rate of leaf blades
6540
PRCGR
- PRCST
60
61
DLV
- DLVA + DLVB
*
1986) (water 106s for conversion of glucose into star& and water
IF (DLV*DELT.GT.WLV) TH8N
*
use for conversion of starch into glucose are not taken into
DLV - ULV / DELT
*
account)
END IF
IF (DVS.LT.1.05) THEN
*-----death rate of stems. due to water stress, senescence or
6550
GRES - FRES * FSH * 0.947/1.111 * AVASS/ASRQ
*
nitrogen shortage
GGR - 0.
ELSE
DSTl
- LSLBR * DLVl
RESL
- URES / (WLV+WST+WRES)
DST2
- LSLBR * DLVP
TCRES
- AFGEN(ITCREN,TCREST,RESL)
DST3
-WST * PERDLV * LSLBR*
URES
- WRES ; TCRES
a
(l.-(NMAXST-RNCST)/(NCST-RNCST+l.OE-9))
PGRCFI - AFGEN(IPGRCN,PGGRCT,TMPA)
IF (DLVB.GT.0.) THRN
PGRIGR - PGRCFT * l.E-6 * AFGEN(IPGRDN,PGGRDT,DVS)
DSTB - LSLBR * DLVB
CDFMGR - NUMGR * PGRIGR * ASRQGR
ELSE
CSUPGR - FSH * FGR * AVASS/ASRQ + URES * 1.111 * 0.947 +
DSTB - 0.
a
FR!% * FSH * AVASS/ASRQ
END IF
GGR
- l./ASRQ * MIN(CDEMGR,CSUPGR)
DST
- MAX (DSTl,DST2,DST3,DSTB)
IF (CDEMGR.LT.CSUPGR) THEN
IF (DST*DELT.GT.WST) THF.N
GRES - CSUPGR - CDEMGR
WRITE (*,'(~,a)')
ELSE
h
' Amount of dead stems exceeds available' ,
GRES - 0.
h
' living stems’
END IF
STOP
FND IF
F.ND IF
*- --- .-root growth cesses in case of dryness of soi1 compartment, vhen
6620
*-----death rate of roots. due to water stress, senescence or
6560
*
no assimilates are diverted to roots, when an impenetrable soi1
*
nitrogen shortage
*
layer has been reached or when the maximum rooting depth of the
*
trop has been reached.
DRTl
- RLRT * DLVl
DRT2
- RLRT * DLV2
IF (IN.GT.O..AND.FRT.GT.O..AND.WCREL(IN).GT.O..AND.
DRT3 - WRT * PERDLV * RLRT *
&
RDHSOL.GT.RD.AND.RDMCR.GT.RD)
THF.N
&
(1..(NMAXRT-RNCRT)/(NCRT-RNCRT+l.OE-9))
RRD - RGM
DRT
- MAX (DRTl,DRTP,DRT3)
ELSE
IF (DRT*DELT.GT.WRT) THEN
RRE-0.
WRITE (*.'(A,A)')
END IF
6
' Amount of dead roots exceeds available' ,
6
' living roots'
*----------------------------------
__________ ____--- __________ -------- 7000
STOP
* NITROGEN DISTRIBUTION
WD IF
*--.-----------------------------------
- _ - _ - - _ - - ___-________---__-_---
*---------------------------------------------------------------------
6600
*-----maximum nitrogen levels in various organs and potential nitrogen 7010
* Growth rates of roots and shoots in kg DM/ha/day
*
accumulation rate of individual grains
*.----.---------------------------------------------------------------
NMAXLV - AFGF.N(INMXLN,NMXLVT,DVS)
GLV
- FIS * FSH * AVASS/ASRQ
NHAXST - AFGEN(INHXSN,NMXSTT,DVS)
CST
- FST * FSH * AVASS/ASRQ
NMAXRT- AFGEN(INMXRN,NKXRTT,DVS)
GCO
- FCO * FSH * AVASS/ASRQ
NMAXCO - AFGW(INMXCN,NMXCOT,DVS)
GRT
-
FRT * AVASS/ASRQ
PNARIG- AFGEN(IPNARN,PNARIT,TMPA)*l.OE-6
*-----before anthesis reserves are formed, which cari be used for grain
6610
*-----calculation of nitrogen demand of trop, as a function of the
7020
*
filling after anthesis.
*
demand of vegetatfve material only, as nitrogen required for
*
transport costs of reserves are 5.3 % of amount translocated and
*
grains is translocated
*
conversion of glucose to sterch equals l/l.lll (Jansen & Gossyeye,
62
63
NDEMLV - MAX (NMAXLV*WLV - NLV.0.)
NUPLV
- (NDENLV/(NDFXVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDEKST - MAX (NMAXST*UST - NST,O.>
NUPST
- (NDE!%ST/(NDEMVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDENRT - HlX (!wsT*wR? - ‘NRT,O. )
NUPÇV
- (NI)FXGO/(NDEMVM+l.OE-S))*NUPTOT
NDEKCO - KAX (NKAXCO*WCO - NCO.0.)
NUPRT
- (NDEKRT/(NDEXVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDFNJK- NDEKLV + NDEMST + NDE%0 + NDEMRT
*-----nitrogen losses caused by death of leaf blades, stems and roots
*-----amount of potentielly translocatable nitrogen of the various
7030
*
organs and total amour&
IF ((DLVl.GE.DLV3).OR.(DLVZ.GE.DLKi))
THEN
NLOLVD - NCLV * DLVA + RNCLV * DLVB
ATNLV
- Mx (O.,NLV - wLv*RNGLV)
ELSE
ATNST
- MAX (O.,NST - WST*RNGST)
NLOLVD - RNCLV * (DLVA+DLVB)
ATNRT
- KAX (O.,NRT - wRT*RNCRT)
END IF
ATNCO
- MX (O.,NCO - WCO*RNCCO)
ATNTOT -ATNLV + ATNST +ATNCO+ATNRT
IF ((DSTl.GE.DST3).OR.(DST2.GE.DST3))
THEN
Nl&XTD - NCST * DST
*-----nitrogen supply for the grains and rate of accumulation
7040
ELSENLOSTD - Rh'CST * DST
I F (DVS.LT.1.0) THEN
END IF
NSUPGR - 0.
ELSE
IF ((DRTl.GE.DRT3).0R.(DRT2.GE.DRT3))
THF.N
NSUPGR - ATNTOT/TCNTR * TEFF
NLGRTD - NCLV * DRT
END IF
EL-SENLORTD - RNCLV * DRT
*----- Take tare the variable NDEMGR was initialized by WS 28-10-9811
7050
END IF
NACGR
- MIN (NDEktGR,tWPGR)
*-----maximum nitrogen uptake rate and actual nitrogen uptake rate
7100
*
by the trop
*-----Rate of nitrogen translocation is calculated for the organs
7060
MXNUPR - PNUPR * (l.-EXP(-0.5*(WLy+WST+WCO)/FC))
NTRLV
- NACGR * ATNLV/(ATNTOT+l.OE-9)
NDF.M
- MIN (NDEMVM,MXNLlPR)
NTRST - NACGR * ATNST/(ATNTOT+l.OE-9)
NTRCO - NACGR * ATNCO/(ATNTOT+l.OE-9)
*.--------------------------------------------------------------------
8000
NTRRT - NACGR * ATNRT/(ATNTOT+l.OE-9)
* FINISH CONDITION OF SIMULATION
*.--------------------------------------------------------------------
*-----Nitrogen fractions of the organs
7070
IF (DVS.GT.2.) TERMNL-.TRUE.
*
no nitrogen limitation in this wayl!ll!l
*
NCLV
- NLV /(WLV +l.OE-9)
*--------------------
_-_-__-_----.-------------------------------------
9000
*
NCST
- NST /(WST +l.OE-9)
* OUTPUT SPECIFICATIONS
*
NCRT
- Np.T ,'(WRT +l.OE-9)
*
(to compare mode1 output with observed field data)
*-------.--------------------------------------------------------------
NCLV - AFGEN(INMX~,NKXLVT,DVS)
*-----it is assumed that a11 reserves are located in stems
9010
NCST - AFGEN(INMXSN,NtïXSTT,DVS)
NCRT - AFGEN(INMXRN.NMXRTT,DVS)
WSHTOT -
WSH + WC0 + WGR
NCLVD
- NLVD/(ULVDtl.OE-9)
WSTTOT -
WST + WRES
NCSTD
- NSTD/(WSTDtl.OE-9)
WCROPT -
WSHTOT + WRT + WRTD
C
NCGR
- NGR /(WGR +l.OE-5)
C
NCCO
- NC0 /(UC0 +l.OE-2)
NCROP
= NLV + NZVÛ + NST + NSTD + NRT + NRTD + NGR + NC0
NCGR - NMAXGR
NCSHT
- (NCROP - NRT - NRTD) / WSHTOT
NCCO - AFGEN(INMXCN,NMXCOT,DVS)
NCSTOT - (NST + NSTD) / WSTTOT
*-----nitrogen uptake rates of the organs
7080
*-----output of simulation results are written to output file
9020
*
NUPTOT output of the subroutine NITBAL
CALL CRPOUT (CRPNAH,WSTAT,RSOILP,RSOILN.RSTAT,IPRLEV,
66
67
*----..----------------
.---------------------------------------------*
HOFILP
8
*-.--------------.------
__________________---------
.------.-------.----* NITBA,.,
*
*
SUBROUTINE MOFILP
*
SUBROUTINE NITBAL
*
*
*
Authors: Daniel van KK*Sii*g=*
a
Âuthor : Kiek van ÙuivenDooden
*
*
*
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
* Date
: 28-JAN-1987
*
Purpose: ~his subroutine ?? oves the filepointer across comment
*
* Date
: 14-06-1988
*
*
lines of data files and puts the file pointer at the
*
*
*
Purpose: This subroutine calculates the soi1 nitrogen status.
*
first non comment record. Comment lines bave an
*
*
*
For each soi1 compartment. mineralization is calculated *
asterisk (*) in their first column.
*
*
for old organic material and trop residues as a function
*
*
*
*
of soi1 temperature end soi1 moisture content. Nitrogen
*
*
*
FORMALPARAMETERS:
(1-input,O-output,Gcontrol,IN-init.T-time)
*
losses out of the potential rooting zone occur by leaching *
*
*
and trop uptake
*
* name
meaning
units
class *
*
*
----
e---_-e
-----
-es_.
*
*
*
*
*
IUNIT
File unit where comment lines should be
FORMAL PARAMETERS:
(I-input,&out'put,C-control,IN-init.T-tfme)
*
*
*
*
skipped
name
neaning
units
class
*
*
*
----*_
_-_-*--
_----
____-
*
*
*
*
*
WSTAT
Name of weather station
1
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* RSTAT
1
*
* condition
Name of rainfall station
-----_emw
*
* RSOILP Requested soi1 data file with physical
*
*
*
*
*
characteristics
1
*
*
*
*
WARNINCS (nonzero value of IWAR returned)
RSOILN
Requested soi1 data file with nitrogen
*
*
*
*
characteristics
1
* condition
returned IWAR value
-e--m___-
-----______________
*
*
1
*
*
IPRLEV
Production level of simulation
x
*
*
none
FLQW
Array, rate of waterflow between soi1
*
*
*
*
compartments
cm/d
1
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
* WCACT
Array, actual watercontent of soi1
*
*
*
*
*
compartments
cm/cm
1
*
*
*
*
FILE usage : none
WCFLDG
Array, soi1 aofsture content at field
*
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
-*
*
capacity
cm/cm
1
*
*
WCWILT
Array , water content of soi1 compartments
SUBROUTINE HOFILP (IUNIT)
100
*
at wilting point
cm/cm
1
*
* THCKN
*
Arrey. thickness of soi1 compartments
CIO
1
*
*
CHARACTER LINE*80,CHR*l
DEPTH
Array, distance from soi1 surface to
*
*
middle of soi1 compartment 1
1
*
the file with unit number IUNIT is read as long as the first
200
* ILAYER Number of soi1 compartments
1
*
*
charscter of a record 1s an asterisk (*)
* WCACTO
Array, actual watercontent of soi1
*
*
*
compartments one time step ago
cm/cm
1
cm - '*'
*
*
RHOD
Array, bulk density of soi1 compartments
g/cm3
1
10
IF
*
????????????
? GOTO 20
1
* TRR
Array , transpiration rate per soi1 camp.
cm/d
1
READ (IUNIT.'(A)') LINE
* RD
*
Rooting depth
CU!
1
CHR - LINE(l:l)
*
*
SOILTP
Array. temperature of soi1 compartments
degrees C
1
*
*
GOTO 10
DVS
Crop development stage
1
* N D W
Nitrogen demand of the trop
kg ha/ha/d
1
*
20
CONTINUE
I
*
*
NUPTOT
Rate of nitrogen uptake of the trop
kg ha/ha/d
0
*
*
*
the file pointer is backspaced one line
300
*
*
I
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
BACKSPACE (IUNIT)
*
_ - - - - _ - - -
*
*
*
NBAL > O.'l, NBAL < -O.'l
*
??????
400
*
END
* UARNINCS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
*
condition
returned IWAR value
* _ - - - - _ - _ _
____----- ________--
*
*
*
none
*
*
68
69
* SUEROUTINES and FUNCTIONS called : NsoIm, NITOUT, INTGRL
*
* FILE usage
: none
*
DIMENSION HINOOM(lO), NINm(10). MINFRl(10)
*---.-.----------.-.----.-----------------------------------------------*
*-----declaration of nitrogen content in soi1 water, nitrogen
360
SUBROUTINE NITBAL (WSTAT,RSTAT.RSOILP,RSOILN.NITRO,IPRLEV,
100
*
immobilization by microbial biomass, nitrate nitrogen
6
FLOV,UCACT,UCFLDC.WCWILT,THCM,DEPTH,
*
immobilization in soil, nitrogen uptake in diffuse and in
6
IIAYER.UCACTO,RHOD,TRR,RD,SOILTP,DVS,
*
transpiration stream
&
NDEHJUPTOT)
DIMENSION NCSC(lO),
NIMMB(lO), NNIKS(l0)
*DEAD ROOTS ARE NOT YET INCLUDED IN AMOUNT OF FRESH ORGANIC MATERIAL
DIMENSION NUPTRL(lO), NUPDFL(lO)
*-----initia1 datatypes
200
*-----declaration of soi1 respiration at reference water content and
370
*
temperature
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
DIMFNSION MRO(10)
RFAL
INTGRL
*-----declaration of amount of fertilizer applied and day of
380
LQGICAL INIT, TERMNL, DEBUG, WATER, NITRO
*
fertilization
COMMON /SIfl/ STTIHE,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
&
DAY,STYRAR,YEAR,
DIMRNSION FER(3), FERDAY(3)
&
TERHNL,DEBUG,UATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER, INITRO
DATA INIT /.TRUE./
CHARACTER*(*) WSTAT
*-----reference temperature for mineralisation and N/C ratio of old
430
CHARACTER*(*) RSTAT
*
organic matter (humus)
CHARACTER*(*) RSOILP
CHARACTER*(*) RSOILN
DATA MINRTP /20./
DATA NCROOM /O.Ol/
*------------------.---------------------------------------------------
* DEClARiiTION OF PARAMETERS
300
*.---------.--.------.--.--.--.--------------------------------------------
*------.--.---.--------------~-----------------------------------------
* DEFINITION OF PARAMATERS
400
*-----declaration of depth, thickness, bulk density, soi1 temperature,
310
*-------.---------.------.----------------------------------------------
*
field capacity and wilting point of soi1 layers
*-----in case the terminal stage of the mode1 is reached, statistics
410
*
are written to IOUT
DIMENSION DEPTH(lO), THCKN(lO), RHOD(lO)
DIMENSION SOILTP(lO), WCFLDC(lO), WCXILT(10)
IF (TFRMNL) THEN
CALL NITOUT (IPRLEV,FERTIL,NCROP,NNITOT,HINOKT,
*-----declaration of water flow between soi1 layers and moisture upt&e
320
6
MINFMT,NAIMBT.NNIMST.FOMTOT~
*
by plant by transpiration
RETURN
END IF
DIMENSION nOW(ll), TRR(l0)
*-----variable initialization of soi1 nitrogen balance
420
*-----declaration of actual weter content at time and one time step ago 330
IF (.NOT.INIT) GOTO 210
DIMENSION UCACT(lO), WCACTO(10)
INIT - .FALSE.
*-----declaration of amount of minera1 N, trop residues, manure, old
340
*-----writes heeder to file in case detailed information is wanted
440
?
organic matter (humus) in soi1 layers
IF (NITRO) THEN
DIMENSION NMIIAY(lO), 'XRlAY(lO), MANLAY(lO), OOMIAY(10)
CALL FOPEN (INITRO,'NITSTAT.DAT','NEW','DEL')
*-----declaration of mineralization rate of old organic matter (h-us),
350
*
fresh organic matter (trop residues and manure), and reduction
1 0
WRITE (INITRO,'(//,Z(A,A15),/,A,A18,A,A15,//,
*
factor for mineralization
&
A,F6.O,A,F3.O,//,ZA6,5AB))')
70
71
a
' Ueather station: @ , WSThT,
6
' Reinfall station: ', RSTAT,
*-----reference mineralization rate according to Verbruggen (19S5).
ii3û
6
' Soil-fysics: '
, RSOILP.
*
Hineralization is assumed to be optimum at field capacity
* Soil-nitrogen: *
, RSOIU?,
5e
' Sowing day: '
, DAY.
DO 130 1-1,IUYER
&
' Start year: 19'
I sl=AR,
A0
- 0.22*(HINRTP+O.00064)**1.4425
6
'YEAR','DAY','NCMIX','NUPTR','NUPDF'.'NUPTOT','NHITOT'
BO
- O.l737*EXP(-O.119*MINRTP)+O.1107
ma(I) - AO*(l.-EXP(-BO*WCFLDC(I)/RHOD(I)))
END IF
130
CONTINUE
*--------------------------_-__-_-__-----------------------------------
*-----read soi1 nitrogen data
450
*AMO~NTS OFNITROGEN
2000
CALL SOILNR (RSOILN,
*--.----.--------------
_____-____-_------------------------------------
&
ILAYER,NnIUY,PUYER,PLpoOM,RDRoOM,
&
!4ANURE,RDRMAN,CCMAN,NCMAN,
210
CONTINUE
h
CROPR, RDRCRR,CCCRR,NCCRR,
6
DISASS,NCRMB,FERDAY.FER,NCRAIN,TCNDF)
*-----total amount of nitrogen taken up by the trop (NCROP), total
2100
nineralization from old organic material (KINOMT), total
*---..-..----.---.-----------.-----------------------------------------
mineralization from trop residues (MINFMT), total amount of
* INITIALIEATION of the soi1 nitrogen balance
1000
nitrogen immobilized by bionass (NIMMBT), total anount of soi1
*--.-.---.---------.---------~-------------------*---------------------
nitrate lest-by immobilization (NNIHST) and total N-fertilizer,
*-----initial amounts of old organic natter, trop residues and manure
1110
in kg(N) ha-’
*
for the noil compartments (in kg/cn)
NCROP
- INTGRL (NUPTOT.NCROP)
OOMM - PLPOOM * 1.E3
MINOXT - INTGRL (HINOHP.MINOMT)
CRRCM - CROPR / PLAYER
MINMT - INTGRL (HINFMP,MINFRT)
IF ((IPRLEV.RQ.l).OR.(IPRLEV.EQ.2))
THEN
NIRKBT- INWRL (NIMHBP,NIRHBT)
MANCPI - ItANuRE/Fl.AYER
NNIHST - INTGRL (NNINSP,NNIMST)
EUE
FERTIL - INTGRL (FERT, FERTIL)
MANCM-0.
ERDIF
--anounts of minera1 nitrogen in each soi1 compartment
2200
110
1 - 1+1
DO 220 1-1,IIAYER
DEPT - DEPT + TRCXN(1)
IF (N'LJPDF.GT.0.)
THEN
IF (PlAYER.GT.DEPT) THEN
NMIlAY(1)
- NRILAY(I) - NDPTRL(1) - RUPDFL(1)
-y(I) - TRcKN(1) * OOMCM
E L S E
WY(I) - TRCRN(1) * MANU
NMILAY(1) - NMILAY(1) - NDPTRL(1)
CRRLAY(1) - THcRN(1) * CRRCM
ERD IF
GOTO 110
NMITOT - NMITOT + NKIlAY(1)
ELSE
220
C O N T I N U E
OwïAY(1) - (PlAYER-(DEPT-THCXR(1))) * OOMCH
MANUY - (PU~ER-(DEPT-TRCXN(I)))
*
*.-.--.--.--------.--.
-__________-________c___________________---------
RANCH
cRRIAY(1) - (PLAYER-(DEPT-TRCKN(Ijj) * CRRCM
* NITROGEN AVAILABILITY
3000
*.-....--.--.---------------------------
--------------__-______________
ENDIF
*-----reset daily total6 to rero
3100
*-----initial total nitrogen in the soi1
1120
NNIMSP
- 0.0
NINOOR - PLPOOM * 1.E3 * PIAYER * NCROON
NIRMBP
- 0.0
NINFOK - MANUJE * NGMAN + CROPR * NCCRR
HINFMP
- 0.0
NINNMI - 0.
FOMTOT
- 0.0
Do 120 1-l,Il.AYER
NUPTOT
- 0.0
NINNRI - NINNMI + NMILAY(1)
NMITOT
- 0.0
120
CONTIRUE
UINOMP
- 0.0
NINTOT - NINOOH + NINFOM + NINNHI
NUPDF
- 0.0
0’ F
/
74
7 5
*
(NIMMBP), nineralization (HINFMP) and storage of minera1
*
nitrogen (NNINSP) of total soi1 profile
NUPTRL(1)
- TRR(I)*NCSC(I)*THCRN(I)
PNUPTR
- PNUPTR+NUPTRL(I)
FOMTOT - FONTOT + MANIAY(1) + C~?R~AY(I)
410
CONTINUE
NIMMBP - NINMBP + NIMNB(1)
NNINSP - NNINSP + NNIMS(1)
*-.- .if the nitrogen demand of the trop fs smaller then the as,ount
4200
MINFMP - HINPHP + MINFM(1)
*
that cari be taken up by transpiration, NUPTRL(1) is reduced
340
CONTINUE
.
IF (NDEN.LT.PNUPTRj THEN
*-----mineralization of old organic material (humus)
3600
DO 420 1-~,ILAYER
*
The total OOIi pool does not decreasell
I
NUPTRL(1) - NUPTRL(Ij*(NDEH/PNUPTR)
NUPTR
- NUPTR+NUPTRL(I)
Do 350 I-1,IIAYFR
420
CONTINUE
IF (SOILTP(I).lE.O.) THBN
I
ELSE
MINOOM(1) - 0.
NUPTR- PNUPTR
ELSE
FND IF
MINOOM(1) - CONIAY(1) * MINFRl(1) * RDROOK * NCROOM
l
END IF
*----------..----------------------------------------------------------
NINONP - MINONP + MINOOM(1)
* NITROGEN UPTAKE by nitrogen DIFFUSION towards roots
350
CONTINUE
I
*------------------.---------------------------------------------------
5000
*-----diffusion is only calculated when roots are present
5100
*---.-.----------------------------------------------------------------
* NITROGM UPTAXB by uptake of TP.ANSPIRATION water
4
0
0
0
IF (RD.GT.0.) THW
*.-.---.-..--_---------------------------------------------------------
*-----nitrogen concentration in soi1 water.
4100
!
*--------potential diffusion rate is only calculated when trop is
5110
*
According to the complete mixing theory (Burns, 1974), a11 the
*
not too old
*
/
water and nitrogen entering a soi1 compartment fa completely
*
mixed with water and nitrogen already present in the compartment,
IF (DVS.LT.1.2) THEN
*
the nitrogen resulting from mineralization, and with nitrogen from
NUPDF
- MAX (O.,(NDBM-NOPTR))
*
with fertiliser application. The resultins nitronen concentration
ELSE
/
*
is subject to trop-uptake in the transpiration siream
NUPDF - 0.
END IF
DO 410 1-1,IlAYER
UATMIX - UCACTO(I)*THClCN(I)+FIOW(I)
*--------nitrogen available for uptake by diffusion in compartments
5120
IF (I.EQ.l) THEN
*
that bave been penetrated by roots
NMIX -NMIIAY(I)+ FERT +
h
(WINOOH(I)+MINFM(I)-NNIMS(I)+Fl.OW(I)*NCMIX)*DELT
IF (NUPDF.GT.0) THEN
ELSE
DO 510 1-l,IN-1
NMIX - NNIIAY(1) +
IF (UCACT(I).GT.WCUILT(I)) THEN
&
(MINOOH(I)+MXNFM(Ij-NNIMS(I)+FLGW(I)*NCMIX)*DELT
NDIF - NDIF + (NMILAY(I)-NUPTRL(I))/TCNDF
ENDIF
END IF
NCNIX - NMIX / WATNIX
510
CONTINUE
*--------transport out of compartment 1 now occurs with the
4110
IF (WCACT(IN).GT.WCWILT(IN)) THEN
*
concentration that results from complete mixing
NDIF - NDIF + ((NMILAY(IN)NuPTRL(I))*
&
(RDINL/THCKN(INjj/TCNDF)
NNIuLY(1) - NMIX - (Fl.OW(I+l)*NCMIX)*DELT
END IF
' NCSC(Ij
- NMIIAY(I),';UATMIX-Fl.CF~(I+l)*DELT;
*-----------potential
rate of uptake by diffusion is calculated for
5130
*--------nitrogen that cari be taken up in the transpiration stream is
4120
*
each soi1 compartment that has been penetrated by roots
*
calculated. It is assumed that water transport caused by
*
evaporation is in the gas phase, and does not induce upward
DO 520 1-l,IN-1
*
nitrogen transport. The nitrogen uptake in the transpiration
IF (UCACT(I).GT.WCWILT(I)) THEN
*
stream cari never exceed the demand of the trop.
NUPDFL(1) - NUPDF*(((NMIIAY(I)-NUPTRL(I))/
76
a
h
TCNDF)/NDIF)
' NMILAY(8) -', NMIIAY(B),
ELSE
&
' NMILAY(9) -', NMILAY(9).
NUPDFL(1) - 0.0
&
' NMILAY(10) -', NMIIAY(10)
END IF
BND IF
520
CONTINUE
*-----check on soi1 nitrogen balance is perfomed, this must be done
7200
IF (WCACT(IN).GT.WCWILT(IN))
THEN
*
after writing debug information
NUPDFL(IN) - NUPDTw(((NMILAY(I)-NUPDFL(I))*
a
(RDINL/THCEN(IN))/TCNDF)/NDIF)
NBAIANCE - NINTOT + FERTIL - NCROP - NINMBT - NNIMST - NMITOT
ELSENUPDFL(IN) - 0.0
C
IF (NBAIANCE.GT.O.Ol.OR.NBAL.LT.-0.01)
THEN
IIND IF
C
WRITE (IOUT,'(A,F8.2/A)')
c a
' Errer in nitrogen balance et TIHE-',TIME,
*-----------if the amount of nitrogen available for diffusion is
5140
c
&
' Run deletedl'
*
sualler then the potential uptake rate by diffusion,
C
STOP
*
potential rates will be reduced
C
BND IF
IF (NDIF.LT.NUPDF) THEN
*-----detailed information on soi1 nitrogen status is written in case
7300
DO 530 I=l,IL4YER
*
NITRO is truc
NUPDFL(1) - (NDIF/NUPDF)*NUPDFL(I)
530
CONTINUE
IF (NITRO) WRITE (INITRO,'(lX.A,F3.0,2X,F4.C,5F8.2)')
END IF
h
'19',
YRAR, DAY, NCMIX, NUPTR, NUPDF. NUPTOT, NMITOT
*-----------total nitrogen uptake by diffusion 'during one time step
5150
*--..-------.------------------------.---------------------------------
* RETURN TO MAIN PROGRAM
8000
DO 540 1-1,ILAYRR
*-------------.---.----------------------------------------------------
NUPDF - NUPDF + NUPDFL(1)
540
CONTINUE
RETURN
END IF
RND
F.ND IF
*...----------------.---------------------------------------------------
* NITROGEN UPTARE BY CROP
6000
*--.----..-.--------.-------.------------------------------------------~-
*-----nitrogen uptake of trop is sum of uptake by transpiration end by 6100
*
diffusion
NUPTOT - NUPTR + NUPDF
*-------...--------------------------*-------
__________________________
* DEBUG INFQRMATION AND FINAL CHECKS
7000
*------..-..-------------------------.---------------.-----------------
*-----debug information is written to file when DEBUG logical is true
7100
IF (DEBUG) THEN
WRITE (IDEBlJG,'(A,F8.2/,10(A,G8.2/))')
h
' Debug of NITBAL at TIME -', TIME,
& * ' NNILAY(1)
-', NMIlAY(1).
a
' NMILAY(2)
-', NMIIAY(2),
a
' NMIIAY(3)
-', NMIL4Y(3),
h
' NMIIAY(4)
-', NMIIAY(4).
h
' NNIIAY(5)
-1, NMIIAYO),
h
' NHIlAY(6)
-', NMILAY(6),
h
' NMIIAY(7)
-', NMILAY(7),
7 8
79
Statistics of the soi1 nitrogen balance',
* SUBROUTINE NITOUT
*
at production level : ', IPRLEV,
* Author : Niek van Duivenbooden
*
Tut& umount oi fertiliser applied
*
:', FERTIL.
Date
! 30-05-19c!l!
*
Total N-uptake by the trop
:', NCROP,
* Purpose: This subroutine writes output from the soi1 nitrogen
*
Total amount of nitrogen in soi1 profile
*
:'. NUITOT,
balance when the end of the simulation has been reached.
*
Total N mineralization from humus
*
:', MINoKT,
*
Total N mineralizetion from trop residues
*
:', NINFhT,
FORMAL PARAMETERS:
(I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
Total N immobilization in biomass
*
:', NAIMBT ;
name
waning
units
class *
Total N lost from soi1 nitrate N by immob.
*
:', NNIMST,
_.___-
___----
_---_ -_--- *
Total amount of fresh material
.t
*
. , FOttT0T
IPRLEV
Production level of simulation
*
* FERTIL
Total amount of fertilizer applied
*
RETURN
* NCROP
Total N-uptake by the trop
*
END
* NMITOT
Total amount of nitrogen in soi1 profile
*
* MINOMT
Total N mineralization from humus
*
* MINFHT
Total N mineralization from trop residues
*
* NIMMT
Total N immobilization in biomass
*
* NNIMST
Total A lost from soi1 nitrate N by
*
*
immobilization
1
*
*
Total amount of fresh organic material
1
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution termineted, message)
*
* condition
*
* __-_--e--
*
*
none
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* condition
returned IWAR value
*
* __-_.___-
________-----_--_--
*
* none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : none
*
- *
SUBROUTINE NITOUT (IPRLEV,FERTIL,NCROP,NNITOT,MINOMT,
100
6
MINFMT,NAIMBT,NNIMST.FOMTOT)
*-----initial data types
200
e
IMPLICIT REAL (A-H,J-Z)
IMPLICIT 1NTEGF.R (1)
l.#JGICAL TERMNL, WATER, DEBUG
COMBON /SIU/ STTIME,STCROP.TIHE.DELT,FINTIM,
6
DAY.STYEAR,YEAR,
&
TERHNL,DEBUG,WATER+
ii
IIN,IOUT.IDEBUG,IUATER,INITRO
*-----statistics of nitrogen balance are printed to IOUT
3 0 0
WRITE (IOUT,'(/,ZA,I2.//,8(A,F8.2,/))')
81
80
*--------.-.---- -----------------------------------------------------*
pm
PARAMETER (REFCFS - 0.15)
* SUBROUTINE PENMAN
.L1
PARAMETER (REFCFC - 0.25)
* Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
based on an earlfer version written by: Kees van Diepen *
*-
300
-Latent heat of evaporation of water
---<
(JFgJ/m) and
* Date
: Y-JAN-1987
*
*
Stefan Boltzmann constant (J/m2/d/K) Psychrometric
* Purpose: TUS subroutine calculates potential evaporation
*
*
*
instrument constant (mbar K-l)
according to Penman (1948).
*
.a.
PARAMETER (LHVAP - 2.45 E6)
I
*
PARAMETER (STBC - 4.9 E-3)
* FORHALPAFAMRTRRS:
(I-fnPut,O-output,C-control,IN-init,T-tima)
*
PARAMETER (PSYCON- 0.000662)
* name
meaning
*
units
class *
- - - - -______
---me _____ *
*-
350
__-< -errors and warnings on some input variable ranges
* IWAR
output, when .NE.O warning!Il
c,o *
IWAK - 0
* ELEV
Elevation of site
m
1
*
IF (ATMTR.LT.O..OR.ATMTR.GT.l.)
STOP 'ERR in PENMAN:ATMTR<O or >l'
* A
Coefficient of Angstrom formula
-
1
*
IF (TMIN.GT.TMAK) STOP 'ERR in PENMAN:TMIN > TMAK'
* B
Coefficient of Angstrom formula
1
*
IF (WIND.LT.0.)
STOP 'ERR in PENMAN:WIND < 0'
* ATM-R
Atmospheric transmission
1
*
IF (AVRAD.LT.O.) STOP 'ERR in PENMAN:AvRAD < 0'
* mIN
Minimum temperature during day
c
1
*
IF (AVRAD.LT.100. E3) IWAR--1
*THAX
Maximum temperature during day
1
*
IF (AVRAD.GT.40. E6) 1WAR-h
* AVIUll
Daily total global radiation
E
Jb /d
1
*
* WIND
Average windspeed
ws
400
1
*
*-----Wean daily temperature end temperature difference (GelSiUS)
* VAP
Vapour pressure
mhar
1
*
RIPA - (TMIN+TMAX)/2.
6 EO
Potential evaporation of open water
cm/d
0
*
* ESO
TDIF - TMAK-TMIN
Potential evaporation of soi1
cm/d
0
*
* ET0
Potential evapotranspiration of crdp
500
0
*
*
cm/d
*-----Coefficient Bu in wind function, dependent on
*
*
temperature difference
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
?
condition
*
*
__--.____
BU - 0.54+0.35*LIMIT (O.,l.,(TDIF-12.)/4.)
*
* ATMTR<O
or ATMTR>l
*
* MIN > TMAX
*
*-----Barometric pressure (mbar). Psychrometric constant (mbar/K)
600
PBAR - 1013.*FXP(-O.O34*ELEV/(TMPA+273.))
* WIND<O
*
* AVRAD<O
GAMMA- PSYCON*PBAR
*
* VAP > SVAP * 1.01 (entered vapour pressure > theor. saturated)
*
700
*-----Seturated vapour pressure according to equation
?
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
of Goudriaan (1977)
*
SVAP - 6.1l*EKP(17.4*TMPA/(TMPA+239.))
* condition
returned IWAR value
*
*
_---_--__
-____-------------_
*
800
IF (vAP.GT.sVAP*~.O~) STOP 'ERROR in PENMAN: VAP > SVAP'
* AVRAD > 40,000,OOO J mq2 d-l
1
*
* AVRAD<
100,000 J mm2 d-l
*
*
-1
*-----Derivative of SVAP with respect to temperature, i.e. slope of the 900
*
*
SVAP-temperature curvs (mbar/K)
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : LIMIT
*
,
*
mm2
DELTA - .
239 *l?. 4*SVAP/(TMPA+239.)**2
*
* FILE usage : none
*
*-----The expression n/N (RELsSD) from the Penman formula is estimated 1000
I-----------.----.-----------------------
-------.--------------------*
*
from the Angstrom formula: RI-RA(A+B.n/N) -> n/N-(RI/RA-A)/B,
*
where AVRA&RI and ANGOT-RA, the Angot radiation,
SUBROUTINE PENHAN (IWAR.
100
6
‘ELEV:A,B,ATMTR,TMIN,TMAK,AVRAD,WIND,VAP,
RELSSD - LIAIT (O.,l.,(ATMTR-A)/B)
h
EO,ESO,ETO)
*-----Ternis of the Penman formula, for water surface, soi1
1100
IHPLICIT REAL (A-Z)
*
surface and canopy
INTEGFR IWAR
*
Net outgoing long-wave radiation (J/m2/d) according
*
to Brunt (1932)
f-----Albedo for water surface, soi1 surface and canopy
200
PARAMETER (REFCFW - 0.05)
RB- STBc*(THPA+273.)**4*(0.56-0.079*SQRT(VAP))*~O.l+O.9*R~LSSD~
,--
m
--
-
c
-
84
85
&
DAY,STYEAR,YEAR,
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,‘(A,F8.2,/,10(A,G14.6/))')
ii
TERHNL,DEBUG,WATER,
6
' Debug of RADIAT at time-'.TIHE,
h
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
h
' PARDIR(l)-',PARDIR(l),
&
' PARDIR(2)-',PARDIR(â),
REAL PARDIR(3),PARDIF(î),SINB(3)
6r ' PARDIR(3)-',PARDIR(3),
&
' PARDIF(l)-',PARDIF(l),
PARAMETER (PI-3.1415926)
a
' PARDIF(2)-',PARDIF(2),
DATA XCAUS /0.1127, 0.5000, 0.8873/
6
' PARDIFO)-',PARDIF(3),
&
' DAYL
-',DAYL,
*-----check on lnput range of parameters
200
ii
' AVRAD
-' ,AVRAD,
IF (AVRAD.CT.4O.E6) CALL RERROR (l.'AVRAD',AvRAD,'RADIAT')
&
' SC
-',SC,
IF (AVRAD.LT.2.E6) CALL RERROR (2,'AVRAD',AVRAD,'RADIAT')
&
' ATMTR
-',ATMTR
IF (DAY.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DAY',DAY,'RADIAT')
IF (DAYL.GT.17.)
CALL RERROR (l,'DAYL',DAYL,'PJ=.DIAT')
*-----check on output range of parameters
900
IF (DAYL.LT.0.)
CALL RBRROR (2.'DAYL',DAYL,'RADIAT')
DO 20 IT-1,3
*-----sine of solar elevation ( SINB), integral of SINB (DSINB)
300
IF (PARDIR(IT).LT.O.) CALL RERROR (2,'PARDIR',PARDIR(IT),'RADIAT')
*
and integral of SINB with correction for lower etmospheric
IF (PARDIF(IT).LT.O.) CALL RERROR (2,'PARDIF',PARDIF(IT),'RADIAT')
*
transmission at low solar elevations (DSINBE)
2 0
CONTINUE
AOB
-SINLD/COSLD
IF (ATKrR.GT.0.90) cw RF.RROR (~,'ATMTR',ATMTR,'RADIAT')
DSINB -360O.*(DAYL*SINLD+24.*COSLD*SQRT(l.-AOB*AOB)/PI)
IF (ATMTR.LT.O.10) CALL RRRROR (2,'ATMTR',ATMTR,'RADIAT')
DSINBE-3600.*(DA~*(SINLD+0.4*(SINLD*SI~COS~*COS~*O.5))+
h
12.0*COSLD*(2.O+3.O*0.4*SINLD)*SQRT(1.-AOB*AOB)/PI)
1000
END
*-----solar constant (SC) and daily extraterrestrial radiation (ANGOT)
400
SC -1370.*(1.+0.033*COS(2.*PI*DAY/365.))
ANGOT-SC*DSINB
*-----diffuse light fraction (FRDIF) from atmospheric
500
*
transmission (ATMTR)
ATMTR-AVRAD/ANGOT
IF (ATMTR.GT.0.75) FRDIF-0.23
IF
(ATMTR.LE.O.75.AND.ATNTR.GT.O.35)
FRDIF-1.33-1.46*ATMTR
IF (Al?%TR.LE.O.35.AND.ATNTR.GT.O.O7) FRDIF-l.-2.3*(ATMTR-0.07)**2
IF (ATHTR.LE.O.07) FRDIF-1.
*-----three hours of the day are generated
600
DO 10 IT-1,3
HOUR-12.0+0.5*DAYL*XGAUS(IT)
SINB(IT)-AMAX1(0.,SINLDtCOSLD*COS(2.*PI*(HOUR+l2.)/24.))
7 0 0
*--------diffuse PAR IPARDIF) and direct PAR (PARDIR)
PAR
-O.5*A;RAD*SI~B(IT)*(l.+0.4*SI~B(IT))/DSINBE
PARDIF(IT)-AMIN1(PAR,SINB(IT)*FRDIF*ATMTR*O.5*SC)
PARDIR(IT)-PAR-PARDIF(IT)
10
CONTINUE
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is true
800
86
87
*.------.-----.------------------------------------------------------
* RAINFL
*
*
the requested day should be between 1 and 365
* SUBROUTINE RAINFL
*
200
AUthora: Daniei van Kraaliogan
*
IF (IDAYR.LT.l.OR.IDAYR.GT.365)
* Date : 9-Feb-1988
*
&
STOP 'ERROR IN RAINFL: DAY < 1 OR DAY > 365'
* Pur-pose: This subroutine returns rainfall data from a standard
*
*
rainfall data file. This subroutine is made transparent *
ISR - ILEN (STATR)
*
*
in the sense that subsequent calls to this subroutine
*
*
may contain different station names, years or days for
*
if a new station name is requested and/or a new year is requested, 300
*
*
which rainfall data are to be returned. No initialisation*
a new rainfall data file will be opened, if a rainfall data file
*
*
is to be carried out by the calling program.
*
was already opened is is first closed.
*
*
*
IF (STATO(1:ISO).NE.STATR(1:ISR).OR.IYEARO.NE.IYEARR)
THEN
* FORMAL PARAMETERS: (1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
name
meaning
units
class *
* __-_
__e----
-_---
_---- *
*
construction of file name from station name and year number
* IUNIT
Unit number that cari be used to open rainfall -
1 *
*
by making use of an 'interna1 Write' on the string: HULP
*
data file
C,I *
* STATR
Station name of rainfall data file
1
*
WRITE (HULP,'(I2)') IYEARR
*
*
400
IYF.ARR Year for which rainfall data are requested
IF (HULP(l:l).EQ.' ') HULP(l:l) - '0'
*
*
(do not use 19 as a prefix, i.e. 86 is a
FILE - STATR(l:ISR)//HULP//'.RAN'
*
valid year, 1986 is notl)
*
*
Y
1
*
*
IDAYR
Day for which rainfall data are requested
d
1
before opening a rainfall data file, it is checked if a file was
*
*
*
(1 <- IDAYR <- 365)
already open, if true, it is closed
*
*
RAIN
Rainfall
cm/d
0
*
*
IF (OPENED) CLOSE (IUNIT)
*
500
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
OPEN (IIJNIT,FILE-FILE(l:ISR+6),STATUS-'OLD')
*
*
OPENED - .TRUE.
* condition
-----____
*
*
*
*
IDAYR < 1,
IDAYR > 365
comment lines (coded with '*') are skipped
*
*
600
*
*
CALL HOFILP (IUNIT)
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
condition
returned IWAR value
* -_---__-_
___________________
*
STATO(l:ISR) - STATR(1:ISR)
*
de
*
IF.0 - ISR
*
*
IYEARO - IYFARR
*
*
IDAYN - 0
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : MOFILP, ILEN
*
10s - 0
*
*
FILE usage : A rainfall data file opened with UNIT-IUNIT
END IF
-*
*
if the requested station name and year remain the same, but the
700
SUBRGUTINC. RAIRFL (IUIIT,
100
*
*
requested day 1s less than where the file pointer currently is
h
STATR, IYEARR, IDAYR,
located. the file fs rewound
a
RAIN)
IF (IDAYR.LT.IDAYN) THEN
IMPLICIT REAL (A-Z)
REWIND (IUNIT)
CHARACTER*(*) STATR
*
CHARACIER HULP*2, FILE*ED, STATO*SC
comment lines (coded with '*') are skipped
INTECER IUNIT, ISR, ISO, ILEN,
6
IYEARO, IYEARR, IYEARN.
CALI. MOFILP (IUNIT)
h
IDAYR, IDAYN, LOS
LOCICALOPENED
IDAYN - 0
10s - 0
DATA OPENED /.FALSE./
END IF
DATA ISO /l/. STATO /'Xl/
*
DATA IYEARO /-l/
in this loop, the file is read until the requested day is resched
800
88
89
*
or exceeded
*--------------------------------------------------------------------*
RERROR
* SUBROUTINE RERROR
*
*
10
IF (IDAYN.LT.IDAYR.AND.IOS.EQ.O)
THON
* Authors: Daniel van Kraalingen
READ (IUNIT,*,IOSTAT-IOS,F,RR-200) IYEARN. IDAYE, RAINN
* Date
: 28-JAN-1987
*
*
GOTO 10
* Purpose: This subroutine writes an error to the output device
*
END IF
*
if some variable has exceeded a predefined range. (This
*
range is checked by the calling program.)
*
Cl00
CONTINUE (LABEL 100 WORDT NERGENS NAAR VERWEZEN (26/10/68))
*
*
CONTINUE
* FORMAL PARARETBRS:
(I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
*
name
meaning
units
ChSS
*
IF (IDAYN.EQ.IDAYR) TUER
900
*
- - - - --_-_--
-_--_ -_---
*
RAIN - RAINN
* 1
Indicates an overflow (I-l), or an underflow
*
*
ELSE
*
(I-2)
1
*
RAIN - 0.
* NAHE
The name of the variable whose range is
END IF
*
exceeded
1
*
* VALUE
The value of the variable
1
*
*
RETURN
* SUBR
The name of the subroutfne in which the range
*
error occurred
1
*
*
fatal error is reached at an unexpected end of file
1000
*
*
*
200
STOP 'ERROR in RAINFL: unable to read from data file'
* FATAL EPROR CHECKS (execution terminated, message)
*
condition
*
*
------___
*
*
*
* WARRINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
rerurned IWAR value
*
*
-----____
--_----_------_-_-_
*
*
*
* SUBROUTINES and F'UNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file with unit - IOUT
*
SUBRomINE maoR (I,K~ME,VALUE,SUBR)
100
CHARACTER*(*) NAHE, SUBR
I-OGIGAL T!ZFU%NL,DEBUG,WATER
INTEGER IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER
COMIiON /SIM/ STTIME, STCROP, TIHE, DELT, FINTIM,
6
DAY, STYEAR, YF.AR,
6
TERMNL, DEBUG, WATER,
a
IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER, INITRO
ILNAME- LEN (NAME)
ILSUBR - LEN (SUBR)
*-----value is too large
200
IF (I.EQ.l) THEN
WRITE (IOUT,'(3A,G8.2.A/,lX,ZA,F8.2,A.F8.2/A)')
&
' Variable ' ,NAME(l:ILNAME),'-',VALUE,
6
' too large in subroutine ',SUBR(l:ILSUBR),
6
' at DAY-',DAY,', Year -',YEAR,
6
' Run deletedl'
STOP
90
91
END IF
*-----‘----------.-----------------------------------------------------~
SOILp.JR
* SUBROUTINE SOILh'R
*
*-----value is to saall
300
i Author : Niek van Duivenbooden
*
IF (I.EQ.2) 'RIEN
*
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
WRITE (1~,'(3A,Gg.2,A/.lX,2A,FB.2,A,F8.2/A)')
* Date
: 10-05-1986
*
&
' Variable ' ,NAME(l:I~AME),'-',VALUE,
* Purpose: This subroutine reads soi1 nitrogen data from the data
*
6
' too small in subroutine '.SUBR(l:ILSUBR),
*
file NSOIL.DAT
*
6
' at DAY-',DAY,', Year -',YEAR,
*
*
*
6
' Run deleted!'
FORMAL PARAMETERs:
(I-input,O-output,C-çontrol,IN-init,T-time)
*
STOP
* name
meaning
units
ChSS *
F.ND IF
* _-_-
_ _ _ - - _ -
- - - - - _--_- *
* RSOILN
Requested soi1 data file
1
*
RETURN
400
* IlAYER
Number of soi1 compartments
1
*
JZND
* NMIIAY
0
*
*
Array, amount of nitrogen in soi1 camp.
kg/ha
PIAYER
*
*
Depth of plough layer
cm
0
PLPOOM
*
*
Percentage old organic material (humus) in
*
*
plough leyer
0
d-1
*
* RDROOM
Relative decomposition rate old org.mat.
0
MANURE
0
*
*
Amount of manure applied
kg a
*
* RDRMm
Relative decomposition of manure
d'
0
CCMNR
*
*
Carbon content of manure
0
*
* NCMNR
Nitrogen content of mamre
0
*
* CROPR
Amcunt of trop residues of the previous yesr kg
a
0
RDRCRR
0
*
*
Relative decomposition of trop residues
d%
CCCRR
*
Carbon content of trop residues
0 *
NCCRR
*
Nitrogen content of trop residues
0 **
* DISASS
Dissimilation:assimilation
ratio for growth of
*
microbial biomass
0 *
NCRMB
0 *
*
N:C ratio of microbial biomass
* FF.RDAY
Array, dates of nitrogen application
0,T *
AFER
*
*
Array, amounts of nitrogen in successive
*
nitrogen application
kg/ha
0 *
* NCRAIN
Nitrogen concentration in precipitation
kg/ m
0 *
* TCNDF
Time constant for nitrogen diffusion
d- 5
0 **
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
---e-w___
*
* IIAYER < 1, 1lAYE.R > 10 already checked in SOILPR.FOR
*
*
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
condition
*
*
returned IWAR value
-- -_-_-__
-___-_____---------
*
*
*
* none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
* FILEZ usage : soi1 nitrogen data are read from the NSOIL.DAT
*
SUBROUTINE SOILNR (RSOILN,
100
a
ILAYER,NMILAY,PL4YER,PLPOOM,RDROOM,
&
HANlJRE,RDRMNR,CCMNR,NCMNR.
h
CROPR, RDRCRR,CCCRR,NCCRR,
92
93
h
DISASS.NCRMB.FERDAY,AFER,NCRAIN,TCNDF)
CALL MOFILP(44)
*-----initial data types
200
READ(44,*) RDRMNR
IMPLICIT RE%L(A-H.J-2)
*-----read carbon content of manure
1000
IHPLICIT INTEGER (1)
CALL MOFILP(44)
LOGICAL TIZRKNL,DEBUG,WATER
READ(44,*) CCKNR
COKMON /SIM/ STTIHE.STCROP,TINE,DELT,FINTIM,
*-----read nitrogen content of manure
1100
h
DAY,STYRAR,YEAR,
h
TERMNL,DEBUG,WATEX,
CALL MOFILP(44)
h
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
READ(44,*) NCt4NR
CHARACTER SFILEN*gO
*-----read amount of trop residues from previous trop
1200
CHARACTER*(*) RSOILN
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) CROPR
*-----data initialization
300
*-----read relative decomposition rate of trop residues
1300
REAL NMILAY(lO).FERDAY(3),AFER(3)
CALL MOFILP(44)
*-----the soi1 data file with nitrogen statu is opened, soi1 name
400
READ(44,*) RDRCRR
*
is read
*-----read carbon content of trop residues
1400
CALL FOPEN (44,RSOILN,'OLD','NVT')
CALL MOFILP(44)
CALL MOFILP (44)
READ(44,*) CCCRR
READ (44.'(A)',ERR-100) SFILEN
*-----read nitrogen content of trop residues
1500
WRITE (IOUT,'(//A//1X.A//)')
6
' The following soi1 data file is read and checked:', SFILEN
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) NCCRR
*-----read depth of ploughing layer (cm)
500
*-----read nitrogen concentration in rainwater (kg/cm)
1600
CALL MOFILP(44)
READ(44.*) PLAYFX
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) NCRAIN
*-----read percentage organic material (humus) in ploughing layer
600
*-----read time constant for nitrogen diffusion (day -5
1700
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) PLP0OM
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) TCNDF
*-----read relative decomposition rate of old org.mat. (kg/kg/d)
700
*-----read dissimilation:assimilation
ratio for growth of
1800
CW MOFILP(44)
*
microbial biomass
READ(44,*) RDROOM
CALL MOFILP(44)
*-----read amount of manure applied
800
READ(44,*) DISASS
CALL MOFILP(44)
*-----read N:C ratio biomass
1900
RBAD(44,*) HANURE
CALL MOFILP(44)
*-----read relative decomposition rate of manure
900
READ(44,*) NCRMB
94
95
*-----timing
of "itroge" spplicstio" 1, 2 and 3, given as daynumbers
2000
*
* SUBROUTINE SOILPR
Author : Niek va" Duivenbooden
CALL HOFILP(44)
*
based on an CX,KlieK version by Daniel van Kraalingen (van
READ (44.*) (FERDAY(I),I-1,3)
*
Kraalingen & van Keulen, 1988)
* Date
: 09-05-1988
*-----amounts
Of nitrogen in application 1, 2 and 3
2100
*
* Purpose: This subroutine reads data from s soi1 data file,
comment lines are ignored
CALL KOFILP(44)
*
RRAD (44,*) (AFER(I),I-1,3)
* FORMAL PARAMETERS: (1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
* name
*-----initia1 smounts of nitrogen in soi1 ccJmpaKtme"ts i"
2200
* ----__
*
in kg(N)/ha/compartment
*
*
* RSOILP
Requested soi1 data file
1
ISNTBl
Number of data for soi1 moisture curve
*
CALL MOFILP(44)
*
of texture class 1
0
*
R!XAD (44,*) (NMILAY(I),I-1.ILAYP.R)
* ISMTB2 Idem texture class 2
0
*
* ISMTB3 Idem texture class 3
0
*
RETURN
*
3
0
*
* SMTBl
Array of data for soi1 moisture curve 1
pf, cm /cm3
SMTB2
Idem curve 2
pf, cm3/cm3
0
*
*-----in case a read errer has occurred
2300
* SMTB3
Idem curve 3
pf, cm3/cm3
0
*
* THCKN
Array of thicknesses per layer
Cm
0
*
100
WRITE (I~UT,'(/A,A/A/)')
* RHOD
Bulk density of layer
0
*
&
' Error in data or comment line st',
*
g/cm3
ITEKCL
Array of texture classes
0
*
&
' illegal position on soi1 data file';
* IL4YER Number of defined soi1 layers
0
*
&
' Ru" deletedl'
* RDMSOL Maximum rootsble depth
0
*
STOP
* PROP
*
*
Proportionality factor for soi1 moisture
extinction
0
*
END
*
*
* WCINI
Array with initial amounts of soi1 moisture
per soi1 layer
cm3/cm3
0
*
*
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
--------_
*
*
*
* ITEKT<l,ITEKT>3
*
* ISMTBl > 30, ISMTBP > 30, ISMTB3 > 30
*
* IIAYER<l, ILAYER>lO
*
* RDMSOL < 0
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
condition
*
*
returned IWAR value
-------__
-------------_-__--
*
* none
*
*
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : FOPEN, MOFILP, RERROR
*
* FILE usage : s soi1 data file opened with unit - 43
*
SUBROUTINE SOILPR (RSOILP,
100
a
ISMTB1,ISMTB2,ISHTB3,SMTBl,SMTB2,SHTB3.
6
THCKN,RHOD,ITEKCL,IlAYER,RDMSOL,PROP.WCINI)
*-----initial data types
200
97
96
IHPLICIT RFAL (A-H,J-2)
END IF
IHPLICIT INTEGFR (1)
*-----in case there are three texture classes, the third set of
4 2 0
CHARACTER*(*) RSOILP
*
data is read
CHARACTBR SFILEP*IIO
IF (ITEXT.GE.3) THEN
LOGICAL TERKNL.DEBUG,WATER
CALL MOFILP (43)
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT.FINTIH,
READ (43,*,F.RR-100)
ISMTB3
&
DAY,STYEAR,YEAR,
IF (ISMTB3.GT.30) CALL RERROR (l,'ISMTB3',1.O*ISMTB3,'SOILR')
h
READ (43,*,ERR-100) (SMTB3(I),SMTB3(1+1),1-l,ISMTB3-1,2)
TFXMNL,DEBUG,WATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG.IWATER,INITRO
F.ND IF
*-----data initielizstion
500
2 0 0
*-----number of soi1 layers is read
INTEGER ITFXL(l0)
CALL MOFILP (43)
REAL
SMTBl(30), SMTB2(30), SMTB3(30)
REM (43,*,ERR-100) ILAYER
REAL
RHOD(lO),
THCKN(lO), WCINI(lO)
*-----number of soi1 layers is checked
6 0 0
*-----the soi1 data file is opened, comment lines are skipped,
200
*
soi1 name is read and the number of texture classes, (maximum 3)
IF (1L4YF.R.LT.1.0R.1IAYER.GT.10) THEN
WRITE (IOUT,'(A/A)')
CALL FOPEN (~~.RSOILP,'OLD','NVT')
h
' Number of soi1 layers incorrectl',
h
' Run deleted!'
CALL MOFILP (43)
STOP
READ (43,'(A)',ERR-100) SFILEP
END IF
WMTE (IO~,'(//A//lX.A//)')
*-----thickness of the soi1 compartment and bulk density are read
700
h
' The following soi1 data fLle is read and checked: ', SFILEP
CALL MOFILP (43)
READ (43 ,*, ERR-100) ITEXT
READ (43,*,FRR-100) (THCKN(I),I-1,ILAYER)
*-----the numbar of soi1 texture classes is checked
300
*-----bulk density are read
7 0 0
IF (ITEXT.LT.l.OR.ITEXT.GT.3) THEN
CALL HOFILP (43)
WRITE (IOUT,'(A/A)')
R!ZAD (43,*,ERR=lOO) (RHOD(I),I-1,ILAYER)
6
' Number of soi1 textures incorrect!',
&
' Run deletedl'
*-
-maximum rooting depth of soi1 and proportionality factor are read
8 0 0
STOP
END IF
CALL NOFILP (43)
READ (43.*,ERR-100) RDKSOL
*-----the data of the first texture class are read
4 0 0
CALL MOFILP (43)
CALL MOFILP (43)
READ (43,*,!ZRR-100) PROP
READ (43,*,ERR-100) ISMTBl
IF (ISMTBl.GT.30) CALL RERROR (1,'ISHTB1',1.O*ISMTB1,'SOILR')
IF (RDMSOL.LT.0.) CALL REF.ROR (2,'RDMSOL',RDMSOL.'SOI~')
9 0 0
RF.AD (43,*,ERR-100) (SMTBl(I),SMTBl(I+l),I-l,ISMTBl-1,2)
*-
-initial water contents as function and soi1 texture class
1000
*-----in case there are two texture classes, the second set of
410
*
data is read
CALL MOFILP (43)
READ (43,*,ERR-100) (WCINI(I),ITEXCL(I),I-1,ILAYER)
IF (ITEXT.GE.2) THEN
CALL MOFILF' (43)
RETURN
1100
RFAD (43.*,ERR-100) ISMTB2
IF (-'.MTBZ.GT.30)
CALL. RERROR (1,'ISMTB2',1.0*ISMTB2.'SOII.R')
*-
-in case a read error has occurred
1200
READ (43,*,ERR-100) (SMTB2(I),SMTBP(I+l),I-l,ISMTBL-1,2)
9 8
99
*- ---------------------------------------------------------------------*
soL*Mp
100
WRITE (IOUT,‘(/A.A/A/)‘)
*
6
' Error in data or comment Line at',
* SUBROUTINE SOLTMP
-L
a
i iliegai position on
Author : Niek van Duivenbooden
*
soi1 data file',
*
&
' Run deleted!'
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
*
STOP
Date
: 09-05-1988
*
* Purpose: This subroutine generates temperatures of different soi1
*
*
compartments, based on the assumption that the temperature *
*
fluctuations are smaller in deeper soi1 compartments; and *
*
that the temperature of a compartment cari be described by *
*
a delay-function of the average daily air temperature
*
*
*
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output.C-control,IN-ini.t,T-time)
*
*
name
meaning
units
Cl&%5
*
*
____
_____-_
----_ -_-__
*
* STEMP
Logfcal,
to indicate whether detailed
*
*
information is wanted
1
*
* ISTEMP Integer, auxilliary variable for file usage
-
1
*
* TMIN
Minimum air temperature
C
1
*
* TMAX
Maximum air temperature
C
1
*
* ILAYEX Number of soi1 compartments
1
*
* SOILTP Array with generated temperature per
*
*
compartment
C
0
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
*
*
______--_
*
*
none
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
_____----
------_-___________
*
*
none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage
: with unit ISTEMP and IDEBUG
*
*------------------------------------------------------------------
-*
SUBROUTINE SOLTMP (ISTMP,STEMP,TMIN.THAX~I~YER:S~JLTP)
100
I
*-----initial data types
200
IMPLICIT RI~L (A-H,J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
mICAL INIT, TERMNL, DEBUG, WATER, STEMP
COMHON /SIH/ STTIHE.STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
&
DAY.STYEAK.YF.AR,
&
TERMNL,DEBUG,WATER.
6
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*-----declaration
of soiltemperature, temperature delay and average
300
*
soi1 temperature
100
101
REAL SOILTP(lO), AVTMP(365)
INTEGER IlAG(10)
ISTART - MAX (IDAY-ILAG(IL)+l,l)
INIDAY - HAX (IZAG(IL)-IDAY,O)
SUMTMP - 0.
DATA INIT /.TRUE./
DO 19 I-ISTART, IDAY
*-----delay for temperature response of soi1 compartment I
400
SUMTMP- SUMTMP + AVTMP(1)
19
CONTINUE
DATA II.& /1,4,8,16,26,38,52,68,84,100/
SOILTP(IL) - ((INIDAY*AVTMP(~)+SUMTMP)/IIAG(IL))
*-----variable initialization
500
WDIF
2 0
CONTINUE
IF (TERMNL) THEN
*-----debug information is written to file in case the DEBUG logical
RETURB
1200
*
END IF
is true
IF (DEBUG) THEN
IF (.NOT.INIT) GOTO 10
INIT - .FALSE.
WRITE (IDEBUG,'(A,FL.O,ll(A12,F4.1,/))')
h
' Debug of SOLTMP at time - ', TIME,
*-----writes heeder to file ISTMP for printing of variables in case
600
*
6
STEMP logical is true
' TMPA
- ', TMPA.
h
'SOILTPl - ', SOILTP(l),
h
'SOILTP2 - ', SOILTP(Z),
IF (STEMP) WRITE (ISTKP,'(A,A,A)')
h
'SOILTP3 - ', SOILTP(3),
h
' TIME',
&
'SOILTPD - ', SOILTP(4),
6
' SOILTPl SOILTPZ SOILTP3 SOILTP4 SOItTP5'.
a
'SOILTPS - ', SOILTP(5).
fi
' SOILTPL SOILTP7 SOILTPB SOILTP9 SOILTPlO'
a
'SOILTP6 - ', SOILTP(O),
*------.-s-m-.sms-- ____________________------~-------------------------
700
h
'SOILTP7 - ', SOILTP(‘I),
a
'SOILTPB - ', SOILTP(B),
* DYNAMIC PART
*--..---------..-.-----------------------------------------------------
&
'SOILTP9 - ', SOILTP(9),
ii
'SOILTPlO - '> SOILTP(10)
10
CONTINUE
END IF
*-----calculation of average air temperature
800
*-----information on the soi1 temperature status is written to file
1300
*
each time step in case the STEMP logical is truc
TMPA - (TMIN +TMAX) / 2.
*-----temperature delay for soi1 compartments
900
IF (STEMP) WRITE (ISTMP,'(lX,F4.0,ll(F7.1))')
&
TIME, TMPA, (SOILTP(I),I-1,IIAYER)
IDAY
- IDAY + 1
RETURN
AVTMP(IDAY) - THPA
I
E N D
*-----when the delay is one day, compartment-temperature equals
1000
*
average air temperature
Do 20 ILl,ILAYER
IF (ILAG(IL).EQ.~) THF.N
SOILTP(IL) - AVTMP(IDAY)
ELSE
*-----------calculate temperature of compartment IL. For days prier
1100
*
to initialization, average daily air temperatures are not
*
available. Therefore the temperature of a11 soi1 compart-
*
ments at the start of the simulation is assumed to be
*
equal to the air temperature
102
103
*------.--.------...-------------------------------------------------*
T I M E R
*-----end of simulation is induced when finish time is reached
400
* SUBROUTINE TIMER
*
* Authors: Daniel van KrealinBen
*
IF (TIME.GT.FINTIM) TERHNL-.TRUE.
* Date : 2a-JAN-1987
*
* Pu-pose: This subroutine updates TIME, each time the dynamic loop *
TIME - TIME+DELT
*
is executed.
*
*
*
*-----January 1st is defined as DAY-l!!
500
* FORMAL PARAMF,TERS: (I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
*
name
meening
units
class *
DAY -
l+MOD (TIME-1,365.)
*
_---
--__---
__--- ----- *
YEAR - ST%AR + mAT(INT((TIME-1.)/365.))
* none
*
*
*
RETURN
600
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
END
*
condition
*
*
- - - - _ _ _ - _
*
* DELT < 0
*
* FINTIM < 0
*
*
*
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
-_--_-___
____--_-__------___
*
*
*OIle
*
*
*
?? SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file opened with unit - IOUT
*
*-----.--------..-.--------------------------------------------------*
SUBROUTINE TIMER
100
*-----initial data types
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
IMPLJCIT INTEGER (1)
LOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
h
DAY,STYEAR,YEAR,
ii
TERMNL,DEBUG,WATER,
h
IIN~IOUT~IDEBUG~IWATER,INITRO
*-----check on value of DELT
200
IF (DELT.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT,*) ' DELT not set, run deleted!l'
STOP
END IF
*-----check on value of FINTIM
300
IF (FINTIM.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT.*) ' FINTIM not set, run deleted!!'
STOP
END IF
104
105
*------.---------.----------------------------------------------------
'-* WATERl
* SUBROUTINE WATERl
*
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIKE,DELT,FINTIM,
* Author : Niek van Duivenbooden
*
h
DAY,STYEAR,YEAR,
*
based on an earlier version by Daniel van Kraalingen (van
*
a
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
Kraalingen h van Keulen, 1988)
*
&
IIN,IOUT.IDEBUG,IWATER,INITRO
* Date
: 10-05-1988
*
* Pur-pose: This subroutfne is a water balance for production level 1.
*
CHARACTRR*(*) RSOILP
*
It keeps track of a11 kind of statistics and keeps the
*
*
soi1 at field capacity.
*
*-----data initialization of soi1 water balance
300
*
*
* FORMAL PARAMETERS:
(I-input.O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
REAL WCruut(l0) , WCFLDC(lO), WCWILT(lO), WCAIR(lO)
* name
meaning
unit6
class *
REAL WCACT(10) , WCREL(lO) , WCINI(10) , WCACTO(lO)
*
- - - - -_--___
----- --___ *
REAL RESOIL(lO), THCKN(10) > DEPTH(lO) > FLOW(11)
* RSOILP Name of requested soi1 file
1 *
REAL SMTBl(30)
SMTBZ(30) , SMTB3(30) , RHOD(10)
* EO
Potential evaporation
cm/d
1 *
INTEGER ITFXCL( i0)
* LAITOT Total leaf area index (including dead
ha/ha
I
*
*
leaves)
*
DATA INIT /.TRUE./
* TRTOT
Total trop transpiration
cm/d
1 *
* WCREL
Array conteining the relative water
*
*-----when terminal stage is reached output to the screen is given
300
*
contents (0 = vilting point,
1 - field
*
*
capacity), per layer
0 *
IF (TERMNL) THEN
* RDMSOL Maximum rootable depth
c m
0 *
cw wATou1 (TTRANS,TES~IL,TRMAX,TRMKTM,EMAX,EMAXTM,
* THCKN
Array containing the thickness of each layer
c m
0 *
h
EMIN,F.MINTM)
* DEPTH
Array containfng
the depths of the middle of
*
RFJlJRN
*
each layer
c m
0 *
END IF
* IIAYER Number of soi1 layers used
0 *
*
*
*-----variable initialization of soi1 water balance
300
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
*
IF (.NOT.INIT) GOTO 30
*
----_-_-_
*
INIT - .FALSE.
*
none
*
*
*
*-----urites header to file WATER.DAT for printing of variables
400
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* condition
returned IWAR value
*
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(A)')
*
_ - - _ _ _ _ _ -
-------_-__________
*
h
'
TIME
E O
IAITOT
ESOIL TESOIL
TRTOT TTRANS'
* none
*
*
*
CALL SOILPR (RSOILP,
500
* SUBROUTINES and FONCTIONS called : WATOUL. SOILPR. AFGEN,
*
&
ISMTBl,ISHTB2,ISMTB3,SMTBl,SMTB2,SMTB3,
*
EVSOIL, INTGRL
*
&
THCKN,RHOD.ITEXCL,IIAYER,RDMSOL,PROP,WCINI)
*
*
* FIL8 usage : files with unit IWATER and IDEBUG
*
*-----pf characteristics of the boundary water contents
600
*----------------------------------------------------------------------*
PFHAX -0.
SUBROUTINE WATERl (RSOILP,EO,~ITOT,TRTOT,
PFFLDC - 2.
h
WCREL.RDMSOL,THCKN,DEPTH,ILAYER,
PFUILT - 4.2
h
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
*-----initial data types
200
* INITIALISATION of water balance
* - - - - - - - _ -------------------------------------------------------------
IMPLICIT REAL (A-H.J-2)
IHPLICIT INTEGER (1)
*-----for the soil, the water holding characteristics are
700
REAL INTGRL
*
computed, as a function of texture class.
LOGICAL INIT,TERMNL,DEBUG,WATER
DO 10 I-1,ILAYER
106
107
IF (ITJZXCL(I).EQ.l) THEN
UCMAX(1)
- AFGEN (ISMTBl,SMTBl,PFMAX)
CALL EVSOIL (LAITOT.EO.ILAYER.WCACT.WCMAX~WCFLDC:WCAIR:THCKN.
,.lmnC,-.
-_-_ - -.
*tirL.md,r,
- AFGEN <ïSMTBï,SMTBï,r~ruULJ
h
PROP,DEPTH,ESOIL,RESOIL)
WCWILT(1) - AFGEN (ISHTBl,SMTBl,I'FWILT)
WCAIR(I)
- WCWILT(I)/3.
*.
--integrals of soi1 water balance
1200
ELSE IF (ITEXCL(I).RQ.2) THEN
w-(I)
- AFGRN (ISMTB2,SMTB2,PFMAX)
I-TRANS
- INTGRL (TRTOT,TTRANS)
WCFLDC(1)
- AFGEN (ISHTB2,SMTB2,PFFLDC)
TESOIL - INTGRL (ESOIL.TESOIL)
WCWILT(1)
- AFGEN (ISMTB2,SMTB2,PFWILT)
WCAIR(1)
- WCWILT(I)/3.
*.
--maximum and minimum of soi1 evaporation and trop transpiration
1300
ELSE IF (ITEXCL(I).EQ.3) THF.N
wcMAx(1)
- AFGEN (ISMTB3,SMTB3,PFMAX)
IF (TRTOT.GT.TRMAX) THEN
WCFLDC(I) - AFGEN (ISHTB3,SHTBS,PFFLDC)
TRMAX - TRTOT
WCWILT(1)
- AFGEN (ISHTB3,SHTB3.PFWIL.T)
TRMXTM - TIHE
WCAIR(1)
- WCWILT(I)/3.
F.ND IF
END IF
10
CONTINUE
IF (ESOIL.GT.EMAX) THEN
EMAX - ESOIL
*-----depth of the centre of the layers is calculated
EMAXTH - TIME
END IF
DEPTH(l)-0.5*THCKN(l)
800
Do 20 1-2,IIAYF.R
IF (ESOIL.LT.EMIN) THEN
DEPTH(1)-DEPTl+(1-1)+0.5*THCKN(I-1)+0.5*THCICN(1)
FXIN
- ESOIL
20
CONTINUE
EMINTM - TIKE
RDMsoG1ooo.
END IF
*--..-....-....---*------
-__-*____-----------____________I_______------
*-----debug information is written to file in case the
1400
* DYNAUIC SECTION of vater balance
*
logical DEBUG is true
*.--.-----------..-----------------------------------------------------
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2,/,4(A,G14.6/))')
30
CONTINUE
h
' Debug of WATERl at time-',TIME,
&
‘ TTRANS
-' ,TTRANs,
*-----array of relative vater contents is filled with one,
900
h
' TRTOT
-' ,TRTOT,
&
' TESOIL
-',TESOIL.
Do 40 1-l,ILAYER
h
' ESOIL
-',ESOIL
WCREL(1) - 1.
WCACT(1)
- WCFLDuI)
*-----information on the soi1 water status is written to file each time 1500
WCACTO(1)
- WCACT(1)
*
step
40
CONTINUE
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(4X,F4.O,F7.2.F10.2,4F8.2)')
*-----as soi1 1s continuously kept at field capacity, flow between the
950
&
TIHE,EO,lAITOT,ESOIL,TESOIL,TRTOT,TTRANS
*
various soi1 compartments is assumed to be zero
RETURN
1600
DO 50 1-1,1IAyER+1
F.ND
WW(I) - 0.
50
CONTINUE
*-----variable to calculate max-m-
1 - and mi-i-,8
iooû
TRMAX - -1000.
E&u - -1000.
EMIN - 1000.
*-----subroutine for soi1 evsporation is called
1100
108
109
*
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
* SUBROUTINE WATER2
*
IMPLICIT INTEGER (1)
* Author : Niek van Duivenbooden
*
R!%L INTGRL
based on earlier versions by Daniel van Kraalingen (van
*
*
Kraalingen 6 van Keulen, 1988) and Rob Groot (1987)
*
LOGICAL INIT.TERMNL,DEBUG,WATER
*
* Date
: 30-05-1988
*
Purpose: This subroutine is a water balance for production level 2. *
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP.TIME,DELT,FINTIH.
*
*
It calculates the relative water content of each soi1
*
6
DAY,STYF.AR,YEAR,
*
layer.
*
h
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
*
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IUATER,INITRO
FORML
*
PARAHETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
neaning
* _-____
unit6
class *
CHARACTER*(*) RSOILP
-_--__*
---_- ----- *
* RSOILP Name of requested soi1 file
*
*-----data initialization of soi1 water balance
*
1
E O
Potential evaporation
*
*
cm/d
1
*
* L4ITOT Total leaf area index (including dead leaves)I ha/ha
1
REXL WCMAK(10) , WCFLDC(lO), WCWILT(lO), WCAIR(lO)
*
* TRTOT
Total trop transpiration
cm/d
1
REAL WCACT(lO) , WCREL(lO) , WCINI(10) , WCACTO(l0)
TRR
Crop transpiration per cm soi1 depth
*
REAL RESOIL(lO), TRR(10)
, THCKN(10) , DEPTH(lO)
*
cm/cm/d
1
RAIN
Rainfall
*
REAL SMTBl(30) , SMTBZ(30) , SMTB3(30) , RHOD(lO)
*
cm/d
1
WCREL
*
*
Array containing the relative water
REAL FLDW(l1)
*
*
contents (0 - vilting point,
1 - field
INTEGER ITFXGL(10)
capacity), par layer
*
*
0
*
*
!4axfmum rootable depth
Clll
0
DATA INIT/.TRUE./
THCKN
*
*
Array containing the thickness of ea'ch layer
CU!
0
DEPTH
Array containing the depths of the middle of
*
*-----in casa the terminal stage of the mode1 is reached,
200
*
0
each layer
*
*
statistics are written to IOUT
*
CIU
IIAYER
*
*
Number of soi1 layers used
0
*
*
IF (TBRMNL) THEN
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
CALL WATOUP (TTR~NS.TDRAIN.TRAIN.TESOIL,TRMAX,TRMXTM.
*
*
* condition
h
-EMAX,EMAXTM,EMIN,EMINTM.
- - _ _ _ - _ _ -
*
*
6
RMAX,RMAXTM,DMAK.DMAXTM)
*
* WCMAX(1) < 0.3, WCHAx(I) > 0.55 (1-1,IIAYER)
RETURN
*
* WCACT(1) > WCFLDC(1) (1-1,ILAYER)
END IF
check on total water flow
*
*
*
* wc~cT(I) < 0.75 * ~CA~R(I) (1-~,IIAYER)
*-----variable initialization of soi1 water balance
*
* WCACT(I) > WCMAX(1) (1-1,IIAYER)
*
IF (.NOT.INIT) GOTO 50
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
INIT - .FALSE.
condition
*
*
returned IWAR value
---______
--__----_------_--_
*
*
*-----writes header to file in case detailed information is wanted
400
*
* none
*
*
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(A)')
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : WATOU2, SOILR, AFGEN, RERROR,
*
*
&
'
TIME
E O
LAITOT
ESOIL TESOIL
TRTOT TTRANS'
*
*
EVSOIL, INTGRL
*
500
*
CALL SOILPR (RSOILP,
FILE usage : files with unit IWATER and IDEBUG
*
a
ISMTBl,ISNTB2,ISMTB3,SMTBl,SMTBL,SMTB3,
h
THCKN,RHOD,ITEXCL,IIAYER,RDMSOL,PROP,WCINI)
SUBROUTINE WATF.RZ (RSOILP.EO,IAITOT,TRTOT,TRR,RAIN.
*-----pf characteristics of the boundary water contents
600
h
WCREL.RDMSOL,THCKN,DEPTH,ILAYER,
6
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD.WCFLDC,WCWILT)
PFMAX- 0.
PFFLDC - 2.
*-----initial data types
150
PFWILT - 4.2
par des techniques culturales liées à
l’interaction eau/fertilisation azotée
Rapport final
NQ TS24IOlO=NL(GDF)
CABO Rapport NQ 117
N. van Dui~enbooden~) & L Cissé2)
Mai 1989
‘) Centre de Re cherches Agrobiologiques (CABO)
B.P. 14,670O AA Wageningen, les Pays-Bas
‘2) Institut Sé négalais de Recherches Agricoles (ISRA)
CNRA Bambey, B.P. 53, Bambey, SCnégal
-.
_ _--..-...--
-.-..-
----
.----
EFCRATUM
L'analyse de l'ensemble des données disponibles fait penser que les taux de
phosphore observés pourraient Btre trop élevés (partie 5.2.2.2). Des
vérifications des analyses concernées sont en cours. Ceux qui voudraient
utiliser les valeurs concerndes sont priés de s'adresser aux auteurs pour
obtenir les résultats dhfinitifs.
----B”
-_-
----
Table de matières
Résumé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“... 7
sLlmnlary
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“...
9
A. Présentation générale du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
B. Programme du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
B.l. Développement d’un modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
B.2. Calibrage et validation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
C. Situation d’exécution du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.l. :Personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.2. Développement du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.3. Installation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
C.4. Calibrage et validation du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
C-5. :Missions de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
D. Rapport scientifique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...“... 17
Introduction . . . . . . . . . . . . . . ..*............... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
1. Présentation de l’expérimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 1
1.11. Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
1.2. Méthodes d’analyses et de mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 5
1.2.1. Analyse granulométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 5
1.2.2. Mesure de la densité du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.3. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau . . . . . . . . . . . . . 25
1.2.4. Analyses chimiques du sol, de la plante et des matières organiques
utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.4.1. Analyses du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
1.2.4.2. Analyses de plante et de matière organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.3. Présentation descriptive de la culture étudiée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.1. Description générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.2. Croissance et développement de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 6
1.3.3. Caractéristiques du système racinaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 7
2. Etude de la décomposition et de l’évolution des taux de carbone, d’azote et de
phosphore de la matière organique apportée au sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 9
2.1. Matériel et méthodes d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 9
2.2. Résultats et interprétations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 0
2.2.1. Evolution quantitative de la matière organique apportée au sol . . . . . . . . 31
3
2.2.2. Estimation des quantités de N et de P résultant de la décomposition
de la matière organique apportée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2
2.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...‘... . . . . . . . . . . 3 5
3. L’absorption potentielle d’azote et de phosphore par les plantes
pendant la saison de croissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.1. Matériel et méthode d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.2. Résultats et interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 7
3.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 9
4. Présentation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 1
4.2. Description du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.2.1. Structure générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.2.1.1. Programme principal FORCROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.2.1.2. La subroutine du bilan hydrique (WATER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4
4.2.1.3. La subroutine du bilan d’azote (NITBAL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 4
4.2.1.4. La subroutine de la culture (MIL88) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 7
4.3. Effets de contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1. Effets de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1.1. Température aérienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.1.2. Température du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.2. Effets de déficit de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 0
4.3.3. Effets de carence en azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
5. Calibration et validation du modèle de simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5A. Paramètres mesurés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1. Les mesures et analyses de sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.1. Rétention hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.2. Résistance du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
5.1.1.3. Caractéristiques chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 3
5.1.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
5.1.1.5. Evolution de la teneur en eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2. Les mesures et analyses de culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.1. Rendements du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.2. Taux d’azote et de phosphore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 4
5.1.2.3. Paramètres racinaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
5.1.2.4. Mesures additionnelles ..*...................... . . . . . . . . . . . . 55
5.2. Résultats et interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1. Expérimentations du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1.1. Rétention hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 6
5.2.1.2. Résistance du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 7
5.2.1.3. Caractéristiques chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 7
5.2.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 8
5.2.1.5. Evolution de la teneur en eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 2
5.2.2. Expérimentations de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 7
5.2.2.1. Rendements du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 7
5.2.2.2. Taux et absorption de l’azote et de phosphore . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3
5.2.2.3. Enracinement de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 9
5.2.2.4. Mesures additionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
5.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 7
5B. Paramètres bibliographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
5.4. Paramètres de la culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 9
5.4.1. Caractéristiques de la photosynthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
5.4.2. Processus de la germination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 9
5.5. Paramétres additionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 0
5.5.1. Teneur en azote d’eau des pluies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 0
5.5.2. Quantité et qualité des résidus de la récolte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
6. Simulation de la croissance du mil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.11. Préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2. Résultats et interprétations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.1. Paramètres physiologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.2. Evolution des poids matière sèche des organes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.3. Bilan hydrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
6.2.4. Bilan d’azote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
-94
6.3. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 9
7. Conclusions et recommandations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
8. Références bibliographiques . . . . . . . . *......................................
103
Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
1. Abréviations
II. Plan de travail
III. Modèle de simulation
III.1. Installation du modèle de simulation
III.2. Liste du modèle de simulation
III.3. Liste des abréviations du modèle de simulation
III.4. Fichier NIOROlSP.DAT
III.5. Fichier NIOROlSN.DAT
5
Résumé
Dans le cadre du thème d’étude “Amélioration de l’alimentation hydrique et minérale par
des techniques culturales liées à l’interaction eau/fertilisation organo-minérale en zone
Soudano-sahélienne”, 1’ISRA et le CABO ont initié, au sein du réseau R3S, un programme de
recherche pour une période d’une armée. Le programme a pour objectifs:
1. De quantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production végétale;
2. D’étudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote
du sol;
3. De développer et améliorer un modèle mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Lesexpérimentations ont été faites à Nioro du Rip (Sénégal). La structure du modèle de
simulation a été conçue à ,Wageningen, les Pays-Bas. Les paramètres spécifiques ont été
obtenus à partir des données existantes au CNRA, Bambey (Sénégal), des résultats des
expérimentations et de la bibliographie. L.e modèle de simulation a été installé sur un
micro-ordinateur IBM-XT de CNRA sans difficultés majeures.
A partir des expérimentations on peut tirer les conclusions suivantes:
1. La vitesse relative de décomposition de la matière organique pendant les 30 premiers jours
apres enfouissement a une valeur 2,s fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. Malgré la différence de qualité (rapport C/N), lavitesse relative de décomposition
mesurée est dans la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
2. Les proportions d’azote et de phosphore décomposées sont identiques pour la paille de mil
et le fumier. Cependant les quantités de N et de P fournies par le fumier sont 2 fois plus
élevées que celles fournies par la paille.
3. Les conditions hydriques ont permis une alimentation non-limitante de la culture. On n’a
pas observé de différence de stock hydrique (entre 0 et 2 m) entre les deux traitements TO
(témoin) et T3 (labour + fumier + fumure minérale). On peut donc avancer que, très
probablement, le rendement plus élevé sur T3 résulte d’une meilleure alimentation
minérale induite par la fertilisation minérale et l’apport de fumier. Cependant le rendement
de TO apparaît trop élevé comparativement aux autres traitements (Tl et T2; labour +
fumier et labour + fumure minérale, respectivement).
4. Les absorptions d’azote et de phosphore par la culture sont élevées. Il semble que la
disponibilité de ces éléments nutritifs aux parcelles principaux n’est pas limitative. Le
traitement TO ne se présente pas comme un témoin non-fertilisé.
5. En plus les résultats du suivi de N-minéral introduisent certaine doute. C’est ainsi que des
essais supplémentaires seront indispensables pour la vérification de nos hyphothèses liées
aux relations entre la disponibilité en eau et en azote du sol.
6. Les résultats des expérimentations ont permis de calculer des paramètres nécessaires pour
le modèle de simulation.
7. Le modèle de simulation développé doit encore être amélioré dans certaines de ces parties
(estimation des teneurs en eau et de la température du sol). La calibration du modèle doit
être poursuivi.
7
Summary
In the framework of research carried out by the R3S group “Improvement of water and
tnineral supply by cultural practices related to water/organic-mineral fertiliser interactions in
the Soudano-sahelian zone”, ISRA and CABO have carried out a cooperative research
programme for a period of one year. Objectives of this programme are:
‘1. Quantify the effect of soi1 moisture regime on nitrogen availability in the soil.
2. Study the relationship between water and nitrogen availability.
3. Improve and further develop a simulation mode1 describing growth of millet as a function
of water and nitrogen availability.
Experiments have been carried out at Nioro du Rip, Senegal. The simulation mode1 has
mainly been developed in Wageningen, the Netherlands. Specific parameters have been
collected from literature and derived from results of the experiments carried out in Senegal.
The mode1 has been installed on the available IBM-XT and Televideo personal computers at
CNRG, Bambey, without great difficulties.
At this stage, the following conclusions cari be drawn:
1, Relative decomposition rates of farm manure and millet straw buried in the soi1 are more
or less identical; during the first 30 days after burying the rate is about 2,5 times higher than
during the following 110 days.
2. The fractions of nitrogen and phosphorus mineralized during decomposition are the same
for the two types of organic material. However, the amounts of nitrogen and phosphorus
available for trop uptake are about twice as high from decomposing manure than from
straw.
3. Due 1.0 the abundant rainfall no differences were observed in soi1 moisture store in the
profile between TO (control) and T3 (ploughing + fertilizer + manure). Consequently, the
higher yield of millet in T3 is most likely the result of improved nutrient supply due to
fertilizer and manure apllication. However, yield in TO appears to be too high compared to
treatments Tl (ploughing and fertilizer) and T2 (ploughing and manure).
4. Uptake values of nitrogen and phophorus are high. It seems that availability of these
elements has not been limiting. The treatment TO does not behave like a ‘true’ control
(non-fertilized) plot.
5. Experimental results on mineral nitrogen dynamics are inconclusive. Therefore, additional
experiments are needed for verificati’on of our hyphotheses about the relations between
water and nitrogen availability in the soil.
6. Kesults of the experiments have been used to calculate parameter values for the simulation
model.
7. The simulation mode1 describes growth of millet satisfactorily, but the nitrogen balance has
mot been calibrated. Work remains to be done on calibration and validation of the model.
9
A. Présentation générale du projet
Le programme de recherche, réalisé dans le cadre du réseau R3S (programme fédérateur
parcelle, thème II, intitulé: “Amélioration de l’alimentation hydrique et minérale par des
techniques culturales en zone Soudano-sahélienne”), est l’émanation des propositions de
plusieurs pays de l’Afrique de l’Ouest concernés par la sécheresse: le Sénégal, le Mali, le
Burkina Faso, la Cote d’ivoire, le Tchad, ainsi que de plusieurs Universités ou organismes
scientifiques européens qui se proposent de réaliser, en collaboration, ce programme. Il s’agit,
pour les partenaires européens de la France (CIRAD, Montpellier; IMG, Grenoble), de
l’Allemagne (Université de Hohenheim) et des Pays-Bas (CABO). Une coopération étroite
entre la Communauté Européenne et plusieurs pays d’Afrique de l’Ouest devrait donc voir le
jour à travers ce réseau de recherche sur un thème précis.
Dans ce cadre un projet de recherche coopérative a été entamé par I’ISRA et le CABO,
intitulé: “Amélioration de l’alimentation hydrique par des techniques culturales liées à
l’interaction eau/fertilisation azotée” (No TS2-OOlO-NL(GDF)). Ce projet d’une durée d’une
année a commencé en février 1988. Le programme de recherche développé a les objectifs
suivants:
1. Quantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production végétale;
2. Etudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote du
sol;
3. Développer et améliorer un modèle mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Le document présent est le rapport final présentant les activités entreprises pendant la
période du projet.
11
C. Situation d’exécution du projet
C.l. Personnel
Pour la réalisation de ce programme le CABO a engagé un chercheur pour une année: Niek
van Duivenbooden. Il participera au développement du modèle de simulation, sous la
supervision de H. van Keulen, H. Breman et N. de Ridder du CABO. Une assistance générale
a été donnée par W. Stol et P.W.J. Uithol du CABO.
Pendant la période du 26 Avril au 7 Décembre Niekvan Duivenbooden a séjourné à CNRA
de Barnbey (Sénégal) pour être associé, sous la supervision de L. Cissé, aux expérimentations
à mener. Aussi il a participé à la mise en place des dispositifs expérimentaux, aux suivis des
essais et. au travail de laboratoire, notamment à l’analyse de l’azote minéral du sol.
Du cBté de I’ISRA, en plus de L. Cissé responsable du projet, M. Moussa N’Doye, M.
Goudiaby, M.K. Thiao et M. k Cissokho, respectivement technicien supérieur, observateur
et agent de maîtrise ont participé à la réalisation des travaux au champ et au laboratoire.
C.2. Dbveloppement du modèle de simulation
En Février et Mars 1988 un modèle préliminaire a été développé au CABO. Celui-ci est
une adaptation du modèle développé par Van Kraalingen & Van Keulen (1988). En Décembre
1988 et Janvier 1989 le modèle de simulation a été adapté au CABO, il est maintenant possible
de le tourner pour une estimation de la production potentielle et de la production limitée par
l’eau. Malheureusement il reste encore du travail à faire pour l’établissement du bilan d’azote.
La conception de la structure de ce modèle repose sur le fait que l’environnement dans
lequel la culture du mil se développe est pris en compte et décrit quantitativement. Cette
description est faite à l’aide des données bibliographiques et des expérimentations au terrain.
Les processus de base du modèle sont organisés en subroutines. La structure du modèle est
présentée schématiquement au Tableau 4.1.
Le modèle de simulation est écrit en langue de programmation Standard-Fortran-77, aussi
son utilisation sur des micro-ordinateurs différents est possible. Le compilateur Fortran utilisé
est Microsoft-Fortran, version 4.01,1987 (Microsoft, 1987).
CA Installation du modèle de simulation
Le modèle préliminaire a été installé sur I’IBM-XT et le Télévideo (IBM compatible) au
CNRA de Bambey. Cependant l’installation du programme pour détecter les erreurs
(“debugger”) n’était pas possible.
15
B. Programme du projet
Le programme de recherche compose de deux types d’activités:
B.l. D&eloppement d’un modèle mathématique de simulation.
Le modèle à développer devra décrire quantitativement la croissance de la culture de mil
en relation avec la disponibilité d’eau et d’azote, et leurs interactions. Le dkveloppement du
modèle a &é fait presque entièrement au CABO (Pays-Bas). Le modéle de simulation a été
installé sur deux micro-ordinateurs disponible (IBM-XT et Televideo) au CNRA de Bambey
(Sénégal).
B.2. Calibrage et validatioti du modèle de simulation.
Le modèle de simulation sera calibré et validé à partir des mesures et observations faites
au terrain. Les dispositifs expérimentaux sont mis en place à la station de Nioro du Rip
(Sénégal) (Annexe II: Plan de Travail).
Le calendrier de travail est ci-dessous donné:
Février/Mars 1988
Phase préparatoire pour les expérimentations au
terrain; developpement du modéle de simulation;
Avril/Octobre 1988
Expérimentations au terrain; modifications et
adaptations du modèle de simulation;
Novembre/Décembre 1988
Analyse des données experimentales; test et
adaptations du modèle de simulation;
Janvier 1989
Preparation du rapport final.
13
D. Rapport scientifique
- -
Introduction
L’agriculture dans les pays sahéliens rencontre de plus en plus de difficultés pour nourrir
et assurer une existence satisfaisante aux populations de la zone. Beaucoup de travaux de
recherc:he sont encore consacrés à l’intensification de l’agriculture pluviale. Dans cette optique
la disponibilité des éléments nutritifs, en particulier l’azote et le phosphore, occupe une place
importante. Ces éléments constituent souvent des facteurs limitants pour la production
vegétale. Les expériences nombreuses réaliskes par I’IRAT, I’ICRISAT et les organismes de
recherches nationaux ont mis en évidence cet aspect. En utilisant des modèles mathématiques
de simulation, validés et vérifiés par des expkriences au terrain, van Keulen (1975) et Penning
de Vries & Djitèye (1982) sont arrivés à la même conclusion. Avec des modèles on peut
estimer la production potentielle en se basant sur les données météorologiques, les
caractéristiques des sols et des cultures. La production potentielle est définie comme la
production possible en supposant que les éléments nutritifs et l’eau ne sont pas limitants. Les
modèles, qui décrivent quantitativement la production réelle, sont moins développés (van
Keulen et QL, 1986). La description quantitative de la dynamique des bilans d’azote et de
phosphore est encore moins précise, parce que les processus en jeu sont moins bien compris
et les interactions entre la disponibilité de l’eau et celle des éléments nutritifs ne sont pas bien
établies. Par ailleurs il est tr&s difficile d’interpréter de manibre satisfaisante les données
expérimentales disponibles sans la connaissance des mécanismes en jeu.
Le Centre de Recherches Agrobiologiques (CABO) de Wageningen (Pays-Bas) accorde
ai.nsi une grande priorité pour ces recherches de base, aussi bien dans la zone tempérée qu’en
zone semi-aride tropicale, ces travaux ont permis le développement de modèles de simulation
de: la croissance du mil (Jansen & Gosseye, 1986; van Kraalingen & van Keulen, 1988).
L’Institut Sénégalais de Recherches Agricoles (ISRA) (Sénégal) a également réalisé de
nombreux travaux portant sur la connaissance de certains mécanismes et sur les facteurs
prépondérants d’élaboration des rendements des cultures. Parmi ceux-ci on peut citer Feller
et al. (1981a; 1981b); Feller & Gamy (1982); Cissé (1986; 1988) et Cissé & Vachaud (1987;
1988). Pour poursuivre et développer ces recherches I’ISRA et le CABO ont initié dans le
cadre du Réseau de Recherche sur la Résistance & la Sécheresse financé par la CEE, un
programme de recherches en 1988 ayant pour objectifs principaux:
1. De qwantifier d’une part l’effet de l’humidité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur la production du mil;
2. ID’étudier de façon approfondie les relations entre les disponibilités en eau et celles en azote
du sol;
3. D’améliorer le modèle mathématique de simulation de la croissance du mil en fonction de
la quantité d’azote et d’eau mobilisable par la culture.
17
Figure 1. Implantation @graphique cbï CNRA, Bambey et la station Niom du Rip.
Ces recherches ont été conduites au CABO (Wageningen, Pays-Bas), au CNRA de Bambey
et à la station expérimentale de Nioro du Rip (Sénégal; Figure 1).
Le climat du Sénégal, comme celui de toute la zone tropicale sèche ouest africaine, est
caractéris& par une opposition tranchée entre une longue saison sèche pendant laquelle la
pluviomkrie est nulle, et une saison des pluies dont la durée varie entre 3 et 5 mois. La
pluviometrie annuelle moyenne totale (1931-1975) passe de 300 à 1500 mm du Nord au Sud
du pays (Figure 2), mais ces moyennes pluviométriques ont évolue vers la baise au cours de
ces dernières annees. La saison des pluies commence generalement en Juin ou en Juillet. A
l’intérieur d’une zone de même moyenne pluviom&rique annuelle on enregistre une grande
variabilité de pluviom&rie. A titre d’exemple pour la zone à pluviométrie annuelle de 500 mm
environ, les quantités d’eau tombées au mois d’Août peuvent varier de 40% et celles de Juillet
et Octobre de 80 à 100% (Dancette, 1976). Pendant la saison des pluies, la demande
évaporatoire d’origine climatique (évaporation bac) passe en moyenne de 3,5 mm j-l au Sud
à 5,2 mm j-l au Nord (Dancette, 1976). Ces variations d’evaporation correspondent à une
augmentation des conditions d’aridité vers le Nord.
18
----
.y---
_--
- -
-z-z--
: -.---
---~-
====Ezs
-.--
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--
-.-~-
--.
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-----
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__-_-_~-
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---
-_.-
_-
-.-
-.
* cmactmc6kba-
--
Figure 2. Pluviomdrie (mm) de Juin d Octobn au SWgai au cours & lapt%de 1931-1975. Ca&~/s effectués h
partir des données bmtes de la métkorvlogie
nationa& (listutg “hydrologie ORSTOM”) (Dancette, 1983)
19
1. Présentation de l’expérimentation
1.1.. Dispositif expérimental
:Le dispositif expérimental est mis en place à la station de Nioro du Rip (Figure 1). La
pluviométrie à Nioro du Rip est en moyenne de 674 mm par an (1968-1988) (Tableau l.l),
mais cette année elle s’est élevée à 917 mm (Tableau 1.2; Figure 1.1).
Tagleau 1.1. Nombre des jours de pluie (JDP) et pluviom6trie totale (P, mm)
à Nioro du Rip pendant deux périodes (ISRA, Service de
Bioclimatologie).
-
JDP
P
JDP
P
1968
4 6
494
1976
5 2
757
1969
67
1000
1977
3 6
515 .
1970
48
596
1978
5 3
702
1971
5 2
738
1979
5 2
822
1972
38
494
1980
3 8
520
1973
41
577
1981
5 4
778
1974
4 8
530
1982
5 0
542
1975
5 7
1016
1983
4 6
418
1984
49
540
1985
5 7
512
1986
4 6
795
1987
54
900
1988
6 0
917
moyenne
5 0
681
5 0
671
s.d.
9
216
7
169
Tableau 1.2. PluviomBtrie pentadaire d Nioro du Rip en 1988 (ISRA, Service
de Bioclimatologie).
-
1
2
3
4
5
6
Total
Ma:L
0
0
0
0
0
4,5
4,5
Juin
0
0
2,4
4,l
30,l
0
36,6
Juillet
595
0
64,5
0
a,0
la5,2
263,2
Aoiit
a9,5
22,7
55,0
92,4
14,4
136,l
410,J
Septembre
10,3
34,5
52,7
32,0
30,5
24,l
la4,l
Octobre
la,2
033
0
0
0
0
la,5
total
917,0
2 1
184
160.
140.
12q
OO-
p (=t80.
a
60.
40.
160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
nombre de jour
Figuurl.1. La disbibutiondespluiespendsnt la saison 1988; S = semis et R = &olte.
Le sol est de type ferrugineux tropical lessivé, jaune rouge colluvial sans taches ni
concrétions (Pieri, 1969) et présentant une cuirasse profonde mais qui par endroit peut se
situer à 3 m environ. Les caractéristiques granulométriques du sol étudié sont présentées au
Tableau 1.3. L’analyse de celles-ci montre:
- Un accroissement systématique de la texture selon la diagonale Sud-Ouest;
- Une variation très marquée de la texture dans la couche O-O,8 m alors qu’au delà ce
paramètre reste constant;
- Que la densitb croît fortement en surface, mais reste remarquablement constante (et très
peu variable spatialement) autour de 1,44 au-delà de 0,6 m (Tableau 52.1).
Tableau 1.3. Caractéristiques gqxnulométriques du sol (en pourcentage de La
masse totale skhe) de 4 horizons (m) , taille en y.
taille
O,OO-0,25
0,25-0,50
0,50-0,75
0,75-l,oo
argile
(< 2)
5,0 f 1,o
8,8 f 1,5
12,4 f 1,9
14,5 i 2,l
limon
(2-20)
2,5 f 0,5
4,4 f 0,7
6,l f 0,9
7.0 f 1,o
sable fin
(20-100)
8,7 f 1,9
8,3 f 2,0
8,3 f.2,0
8,0 f 1,7
sable moyen
(100-200)
49,9 f 3,7 46,3 f 3,6 41,9 f 3,9 39,7 f 3,4
sable grossier (200-2000) 33,0 f 4,7 31,7 f 4,6 30,9 f 4,5 30,7 f 3,9
22
Chacun des traitements est instrumenté en tubes d’accès pour humidimètre à neutrons
installés ;à 15 m, 40 m et 70 m dans le sens Ouest-Est (Figure 1.2). Pour la série cultivée en mil
et :pour les traitements TO, T2 et T3, sont installés autour de chacun des tubes d’accès pour
l’humidimètre à neutrons:
- Deux tensiomètres à mercure aux côtes 2 = 170 et 2 = 190 cm pour encadrer la cote 180
cm prise comme côte de référence pour le calcul des pertes hydriques et minérales par
,transfert au-delà de la zone d’activité racinaire du mil;
- :Deux cellules de prélevement de solution du sol à la côte 2 = 180 cm.
A côté de ce dispositif principal sept parcelles de dimensions 3 x 5 m sont mises en place
(ils ont été labourees le 5 Juin) (Figure 1.2) pour:
- suivre et étudier la decomposition et la minéralisation de la matière organique enfouie dans
le sol (parcelles BlB4);
- faire des mesures et des observations additionnelles sur le mil sous les deux traitements:
témoin absolu (Cl) et labour + matiére organique + fertilisation minérale (C2);
- mesurer les disponibilités potentielles en azote et en phosphore pendant la saison des pluies
(parcelle D).
/
Comme forme de matière organique on a utilisé du fumier en provenance de l’etable de la
station de Nioro. Les caractéristiques chimiques du fumier et les quantités apportées au champ
sont présentées respectivement aux Tableaux 1.4 et 1.5.
Tableau 1.4. Caractéristiques chimiques de la matière organique apportée
aux champs en 1988 (Ce-tot - cendres totales, Ce-ins - cendres
insolubles).
-
-
C
N
C/N
P
K
Ca
43
Ce-tot
Ce-ins
33,5
1,88 18
0,323
1,775
1,600
0,672
44,28
25,51
Tabléau 1.5. Formules et doses d'engrais et de fumier sur les parcelles à
Nioro du Rip en 1988.
dose (kg ha-') T-parcelles (kg)
C2-parcelle (kg)
formule
NPK (10-21-21)
150
9,6
0,225
ur6e (démariage)
5 0
3,2
0,075
urée (45 JAL)
5 0
3,2
0,075
fumier
5000
320,O
7,5
24
Le dispositif expérimental est constitué de deux séries cultivées en rotation mil-arachide
de dimensions respectives 80 x 39 m. Ces séries sont séparées par une allée centrale de 7 m de
large et de 80 m de long.
Sur ces deux séries des “cultures d’homogénéisation”, de mil (avec une fertilisation de 150
kg ha-’ de 14-7-7 et 100 kg ha-’ de N-urée) et d’arachide ont été faites en 1987.
Quatre traitements constitués de bandes de 8 m de large et de 80 m de long (Figure 1.2)
ont été mis en place dans chacune des deux séries en 1988. Ces traitements sont:
1. Tbmoin absolu (TO);
2. Labour + fertilisation minérale (Tl);
3. Labour + matière organique (T2);
4. Labour + matière organique + fertilisation minérale (T3).
Le dispositif en bandes a été choisi suite à la caractérisation spatiale de certains paramètres
du sol et des rendements des cultures qui ont été effectuées en 1987. Cette caractérisation a
montré une structure spatiale du taux d’argile et limon et du stock hydrique du sol sur un mètre
(Cissé & Vachaud, 1989). L’existence de cette structure spatiale exige, pour avoir des mesures
indépendantes du stock hydrique du sol d’installer des sites de mesures de la teneur en eau du
sol distants au moins de 20 mètres dans le sens Ouest-Est.
Malheureusement le TO a été labouré par une erreur des travailleurs de la station de Nioro
du Rip.
-
I
?
?
?? ? ? ?
? ?
?
I
I
l-lu
Figure 1.2. Le dispositif &s tqdimentations
(Nion, du Ri@, 1988). TO: tdmoin absolu; Tl: labour + fumiery TZ:
labour + fumun minhule; T3: labour + fimun minhle + jùmic BkpailZe sans ùrigah’on; B2:
fumier sans inigatïon; B3:paiIle avec higation; B4:jhier avec im&ation; Cl: labour; C2: labour +
fimure minhde + fumier; D: abso@ion potentielle de Net & P; ?? = tube neubvnique.
23
1,2. Méthodes d’analyses et de mesures
1.2.1. Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique est faite sur des échantillons de 20 g de sol tamisé à 2 mm. Par
traitement à chaud à l’eau oxygénée, la matière organique est détruite. Avec du pyrophosphate
de sodium les agrégats sont détruits par dispersion.
Les fractions argile et limon sont séparées par sédimentation et les sables fins, moyens et
grossiers sont obtenus par tamisage sur des tamis normalisés.
1.2.2. Mesure de la densit6 du sol
Elle est réalisé à l’aide d’une sonde gammadensimétrique de profondeur (CPN 501B). Un
étalonnage in situ a été fait sur les types d’accès utilisés avec détermination de la densite par
utilisation d’un cylindre de mesure de volume Cgal à 250 cm3.
1.23. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau
La teneur en eau et la pression d’eau sont déterminées de maniere indépendante. La teneur
en eau du sol est mesurée à l’aide d’un humidimètre neutronique (type Troxter 3212) avec des
tubes d’accès en aluminium. L’étalonnage de l’humidimètre a été fait in situ par
I’tStablissement d’une cor-relation entre teneurs en eau obtenues par gravimetrie et comptages
ratio effectués aux mêmes cotes. Compte tenu de l’hétérogénéité du milieu et en particulier
celle de la texture, plusieurs sites ont été choisis pour effectuer l’étalonnage de l’humidimètre
à neutrons; les données obtenues ont pu être regroupées sur la base du taux d’argile + limon
qui varie essentiellement dans la couche O-O,80 m du sol.
Les mesures hydriques sont effectuées par pas de 0,lO m depuis la surface jusqu’à la dernière
cote de mesure (en genéral à 3,70 m).
Les mesures tensiométriques sont réalisées à l’aide de tensiomètres à mercure, le niveau
du mercure se trouvant à 0,25 m de la surface du sol. Les tensiometres ont été mis en place
lorsque le sol a été humidifié jusqu’à un mètre environ.
L2.4. Analyses chimiques du SOI, de Ia plante et des matières organiques utilisées
1.2.4.1. Analyses du sol
Le pH est mesuré avec un rapport solIsolution du sol de 1/2,5; le carbone organique est
d’osé par la méthode de Wakley-Black modifiée (oxydation par le bichromate de K et dosage
volumétrique du bichromates en exces). L”azote total est déterminé par laméthode au phenate
alcalin.
Le phosphore total est dosé par colometrie du phosphomolybdate d’ammonium aprés une
attaque fluoroperchlorique; pour le phosphore assimilable la méthode de Olsen modifiée par
IMBIN-.
1.2.4.2. Analyses de plante et de matière organique
Pour l’analyse chimique de plante ou de matière organique (fumier ou de paille du mil), la
prise d’échantillon est préalablement très finement broyée et séchée à 80 “C. Une
minéralisation par voie humide est ensuite effectuee par oxydation à l’aide d’acide sulfurique
25
1.2. Méthodes d’analyses et de mesures
1.2.1. Analyse granulométrique
L’analyse granulométrique est faite sur des échantillons de 20 g de sol tamisé à 2 mm. Par
traitement à chaud à l’eau oxygénee, la matière organique est détruite. Avec du pyrophosphate
de sodium les agrégats sont détruits par dispersion.
Les fractions argile et limon sont séparées par sédimentation et les sables fins, moyens et
grossiers sont obtenus par tamisage sur des tamis normalisés.
1.2.2. Mesure de la densité du sol
Elle est réalisé à l’aide d’une sonde gammadensimétrique de profondeur (CPN 501B). Un
étalonnage in situ a été fait sur les types d’accès utilisés avec détermination de la densité par
utilisation d’un cylindre de mesure de volume égal à 250 cm3.
1.23. Mesures de la teneur en eau du sol et de la pression d’eau
La teneur en eau et la pression d’eau sont determinées de maniere indépendante. La teneur
en eau du sol est mesurée à l’aide d’un humidimètre neutronique (type Troxter 3212) avec des
tubes d’accès en aluminium. L’étalonnage de l’humidimètre a été fait in situ par
l’établissement d’une corrélation entre teneurs en eau obtenues par gravimétrie et comptages
ratio effectués aux mêmes côtes. Compte tenu de l’hétérogénéité du milieu et en particulier
celle de la texture, plusieurs sites ont été choisis pour effectuer l’étalonnage de l’humidimètre
à neutrons; les données obtenues ont pu être regroupées sur la base du taux d’argile + limon
qui varie essentiellement dans la couche O-480 m du sol.
Les mesures hydriques sont effectuées par pas de 0,lO m depuis la surface jusqu’à la derniére
côte de mesure (en général à 3,70 m).
Les mesures tensiométriques sont réalisées à l’aide de tensiomètres à mercure, le niveau
du mercure se trouvant à 0,25 m de la surface du sol. Les tensiometres ont été mis en place
lorsque le sol a été humidifié jusqu’à un mètre environ.
1.2.4. Analyses chimiques du sol, de la plante et des matières organiques utilisées
1.2.4.1. Analyses du sol
Le pH est mesuré avec un rapport sol/solution du sol de 1/2,5; le carbone organique est
dosé par la méthode de Wakley-Black modifiée (oxydation par le bichromate de K et dosage
volumétrique du bichromates en excès). L’azote total est déterminé par la méthode au phenate
alCaliIl.
Le phosphore total est dosé par colométrie du phosphomolybdate d’ammonium apr6.s une
attaque fluoroperchlorique; pour le phosphore assimilable la méthode de Olsen modifiée par
DABIN.
1.2.4.2. Andyses deplante et de matière organique
Pour l’analyse chimique de plante ou de matiere organique (fumier ou de paille du mil), la
prise d”échantillon est préalablement très finement broyée et séchée à 80 “C. Une
minéralisation par voie humide est ensuite effectuée par oxydation à l’aide d’acide sulfurique
25
et d’eau oxygénée en présence de sulfate de Na utilisé comme catalyseur. L’azote et le
phosphore sont dosés par calorimétrie automatique, le potassium par émission de flamme, le
calcium et le magnesium par absorption atomique.
1.3. Présentation descriptive de la culture étudiée
13.1. Description générale
Le mil p&icillaire (Pennisetum americunum (L) Leeke) est une graminée céréalière
annuelle, d’origine africaine (probablement d’Afrique de l’Est) et cultivée depuis très
longtemps en Afrique de l’Ouest. C’est une plante de haute taille et à fort tallage. L’épi est en
forme de chandelle, les grains sont de très faibles dimensions (Chopart, 1980). En culture
traditionnelle, le mil est cultivé en rotation avec une légumineuse telle que le niéb& ou
l’arachide. Dans ces conditions son rendement est plus élevé que celui obtenu en monoculture
de mil (Spencer & Sivakumar, 1987). Les synonymes de P.americanum Leeke le plus souvent
rencontrés sont:
- Pennisetzon typhoïdes (Burm) Stapf et Hubbard;
- Pennisetim typhoidum Richard;
- Pennisetum glaucum (L) R.Br.;
- Pennisetum s$ca.tum (L.) Koern (Gosseye, 1989).
La variété utilisée dans les essais est le ‘Souna III’, variété sélectionnée au Sénégal. Le mil
Souna est largement cultivé au Sénégal et au Mali (Gosseye, 1989). Sa zone de culture se situe
au sud de l’isohyète 200-250 mm (Kassam, 1976) et au nord de celui de 1000 mm.
La plante a une taille de 2-3 mètres, un tallage abondant mais dont seulement une partie
est productive (Chopa& 1980; Siband, 1981; CTLSS, 1982; Lambert, 1983a; Jansen & Gosseye,
1986). Le riombre de talles productives par plante est d’environ 2,8 pour le Souna III (CIL%,
1982).
La production moyenne à l’hectare en mil-grains est relativement faible au Sénégal en
milieu paysan, 700 kg ha-’ (ICRISAT, 1987), mais l’application de techniques culturales
appropriées peut donner des rendements de l’ordre de 2600 kg ha-’ pour un Souna local non
amélioré @RAT, 1970) et 3000 kg ha-’ pour le Souna III (Lambert, 1983c).
13.i. Croissance et développement de la culture
Le développement phénologique de la plante est caractérisé par l’ordre et la vitesse
d’émission des organes végétatifs et reproductifs (van Keulen & Seligman, 1987). Dans le
modèle de simulation la répartition des assimilats du CO2 et des autres paramètres est fonction
du stade du développement de la plante. C’est pourquoi la vitesse de développement de la
plante avant et après la floraison est importante. Les principaux stades du développement
phénologique sont: l’émergence, le tallage, la formation de l’épi, l’initiation des fleurs, la
floraison (anthhse), le début et la fin de la formation des grains. Par définition le stade
émergence est 0, le stade floraison 1 et le stade maturité (rfxolte) 2 (e.g. van Heemst, 1986).
La vitesse de développement du mil Souna III diffère très fortement selon les auteurs.
L’émergence se produit après 1-2 jours après le semis (Chopart, 1980) ou 2-3 jours après
selon Gosseye (1989).
26
Le tallage commence au stade 4-5 feuilles pour l’ensemble des variétés observées par
Lambert (1983a), 15 jours après la levée (JAL) (Chopart, 1981). Mais en général pour le Souna
III, il demarre 7 jours aprb le démarrage qui est effectué à U%rne JAL). Le nombre de talles
atteint un optimum environ à 37éme JAL environ (Siband, 1981) mais il est fonction des
techniques culturales (semis sec ou en humidité, nombre de pieds après démarrage) (Lambert,
1983b).
L’initiation de l’épi se produit à 35ème JAL selon Chopart (1980) et à 45 selon Siband
(1981). Cissé (1986) a observé un début d’épiaison à 38ème JAL pour un mil se développant
avec un apport de matière organique au sol et à 43éme JAL pour le témoin sans matière
organique. D’autres travaux, Siband (1981), Gosseye (1986) et CILSS (1982) ont reporté des
périodes se situant respectivement à 59éme, 45ème et entre 55-76ème JAL.
D’apres divers travaux, la floraison se situe à 52ème JAL (Gosseye, 1989), 54-57ème
(Chopart, 1980; CILSS, 1982) et 64-67ème JAL (Siband, 1981). Cissé (1986) a observé en
présence de matière organique apportée au sol un début de floraison à 45ème JAL tandis que
sans matière organique celui-ci était à Slème JAL.
La vitesse de développement entre 0 et 1 est fonction du cumul de la température moyenne
journalière.
La période entre floraison et maturité n’est pas sensible à la longueur du jour. Dans
l’enviro.mrement sahélien celle-ci est en moyenne de 30 jours (Jansen & Gosseye, 1986).
Cependant si la température est inferieure à 35 “C, le processus de la maturation se ralentit
(van Kraalingen & van Keulen, 1988).
13.3. Caractéristiques du système racinaire
On a observé au Sénégal, sur sol sableux (sol Dior) que trois jours après la levée, la racine
séminale avait une longueur de 10 cm environ et un diarnètre d’un mm (Chopart, 1980).
L’initiation des racines adventives commence vers le 10ème jour après la levée tandis que celle
des racines secondaires démarre vers le 15ème JAL et leur formation continue
jusqu’au 60ème JAL Chopart (1980). Binh (1982) a observé que l’activité racinaire se
concentre surtout a l’intérieur d’une zone d’un metre autour du pied et au-delà de 1,5 m elle
devient négligeable. Après floraison, comme en général pour les autres céréales, la croissance
des racines s’arrête (ODA, 1987a; Penning de Vries et a& 1988; Squire et al., 1987). A la
récolte, chaque pied compte en moyenne entre 200 et 300 racines soit environ 26 racines par
talle (Chopart, 1980).
27
x R
.R .R
x
1
2
3
4
s
6
7
s 9
la
11
1;
13
1:
.
15 16
1;'
18
1;
20
2;
2i 23
24
2s
2s
27
28
2i 30
3;
32
3;
34
3;
: n
p R
&
??
R.-12
F@ur 2 1, Emplacement des sacs pour IVtude de la a%nnposition a% la math? organique. (X: piquet; a: paquet
&mil;N?sac;R.-sacde~senw.)
Tableau 2.1. Caractéristiques chimiques (X) de la matiére organique dans
les sacs enfouis dans le sol B Nioro du Rip en 1988.
fumier O-300
fumier 300-800
paille du mi.1
C
21,8
25,3
39,8
N
1,oo
1,24
0,86
C/N
21,8
20,4
45,9
P
0,136
0,190
0,145
K
0,978
1,300
2,394
Ca
0,670
0,927
0,304
43
0,326
0,429
0,352
Cendre-totale
65,4
48,8
6,7
Cendre-insolubles*
42,l
25,5
2,5
(* estim8 B partir du Tableau 1.4.)
28
e de la décomposition et de l’évolution des
taux de carbone, d’azote et de phosphore de la
matière organique apportée au sol
2,L Matériel et méthodes d’étude
Deux types de matière organique (paille de mil et fumier en provenance de l’étable de
Nioro) sont suivis dans le temps sous deux conditions:
A. Pluvial strict
B. Pluvial avec apports d’eau complémentaire en cas de besoin (période sèche).
La matière organique apportée est mise dans des sacs en polyéthylène (Monodur MON PE
300 N) de maille de 300 et de dimensions de 0,20 * 0,20 m. Après avoir effectué un labour, la
matière organique a été enfouis à 0,15 m de profondeur. Les parcelles ont été semées en mil
pour réaliser l’étude sous sol cultivé. Les sacs sont placés a 0,SO m des pieds de mil et juste
après le semis (15 Juillet). Le dispositif de cette expérimentation est représenté à la Figure
1.1 (parcelles Bl-B4) et l’emplacement des sacs à la Figure 2.1.
Dans les sacs en polyéthylène le poids matière sèche de la matière organique est de 235 g
pour la paille de mil et 45,9 g pour le fumier. Les poids ont été fixés en tenant compte de la
dimension des matériaux utilisés, de la nécessité d’avoir un bon contact sol-matière organique
et de disposer des échantillons de quantité suffisante pour les différentes mesures et analyses
prévues.
La paille de mil a été découpée en morceaux de longueur entre 3 et 5 cm.
Le fumier utilisé étant composé de particules relativement fines on a déterminé sa
répartition en fractions inférieure et supérieure à 300% pour tenir compte éventuellement des
pertes par entraînement de particules très fines à travers les mailles des sacs. Les deux fractions
représentent en poids matière sèche 30,6 et 69,4% respectivement et la fraction supérieure à
300 est composée de particules de taille comprise entre 300 et 800~.
Ces deux fractions ont été analysées séparément (teneurs en N, C, P, K, Ca, Mg et % cendre
insoluble) pour apprécier leurs qualités respectives. Les principales caractéristiques
chimiques des deux types de matiére organique sont présentées au Tableau 2.1.
A chacune des dates de prélèvements retenues (12ème, 19ème, 34ème, 4lème, 50ème,
62ème, 89ème et 136ème jours après enfouissement), 5 sacs sont prélevés, séchés, pesés et les
analyses des taux de C, N et P de la matière organique sont effectuées. Pour tenir compte d’un
éventuel hétérogénéité du champ on a effectué des prélèvements au hasard et les sacs prélevés
par date sont donnés ci-dessous:
le date: no 1,9,17,25,33
5e date: no 5,13,21,22,30
2e date: no 2,10,18,26,34
6e date: no 6,14,15,23,31
3e date: no 3,11,19,27,35
7e date: no 7,8,16,24,32
4e date: no 4,12,20,28,29
8e date: les sacs de réserve
29
2.2. Résultats et interprétations
Compte tenu de la pluviométrie enregistrée entre le semis (14/7) et la récolte (13/10) et de
sa répartition dans le temps (Tableau 1.2) on n’a pas effectué d’apport d’eau complémentaire
sur les deux parcelles (paille et fumier) prévues à cet effet. Les conditions hydriques qui ont
prévalues n’ont pas permis d’étudier des effets éventuels de périodes de sécheresse plus ou
moins longues sur la décomposition de la matière organique apportée au sol au début de saison
des cultures et la minéralisation. Pour l’analyse et l’interprétation des données obtenues on a
donc combiné les sacs initialement mis en place pour deux conditions différentes.
Les conditions pour la décomposition ont et6 relativement favorables (température entre
30 et 35 “C en moyenne à 0,10-O, 15 m dans le sol (Tableau 2.2) et l’humidité volumétrique du
sol à 0,lO m entre 7,7 et 25% (Partie 5.2.1.4); soit 3 à 10 fois l’humidité correspondant au point
de flétrissement permanent).
Tableau 2.2. Température décadaire dans le sol à 4 profondeurs à 12 h à la
.
station météorologique de Nioro du Rip en 1988 (ISRA, Service
de Bioclimatologie).
profondeur (m)
-0,l
-0,2
-0,5
-l,o
IllOiS
décade
Juin
1
37,9
34,4
36,3
35,5
2
37,6
34,3
36,0
35,5
3
34,7
32,4
34,7
34,9
Juillet
1
36,3
33,l
34,9
33,a
2
34,5
31,s
33,6
34,4
3
34,2
31,4
33,2
33,a
Aôut
1
31,5
28,3
30,9
32,3
2
32,l
29,7
31,3
32,3
3
30,9
2a,a
30,5
31,5
Septembre 1
32,4
29,3
30,9
2
32,l
29,5
31,l
3
34,2
31,5
32,2
Octobre
1
33,6
31,2
32,3
2
3694
.,
32,7
34,2
3
36,8
32,a
34,5
Novembre
1
33,6
31,l
33,6
2
33,a
30,4
32,9
3
31,0
27,3
31,l
moyenne
34,l
31,l
33,0
2.2.1. Evolution quantitative de la matière organique apportée au sol.
A la Figure 2.2 sont représentées les pertes cumul6es en matière sèche en pourcentage des
poids initial de la paille de mil et du fumier en fonction du temps. On notera sur cette figure
la similitude totale d’évolution des deux types de matiere organique. On y distingue également
deux phases importantes: une première couvrant les 30 premiers jours après enfouissement
(JAE) et une deuxième de ce moment jusqu’à la fin de l’expérimentation (136 JAE).
La première phase se caractérise par une vitesse relative de décompositiln plus elevee pour
les deux types de matière organique et qui est de l’ordre de OIN g g j- . La vitesse de
décomposition pour le fumier et la paille du mil est 438 et 420 g j- , respectivement. Au terme
de cette phase sont déjà décomposes 50% de la quantité totale de matière organique
décomposée au cours de I’exptrimentation
Dans la deuxième phase, la vitesse relative de decomposition de la matière organique est
plus lente et s’élève environ à 0,003 g g-l j-l et la vitesse de decomposition pour le fumier et
la paille du mil est 0,ll et 0,06 g j-l, respectivement. A la fin de l’expérimentation, environ
50% de la matière organique apportee sous forme de paille de mil ou de fumier sont
décomposés.
Une telle caractéristique de la vitesse de décomposition est observée souvent, par exemple
par Berendse et aZ. (1989); Whitford et a2. (1988) et Steinberger & Whitford (1988).
Figure 2.2. Pertes Cumul~es & mati& séche tésultant dë la a%xqwsition (qkmtk en pour cent & pia3 initiai).
31
2.2.2. Estimation des quantités de N et de P résultant de la décomposition de la matière
organique apportée
Les Figures 2.3A-2.3C présentent, exprimées en pourcentage des poids initiales, les
quantités de N, de P et de C disparues de la matiere organique pendant la décomposition de
la paille de mil ou du fumier apportées. On notera qu’à la fin de l’expérimentation les
proportions d’azote, de phosphore et de carbone disparues sont identiques pour les deux types
de matière organique et sont respectivement de 30,70 et 50%. Au début de la décomposition,
au cours d’une periode de 20 jours environ, les fractions disparues de N et de P sont, à l’opposé
de l’esperance, un peu plus élevées pour la paille de mil comparativement au fumier. Par
00
T
T
1
00
Figure 2.3. Peties cumukks des quantitks d’azote (A), de phosphom? (B) et de ca&one (C), rkultant de la
d&omposition (eqnimées en pour cent du poik initial).
32
contre celle de C est un peu plus élevée pour le fumier (Figure 2.3C). En outre, en examinant
ces figures, on peut constater que au 20 JAE pour le paille du mil 25% de l’azote et 20% du
carbone sont disparues. C’est-à-dire, le rapport C/N de la matiére organique décomposee a
été plus bas que le moyen. Pour le fumier ces valeurs sont 17 et 27%, respectivement et donc
un rapport C/N de la matière organique décomposée plus haut que le moyen. Pour le moment
le mécanisme qui explique cette phénomène n’est pas encore connu.
A partir des observations et mesures effectuées il est difficile d’avancer de façon certaine
que l’azote et le phosphore, provenant de la décomposition de la matiére organique au cours
de l’expérimentation, sont sous formes mobilisables par la culture.
Si on rapporte à l’hectare les quantités de paille ou de fnmier apportées (des sacs), soit
respectivement 627 et 1224 kg ha- , respectivement, on peut calculer à l’hectare les quantités
de N et de P initialement contenues dans la matibre organique et celles provenant de la
décomposition. Les valeurs obtenues sont présentées au Tableau 2.3.
Tableau 2.3. Quantités d'azote et fe phosphore initiales et provenant de la
décomposition (kg ha- ) des deux types de matière organique
apportées (kg ha-l).
N
P
apport
initial
mirhralis8
initial
minéralisbe
fumier*
1224
23,0
7,9
3,95
2,70
paille
627
584
198
0,91
0,67
-
(" fumier avec les deux fractions)
-~;onsidérant les Figures 2.3A et 2.3B on peut calculer les quantités de N et de P en kg
ha j- produites pendant la decomposition des deux types de matière organique pendant des
périodes caractéristiques. Les valeurs obtenues sont présentées au Tableau 2.4. Ces vitesses
sont en général beaucoup plus élevées pour le fumier que pour la paille de mil; pour l’azote
2,5 fois (O-30 JAE) et 3 à 4 fois plus élevees pour le phosphore. Ces différences pourraient
résulter du meilleur qualité, surtout le rapport QN, du fumier aussi bien au départ (C/N égale
à 20 et 45 respectivement pour le fuinier et la paille de mil) qu’à la fin (QN = 15 pour le
fumier et C/N = 35 pour la paille) (Figure 2.4).
Si on considère l’apport du fumier effectué sur le dispositif principal de 5000 kg ha”
(traitement T2 et T3), la décomposition du fumier aurait fournie respectivement 32 et 11 kg
ha-’ de N et de P (Tableau 2.5). On a supposé que le fumier entier se conduit comme le fumier
dans les sacs, et en conséquence, pour les conditions initiales on a utilisé les teneurs du fumier
entier (Tableau 1.4). Par rapport aux quantités de N et de P apportees sous forme d’engrais
minéraux, la décomposition du fumier apporté fournirait des quantités respectivement égales
à 50 et 35%. En correspondance à l’esp&ance, les quamit& de N et de P disparues par la
décomposition du fumier sont deux fois plus élevées que ceux de la paille de mil (Tableau 2.5).
3 3
Tableau 2.4. Vifesse de minéralisation de l'azote et du phosphore (kg ha-l
j' ) en différentes périodes au cours de l'expérimentation
(jours après enfouissement).
vitesse de N
vitesse de P
fumier
paille
fumier
paille
phriode
période
o -
3 0
0,114
0,045
o-
1 0
0,011
0,019
30 -
9 0
0,012
0,010
10 -
2 0
0,032
0,014
90 - 136
0,012
0,000
20 -
3 0
0,028
0,007
30 -
40
0,025
0,009
40 -
5 0
0,021
0,008
50 -
6 0
0,013
0,003
60 -
9 0
0,005
0,002
90 - 136
0,000
0,000
l...‘...l...‘...‘...‘...1...1
0
20
40
00
80
1 0 0
1 2 0
140
b-w--
Figure 2.4. Rapport clubone-awte des deux types de matith? otganique au COUS de la &compsition.
34
Tableau 2.5. Quantités d'azote et fe phosphore initiales et provenant de la
décomposition (kglha- ) des deux types de matiére organique
apportées (kg ha ).
apport
initial
minéralisé
initial
mirdralisêe
fumier*
paille
5000
94,0
5000
43,0
32,2
16,0
10,9
14,2
790
5,l
( 7i fumier entier)
Enfin on peut signaler sur le plan methodologique que le nombre de 10 sacs prélevés par
date est apparu comme un nombre minimal. L’écart-type est quelque fois très grand,
notamment pour l’analyse de N, P et C du fumier (Figures 2.2 et 2.5). Aussi les prélévements
ne sont pas faites au hasard, théoriquement une gradient diagonale peut exister. C’est pourquoi
on propose un enfouissement des sacs dans le sol sur le même endroit (entre deux pieds de
mil) avec un nombre de répétitions égal à le nombre des dates de prélévements.
Par ailleurs les differences de poids initial auraient pu, selon certains auteurs (..l’?),
influencer la vitesse de decomposition des deux types de matiére organique: le fumier devrait’
avoir une vitesse de décomposition plus élevee. On n’a pas observ6, au cours de cette
expérimentation, une telle influence.
En outre, les racines trouvées parfois dans le sac pourraient avoir un certain effet sur les
poids et les taux des éléments minéraux de la matibre organique. Cet effet peut expliquer
l’augmentation des taux entre la 7ème et la 8ème date de prélèvement.
23. Conclusion
Lavitesse relative de décomposition de la matiére organique pendant les 30 premiers jours
après enfouissement a une valeur 2,s fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. MalgrC la difference de qualité, la vitesse relative de decomposition mesurée est dans
la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
Les proportions d’azote et de phosphore libérées sont identiques pour la paille de mil et le
fumier. Considérant la quantité et la qualid des types de matiere organique apportés, les
quantités de N et de P fourmes par le fumier sont 2 fois plus élevées.
35
i
utmd.N(%)
aor
a2
ar
t...I...I...I*..L..I...I
. . . .
0
20
40
00
SO
100
la0
1œ
b-œ-v
“r
0 I...l...l...l.“.l...,...,-
00
m
100
lao
20
40
140
b-œ--
Figure 2.5. Tmu d’uwte (A), & phosphon (B) et du carbone (C) des deux tupes & rna&nz organique au COURS &
la dkcomposition.
36
3. L’absorption potentielle d’azote et de phosphore
par les plantes pendant la saison de croissance
3.1. Matériel et méthode d’étude
Un terrain de 15 m2 (parcelle D, Figure 2.2) a été semé de façon très dense, avec un mélange
de mil et d’un graminée fourragère (Schoenefeldia gracih p.ex.), avant l’arrivé de la première
pluie. Pour une saison des pluies favorable à Nioro du Rip, le longueur du cycle de S.graciZis
est impropre (trop court). Ainsi, une autre espèce de graminée avec une période de croissance
plus longue (Pennisetzon pediceZZatzmz) a Cte introduite dans le mélange mil-Sgracilis. La
densité de semis a été de 20,O g de mil (environ 2600 grains); 250 g de S.graciZis (environ 12500
grains) et 0,27 g de Pennisefum pedicellatum (670 grains) par m2.
Les plantes ont été récoltées chaque fois qu’elles mourraient par suite d’une forte
sécheresse (au début de l’essai) et les parcelles récoltées ont été resemées. A la fin de la saison
des pluies, au moment des récoltes de l’essai principal, les plantes de cette expérimentation
additionnelle ont été récoltées, séparées par espèce, séchées et pesées. Un échantillon moyen
de chaque espèce a été prélevé pour déterminer leurs teneurs en N et P.
Avant la mise en place de cette expérimentation, les teneurs en C, N, P-ass et P-tot du sol
ont été déterminées sur des échantillons prélevés des horizons O-0,1, O,l-0,2,0,2-0,4,0,4-0,8
et 0,8-2,0 rn, en 4 répétitions par couche. On a également mesuré le pH (eau et KCl) des
échantillons.
3.2. Résultats et interprétation
Les caractéristiques chimiques du sol de cette sous-parcelle (Tableau 3.1) sont presque
identiques à celles de la parcelle principale (Tableau 5.4).
La contribution du mil dans la quantité de matiere sèche produite, et l’azote et le phosphore
absorbées à chaque date de prélèvement était la plus élevée (Tableau 3.2). Après la récolte
de la culture principale (13/10) les taux de N et de P diminuent (Tableau 3.3). Le rôle de
P.pediceZZaium est presque négligeable probablement du à le faible nombre de grains semés.
Par ailleurs on observe que la contribution des autres espèces non semées; Tableau 3,4) est
relativement forte. Le poids total de.matière sèche (4700 kg ha- i) maximal est du même ordre
de grandeur que celui trouvé par ailleurs sous des conditions comparables par Breman & Krul
(1982) (Figure 3.1A).
La quantité d’azote mobilisée par les plantes à la fin de la saison des pluies est de 34 kg ha-l.
Cette valeur est légerement plus élevée que celle obtenue au Mali par Breman & Krul(l982)
(Figure 3.1B). Mais elle est beaucoup plus faible que celle mobilisée par le mil se développant
sur le traitement TO du dispositif principal (115 kg ha-‘) et rapportée à la partie 5.2.2.2 (mais
on a la conclue qu’une telle absorption sans fertilisation est impossible).
La quantité de phosphore mobilisée et estimée à 12 kg ha-’ est plus élevée que celle obtenue
au Mali par Breman & Krttl(l982; Figure 3.1C), mais elle est presque équivalente à celle du
mil sur le traitement TO qui est de 15 kg ha-’ et présentée à la partie 5.2.2.2.
3 7
Tableau 3.1. Principales caractéristiques chimiques des 5 horizons (m) à
Nioro du Rip avant la mise en place de ltexpérimentation
(7-6-1988; parcelle D), moyenne de 4 répétitions.
o-o,1
O,l-0,2
0,2-0,4
0,4-0,8
0,8-2,0
c ("Xe)
3,51 *0,12
3,36 f0,30
3,28 f0,44
2,74 ItO,78
2,58 f0,91
N (%.l
0,33 *0,03
0,30 f0,03
0,30 f0,03
0,24 f0,04
0,21 *0,03
C/N
10,8 f0,5
11,O f0,8
11,O f0,8
10,3 fl,O
10,O f0,8
Ptot (?Go)
0,246fO,OO5 0,299f0,005 0,297&0,002 0,269f0,053 0,267+0,005
Pass (ppm) 30,3 f9,7
13,6 f6,5
11,3 f5,2
5,6 f1,3
6,2
f0,8
pH-eau
6,64 1-0,19
6,12 f0,09
6,25 f0,05
6,29 f0,27
6,44 f0,40
pH-KCl
5,51 10,25
4,77 fO,ll
4,97 f0,05
5,15 *0,07
5,08 f0,18
Tableau 3.2. Rendements des plantes (moyenne de n sous-parcelles) en poids
matière seche, quantite d'azote et quantite de phosphore et la
contribution des espèces en pourcentage du total.
(Mil (Pennisetum americanum), S.g. - Schoenefeldia
gracilis, P.p. - Pennisetum pedicellatum et autres: voir
Tableau 3.4.)
date
6- 7
14-10
14-10
27-10
2-11
n
3*
3 "
5
3
4
poids MS
15,3f1,6
289,1f42,4
467,5f36,1
442,1f65,6
4X,8*41,4
X mil
77,5*14,3
87,9f 3,5
86,9f 3,6
85,3f 5,8
x s.g.
12,3f 6,8
7,7f 2,2
8,lf 3,2
8,li 4,l
x P.p.
0,6f 0,4
1,lf 0,7
0,7f 0,6
1,5f 1,2
X autres
9,6f 7,2
3,3* l,o
4,3* 0,2
5,lf 2,5
N Cg mm2)
0,422
2,402
3,444
3,384
2,997
X mil
68,7
89,6
82,l
79,2
x s.g.
15,6
198
695
695
x P.p.
099
135
097
135
X autres
14,8
791
10,7
12,8
p cg m-2>
0,038
0,805
1,214
1,032
0,822
4: miS
67,7
84,0
84,5
78,3
x s.g.
15,8
10,o
980
991
x P.p.
191
197
192
2,7
X autres
15,4
493
5,3
999
(" les mêmes sous-parcelles)
38
Tableau 3.3. Evolution des taux d'azote (X) et du phosphore (X) des
espèces.
(S - Schoenefeldia gracilis, P - Pennisetum pedicellatum et
A- autres espèces.)
date n
mil-N mil-P S-N S-P
P-N P-P
A-N A-P
6-7
3*
14-10
3*
0,75
0,248
l,oo
0,337
1,31
0,515
1,19
0,416
14-10
5
0,75
0,248
0,72
0,337
1,ll
0,434
1,58
0,337
27-10
3
0,72
0,226
0,64
0,270
0,75
0,375
1,94
0,294
2-11
4
0,67
0,181
0,58
0,226
0,72
0,381
1,81
0,388
Tableau 3.4. Espèces non-semées relevees sur la parcelle (classées "autres"
dans le Tableau 3.2).
Graminées
Dicotylédones
Dactylocterium aegyptium
Azadirachta indica
Eragrostis ciliaris
Commelina Forskalaei
Eragrostis tremula
Corchorus tridens
Dfgitarfa velutina
Hibiscus Sabdarifla
CvDéracBes
Indigofera astragalina
Merremia pfnnata
Cenchrus biflorus
Mitracarpus villosus
Cyperus rotundus
Sida alba
Fimbristylis spidula
Zornia glochidiata
Kyllinga squamulata
Le rapport P/N de la biomasse aérienne est une indication utile pour se prononcer du déficit
éventuel des éléments nutritifs. Penning de Vries & van Keulen (1982) ont trouvé que lavaleur
de ce rapport se trouve entre 0,04 et 0,lS pour les graminées. Le rapport P/N au début de
l’expérimentation (6/7) est 0,09, augmente juste au 0,34-0,35 (14/10) et diminue après ce
moment à 430 (27/10) - 0,27 (Y1 1). Ces valeurs sont donc plus élevées que comme on pouvait
s’y attendre. Le m&anisme n’est pas encore comm, mais le temps disponible n’a pas permis
d’elaborer ce point, ceci reste a faire.
3.3. Conclusion
La méthode d’étude utilisée permet une estimation de la fourniture potentielle d’azote et
de phosphore par le sol aux plantes.
On peut avancer la fourniture potentielle d’azote et de phosphore du sol au mil est d’environ
35 kg ha-’ et 12-15 kg ha-‘, respectivement.
39
bornasse
(kg ha-‘)1
5 0 0 0
N
a:/, , , , ,
(kg hdl)
!!!
35
b ,
’
k9109)
!Il)
t
t
6
’
’
’
’
’
’
’
100200300400500600 700800
dirpOnibilit/ dmtI(fTtI??)
Figure 3.1. Rapports enbe la biomasse produite (A) et son contenu en N (B) et en P (C) avec la &ponibilitt! en eau
infiltie au cours de la période 19761979 au Mali (Breman & Kiul, 1982).
40
4. Présentation du modèle de simulation
4.1. Introduction
Les résultats d’expérimentation sont souvent, voire toujours, difficilement extrapolables
sur une grande échelle. Ainsi, établir des recommandations nécessite un grand nombre
d’expérimentations qui n’est pas toujours possible de faire. Ces considérations montrent tout
l’intérêt que l’on peut tirer de la mise au point d’un modèle de simulation qui:
1. permet une meilleure compréhension des interactions complexes entre les facteurs
importants pour la production végétale.
2. facilite l’extrapolation des résultats de la recherche sans avoir à réaliser un tres grand nombre
d’essais dans plusieurs localités afin de prendre en compte la variabilité de certains
paramètres.
3. peut permettre de prévoir les conséquences d’une décision ou d’un choix opéré sur les autres
composantes d’un système qui sont en étroite interaction.
Dans ce chapitre le modèle de simulation étudié est présenté. Ce modèle de simulation
décrit la disponibilité en eau et en azote, la croissance d’une culture (ici celle du mil) et la
distribution de la matiere sbche et de l’azote entre les organes de la culture.
4.2. Description du modèle de simulation
4.2.1. Structure gédrale
La conception de la structure du modèle repose sur le fait que l’environnement dans lequel
les cultures se développent est pris en compte et décrit. Cette description est faite à l’aide de
paramètres et de caractéristiques mesurées au champ. Les processus de base du modèle sont
organisés en subroutines.
Le modèle de simulation appliqué est une adaptation de celui développé par van Kraalingen
& van Keulen (1988). Le schéma de la structure du modéle et une liste des données pour
l’alimenter sont présentés aux Tableaux 4.1 et 4.2, respectivement. Les données nécessaires
pour faire tourner le modèle et mesurées sont détaillées au Chapitre 5. On expliquera ici que
quelques subroutines; pour plus d’information et de détail on peut se référer à van Kraalingen
& Rappoldt (1989); van Kraalingen & van Keulen (1988) et Groot (1987). Les subroutines
RERROR et EXPERT ne sont pas données au Tableau 4.1, parce qu’elles ne font pas partie
de la structure du modéle; cependant la première est appelée si une valeur (la température
par exemple) dépasse les limites prédéterminées et, la seconde, s’il y a une condition qui ne
peut être décrite quantitativement.
Le modèle de simulation est écrit en langage de programmation STANDARD-
FORTRAN-77, pour faciliter son utilisation sur un PC. Le compilateur FORTRAN utilisé est
Microso,ft-FORTRAN, version 4.01,1987 (Microsoft, 1987).
41
Tableau 4.1. Structure générale du moddle de simulation décrivant
l'interaction entre le mil, L'eau et l#azote.
PROGRAMME FORCROS
DO (si les conditions aux limites ne sont pas atteintes)
CALL FOPEN ouvre les fichiers nécessaires.
CALL INITIH donne des valeurs initiales aux variables.
CALLWEATHR lit les donnees météorologiques journaliéres du fichier
WSTAT.DAT.
CALLRAINFL lit les données de la pluviometrie journalière du fichier
RSTAT.DAT.
CALLASTRO
calcule la longueur du jour astronomique et la durée de la
photop6riode.
CALL RADIAT calcule l'intensite du rayonnement direct et du rayonnement
diffus.
CALL PENMAN calcule l'évaporation potentielle d'un sol nu et d'une
couverture végetale.
CALL WATERl calcule le bilan hydrique du sol, s'il n'y a pas un manque
d'eau dans le sol, ou
WATER2 calcule le bilan hydrique du sol, sous des conditions
naturelles.
CALL WATOU écrit les donnees du bilan hydrique du sol dans le fichier
WATOU.DAT.
CALL so1LB.P lit les données physiques du sol du fichier NOMnoSP.DAT.
CALL EVSOIL calcule l'evaporation réelle du sol.
CALL SOLTMP calcule les temperatures du sol.
CALL NITBAL calcule le bilan azote du sol.
CALL SOILBN lit les donnees de base pour le calcul du bilan d'azote du
sol du fichier NOMnoSN.DAT.
CALL NITOUT écrit les donnees du bilan d'azote du sol dans le fichier
NITOUT.DAT.
CALLMIL88
calcule la croissance du mil et la distribution de l'azote
dans les organes de la culture et la transpiration reelle et
potentielle de la culture.
CALL ASSIM calcule la vitesse d'assimilation brute.
CALL CRPOUT bcrit l'État du mil dans le fichier CRPOUT.DAT.
CALLTIMEB
révise le temps avec le pas du temps de l'integration.
ENDDO
arr& la simulation.
42
Tableau 4.2. Liste des données alimentant le modèle de simulation.
A. Donnees meteorologiques
- Pluviométrie;
- Tempdrature journalière minimale et maximale;'
- Rayonnement global journalier;
- Vitesse du vent;
- Humidité de l'air.
B. Caracthristiques du sol
Bl, Caractéristiques physiques pour le bilan d'eau
- Nombre de couches caractérisées par la texture du sol;
- Courbes caractéristiques de rétention hydrique des couches du sol;
- Nombre, profondeur et densite volumétrique des couches du sol a
considérer;
- Facteur caracteristique d'extinction de l'évaporation du sol par couche.
B2. Caractéristiques pour le bilan d'azote
- Profondeur de la couche du sol labourée;
- Teneur en matiére organique stable (humus) dans la couche du sol
'Labourée;
- Vitesse de décomposition spécifique de la matiére organique du sol;
- Quantite,
taux de C et de N et vitesse de décomposition du fumier
apporte;
- Quantité, taux de C et de N et vitesse de decomposition des résidus de la
récolte;
- Teneur en N des pluies;
- Teneur en N-inorganique initial des couches du sol.
C. Domdes de la culture
- Quantite de semences, date, et profondeur du semis;
- Caractéristiques de la germination et de l'installation;
- Le taux d'azote maximal des organes de la culture en fonction du stade de
développement de la culture;
- Vitesse de développement de la culture en fonction de la temperature;
- Vitesse relative de la surface des feuilles en fonction de la température
en stade juvénile;
- Poids matière seche specifique des feuilles;
- Profondeur maximal d'enracinement;
- Vitesse de croissance specifique des racines;
- QuantitB et date d'apport des engrais.
4.2.1.1. Prcgmrnmeprutcipal FORCROS
L.e programme principal décrit l’environnement dans lequel se développe la culture: type
du sol; termes des bilans hydrique et azoté et les caractéristiques de la météorologie
(pluviom&rie, rayonnement global, températures, vitesse du vent etc.). En outre des
informations relatives à la date de semis, au niveau de production (potentielle, limitée par
l’alimentat.ion azotée, ou par l’alimentation hydrique et azotée) sont demandées et prises en
compte.
43
4.2.1.2. La subroutine dk bilan hydrique (WATER)
Cette subroutine décrit le bilan hydrique du sol. La dynamique de l’eau dans le sol peut
être simulée d’une manière très simplifiée ou intégrant plus ou moins l’ensemble des processus
et paramètres en jeu. Dans la subroutine présentée ici, seules des données qui peuvent être
obtenues au champ sont considérées. Pour décrire les processus dans le sol, celui-ci est divisé
en un certain nombre de couches homogènes, mais pas nécessairement d’épaisseur égal ni de
propriétés physiques identiques.
La dynamique hydrique de chaque couche est décrit par:
dWi = Ii-Di-Ei-Ti
(4-l)
Où
dWi = Evolution du flux d’eau (mm j-l); ’
’ Ii
= Flux d’eau entrant dans la couche i (mm j-l);
Di
= Flux d’eau sortant de l’horizon inférieur (mm j-l);
Ei
= Contribution de la couche i à l’évaporation de la surface du sol (mm j-l);
Ti
= Contribution de la couche i à la transpiration de la culture (mm j-l).
Une description plus détaillée de cette subroutine est donnée par van Keulen (1975). Les
flux d’entrée et de sortie d’eau ont seulement lieu s’il pleut ou s’il y a irrigation; on suppose
dans ces cas que les couches du sol se remplissent de haut en bas jusqu’à la capacité de champ
et que le surplus de l’eau éventuellement est drainé en-dessous de la zone d’enracinement
potentielle. Le flw entre les couches qui résulterait de gradients potentiels est négligé (van
Keulen, 1985; van Keulen 1975).
Deux subroutines (WATERl et WATER2) sont présentées parce que dans la première on
suppose des conditions hydriques optimales et dans la deuxième des conditions naturelles.
Pour une description plus détaillée, on peut se référer à van Kraalingen & van Keulen (1988).
Adaptations dans la subroutine
La valeur minimale de WCMAX qui est de 0,3 dans le modèle dans sa version initiale (van
Kraalingen & van Keulen, 1988) a été fixée dans le cas étudié à 0,25 [WATER2, Ligne 8001
par suite des données obtenues en établissement les courbes de pF et qui sont présentées à la
partie 5.2.1.1.
Pour comparer les résultats donnés par la simulation à ceux obtenus au champ, on a changé
dans le liste des données simulées le WCREL en WCACT [WATER2, Ligne 19001.
4.2.1.3. Lu subroutine du bilan d’azote (NITBAL)
Pour décrire le bilan d’azote, quatre pools d’azote sont considérés (Groot, 1987; vanKeulen
& Seligman, 1987; Seligman & van Keulen, 1981):
1. Lepooluzote minéral, dans lequel aucune distinction n’est faite entre les différentes formes
d’azote inorganique; étant supposé qu’elles sont considérées comme également utilisées
dans tous les processus du bilan d’azote.
44
2. L’azote dans Za matière organique stable (humus), qui a subi au moins une fois une conversion
microbienne, décroît par décomposition et augmente par addition de composés stables
provenant de la decomposition de la matiere organique récente [NITBAL, Ligne 36001. Ce
processus est décrit par:
dNsi =Asi-ns*Dsi
(4.2)
\\
dNsi = Vitesse de changement du contenu de l’azote de la matiére organique stable
(kg ha-‘j-l);
Asi
= Vitesse d’accroissement de N de la matière organique stable (kg ha-‘j-l);
ns
= Teneur en azote de la matiére organique stable (-);
Dsi
= Vitesse de décomposition de la matière organique stable (kg ha-lj-l).
La vitesse de décomposition est définie par une vitesse spécifique sous des conditions
optimales et est affectée par l’humidité et la température du sol.
3. L’azote d6uzs la matière organique récente, constituant: des résidus de la culture et des racines
de l’année précédente et de la matiere organique apportée au sol (fumier) [NITBAL, Ligne
3510]. Celle-ci est caractérisée par sa composition en protéines/sucres, cellulose/-
hemicellulose et lignine. Cette caractérisation est basée sur la résistance à la décomposition
microbienne de chacune de ces composantes, en suivant un ordre croissant de résistance.
La vitesse spécifique de la décomposition, qui dépend des composantes et de l’influence
de l’humidité et de la température du sol, est introduite de la même façon que pour la
matibre organique stable. Le rapport C/N de la matière organique est également pris en
compte. L’évolution de la quantité d’azote dans la matière organique récente par couche
est donnée par:
dNfi -= (-nRf * DR@ + (-nFf * DFfi)
(4.3)
\\dNfi = Vitesse d’évolution de la quantité d’azote de la matière organique récente
(kg ha-’ j-l);
nRf
= Taux de N des résidus de la culture et des racines de l’année précédente
(kg kg-’ de MS);
DRfi = Vitesse de décomposition des résidus de la culture et des racines de l’année
précédente (kg ha j-l);
nFf
= Taux de N de la matiere organique apporté~(k~ kg-’ de MS);
DFfi = Vitesse de décomposition du fumier (kg ha j- ).
4. L’azote microbien. Une partie (ou la totalité) de l’azote qui est minéralisé pendant la
décomposition de la matière organique est immobilisée temporairement dans la biomasse
microbienne [NITBAL, Lignes 3510 - 35303. L’évolution de cette biomasse est calculCe par:
dNmi = (Nmxi - Nmai) / TC
(4.4)
Où
45
dNrni = Vitesse d’evolution de la quantité d’azote dans la biornasse microbienne
(kg ha-’ j-l);
Nmxi = Taille maximale de la population microbienne déterminée par la disponibilité en
carbone ou en azote (kg ha-‘);
Nmai = Taille réelle de la population microbienne (kg ha-‘);
TC
= Constante de temps pour l’adaptation de la population microbienne (j).
Finalement, la quantité d’azote minéral disponible par couche (Ni) s’équilibre de la façon
suivante:
Ni = dNsi + dNfi-dNmi + Ini-Dr-ri-Uni
(4.5)
Où
Ini = Flux d’azote minéral entrant à travers la couche supérieure (kg h$’ [l);
Dni = Flux d’azote minéral sortant à travers la couche inférieure (kg ha- j- );
Uni = Contribution de la couche i à l’absorption de l’azote par le couvert végétal
(kg ha-lj-l).
Les valeurs de Ini et de Dni sont calculées toutes les deux à partir du flux d’eau à chaque
limite de la couche et la teneur en azote minéral dans la couche. Le flux sortant d’azote
[NITBAL, Ligne 41101 est défini par:
Dni = (Ni + Ini*dT)/(Wi +Ii*dT)*Di
(4.6)
.z = Quantité d’azote dans la couche i au début de l’intervalle dT (kg ha-‘);
dT = Intervalle de temps représentant le pas d’intégration (j);
Wi = Quantité d’eau dans la couche i au début de l’intervalle dT (mm);
Di
= Flux d’eau sortant à travers la couche inférieure (mm ‘“1;
Ii
= Flux d’eau entrant à travers la couche superieure (mm j- ).
Ainsi, pour caIculer la teneur en azote dans l’eau qui sort d’une couche on utilise la somme
de l’azote présent et entrant en supposant qu’il y a une mixture parfait dans la solution du sol
dans la couche [NITBAL, Lignes 41001
Pour calculer l’absorption de N par le couvert végétal [NITBAL, Ligne 6100], deux
processus sont distingués:
1. L’azote qui est transporté par le courant de transpiration dans le couvert végétal aussi
longtemps que la demande existe. Si la teneur en azote des tissus égale ou excède la valeur
maximum, l’azote est activement exclu par les racines [NITBAL, Lignes 4000 - 42001.
2. L’azote qui est apporté par diffusionvers les racines, si la demande totale n’est pas satisfaite
par le transport en masse et à condition que d’azote minéral soit disponible en quantité
suffisante dans la solution de sol autour des racines. La fraction de l’azote total apporté par
diffusion, absorbée par couche, est proportionnelle à la quantité relative présente dans
chaque couche [NITBAL, Lignes 4000 - 42001.
46
4.2.1.4. Lu subroutine de la culture (ML88)
La prod.uction de matière organique dans la culture verte résulte du processus
d’assimilation du Co2. La réaction globale est un premier pas pour évaluer la quantité de
glucose produite par un couvert végétal au champ. A cet effet, deux composantes principales
du systdme sont importantes: la distribution de l’énergie lumineuse aux différentes
composantes chloropylliennes de la culture et la réponse en terme d’assimilation du CO2 de
ces éléments face à une augmentation de l’énergie disponible. Cette dernière relation est
caractérisée par l’efficacité initiale d’utilisation de la lumiere et la vitesse maximale
d’assimilation (partie 55.3). Une partie du carbone contenue dans la culture est utilisée pour
la respiration. La respiration est considerée comme la somme de l’énergie necessaire pour
l’entretien des tissus existants et des autres fonctions biologiques comme la transformation
des produits primaires de la photosynthèse en matériel végétal de structure et les coûts de
transport des assimilats vers les organes en croissance. Ensuite les assimilats restants sont
répartis entre les différents puits de la culture (feuilles, tiges, racines, inflorescences, grains et
réserves de glucoses mobilisables) en croissance en fonction du stade de développement.
Après la. répartition des assimilats vers les puits individuels, les assimilats sont convertis en
matiere végétale de structure. Pour chacun des organes, cette conversion s’accomplit avec une
efficacite de conversion qui est fonction de la teneur en azote du matériel formé. On trouvera
pour la description de cette subroutine des informations complémentaires et/ou plus détaillées
dans van Kraalingen & van Keulen (1988); van Keulen & Wolf (1986) et van Keulen (1985).
Adaptations dans le modèle
A. La croissance au début
Au début: de la croissance de la culture (stade de developpement inférieur à 0,45), la
croissance des feuilles de la surface et donc la vitesse de la photosynthèse, est limitée par la
vitesse relative d’extension des feuilles. Cette vitesse relative est fonction linéaire de la
température [MIL88, Ligne 61401. Donc:
GLA - LAI * (EXP(LVAGR * EAIRTP * DELT) - 1)
(4.7)
IA = INTGRL(GLA,IAI)
(4.8)
Où
‘GLA
= Vitesse d’extension des feuilles (ha ha-lj-l);
= Index de surface fohaire (ha ha-l);
LVAGR = Vitesse d’extension relative des feuilles (“Cl j-l);
EAIRTP
= Température de l’air pendant la journée (“C).
.Apres ce stade de développement, l’index de surface foliaire est décrit par:
LAI = WLV * LVSLVA
(4.9)
où
WLV
= Poids de matière sèche des feuilles (kg ha-‘);
LVSLVA = Surface foliaire spécifique (ha kg-‘).
47
Dans le cas où le semis d’une culture est fait au volet, l’index de surface foliaire est calculé
par le modèle de simulation en divisant la surface foliaire par unité de surface du sol. Pour le
mil semé en poquets distants de lx1 m, la couverture du sol par la culture est très faible entre
la levée et le 32éme JAL (Figures 4.1A et 4.1B). On peut parler des “feuilles groupées” durant
cette période. En conséquence, le calcul de la surface foliaire doit donc être corrigé et adapté,
parce que celle calculée par le modble dans sa version initiale est plus élevée que la surface
absorbant réellement le rayonnement. En même temps il faut noter qu’au début de la période
de croissance une grande partie du rayonnement n’est pas interceptée par la culture, mais
atteint le sol nu. Dans ces conditions et pour plus de facilité on a transformé la subroutine
ASSIM (cas d’une couverture du sol totale par la culture) feuilles groupées en subroutine
ASSIMC. L’index de surface foliaire [ASSIMC, Ligne 6501, nécessaire pour le calcul de la
photosynthèse, est alors obtenu par:
LAICL = LAI* 1i’SSHADE
(4.10)
Figure 4.1, L.e mil à Nions & Rip. A: d 418 (18t?me JAL) et B: 1918 (33dme JAL.).
.EICL = Index de surface foliaire groupé (ha ha-‘);
SSHADE = Surface du sol effectivement ombragée (ha);
Index de surface foliaire pour une couverture totale du sol (ha ha-‘).
e: la vd:ur 1 a la dimension ha)
La surface du sol effectivement ombragée est calculée, selon la formule donnée par
Goudriaan (1977, pp 54-66) [ASSIMC, Ligne 6501:
SSHADE = CROPS * (1 + CROPH * COSB/SINB)
(4.11)
.
:OPS = Projection de la surface des plantules (ha);
CROPH = Hauteur de la tige de la culture (m);
COSB
= Cosinus de l’altitude du soleil (-);
SI-NB
= Sinus de l’altitude du soleil (-).
Ce calcul a été effectué pour toute la période où le développement de la culture est à un
stade inferieur à 0,8 correspondant à 32ème JAL environ) et où l’index de surface foliaire est
!l
inférieur à 0,8 ha ha- [MIL88 Ligne 62401.
Par ailleurs, on a inclus l’activité photosynthétique des gaines des feuilles à partir du 10ème
JAL. D’abord la longueur des gaines a été calculCe d’après la formule [MIL88 Ligne 61501:
STLTOT = CROPH * NOTIL * SOWPOC
(4.12)
.
>TOT = Longueur totale des gaines (m ha-‘);
NOTIL
= Nombre de talles primaires par poquet (-);
SOWPOC = Nombre de poquets (ha-‘).
En suite, ‘l’index de surface foliaire équivalant des gaines’ est calculé par:
LSAH = LSAIRF * STC * STLTOT/ 1.E4
(4.13)
.SALI = ‘L’index de surface foliaire équivalant des gaines’ (ha ha-‘);
LSAIRF = Facteur de réduction tenant compte de l’activité de photosynthèse des gaines
en rapport de celle-ci des feuilles (-);
STC
= Circonférence de talle (m).
(note: 1.E4 est sans dimension et est inclus de transformer m2 mm2 en ha ha-‘)
Juste avant d’appeler la subroutine ASSIM (ou ASSIMC) [MIL88, Ligne 62401, l’index de
surface foliaire et ‘l’index de surface foliaire équivalant des gaines’ sont additionnés.
49
a--v---
B. Vitesse de développement
Le développement phénologique du mil Souna III n’est pas sensible à la longueur du jour.
En conséquence, la vitesse de développement avant la floraison est fonction de la température
moyenne journalière avec une température de base de 10 “C (van Heemst, 1988) [MIL%,
Ligne 22001. Après la floraison la vitesse de développement est fixée, dans le modèle, à 1/(40
jours) [MIL@, Ligne 22101.
4.3. Effets des contraintes
Dans ce cadre ce n’est pas le but de décrire en grand détail tous les effets des différentes
contraintes sur le fonctionnement de la culture. On se restreint à indiquer les processus
affectés dans le modèle de simulation.
43.1. Effets de la température
4.3.1.1. Température aérienne
La température aérienne influence:
- la vitesse maximale de la photosynthèse;
- l’efficacité initiale d’utilisation de la lumière;
- la vitesse relative de surface des feuilles;
- la vitesse de transpiration potentielle (pas encore inclus);
- la vitesse de la respiration d’entretien de la culture;
- la vitesse de développement avant et après la floraison;
- la vitesse potentielle de croissance des grains;
- la vitesse potentielle d’accumulation de l’azote dans les grains;
- la vitesse relative de croissance de la surface des feuilles au stade juvénile.
4.3.1.2. Température du sol
- l’activité des racines (vitesse de transpiration);
- la vitesse de germination;
- la vitesse de décomposition de la matière organique.
43.2. Effets de déficit de l’eau
Les effets de déficit de l’eau (déficit de transpiration ou déficit de teneur en eau du sol)
influence
- l’activité des racines (vitesse de transpiration);
- la vitesse de mortalit6;
- la croissance des racines;
- la vitesse de germination.
5 0
433. Effets de carence en azote
Une carence en azote influence:
- la vitesse de mortalité;
- la vitesse de la respiration d’entretien de la culture;
- la vitesse de la photosynthèse.
5. Calibration et validation du modèle de simulation
Le modéle de simulation, décrit au Chapitre 4, est calibré et validé à partir des mesures et
(observations faites (partie 5A) et des données bibliographiques (partie 5B). Dans ce chapitre
1311 présentera et discutera les paramètres météorologiques, du sol et de la plante nécessaires
pour le modèle de simulation.
SA. Paramhtres mesurés
5.1. Les mesures et analyses
5.1.1. Les mesures et analyses de sol
X1.1.1.. Rétention hydrique
Les mesures sont effectuées sur des échantillons non remaniés prélevés, à l’aide d’un
dispositif approprié, aux profondeurs suivantes: O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,5; O,S-0,7; 0,7-0,9;
0,9-1,l; l,l-1,3; 1,3-1,s; 1,5-1,9 et 1,9-2,l m. Les valeurs de pF déterminées sont: pF2,O; pF2,2;
pF2,S; pF2,8; pF3,O; pF3,3; pF3,O et pF4,2. On a regroupé les couches du sol qui présentent à
peu près les mêmes courbes pF-teneur en eau sous les deux traitements TO et T3.
En outre, la capacité de champ est déterminée au champs. Celle-ci s’effectue en principe
après 24 h’eures de ressuyage pour les sols sableux, mais la valeur est plus stabilisée après 48
heures. Cette valeur de l’humidité a été retenue comme correspondant à la capacité de champ
(‘Charreau, 1961). Cette expérience est exécutée en double pour les couches de O-O,1 et O,l-0,2
m de profondeur, avec 3 répétitions.
!ï.1.1.2. Rés&mce du sol
La résistance du sol est déterminée sur les parcelles Cl et C2 dans le but de pouvoir
expliquer éventuellement les différences de longueur moyenne des racines des plantules. On
a utilisé un pénétromètre avec un poids de 10 kg, avec 10 répétitions par parcelle.
iZ 1.1.3. Càractéristiques chimiques
Les éléments, C, N, P-ass, P-tot et pH (eau et KCl), sont analysés sur des échantillons du
. sol des couches de O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,4; 0,4-0,s et 0,8-2,0 m, avec 5 répétitions par couche.
Les prélèvements ont été faits au début (avant semis, mais après l’application d’engrais (T3))
et a la fin de la saison sous les deux traitements (TO et T3).
5y.1.1.4. Evolution de la teneur en N-minéral
A six dates de prélèvement (semis, lOème, 17ème, 31ème jours après levée, à la floraison
et à la récolte) des échantillons sont prélevés sur TO aux profondeurs: O-0,1; O,l-0,2; 0,2-0,4;
53
0,4-0,8 et 0,8-2,0 m, avec 5 répétitions par couche. Pour le traitement T3 il y a eu trois dates
de prélèvement: semis, 10ème jours après levée et à la floraison.
5.1.1.5. Evolution de la teneur en eau
La teneur en eau du sol est mesurée à un rythme hebdomadaire à l’aide d’un humidimètre
neutronique. Elle a été complété avec des mesures tensiométriques.
5.1.2. Les mesures et analyses de culture
5.1.2.1. Rendements du mil
Le poids matière sèche totale est déterminé sur les deux traitements (TO/C1 & T3/C2). Les
plantes prélevées sont séparées, selon le stade de développement, en feuilles, tiges + gaines,
chandelles et grains et le poids des organes est déterminé également. Les prélèvements ont
été faits à la levée, aux lOème, 17ème, 32ème, 39ème jours après levée, à la floraison et à la
récolte. Au moins 5 pieds par traitement sont prélevés chaque date. A la récolte les rendements
du mil par traitement sont déterminés sur 5 sous-parcelles de 24 m2.
A la levée, aux lOème, 17ème JAL et à la floraison une estimation des poids racinaires a
été faite.
On peut calculer, en utilisant les mesures effectuées les paramètres suivants nécessaires
pour le modele de simulation:
Distribution d’assimilation nette
A partir de l’évolution des poids de matière sèche des différents organes de la culture et les
facteurs de conversion (produits photosynthétiques en matière sèche) (van Heemst, 1988), la
distribution des produits d’assimilation nette peut être calculée en fonction du stade de
développement.
Facteur de réduction du démariage
Dix jours aprbs la levée un démariage à trois plantes par poquet a été effectué. Le démariage
est inclus dans le modele de simulation par un facteur de réduction affectant toutes les
variables d’états de la culture [MIL88, Ligne 43001. Ce facteur est le rapport des poids matière
sèche juste avant et juste après le démariage.
X1.2.2. Taux d’azote et dephosphore
A chaque date de prélèvement, un échantillon moyen est pris, selon le stade de
développement, des feuilles, tiges + gaines, chandelles, grains, matière morte et racines pour
déterminer le taux de N et de P. En outre, à la récolte les gaines ont été séparées des tiges
pour être analysées.
54
5.1.2.3. Paramètres racinaires
Les paramètres du système racinaire considérés sont :
Profondeur d’enracinement
Trois techniques ont été utilisées pour déterminer et suivre la profondeur d’enracinement
du mil.
Au début de cycle (levée, 10ème et 17ème JAL) la plante entière a été prélevée (tige,
feuilles et racines). A la floraison des prélévements par couche de sol ont été effectués à partir
d’un monolithe de surface de base d’un mètre carré dont le pied de mil occupe le centre.
Aux 32éme et 39ème JAL une méthode isotopique a été utilisée. Le principe de cette
méthode est de placer du 32P dans le sol à des profondeurs fixées (0,8; l,O; 1,3 et 1,6 m p.ex.)
et de prendre au bout d’une ou de deux semaines des échantillons de feuilles sur le pied de
mil. On détermine ensuite si elles sont radioactives, c’est-a-dire si les racines du mil ont
absorbé du 32P à la profondeur où celui-ci a été placé. Une présentation détaillée de cette
méthode est donnée par Binh (1982; 1980).
Vitesse d’avancement du front racinaire
La vitesse d’avancement du front racinaire est la vitesse de croissance du bout de la racine
la plus profonde.
Densite par couche du sol
La densi.té racinaire est déterminée soit par kg racine par m sol soit par m de racine par m
de sol traversé.
Longueur spécifique
La longueur spécifique est définie comme la longueur par unité de matière sèche.
4 1.2.4. Mesures additionnelles
Pour améliorer la description de la croissance de la culture des mesures additionnelles
suivantes sont effectuées:
- Surface foliaire spécifique. La surface foliaire sp6cifique est déterminée à partir des
mesures au milieu de la feuille (surface par unité de poids matière sèche) en 3 ou 5
répétitions.
- Nombre et circonférence des talles primaires et hauteur du mil. La hauteur de toutes les
talles des pieds de mil utilisés dans l’expérience’ avec le 32P a été mesurée. En outre, à
chaque date de prélèvement la circonférence des talles a été déterminée.
- Nombre des grains par chandelle et le poids matière sèche d’un grain individuel
- Longueur de la chandelle
- Caractéristiques du semis
- Taux de germination et conversion grain - plantule
55
5.2. Résultats et interprétation
5.2.1. Expérimentations du sol
5.2.1.1. Rétention hydrique
A partir, des données de la densité du sol (Tableau S.l), les humidités pondérales ont été
transformées en humidités volumiques (Tableau 5.2). On a distingué 3 couches du sol: O-0,2;
0,2-0,5 et 0,5-2,0 m de profondeur. Les courbes obtenues sont présentées à la Figure 5.1. Ces
valeurs sont utilisées dans le modéle de simulation Fichier NIOROlSP.DAT].
Tableau 5.1. Densité du sol (g cmm3) B Nioro du Rip (moyenne de 9 points)
avec une sonde gammadensititre (CissB & Vachaud, 1989) pour 8
couches (m).
couche
densité
couche
densit6
0,o - 0,l
1,63 f 0,02
0,4 - 0,8
1,44 f 0,02
0,l - 0,2
1,55 f 0,02
0,8 - 1,0
1,43 f 0,02
0,2 - 0,3
1,48 i: 0,02
1,0 - 1,8
1,44 f 0,02
0,3 - 0,4
1,45 f 0,02
1,8 - 2,0
1,45 * 0,02
Tableau 5.2. Valeurs moyennes de l'humfdit6 volum&trique (cm3 cmm3) à
différents pF sous les deux traitements TO et T3.
couche
PF
O-O,2
m
0,2-0,5 m
0,5-2,0 m
OP0
0,274
0,290*
0,311*
2,o
0,168
0,177
0,222
292
0,108
0,138
0,177
2‘5
0,068
0,104
0,149
2,8
0,046
0,081
0,128
380
0,039
0,069
0,116
3,3
0,033 .
0,058
0,108
3,6
0,027
0,055
0,103
4,2
0,023*
0,050
0,098
590
0,016
0,043*
0) 092"
lx valeur estimée A partir de la Figure 5.1.)
56
ocouchoO-0.2m
0 cowhoo.2-dem
A couchro.6-20m
4
3
2
Figure 5.1. Courbes camctktitiques pF-teneurs en eau des bvis couches du sol à Niom du Rïp.
En outre, les humidités du sol correspondant au capacité de champ déterminees au champ
sont pour le couche de O-O, 1 et O,l-0,2 m de profondeur, 0,1155 et 0,113O g g-l, respectivement.
En milisant la densité du sol moyenne (Tableau S.l), l’humidité volumetrique a une valeur de
18,2 cm3 cme3. Cette valeur correspond à une valeur de pF de 2,0. Cette observation est au
moins remarquable, parce que C%arreau (1961) a observé pour la même expérience sur un sol
Dior et sol Dek une valeur de pF de 2,6. Ll a conclu que 48 heures n’était pas suffisant pour
atteindre un équilibre, mais on peut prévoir que dans un sol sableux la vitesse de transport de
l’ealu sera presque zéro après cette période de ressuyage. Apparemment, les caracteristiques
hydrauliques du sol sont différentes.
5.2.l.2. RtkAzn.ce du sol
Les résultats des mesures sont présentés au Tableau 5.3. La difference entre les parcelles
Cl et C2 est remarquable, notamment dans les deux premibres couches (O-O,05 et 0,05-0,lO
m de profondeur).
5.2.11.3. Cmactéristiques chimiques
Les résultats des analyses chimiques du sol des parcelles TO et T3 au début (8/7 et 12J7
respectivement) et à la fin (12/10) de la saison de croissance sont présentes au Tableau 5.4.
Les taux de N et de P diminuent légèrement dans les trois premières couches (O-O,4 m) pendant
la saison de croissance (TO et 13). L>augmentation des taux de N, de P et de C du sol du
traitement T3 résultant des apports par la fertilisation et le fumier (12/7) est faible pour le N,
mtis plus prononcée pour le P. On rappelle que cette fertilisation a été comme suivante: au
57
Tableau 5.3. Résistance du sol (N m-1 traversé) mesurée sur les parcelles
Cl (labour) et C2 (labour + fumier + fumure minérale) à
différentes profondeurs (PROF, m), moyenne de 10 répétitions.
profondeur
C l
c 2
0,oo - 0,os
662 f 102
1482 -+ 251
0,05 - 0,lO
905 f 154
1713 * 433
0,lO - 0,15
1424 f 273
1886 f 543
0,15 - 0,20
1602 i: 272
1851 f 533
0,20 - 0,25
1246 f 210
1549 f 345
0,25 - 0,30
1045 f 281
1123 i: 333
0,30 - 0,35
929 f 195
1049 f 263
semis du mil, 150 kg ha-’ d’engrais (NPK, W-21-21) ont été a ortés sur les parcelles T3, Tl
Pp
et C2. Au démariage (lO&me JAL) et au 4lbme JAL 50 kg ha- (urée) ont été appliqués sur
les mêmes parcelles. Les apports d’azote s’elèvent donc respectivement à 15,23 et 23 kg ha-l,
et qui ont été employés dans le modèle de simulation [NIOROlSN.DATJ.
5.2.1.4. Evo&ion de la teneur en mate minéral
Evolution des teneurs en N-minéral du sol
Les résultats de base sont présentés au Tableau 5.5. Les quantités de N-minéral exprimées
en kg ha-’ 0,l m-l et calculées pour les couches du sol considérées sont rapportées au Tableau
5.6 et représentées aux Figures 5.2 et 5.3.
Les teneurs en N-NH4 sont trbs faibles comparativement à celles trouvés par De Bruin et
~2. (1989) pour un sol du Mali, en conditions contr8lees: 18 ppm 2 jours après humidification
du sol. Krul et al. (1982) ont observe des valeurs de teneur en N-NH4 en I%I de saison des pluies
au Mali de 5 à 10 ppm pour la couche O-O,2 m et 3 à 4 ppm pour la couche 0,2-1,0 m de
profondeur. Pichet et d (1974) ont trouve au Niger des valuer entre 3 et 6 ppm pour une
couche de sol de 0-0,4m de profondeur
En outre, il faut noter qu’il y a du temps entre les prélèvements et le moment d’analyse.
Apparemment, les resultats obtenus sont sujet à caution.
Evolution quantitative de l’azote mineral
Les quantités totales de N-minCral mesurées dans le profil (O-2,0 m) au cours du temps sont
présentees à la Figure 5.4.
On note des différences importantes de teneur en azote minéral entre les deux traitements
au cours de 20 premiers jours suivant l’installation de la saison des pluies. Pendant cette
période les teneurs sous T3 sont environ deux fois plus élevées que celles mesurées sous TO.
A la fin de cette période les teneurs en azote minéral diminuent très fortement et tendent,
sous les deux traitements, vers des valeurs identiques, de l’ordre de 10 ppm. Cette diminution
a très rapide implique, si on veut bien analyser et caractériser les differentes formes d’azote du
sol d’avoir les pas de temps de mesure très rapprochés au début de la saison des pluies (de
l’ordre de 2 à 3 jours). La variabilité relevée par les analyses de sol entraîne également qu’il
58
Tableau 5.4. Principales caractéristiques chimiques des 5 horizons (m) à
Nioro du Rip sous les deux traitements, avant la mise en place
de l'expérimentation et à la rkolte en 1988, moyenne de 5
répétitions.
(TO: témoin absolu; T3: labour + fumier + fumure minérale.)
--
0-0,1
O,l-0,2
0,2-0,4
0,4-0,8
0,8-2,0
TO & 8/7
c (Yzu)
2,97 i 0,29
2,82 f 0,34
2,55 f 0,39 2,39 f0,20
1,99 f0,16
N (%a>
0,23 f: 0,04
0,20 f 0,02
0,18 f 0,Ol 0,19 f0,03
0,19 f0,02
W
12,2 i 0,8
14,2 f 1,4
13,3 f 1,9 12,2 il,1
10,6 f0,9
Ptot (%)
0,2521 0,009 0,285f 0,027 0,266f 0,021 0,29810,027
0,29310,016
Pass (ppm)
49,68 f 2,40 35,42 f15,42 22,43 f 8,72 10,90 f3,42
5,70 f2,12
pH-eau
6,26 i: 0,48
6,39 f 0,66
5,85 f 0,32 6,23 f0,24 6,46 fO,lO
pH-KCl
5,07 f 0,35
5,22 f 0,69
4,60 f 0,32 4,92 10,06
5,24 f0,12
TO à 12110
c (%o)
2,53 f 0,13
2,46 f 0,18
2,50 f 0,lO
2,04 +0,12
1,88 &0,08
N (740)
0,21 f 0,04
0,21 * 0,011 0,21 * 0,02
0,19 *0,03
0,20 f0,02
C/H
12,7 i: 1,2
11,6 i: 1,4
11,8 i 1,0
11,2 11,5
9,6 t0,8
Ptot (%.)
0,263f. 0,023 0,299f 0,023 0,294f 0,018 0,282fO,O26
0,28710,017
Pass (ppm)
52,72 f 6,84 62,65 f17,02 21,25 f 4,45 14,81 f5,44 12,05 f3,16
pH-eau
5,91 i: 0,27
5,85 f 0,16
5,69 f 0,30
6,28 f0,19
6,30 10,ll
pH-KCl
4,68 f 0,27
4,51 f 0,19
4,46 f 0,lO
4,90 10,08
5,08 +0,09
T3 B 12/7
c (%*)
3,19 f 0,19
2,88 f 0,15 2,69 f 0,62 2,61 10,62
1,89 +0,27
N ('740)
0,25 f 0,03
0,24 f 0,04 0,22 f 0,02 0,22 kO,O2
0,18 f0,02
C/N
13,0 f 1,6
13,7 f 2,6 11,7 f 1,7 11,l f2,l
10,5 iO,6
Ptot (V.0)
0,361f 0,052 0,293f 0,048 0,315f 0,060 0,31210,043
0,279&0,021
Pags (ppm) 109,O f16,O
85,0 f28,6 47,6 f22,7 11,8 f4,2
7,5 f3,3
pH-eau
-
6,29
f
-
-
6,47
f0,17
6,53 f0,37
pH-KCl
5,14
f
-
5,07
f0,04
5,24 10,23
T3 à 12/10
c y/oe>
2,73 i: 0,32 2,97 i: 0,28
2,63 f 0,29
2,43 110,36
1,87 +0,16
N ':Y,.)
0,22 i: 0,Ol 0,23 f 0,Ol
0,21 f 0,Ol
0,21 f0,02
0,19 10,Ol
C/N
12,6 i 1,8 12,9 i 1,l
12,5 f 1,l
11,0 f0,3
9,8 f0,7
Ptzot (%*)
0,290f 0,024 0,309f 0,025 0,296f 0,027 0,29110,030
0,282f0,025
Pa!;s (ppm)
78,0 119,9 72,7 f17,5
31,5 f11,6
9,8 f3,4
6,0 f2,l
pHs.eau
6,05 f 0,47 5,75 f 0,30
6,14 f 0,56
6,77 *0,58
6,81 kO,52
pHa.KCl
4,85 f 0,42 4,48 f 0,2Q
4,74 f 0,35
4,32 f0,29
5,45 f0,35
faut prélever un nombre relativement élevé d’échantillons par date et par horizon pour avoir
une bonne estimation des teneurs et des formes d’azote du sol.
En conclusion on peut dire que les rhsultats obtenus cette année nécessitent d’être
confirmés ou infirmés l’année prochaine en prenant en compte les remarques faites ci-dessus.
59
Tableau 5.5. Evolution des taux d'azote minéral sous forme de NH4' et de
NO3 - (ppm) mesurés dans différents horizons (m) et sous les
traitements TO et T3.
0 - 0.1
0.1 - 0.2
0.2 - 0.4
0.4 - 0.8
0.8 - 2.0
IW4+ N03-
NH4+ NOS-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ NOg-
date
TOa/7
2,90 1,84
4,27 3,15
2,30 2,06
1,76 1,34
2,46 2,94
27/7
0,22 1,79
0,14 2,94
0,14 2,29
0,OO 2,31
0,OO 1,46
3/8
0,21 1,26
0,OO 0,56
0,OO 0,84
0,OO 2,58
0,17 0,45
18/8
1,12 2,52
0,45 0,37
1,23 0,90
1,34 0,34
1,34 0,93
2/9
0,OO 1,46
0,oo 1,51
0,OO 0,84
0,oo 0,54
0,ll 0,45
12/10
0,22 0,56
0,34 0,62
0,oo 0,28
0,22 1,Ol
0,OO 0,06
T3
12/7
4,41 6,26
12,96 5,24
7,99 5,02
5,43 3,78
2,92 2,34
27/7
0,oo 8,51
0,OO 1,26
0,OO 8,96
0,oo 0,21
0,oo 0,28
2/9
0,OO 1,26
0,oo 1,54
0,oo 0,73
0,oo 0,45
0,oo 0,45
Tableau 5.6. Evolution des q antités d'azote minkrale sous forme de NH4+ et
de NO3- (kg ha -P 0,l m-l).
0 - 0.1
0.1 - 0.2
0.2 - 0.4 0.4 - 0.8
0.8 - 2.0
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
NH4+ N03-
date
TO817
4,73 3,00
6,62 4,88
1,68 1,51
0,63 0,48
0,30 0,35
27/7
0,36 2,92
0,22 4,56
0,lO 1,68
0,OO 0,83
0‘00 0,18
3/8
0,34 2,05
0,OO 0,87
0,OO 0,62
0,oo 0,93
0,02 0,05
18/8
1,83 4,ll
0,70 0,57
0,90 0,66
0,48 0,12
0,16 0,ll
2/9
0,OO 2,38
0,OO 2,34
0,OO 0,62
0,oo 0,19
0,Ol 0,05
12/10
0,36 0,91
0,53 0,96
0,oo 0,21
0,08 0,36
0,oo 0,Ol
T 3a/7
7,19 10,20
20,09 8,12
5,85 3,.6f3
1,95 1,36
0,35 0,28
27/7
0,oo 13,87
0,oo 1,95
0,OO 6,56
0,oo 0,08
0,oo 0,03
vg
0,OO 2,05
0,oo 2,39
0,oo 0,53
0,OO 0,16
0,oo 0,05
60
c.
SUO
- - - ma
- - - w
- noa+wu
r.
1+1wo
-__-- m
-a-w
-tW+WU
Figun? 5.2. Disbibution de l’azote minhd dans le profil du sol sous le tmitemmt TO à Niotv du Rip b 6 dates de
pi&?vements.
6 1
N-mlnhnl (llgma/10 cm)
N-mln4nl (k!J/lw10 en)
5
10
1S
20
2s
30
S
10
1s
a
0 . . . ..'...'.........'.........l
2a
zo-
1
4a
40
1
SO
SO-
S O
Mo-
100
100 -
120
140
A.
a
loa
12-7-U
27-7-n
---- Nm
----- m
--- NI44
--- NN4
110
- NOS+NlU
- NW+W
200
Z(cm)
40-
SO-
SO-
100 .
120 .
140 .
lso -
110 .
zoo-
2: F-1
Figure 5.3. Disbibution de l’azote minhd daG le profil & sol sous le baitement T3 à Nioro du Rïp d 3 &tes de
pl&W?W?l~.
X2.1.5. Evolution de la teneur en eau
La saison des pluies de cette annke se caractérise par l’installation des pluies un peu tardive,
un cumul pluviométrique élevé (917 mm; Tableau 1.2) et supérieur à la moyenne des dix
dernières années (671 mm; Tableau 1.1).
La pluviométrie utile (semis - récolte) s’élève à 870 mm; soit environ deux fois les besoins
en eau des variétés cultivées (450 mm; Cissé, 1986).
62
N-min. total (kg ha-l)
SO
00 :,,‘,:
70 :
70 - :
u TO
\\
\\,
. ,44
.----9 13
50 :
SO- :88,
. ,::
50
SO-
;;II:
! :
40
:,
-
0
~‘*‘*‘~‘~‘*‘~‘*‘~‘*l
OI”“““““““.‘.1
-10 0 10
-10 0 10
30
30 40 50
50 70 50 SO
.Figum 5.4. Evolution dès quantités d’azote minhd total Aans le prof1 (O-2,0 m) du sd au cours du temps et sous
les traitements TO et T3.
L’examen de la répartition temporelle de la pluviométrie revèle une trés forte pluie (173
mm:! tombee le 28 Juillet, environ deux semaines aprés le semis. Cette pluie a induit un
ruissellement assez important et une avancée rapide du front d’humectation qui se situait fin
Juihet à 1,3 m, alors qu’avec la pluie de semis (60 mm) le sol a été seulement humidifié jusqu’à
60 cm de profondeur.
Evolution des teneurs en eau du sol
Quinze profils hydriques ont été mesurés sur chaque tube d’accbs entre le 6 Juin et le 13
Qctobre. Qn trouvera aux Figures 5.5A et SSB des profils moyens relevés sur les traitements
TO et T3 à quatre dates caractéristiques: en sec, avant la saison des pluies (6-6-88), au semis
(15Y-88), à mi-cycle de développement végétatif de la culture (3-9-88) et à la récolte
(13-1.0-88). Les mesures hydriques effectuees montrent qu’à partir du 18-8-88 le sol a été
humidifié jusqu’au-delà de la profondeur de mesure la plus grande (2 = 3,7 m). Cette
evolution très rapide du front d’humectation est due aux fortes pluies enregistrées et aux
fréquences des pluies à partir de la fin Juillet (Figure 1.2). Cette situation rend impossible le
calcul de tous les termes du bilan hydrique, entre le semis et la recolte, par utilisation de la
methode dite de la “variation des stocks”. Cormaissance de la relation entre la teneur en eau
des couches du sol et la conductivité hydrique (K) se situant au-delà d’un mètre de profondeur
est nécessaire pour effectuer le calcul des termes du bilan par la méthode de Darcy.
Les Figures 5.6A à 5.6E présentent les profils hydriques moyens entre 0 et 3,7 m sur les
deux traitements TO et T3 à différentes dates, avant l’installation de la saison des pluies (6-6-88)
63
2 (cnl
31010
Figure 5.5. ProfiLr hydriques mesu& d 4 dutes S&U les deux tmitements: A: TO et B: T3.
. et au cours de la saison de croissance du mil. On peut noter, en examinant ces fîgures,
l’évolution presque identique de la teneur en eau du sol aux différentes profondeurs sous les
deux traitements. Pour mieux comprendre cette évolution on a effectué une analyse
systématique côte par cote. Cette analyse ne montre que des différences relativement faibles
au couches superficielles (entre 0 et 0,5 m), illustrées aux Figures 5.7A et 5.7B. En profondeur
(Figures 5.7C à 5.7E) les teneurs sont identiques ou trbs faiblement différentes (Figure 5.7E).
6 4
2 (a)
379.1
e lef
2 (CII)
2 (CIO
370,8
379#8
c
2 (es)
378,8
Fîgure 5.4. Comparaison de profils hydiiques mesu& 0 5 dates (A-E) sous les akux buitementr (TO et T3).
65
Figure 5.7. Evohttion de l’humidité du sol d di$$wates profondeurs (A-E) sous les buitements (TO et T3).
Evolution des stocks hydriques
L’évolution des stocks d’eau au cours du temps entre la surface et la profondeur atteinte
par le front racinaire (O-2,3 m) ou entre la surface et la profondeur mesurbe (O-3,7 m) ne
montre aucune différence entre les deux traitements (Figures 5.8A et 5.8B). A la mi-cycle de
développement végétatif le stock hydrique total de la couche du sol où sont présents des racines
s’élève pour les deux traitements à environ 350 mm.
Malheureusement la quantite de percolation ne peut pas déterminee cette annee. On a
supposé que la quantité de percolation a été la même pour les deux traitements Ctudiés.
66
Figure 5.8. Stock hyddque dans le profil dè lb23 m (A) et de &3,7m (B) de profondew sous les dëux traitements
(TO et T3).
E!n conclusion on peut dire que les conditions d’alimentation hydrîque de la culture ont été
très bonnes tout au long de leur cycle de croissance. Le calcul des lames d’eau évapotranspirées
par les cultures se développant sur les deux traitements mis en comparaison permettra de
préciser cette observation; ce calcul sera fait dès que la caractérisation hydrodynamique du
sol sera terminée.
5.26. Expkimentations de la culture
5.2.21. Rendements ah mil
Les résultats en kg de matière sèche par hectare obtenus à partir des prélèvements de 5
plantes individuelles pendant la saison de croissance sont présentes au Tableau 5.7 et à la
Figure 5.9 et celles fourmes par 5 sous-parcelles de 24 m2 sont présentées au Tableau 5.8. La
difference entre les rendements des C- et T-parcelles peut être expliqué par l’effet de labour
causé par la différence de date de labour (5/6 et 6/7, respectivement). La composition d’une
chandelle est observée en plus de détail et les résultats sont présentés au Tableau 5.10. Le
67
Tableau 5.7. Poids
ciAre sAche des diffërents organes du mil Souna III
3
(kg ha ) A Nioro du Rfp en 1988 A diffdrents stades de
dlveloppement (10a: juste aprAs d(lmariaga) .
(WLV: feuilles, WLVD: feuilles mortes, WST: tiges, WSTD:
tiges mortes, WCOST: tiges du chandelle, UWFL: reste des
fleurs, WPAIL: paille, UGR: graines, WSRT: total partie
a&rienne, WRT: racines. WRTA: racines adriennes. WSE:
semences, UTOT: plante entidre (mpnne de N poquets ayant n
plantes par paquet) sous deux traftements (TR) : TO/Cl: tbnwin
absolu et T3/C2: labour + fumier + fwm.tre min&rale.)
TRJALNn WLV
WLVD
UST ..
USTD
WRTA
WCOST
wcom.
WPAIL
WGR
WSH
WRT
USE
WTOT
WLV:WST WSH:WRT
Cl 0 10 35 0,35*0,09 0,o
0,35*0,05 0.0
ono
oso
ono
O.JOiO,l2
0,O
O,JOf0,12
0,32*0,04 0,8J
1,89fo,ll SO:50
37~63
Cl 10 6 20 7.4fl.6
0,O
1,9*0.4
0,o
0,o
0.0
0.0
9,3* 2,0 0,o
9,3* 2,0
1,56*0,40
0,O
10,9*2,2
79:21
86:14
Cl 10a 5 3 2,5iO,5
0,O
0,6M,l
0 0
ono
o,o
3,lk 0.1 0,o
3,lk 0,l
0.34*0.5a 0,o
3,44M,6
81:19
9O:lO
TQ 12 4 3 4,7f1,6 0.0
1,3M,4
Fio
o*o
o,o
ono
6.M 2.0 0.0
6,M 2.0
-
79:21
-
Cl 17 4 3 8,3*3,1 0,03*0,06 2,6fl,O
0:O
0:o
0.0
o,o
10;9* 4;o 0;o
10,9* 4.0
2,5fo,J
0.0
13,3*4,4
77~23
81:19
TO 17 5 3 9,9f2.7 0,06iO.O9 2.6iOo.3
0,O
ono
0.0
0.0
12.6f 2,7
0.0
12,6* 2.7
2,ofo,6
0,O
14,6*3,2
79:21
86:14
TO 32 5 3 205i138 0,6*0,3
9Jf82 O.lSfo.24 0,O
0.0
0.0
303f 220
0,o
303f 220
-
JO:30
-
TO 39 5 3 464f179 2,91t1.5
324f182 1,X0,9 0,O
2,2f2,3
795f 362
0,O
795f 362
*
61:39
-
TO 47 5 3 65Jf220 9,4f4.4
856f405 2,6*1,4 33f23
34f56
1592f 666
0,o
1592f 666 xxxxhxx 0,o
9999*999
45:55
TO6053
-
-
1028f154
-
103f107
TO 72 5 3 98JfllJ 141f 24 285Jf335
61f 23 36125
SOS* 89 769f126
5356f 645 199M342
7346f 894
-
25:75
-
TO 87 4 3 569f 92 3JU220 2804i992 18lk112 25i20
524k107 952f174
5426f1583 2673zt514
8099i2086
17:83
-
c2 0 12 40
-
o,o
0.0
o,o
oso
oso
0,96f0,06
0,O
0,96f0,06
0,40*0,10
1,20
2.56f0.10
-
37:63
C2 10 6 23 10,3*1,6 0,O
2,JH,4
0,O
0,O
0.0
0.0
13.0* 2,0
0,o
13,Of 2.0
1,8* 0,4
0.0
14,8* 1,9
79:21
aa:l2
C2 10a 6 3
2,6M,J 0,O
O,Jf0,2
0,O
o,o
0.0
oso
3,3* 0,9
0,o
3,3* 0,9
0,37f0,06 0,O
3.6Jf0.85 78~20
go:10
T312 53
J,Jf2,5 0,O
2,0*0,a
0.0
o,o
0.0
OP0
9,7* 3.3
0,o
9,7* 3,3
80120
-
C2 17 3 3 16,4fJ,l 0.0
5,0*2,2
0,o
0.0
o,o
0.0
21,4* 9,3
0,O
21,4f 9.3
2,Of 0.4
0,o
23,4f9,6
77:23
91:9
T3 17 5 3 32,8f9.3 0,O
10,5*3,a
0,o
0.0
0.0
o,o
43.3*13,0
0.0
43.3*13,0
4,4* 1,4
0,o
47,7*14,3
76~24
91:9
T3 32 5 3 604f186 1.3f0.2
410*206 0.39*0,36 0.0
0.0
o,o
1016f 390
0,O
1016f 390
61:39
-
T3 39 4 3 JJ6f548 6,1f3,7
623f268 2,afl.J 0,O
3,gil.J
1412f 404
0,O
1412f 404
-
57:43
-
T3 47 5 3 1394f356 24.3flJ.J 3026i912 12.21112.2 142*42
265f157
4864*1430
0.0
4864f1430
YYYYWYY
0.0
zzzzfzzz
32:68
T3 60 5 3
-
13921235
451f383
T3 72 4 3 1229f119
232k90
4279i302
101127
97f40
647* 36 1015*77
7600f528 2981f601
105811: 801
23~77
-
T3 87 5 3
847f352
541f97
4556f1366
189f51
69*45
659fllO 1110185
797Uz1890 3675f286
1164612083
15:as
-
randmmnrt (kg ha-l)
14QOO
- TO
--13
12000
Figure 5.9. Pro&ction pondhale du mil sous les 2 trtaitements (TO et T3) en fonction & temps.
Tableau 5.8. Nombre d'épis et poids matiére sèche (kg ha-l) du mil Souna
III 2 Nioro du Rip en 1988.
(A: sous 4 traitements (TR) d 81 JAL (moyenne de cinq
souspar-celies de 24 m2); TO: thmoin absolu; Tl: labour +
fertilisation minérale; T2: labour + fumier; et T3: labour +
fumier + fumure min&-ale et 8: B 87 JAL avec de la matière
organique enfouie dans le sol: 813 sacs avec du paille et B24
sacs avec du fumier (moyenne de 5 poquets), RE: Reste des
épis.)
fi.
nombre
paille
RE
grains
total
A)
TO
4 9 8 9 6 f 1 9 3 6
4354 i 363
980 f 97
2310 f 2 3
7644 f 370
Tl
60729 f 7066
5521 f a48
949 f 122
2438 f 325
8908 f 1172
T 2
47917 zk 3333
4534 f 402
789 f 142
2029 i: 364
7352 f 893
T 3
51667 f 2917
6067 f 285
993 f 4 7
2717 f 245
9777 f 527
B)
B13
56875 + 4419
5325 i: 813
983 f 5 0
2509 f 249
8817 f 1112
B24
57708 f 2652
5632 f 404
1002 f 1
2450 f 201
9084 f 204
69
Tableau 5.9. Nombre d'épis et poids matière sèche (kg ha-l) du mil Souna
III à Nioro du Rip en 1987, moyenne de 32 parcelles de 25 m2
avec un fertilis tion de 150 kg ha -9 de fumure minérale (14-7-
7) et 100 kg ha -f d'urée (P: 900 mm) (Cissé, non-publié).
Nombre d'épis
pailles
reste des épis
grains
total
74563 f 9201
9713 f 774
1368 f 119
2631 f 224
13711 f 939
Tableau 5.10. Composition d'un épi de mil (Souna III) par rapport au poids
matière sèche des grains d '&Pi (PGR).
A: à 81 JAL sous les 2 traitements (TR), avec 5
répétitions (R) d'un échantillon de 10 épis; TO: témoin
absolu et T3: labour + fumier + fumure minerale et B: à 87
JAL sous les deux traitements (TR) avec de la matiére
organique contenue dans les sacs et enfouie dans le sol: Bl &
B3: paille et B2 & B4: fumier, R: nombre d'épis, M: moyen.
T R R
PGR
tige/PGR
f leur/PGR
reste d'épi/PGR
A)
TO 5
39,223
0,091
0,313
0,404
5
46,874
0,091
0,316
0,407
5
52,634
0,093
0,303
0,396
5
49,668
0,094
0,299
0,393
5
32,470
0,106
0,387
0,419
M
44,174f8,224
0,095f0,006
0,324f0,036
0,419*0,042
T3 5
58,248
0,086
0,263
0,349
5
58,119
0,080
0,277
0,357
5
51,251
0,077
0,254
0,331
5
57,348
0,094
0,299
0,393
5
40,909
0,093
0,316
0,408
M
53,175*7,446
0,086f0,008
0,282f0,026
0,368f0,032
B)
Bl 22
49,428
0,093
0,286
0,379
B3 18
53,946
0,099.
0,307
0,406
M
51,687133,195
0,096f0,004
0,297*0,015
0,393 f 0,019
B2 19
48,609
0,097
0,289
0,386
B4 15
40,816
0,109
0,325
0,434
M
44,713*5,510
0,103f0,008
0,30710,025
0,410 Lt 0,034
70
rapport (en pour-cent) du poids des gaines h celui de la matière sèche des tiges s’élève a la
récolte respectivement sous les traitements TO et T3 à 17,4+ 3,4 et 14,4-c 1,4%; la moyenne
générale étant égale à 15,6 2 2,9%.
Pendant la période entre le 39ème et le 47eme JAL sous le traitement T3 la croissance de
mil etait très élevée, qui, exprimée en poids de matibre sbche, est de valeur de 430 kg ha’j-l
(Tableau 5.7). Une telle croissance a été observée sur le maïs sous irrigation avec fertilisation
par ‘Yanuka et al. (1982).
Le résultat sur le rendement des grains sous traitement 13 obtenu cette année est du même
ordre de grandeur que celui de l’année précédente (Tableau 5.9). Cependant le poids matière
sèche de tige est 62% environ de la valeur obtenue en 1988. La différence peut être expliquée
par la disponibilité de phosphore du sol après plusieurs années sous culture d’arachide. L’effet
diminue après la première année.
La croissance du mil étant fonction du rayonnement absorbe par la plante. On trouve en
,géneral un rapport linéaire entre la production de matiére sèche et la quantité totale du
rayonnement absorbé par des feuilles (Monteith, 1977). La Figure 5.10 illustre que la relation
n’est pas linéaire au cours de la saison. Au-delà d’une absorption de 700 MJ mm2, le rapport
.augmente fortement. L’efficacité de production par unite de la radiation passe de 2,98 à 12,83
:kg MJ’l. La valeur de 2,98 corresponde à la valeur moyenne de 2,8 des données (rangée 2,l à
:3,8) citées par Kiniry et al. (1989). Potentiellement, la culture a une possibilité d’augmenter
sa efficacité très fortement. Une explication pour ce phénomène peut être l’augmentation de
:la capacite de photosynthèse causée par un ‘pouvoir de puits’ fort (si&strength), c’est-à-dire
(quand la demande pour les produits photosynthétiques est très grande (par exemple pendant
rond- (kg ha.1)
3soo r
-F - -w5+@s*PM
- - - - - -7907 + 1203*PM
Figue 5.10. Estimation & la production de mati2~ sèche du mil sous le bubment 73 en fonction du rayonnement
absorbl par la plante.
71
le stade de développement de Mage), la photosynthèse sera stimulée. Cette augmentation
potentielle est pris en compte dans le modèle de simulation par un facteur de stimulation
(valeur de l/CVSS) [hIIL88, Ligne 62201. Celui-ci est fonction de la distribution des produits
photosynthétiques et est illustré à la Figure 5.11 [MIL88, Ligne 22001.
1
I
I
I
I
I
I
I
I
I
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.1)
03
1
FS1 + FRES
Figwv 5.11. Facteur de stimulation dè la vitesse d’assimilation en fonction de la disbibution despmduits
d’assimilation nette dans les tiges et n$ewes.
Distribution des produits d’assimilation nette
La distribution des produits d’assimilation nette, utilisée dans le modèle de simulation, est
présentée à la Figure 5.12 [MIL.%, Ligne 2090-21501. Il faut noter que on n’a pas déterminé
le poids matière sèche de réserves, donc la distribution concernant cette partie est une
estimation. La distribution vers les racines est aussi une estimation parce que les résultats des
matières sèches ne sont pas encore disponibles.
Facteur de réduction du démariage
La valeur de ce facteur est spécifique pour chaque organe et dans l’expérience on a obtenu
des valeurs de 0,2!5; 0,26; et 421 pour les feuilles, les tiges et les racines, respectivement
[MlL88, Ligne 21901.
72
Figure 5.12. La disbibution des produits d’arsimihtiotm nette parmi les oqanes de la cuItun.
X2.2.2. Taur et absorption de l’azote et de phosphore
Les résultats des analyses de N et de P sont présentés aux Tableaux 5.11 et 5.12,
respectivement. Les résultats des analyses des tiges et des gaines faites à la récolte sont
presentbs au Tableau 5.13. En utilisant les poids de matière sèche (Tableau 5.7) on a calcule
les absorptions de N et de P par la culture pour la production aérienne (Figures 5.13A et 5.13I3,
respectivement).
Azote
Tableau 5.11 montre que les taux de N des feuilles diminuent au cours de la saison de
croissance, comme on l’observe en général. La différence entre les deux traitements est
négligeable. A la récolte le taux de N des gaines est pratiquement le même pour le TO et le T3
(T’ableau 5.13). Le taux d’azote moyen de ka paille sur le TO et le T3 à la récolte a une valeur
de 0,96 et 1,07%, pour le biomasse aérienne totale les valeurs sont identiques (1,42%). Sous
des conditions non-fertilisées à la récolte Penning de Vries & van Keulen (1982) ont trouvé
une rangée de 0,6 à 1,0% pour la biomasse aérienne totale des graminées. Le Mémento de
1’Agronomie (MdlC, 1977) donne une valeur de 0,6% pour la paille de mil. Le taux d’azote
sur le TO semble donc très élevé.
Une telle valeur est possible théoriquement, si un autre élément nutritif est limitant.
L’nflément le plus vraisemblable est le phosphore (Penning de Vries & Djiteye, 1982). Le
rapport P/N de la biomasse aérienne donne une indication utile pour se prononcer du déficit .
relative éventuel des éléments nutritifs. Les valeurs du rapport P/N de la biomasse aérienne
73
Tableau 5.11. Taux d'azote (X) des différents organes du mil (Souna III) à
Nioro du Rip en 1988.
(A: & différents stades de développement, LV: feuilles,
LVD: feuilles mortes, ST: tiges, STD: tiges mortes, COST:
tiges de la chandelle, COFL: reste des fleurs, GR: grains,
RT: racines et RTA: racines aériennes. TO/Cl: témoin absolu;
T3/C2: labour + fumier + fumure mindrale, et B: à 87 JAL sous
les 2 traitements (TR) avec de la matière organique contenue
dans les sacs et enfouie dans le sol: B13: paille et B24:
fumier.)
TR JAL
LV
LVD
S T
STD
%TA
COST
COFL GR
RT
A)
C l
0
5,93
-
C l 1 0
5,17
-
3,93
1,72
TO 1 2
4,76
-
4,32
C l 17
3,88
-
3,05
-
TO 17
3,ll
-
1,90
1,55
TO 32
3,61
-
2,48
-
-
TO 47
3,40
1,39
1,61
1,06
1,34
1,97
x,=
TO 6 0
-
2,83
-
T O
72
2,65
1,67
0,71
1,36
1,25
0,89
l,oo
2,44
T O
8 1
-
-
0,74
0,97
2,33
TO 8 7
2,14
1,53
0,66
1,17
1,22
c 2
0
4,54
-
2,3
C 2
1 0
5,64
-
3,97
-
1,79
T 3
12
4,76
-
4,20
c 2 1 7
5,23
-
3,51
1,84
T 3
1 7
4,29
-
2,99
1,55
T 3
3 2
3,39
-
2,24
-
T 3 4 7
3,26
1,54
2,12
1,27
1,48
2,18
X,xX
T 3
6 0
-
-
-
--
s
3,00
T 3
7 2
2,64
1,79
0,88
1,25
1,04
0,83
1,06
2,12
T 3
8 1
-
0,84
l,oo
2,33
T 3
8 7
2,43
1,67
0,79
0,97
1,35
-
B)
B13 8 7
2,08
B24 8 7
2,ll
du TO et du T3 de 0,13 et 0,14, respectivement, sont à niveau dans le même ordre de grandeur,
et elles se trouvent près de la limite maximale de 415 (De Ridder et al., 1982) si le taux de P
a &é bien déterminé (voir ci-aprh). Ceci indiquerait un déficit relatif de N en comparaison
avec P. Il n’est pas question d’un déficit absolu de ces éléments cependant, car dans ce cas on
aurait trouvé un taux de N et de P minimal à la rfxolte de 0,s et de 0,05%, respectivement.
(De Ridder et al., 1982). La paille seule a cependant déjà un taux de N d’B peu près 1% pour
TO et T3 (voir ci-dessus), son taux de P est de 0,14 et O,lS%, respectivement (voir ci-dessous).
En autre mots, il a étQ question d’une consommation de luxe des deux éléments sous les deux
.
74
Tableau 5.12. Taux de phosphore (X) des différents organes du mil (Souna
III) à Nioro du Rip en 1988.
(A: à différents stades de développement, LV: feuilles,
LVD: feuilles mortes, ST: tiges, STD: tiges mortes, COST:
tiges de la chandelle, COFL: reste des fleurs, GR: grains,
RT: racines et RTA: racines aeriennes. TO/Cl: témoin absolu;
T3/C2: labour + fumier + fumure minérale, et B: d 87 JAL sous
les deux traitements (TR) avec de la matière organique
contenue dans les sacs et enfouie dans le sol: 813: paille et
B24: fumier.)
TR JAL
LV
LVD ST
STD
RTA
COST
COFL GR
RT
A)
C l
0
0,637
0,390
C l
10
0,309
0,315
0,180
TO 1 2
0,559
0,450
C l 1 7
0,377
TO 1 7
0,395
0,392
TO 3 2
0,320 0,167
0,303
TO 4 7
0,310 0,092
0,249
0,174
0,512
-
TO 6 0
0,424
TO 7 2
0,224 0,113
0,147
0,088 0,149 0,321
T O
8 1
-
0,125 0,149 0,292
TO 8 7
0,263
0,129
0,123
0,118
0,218
c 2
0
-
0,637
0,390
c 2
1 0
0,328
0,300
0,180.
T 3
1 2
0,559
0,460
c 2 1 7
0,420
0,364
T 3 1 7
0,429
0,392
T 3
3 2
0,412
0,113
0,349
T3 47'
0,401
0,118
0,399
0,105
0,202
0,609
T 3
6 0
-
0,395
T 3
7 2
0,251
0,105
0,110 0,150 0,318
T 3
8 1
-
-
0,118 0,150 0,303
T3 87
0,260
0,137
0,118
0,196
B)
B13 8 7
-
0,274
B24 8 7
-
0,270
Tableau 5.13. Taux d'azote (N, X)) et de phosphore (P, X) des tiges et des
gaines du mil Souna III B 87 JAL B Nioro du Rip en 1988 sous
deux traitements.
(TO: témoin absolu et T3: labour + fumier + fumure
minérale.)
N/TO
WT3
P/TO
P/T3
tiges
0,58
0,74
0,092
0,124
gaines
1,06
1,ll
0,274
0,216
tiges + gaines
0,66
a,79
0,123
0,137
75
abe. do N (kg ha-l)
1 7 5 t
A.
- TO
150 -
- - - 13
125 -
rba do P (kg h-1)
Y
6.
- TO
-
0
---n
)---- -
40
2 0
20-
0
a/
0
.’
/j
,
15 -
10 -
Figunz 5.13. Evolution des quantitks d’azote (A) et de phosphore (B) mobiliséespar le mil sous les deux b-aitements
(TO et T3) à Nion> du Rip en 1988
traitements, une consommation qui a &é relativement la plus élevée pour le P. Il faut ainsi
conclure que la disponibilité de N et de P du TO est beaucoup plus élevée que l’on s’attendrait
pour un témoin sur les sols de la région.
76
Ceci est confirmé par l’absorption totale d’azote pour la biomasse aérienne, qui a été 115
kg ha-’ sur le TO au lieu de quelques dilaines de kg trouvées normalement (Roswall, 1980).
La quantité élevée absorbée n’est pas en concordance avec la quantité d’azote minéral
mesurée dans le profil (O-2 m; Figure 5.4), ce qui indiquerait que les valeurs obtenues lors de
la détermination de l’azote minéral du sol risquent d’être sous estimées. Donc, si ni l’azote ni
le phosphore est un élément nutritif limitant sur le TO et le T3, tandis qu’on a également
conclue que la disponibilité d’eau n’a pas été limitative (partie 5.2.1.5) il faut conclure qu’un
autre élément ou facteur a été plus limitatif que N et P vers la fin de la croissance.
L’apport de N sur le traitement T3 a eté de 65 kg ha-’ par la fumure minérale (Tableau 1.5)
et 32 kg ha-’ par le fumier (Tableau 2.5). Si on suppose que le mil se développant sur T3 a
mobilisé du sol la même quantité que le mil sur le TO alors, sur T3, le mil aurait consommé
(165-115 = ) 50 kg ha-’ provenant de l’engrais minéral et de la décomposition du fumier, soit
52% des quantités de N fournies par ces deux sources. Sous conditions sahéliens l’utilisation
d’engrais est fonction de la disponibilité d’azote du sol, de la pluviométrie et de la forme
d’engrais (urée, NPK, etc.). Ce pourcentage, étant relativement élevé, pourrait suggérer qu’il
a été question d’une situation avec relativement peu de pertes, tandis que la disponibilité de
N du sol non-fertilisé est basse (Penning de Vries & Djitèye, 1982, p.208). Ceci est en
contradiction avec la récolte élevée de hI sur TO.
Après ces considérations, on doit conclure que le traitement TO ne se comporte pas comme
un témoin non-fertilisé. Ceci est confirmé par l’absorption totale de 34 kg ha-’ de N par le
mélange des graminées et du mil sur le sol non-fertilisé (partie 3.2); le TO en donne plus de
80 kg ha-’ de N de plus! Nous avons pensé d’abord à la grande pluie du 28 juillet qui aurait pu
causé une contamination par ruissellement de TO à partir de T3, et même de Tl et T2. Mais
les récoltes élevées sur Tl et T2 (Tableau 5.8) sont déjà difficilement à expliquer sans des
pertes du fumier et de l’engrais, et si on suppose seulement une perte de T3 pour expliquer le
rendement élevé de la matière sèche et de l’azote sur le TO, le recouvrement d’azote sur le T3
dépasserait 100%.
On est obligé de conclure que l’histoire de la fertilisation et des cultures de notre parcelle
semble de perturber nos analyses. Seulement dans la mesure qu’elles se basent sur des analyses
chimiques de la matière sèche récoltée, elles pourront être vérifiées. Quelques échantillons
ont été analysées déjà au Sénégal de même qu’aux Pays-Bas. Les résultats en ce qui concerne
les taux d’azote et de carbone sont semblables, mais le taux de P trouvé aux Pays-Bas est
presque 2 fois (1,83) plus basse qu’au Sénégal. Des vérifications additionnelles sont en cours.
Ces considérations et les problèmes dejà signalés pour la détermination de l’azote minérale
(partie 5.1) impliquent qu’il est devenu impossible de quantifier les différentes sources de
l’azote mobilisé (sol, engrais minéral, fumier, etc.) à partir des essais de 1988.
Pour le modèle de simulation on a besoin de la vitesse d’absorption d’azote potentielle. En
utilisant Figure 5.13A, on a obtenu une valeur de 6,l kg j-l, qui correspond à celle du blé (van
Keulen & Seligman, 1987).
APhosphore
Les données ci-dessous sont à utiliser avec précaution, car c’est possible que les taux de P
ont été surestimés. Ceci est plus vraisemblable qu’une sous-estimation du taux de P dans les
tfchantillons analysés aux Pays-Bas, vus les niveaux élevées des taux de P observés, et vu le
rapport P/N de 0,35 trouvé pour le mélange de mil et des graminées sur sol non-fertilisé (partie
3.2).
77
Tableau 5.14. Longueur moyenne des racines par plante (RTLTOT, Fim) et
longueur spécifique des racines (RTSL. 10+3 m kg- ) du mil
Souna III à différents stades de développement à Nioro du Rip
en 1988 (10a: juste après démariage).
(Moyenne de n poquets sous les 2 traitements (TR) TO/Cl:
labour et T3/C2: labour + fumier + fumure minérale.)
JAL TR
RTLTOT
RTSL
n
TR
RTLTOT
RTSL'
n
0 Cl
5,7 f 1,o
62,3 f11,7 1 0
c 2
4,6 f 1,3
45,4 +10,6 1 0
1 0 C l
28,5 f 5,l
37,0 f 4,6
6
c 2
29,3 * 9,4
37,l f 3,6 6
10a C l
33,0 f 3,4
29,7 Lk 5,l
5
c 2
33.7 f 6,l
27,9 f 4,7
6
17 C l
171,6 f24,8
22,l f 6,0 4
c 2
131,6 f 8,8
20,2 * 3,7
3
1 7 T O
125,6 f28,l
20,7 f 9,3
5
T3
246,6 191,7
16,9 f 1,7
5
4 7 TO
Tableau 5.15. Poids matière sèche (g m-') et des racines et en rapport au
poids total (X) a diffërentes profondeurs (m) et récoltés à
la floraison sous les deux traitements à Nioro du Rip en
1988.
(Moyenne de 3 observations.)
T O
T3
MS
x
MS
x
Couche
0,oo - 0,lO
4,543
52,9
9,754
52,6
0,lO - 0,20
0,836
937
3,235
17,4
0,20 - 0,30
0,258
390
0,702
398
0,30 - 0,40
0,266
3,l
0,258
194
0,40 - 0,50
0,226
2,6
0,283
1,5
0,50 - 0,60
0,218
2,5
0,225
182
0,60 - 0,70
0,191
2,2
0,243
193
0,70 - 0,90
0,405
4,8
0,455
2,5
0,90 - 1,lO
0,270
391
0,500
2,7
1,lO - 1,30
0,261
390
0,531
299
1,30 - 1,50
0,409
4,g
0,989
5,3
0,50 - 1,70
0,352
491
0,575
391
0,70 - 1,90
0,217
2,5
0,527
2,8
0,90 - 2,lO
0,108
193
0,260
1,4
2,lO - 2,30
0,023
0,3
0,018
091
Total
8,583
100
18,555
100
78
Le taux de P des organes à la floraison sous le traitement T3 est plus élevé (environ 33%)
que celui-ci sous le traitement TO (Tableau 5.12), mais après ce date la différence diminue
rapidement. A la récolte le taux de P db la paille sur le TO et le T3 a une valeur de 0,14 et
0,15%, respectivement et pour le bioma$se aérienne totale le taux de P est égale sous les deux
traitements à 419%.
L’apport de P sur le traitement T3 est de 31,5 kg ha-’ par la fumure minérale (Tableau :1.5)
et 16 kg ha-’ (non-corrigé) par la décomposition du fumier (Tableau 2.5). On observe une
différence de l’absorption de P entre les deux traitements (TO et T3) d’environ 7,5 kg ha-’
(Figure 5.13B). En général le recouvrement de P est beaucoup moins élevé que celui de N.
La valeur de 7,5/47,5 = 0,16 est environ’55% de celle de triple super phosphate (van Keuley
cornm. pers.). La quantité absolue de P absorbée sous le TO (15 kg ha-‘) est à peine 3 kg ha-
plus élevée que par le mélange de mil et des graminées (partie 3.2). En pourcentage il s’agit
moins de 25% tandis qu’en cas d’azote le rendement est 240% de plus (voir ci-dessus).
L’histoire de fertilisation et de culture ‘qui pertube notre expérience vraisemblablement a
influencé donc notamment la disponibilité en azote. Il faut donc conclure que sur les 4
traitements la disponibilité en N et en P 8 été élevée, et que les effets de la fertilisation seront
minimale.
La vitesse d’absorption de phosphore potentielle, en utilisant Figure 5.13B, s’élève à 0,9
kg j-l qui est 50% de plus qu’on a prévu. Si il n’y existe pas une carence d’azote ni de phosphore,
le rapport P/N sera 10 (Penning de Vries & Djitèye, 1982).
Les Figures 5.13A et 5.13B montrent aussi que les mobilisations de N et du P atteignent
leurs valeurs maximales après la floraison. Cette observation est différente de celles faites par
Penning de Vries & van Keulen (1982) au Mali pour une végétation naturelle et pour le mil
par Siband (1980) et Cissé (1986) sur un sol sableux du Centre-Nord du Sénégal.
5.2.2.3. Enracinement de la culture
Profondeur d’enracinement
Les résultats des prélèvements des racines sont présentés au Tableau 5.14. Les résultats du
poids de matière sèche des racines sous ‘le deux traitements, présentés au Tableau 5.15, sont
très faibles. On a attendu un poids de matière sèche d’un grandeur 8 à 10 fois que celui obtenu.
On peut noter, au Tableau 5.14, une dkfférence de longueur des racines des plantules entre
0 et 17 JAL sur les deux traitements (Cl~ et C2). Spécialement à 17 JAL les différences entre
Cl - C2, et TO - ‘I3 sont très fortes. Cette différence ne résulte pas des effets des traitements,
mais des caractéristiques physiques du sol, et notamment de la résistance a la pénétration
comme on l’a souligné auterieurement (Tableau 5.3). Chopart (1983) a aussi observé des effets
des caractéristiques physiques du sol (r$sultat du labour) sur le développement des racines
(Tableau 5.16).
Les résultats des mesures de la longueur des racines à la floraison ne sont pas encore
ldisponibles. On peut cependant s’attendre comme l’a montré Binh (1980); résultats rapportés
#au Tableau 5.17) à des couches du sol sur un même traitement et éventuellement entre les
Ideux traitements étudiés.
Les résultats de la méthode isotopi&e seront présentés par ailleurs par Binh, dans un
rapport séparé.
79
Tableau 5.16. Effet du labour sur la densit6 racinaire du mil dans le
profil du sol (en % par rapport au témoin, Chopart, 1983).
34 JAS
50 JAS
65 - 90 .lAS
profondeur (cm)
o -
30
+ 126
+ 103
+ 35
30 -
60
+ 172
+
40
+ 10
60 - 100
+
56
- 10
100 - 180
+
38
+ 42
Tableau 5.17. Longueur spécifique des racines (RTSL, 10+3 m kg-') du mil
(Souna III) en différentes profondeurs à la récolte à Bambey
en 1980 (Binh, 1980).
5
15
25
35
45
55
65
profondeur (cm)
RTSL
45,l
63,3
26,6
78,3
78,6
75,0
62,0
Dans notre expérience menée (partie 5.1), on a observé une profondeur maximum égale à
2,3 m sous le traitement avec fumier et fumure minerale (T3). Les travaux menés dans plusieurs
cas ont montré que la profondeur maximum d’enracinement du mil est très variable. Certains
auteurs ont observé une profondeur maximum entre 1,2 et 3,6 m (Kanitkar; Begg et al. en Inde,
cités par Chopart, 1980; 1983) et à 1,6 m (Wetselaar & Norman en Australie, cités par Chopait,
1980; 1983). Au Mali, Jansen & Gosseye (1986) ont mesuré une profondeur de 1,0 m. Au
Niger, ODA (1987a) a mesuré une profondeur maximum de 2,0 m environ; mais la profondeur
des racines principales ne dépassait pas à 1,2 m. Squire et al. (1987) ont trouvé une valeur
comprise entre 1,0 et 1,5 m. Au Sénégal, Chopart (1980) a trouvé une profondeur maximum
moyenne d’enracinement du Sonna III égale à 1,8 m (entre 1,6 et 2,0 m dans un sol Dior
sableux). Cissé (1986) a trouvé un effet de l’apport de matibre organique sur la profondeur
maximum d’enracinement clu mil (Souna III). Cette profondeur se situait à 1,40 et 1,70 m avec
et sans apport de matière organique, respectivement.
Considérant les donnees bibliographiques et les résultats obtenus on a fixé dans le modèle
de simulation la profondeur maximum à 2,3 m [MIL88, Ligne 2100].
Vitesse d’avancement du front
On ne peut calculer la vitesse d’avancement du front que pour les premiers trois jours, parce
que la profondeur maximum a été déterminée seulement à la floraison. Les valeurs de 2,3 et
2,8 cm j-l obtenues sont comparables à celle trouvée par Binh (1980) et qui est de 3 cm j-l.
80
Chopart (1983,198O) a observé une vimsse d’avancement du front de 1,s - 2,0 cm j-l entre le
lème et le 1Sème jour après la germination, de 35 cm j-l entre le 15ème et le 45ème jour et
de 1,2 cm j-l entre le 45éme et le 90ème jours après la germination. Selon Chopart (1983) le
labour ne paraît pas d’influencer cette iraleur.
Au Mali, Gosseye (1989) a obtenu une vitesse d’avancement du front de 2,2 cm j-l durant
la période 1-9ème jour après la germination de 3,3 cm j-l entre le 9ème et le 18ème jour; 1,7
cm j-l entre le 18ème et le 30ème jours; 1,l cm j-l entre le 30ème et le 38ème jour et 2,2 cm j-l
entre le 38ème et le 47ème jour a rès la germination. Jansen & Gosseye (1986) ont obtenu
!?
une valeur moyenne de 2 à 4 cm j- et au Niger, ODA (1987a) a obtenu une valeur moyenne
de 45 cm j-l. Squire et aZ. (1987) ont trouvé une vitesse de l’ordre de 45 cm j-l pendant les
premiers 30 jours de la croissance dans un sol sableux et une vitesse maximum de 7 cm j-l, La
vitesse d’avancement du front est donc fonction du stade phénologique de la culture, de
l’humidité du sol (van Keulen, 1975), de la densité et de la porosité du sol (Nicou & Chopart,
cités par Fusse1 et aZ., 1987).
Dans le modèle de simulation une vitesse moyenne potentielle de 5 cm j-l a été fixée
[MIL88, Ligne 21001.
Densité racinaire par couche du sol
Les données des masses racinaires mesurées à la floraison (Tableau 5.15) sont trop faibles
de tirer des conclusions. Cissé (1986) rapporte qu’environ 80% du poids totale des racines du
mil se trouvent dans la couche du sol O-O,6 m. D’apres Chopart la vitesse de croissance en
matière sèche des racines dans une couche de sol donnée est plus élevée dans un sol labouré
que sans labour (Chopart, 1983; Chopart & Nicou, 1976). L’action du labour a été illustrée au
Tableau 5.16 et des techniques cultura~es, comme l’apport de matière organique, peuvent
également stimuler la densité racinaire bar couche du sol (Cissé, 1986).
Longueur spécifique
Le Tableau 5.14 montre que la longueur spécifique varie en fonction du temps. Elle varie
également avec la profondeur du sol (Squire et al., 1987; Binh, 1980; Tableau 5.17). Les
mesures faites au 17ème jour apres la levge ne montrent pas des différences importantes entre
les deux traitements. Avec les données ‘obtenues B mi-cycle de développement végétatif ce
paramètre sera calculé pour chaque couche du sol des deux traitements TO et T3.
X2.2.4. Mesures additionnelles
Surface foliaire spécifique
Les résultats obtenus à Nioro du Rip sont présentés au Tableau 5.18 et à titre de
‘comparaison ceux obtenus à Bambey à la même année sont donnés dans ce même tableau.
Les valeurs sont à peu près égales pour les différents traitements, les différents lieus et la
différence du date de semis (14/7 à Nioro du Rip contre 4/8 à Bambey).
En utilisant ces valeurs et le poids de jnatière sèche des feuilles (Tableau 5.7), l’évolution
de l’index de la surface foliaire (LAI) a bté calculée et est présentée à Figure 5.14. Entre le
2Oème et le 60ème JAL, l’index de surface foliaire est nettement plus élevé pour le traitement
T3.
En outre, on a calculé la surface foliaire spécifique des nouvelles feuilles (Figure 5.15). Ces
résultats montrent que la surface foli)re spécifique diminue au cours de la saison de
8 1
Tableau 5.18. Surface spécifique des feuilles développées (4 kg-') du mil
Souna III à différents stades de développement (JAL) à Nioro
du Rip en 1988 (moyennes de n observations) sous 3
traitements.
(TO: témoin et T3: labour + fumier + fumure minérale à
Nioro du Rip et LFB: labour + fumure minérale A Bambey.)
TO
n
T 3
n
LFB
n
moyenne
n
JAL
0
87,O f 6,2
3
87,0 i 6,2
3
1 0
61,6 * 9,7
5
58,4 f 9,4
5
60,O f 9,2
1 0
17
46,7 f 2,7
3
40,s + 5,0
3
43,6 f 4,9
6
32
34,3 * 0,7
3
34,0 i 0,8
3
30,7 f 1,2
5
32,4 f 2,l
1 1
39
22,9 f 0,9
5
22,9 f 0,9
5
4 7
28,6 f: 1,7
3
25,2 f 3,l
3
23,0 i 0,7
5
25,l f 2,9
1 1
6 0
18,2 f 0,4
5
18,2 f 0,4
5
72
16,9 + 1,9
5
17,6 f 1,8
5
17,3 k 1,8
1 0
87
15,9 * 1,s
5
16,4 St 1,7
5
16,2 i 1,s
1 0
Tableau 5.19. Nombre de talles primaires par poquet et hauteur (cm) du mil:
Souna III à différents stades de développement (JAL) à Nioro
.
du Rip en 1988 (moyenne de n répétitions) sous deux
traitements.
(TO: labour et T3: labour + fumier + fumure minérale.)
nombre
TO
T 3
TO
T 3
JAL n
18
1 0
5,7 i: 2,s
10,O f 2,3
m
40
7 2
5,3 * 1,2
7,6 f 1,9
98,2 f 15,3
147,3 f 20,o
4 7
2 4
5,9 f 1,4
7,3 f 1,8
134,l f 37,8
201,7 f 23,8
4 9
7 2
7,0 * 1,7
7,9 f 1,9
145,8 f 24,7
216,4 f 20,s
5 4
7 2
6,6 f 1,4
8,l f 1,9
169,4 f 23,4
230,l i: 22,2
7 4
5
7,6 î 1,l
8,2 f. P,3
87
35
5,9 f 1,9
7,0 f 2,3
226,2 i 20,2
260,7 f 15,2
croissance, c’est-à-dire, les feuilles les plus jeunes sont les plus grosses. La ligne désignée a éte
utilisée dans le modèle de simulation [MIL88, Ligne 21601.
Nombre et circonference des talles primaires et l’hauteur du mil
L’évolution du nombre de talles primaires et de la hauteur du mil est présentée au Tableau
5.19. A la Figure 5.16 on a tracé les courbes d’évolution de la hauteur du mil. Le nombre et
l’hauteur sous le traitement T3 sont plus élevés que ceux-ci sous le traitement TO.
82
LAI (m2 m-2)
o--Q souM III - TO
.----a SOUM Ill - T3
Figure 5.14. Index & surface foliah du mil sous les &ux boitementi (TO et T3) h Nion, du Rip en 1988.
SIA w h-1)
OTO
AT3
- f-dumod~
20-
L
??
? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ?
??
? ? ?
? ? ? ? ?
?
? ? ?
0.4
8.8
0.8
1
1.2
1.4
1.4
1.8
2
8wad8dW
Fige 5.15. Su@ce foliah spécifique des nouvelles feuilles.
83
---
-
LN(hruteur)
65.5
-1
5
-
&
4.5
4
3.5
3
,’
2 I
2.5
0 TO (estimbe)
Y - TO (merurbe)
1.5
A T3 (e8tim60)
+----+ T3 (merurk)
1
- TO: 1.32 + 0.00 * JAL (r2 % 1.0)
-----
T3: 1.37 + 0.09 ?? JAL (12 = 1.0)
. .
0.5 FLr.l~l.l.ld.l.I.(
0
10
20
30
40
50
80
70
50
90
joura apdr lede
Figure 5.14. Evolution de l’hauteur du mil (logarithme) en fonction du stade de développement sous les deux
h-aitements (TO et T3) à Nion, du Rip en 1988.
LN(pokl8
MS)
2.6 r
- -2.89 + 0.06 (JAL) (r2 = 0.97)
Figure 5.17. Poids ma.ti& stkhe (logarithme) d’un grain de mil en fonction du stade de développement sous le
lmitement T3 à Nioro du Rip en 1988.
84
---
La circonférence des talles n’a été mesuree qu’aux deux dernières dates de prélèvements.
Pour les autres dates une estimation a été faite. Ces valeurs sont fonction du traitement
[MIL88, Ligne 21701.
Nombre de grains par chandelle et poids matière sèche d’un grain individuel
Les résultats des mesures effectuées, présentés au Tableau 5.20, montrent que ni la vitesse
de croissance d’un grain, ni le nombre des grains par chandelle ne sont constants au cours de
la saison de croissance. La Figure 5.17 montre que la courbe de croissance est de type
exponentiel. Gosseye (1989) a rapporté que la température et la quantité de fumure
influencent le nombre des panicules et des grains. En général l’intensité du flux des assimilates
de la talle vers l’épi est liée au nombre de grains à remplir (van Keulen & Seligman, 1988).
Pour le modèle de simulation la connaissance du nombre de grains potentiels est donc très
importante. Le nombre des grains est fonction du poids de matière sèche à la floraison (Spiertz
& van Keulen, 1980). La ligne de régression a et6 calculée en utilisant les données des Tableaux
5.7 et 5.19:
NUMGR = 258 E8 + 59400 * WSHTOA
(5.1)
oa
PIUMGR
= Nombre des grains (ha-‘)
WSHTOA = Poids matière sèche aérienne de la culture au floraison (kg ha-‘) [MIL88, . .
Ligne 64401.
Tableau 5.20. Poids matière séche par grain de mil Souna III (SPGRW, mg;
moyenne de lUOU), nombre de grains par chandelle (NoGR) et
poids total des grains par chandelle (TG, g).
(A: à diffërents stades de développement (JAL.) d Nioro du
Rip en 1988 sous 4 traitements A); TOl: témoin absolu; T3:
labour + fumier + fumure mindrale, et B: à 87 JAL sous les
deux traitements (TR) avec de la matière organique contenue
dans les sacs et enfouie dans le sol: B13: paille et B24:
fumier.)
E SPGRW
NoGR
TG
SPGRW
NoGR
TG
A)
TO
T 3
4 7
0,oo
0,oo
6 0
1,5410,32
1350f1340
2,11*2,19
1,72f0,37
3570f2150
6,75f5,37
7 2
5,4110,78
628Or11060
34,10f8,93
4,99*0,38
8180f 720 40,95136,45
8 1
6,90fl,Ol
68801: 680 46,9212,28
6,83*0,90
778Ok 640
52,95f7,35
8 7
6,lO
8740
53,33
B)
B13
B24
87
7,03130,62
7130f1260
55,23f19,39
7,22f0,89
6250f 960 44,80f6,83
as
Le poids matière sèche par grain de mil (Souna III) varie fortement en fonction des
conditions pendant la croissance (Tableaux 5.20 et 5.21). En considérant les mesures
effectuées et les données bibliographiques on a finalement estimé ce paramètre à 7,l 104 kg;
cette valeur sera introduite dans le modèle de simulation [Mi188, Ligne 20201.
Longueur de la chandelle
Au Tableau 5.22 on remarquera que les traitements n’induisent pas de différence
importante sur la longueur de la tige et/ou sur la longueur de l’épi.
Tableau 5.21. Poids matière sèche par grain du mil Souna III (SPGIW, mg),
nombre de grains par chandelle (NoGR) et poids total des
grains par chandelle (TG, g).
Traitement
SPGRW
NoGR TG
Référence
culture normale
7,75
Siband, 1980
culture normale
7,06
3430
24,2
Siband, 1981
culture sans azote
6,96
3391
23,6
Siband, 1981
démariage à 7 plantes
6,95
2771
19,3
Siband, 1981
avec labour
7,05
5560
39,2
Siband, 1981
sans labour
7,59
4743
36,0
Siband, 1981
culture normale
8,45
Siband, 1981
culture normale
6,92
Siband, 1981
1 pied (1978)
31,0
Lambert, 1983a
1 pied (1979)
40,o
Lambert, 1983a
moyenne
7,34
3979
30,5
Tableau 5.22. Longueur de la tige de la chandelle, longueur de l'épi et la
longueur totale (cm, moyenne de n répetitions) du mil Souna
III.
(A: à la récolte B Nioro du Rip en 1988 sous 4
traitements; TOl: tdmoin absolu; T3: labour + fumier + fumure
minérale, et B: a 87 JAL sous les deux traitements (TR) avec
de la matière organique contenue dans les sacs et enfouie
dans le sol: Bl3: paille et B24: fumier.)
TR
n
tige
n
ePi
n
chandelle
TO
2 5
37,6 f 9,8
5 0
53,8 f 10,3
91,4
T3
2 4 40,7 rt 4,l
5 0
56,l f 6,7
96,8
B13
40 37,0 LII 6,5
40
53,8 f 7,4
40
90,8 f 10,2
B24
34 40,o f 5,5
3 4
55,6 f 8,5
34
95,6 f 10,4
86
Caractéristiques du semis
La densité de semis dans les expériences est généralement d’un poquet par mètre carré,
soit 1OOOOpar hectare [MIL%, Ligne 20201. Celle-ci peut différer avec la densité généralement
observée chez les paysans (au Sénégal et au Mali) qui est d’un poquet par 0,9 x 0,9 m, soit
12346 poquets par hectare (Jansen & Gosseye, 1986; Gosseye, 1989).
Le semis est en général réalisé à une profondeur de 3 B 5 cm. La profondeur maximum du
semis a été fixée dans le modèle à 10 cm [MIL&$ Ligne 41201.
La vitesse de germination est fonction de la température (partie 5.5.2.2), et on a supposé
que la température des grains est égale à celle de la couche du sol comprise entre 0 et 0,l m
[MIL%$ Ligne 41401.
La quantité de semence utilisée dans l’expérience est de 3 kg ha-’ de MS, alors que les
paysans sèment en moyenne entre 5 et 6 kg ha-‘. Cette valeur a été utilisée dans le modèle de
simulation [FORCROS, Ligne 11301.
Taux de germination et conversion grain - plantule
Le nombre des plantules par poquet à l’émergence est 35 et 40 sous les traitements TO et
T3, respectivement (Tableau 5.7). Le nombre des grains semés par poquet est de 42; le taux
moyen de germination est donc 89%. Cette valeur est relativement forte en comparaison avec
des valeurs obtenues au Etats Units par Mohamed et al. (1989). Dans le modèle de simulation
on a fixé le taux de germination à 89% [Mï188, Ligne 13001.
Penning de Vries et al. (1989) ont estimé que le processus de germination des grains de
ctiréales à un fort pouvoir germinatif (plus de 80%) produirait 0,25 g de plantule par g de grain.
A partir de nos données expérimentales (Tableau 5.7) cette conversion a été calculée comme
0,45 g g-l. La différence constatée pourrait résulter de temps de mesure différents dans les
deux cas considérés. Lavaleur obtenue indu a été utilisée dans le modèle [Mi188, Ligne 20201.
53. Conclusion
Les expérimentations conduites ont permit de déterminer un certainnombre de paramètres
necessaires pour le modèle de simulation.
Les conditions expérimentales de cette année n’ont pas permis de mettre éventuellement
en évidence l’effet des traitements mis en place les termes du bilan hydrique et notamment
sur les stocks hydriques de la zone racinaire, sur les lames d’eau évapotranspirées par le mil
et. drainées (au-delà du front racinaire). Les conditions ont également, par suite de forte pluie,
provoqué des transferts hydriques et minéraux latéraux que n’ont pas été mesurés et qui posent
des problèmes pour le calcul du bilan hydrique et pour l’interprétation des mobilisations
minérales du mil et de la contribution des différentes sources dans l’alimentation minérale de
la plante.
Ainsi la détermination des paramètres nécessaires pour faire tourner le modèle et qui
concernant le minéral n’a pas été complété et dans certains cas il est nécessaire de reprendre
certaines mesures ou observations; ce sera un volet dans la poursuite des travaux commencés
cette année.
87
AMAX (kg CO2 ha-l h-l)
- Aegmaslon lino: 10.16 ??[N] .2.50 (r2 = 0.86)
?? Millet BK 560 (Alagrmwmy ot rl., 1996) (not uaad)
A Soum B
(Akgammmy al rl., 1989)
50
+ Millel700112 (Ahgrmwemy et rl., 1999)
x Millet BJ 104 (Abaammfw ot a).. 1999)
c Millot BK 980 ~Al$jamwarr& el ai.; 1994j
o Panicum maximum (Bolton & Brown, 1990)
0 Panlcum maximum (Wilson, 1979)
40
0
30
20
1 0
I
I
0
2
3
N % dr fwillos
Figum 5.18. vitesse maximale d’asshilation de mil en fonction du tmrx de N des feuilles.
88
5B. Paramètres bibliographiques
5.4. Paramètres de la culture
5.4.1. Caractéristiques de la photosynthèse
La production de la matière sèche resulte du processus d’assimilation du CO2 par les
feuilles. Dans le modèle de simulation ce processus est caracterisé par deux paramétres
principaux: la vitesse maximale d’assimilation du CO2 (AMAX) et l’efficacité initiale
d’utilisation de la lumière (EFF).
La vitesse maximale d’assimilation de C@ du mil, plante de type C4, a été estimée à 70 kg
<:a ha-‘h-l (Jansen 8z Gosseye, 1986). Cependant des expériences ont démontré que le taux
d.‘azote des feuilles peut limiter cette vitesse (van Keulen & Seligrnan, 1987). Les données
d.isponibles SUT mil (Alagarswarny et d., 1988) et Panicum maximum (Wilson, 1975; Bolton &
Ekown, 1980) utilisées ont permis de tracer la courbe de la Figure 5.18 qui permet de calculer
la vitesse maximale d’assimilation de CO2 (AMAXN) par l’équation:
AMAXN = 10,16 * NCLV - 250
(r2 = 0,86)
(5.2)
Où
NCLV = Taux d’azote des feuilles.
La valeur de ce paramètre (AMAXN) ainsi obtenue est seulement valable sous des
conditions optimales. En général la temperature optimum d’assimilation pour les espèces C4
est supérieure à 13 “C (de Wit et aZ., 1978); et selon Penning de Vries et aZ. (1989) c’est au
moins 25 “C. Jansen & Gosseye (1986) ont avancé pour le mil un optimum de température
entre 20 et 40 “C. Dans le modèle de simulation on a retenu la gamme 13-40 “C comme
intervalle de température optimum [MIL88, Ligne 20501.
L’efficacité initiale d’utilisation de la lumière a eté estimée par Jansen & Gosseye (1986)
a 0,40 kg CI‘@ ha-’ h-l/J mm2 s-‘; van Kraalingen & van Keulen (1988) ont utilisé une valeur de
0,45 kg C& ha’ h’/J m2 s-l [MIL88, Ligne 20401. Du fait que l’importance relative de la
photorespiration augmente avec la température, la valeur réelle de cette efficacité diminuera.
Cette valeur pour les espèces C4 est constante à 40 “C, mais elle diminue rapidement à partir
de 45 “C (Penning de Vries et d., 1989) [MIL88, Lignes 2050 et 62201.
5.46. Processus de la germination
La simulation de la germination et de l’émergence est très difficile, parce que les conditions
de l’environnement des grains ne sont pas faciles à déterminer de manière précise (Penning
de Vries et aZ., 1989). Dans le modèle de simulation les processus de la germination et de
l’émergence sont décrits comme fonction de la température et de la quantité d’eau dans la
couche de germination.
Les grains de mil (variétés Sanio (Sénégal), Kala (India) et Oasis (Niger)) germent à partir
de 8-13,5 “C; la température optimum se situant entre 29-37 “C. La germination est inhibée si
la température dépasse 40-45 “C (ODA, 1987b). D’autres auteurs (cités par Gosseye, 1989)
ont trouvé pour la germination d’autres variétés une température minimum de 10-15 “C,
89
optimum de 32-35 “C et maximum de 39-48 “C. Dans le modèle la température minimum est
fixée à 12 OC, l’optimum à 30-35 “C et le maximum à 42 “C. Une relation linéaire entre la
température minimum et optimum et entre la temperature optimum et maximum a été
supposée.
Pour décrire l’influence du facteur hydrique sur le processus de la germination 3 phases
sont distinguées. La phase 1 c’est l’imbibition qui est un processus bien rapide. Peu d’eau est
absorbée pendant la phase 2, celle de la préparation métabolique. Une augmentation forte de
l’absorption d’eau annonce la troisième phase, celle de la germinationvisible (Bewley & Black,
cités par Breman et al., 1982).
La teneur en eau du sol optimum est déynie comme 1,2 fois celle au point de fletrissement
permanent, exprimée en cm d’eau par cm de sol (van Keulen & Seligman, 1987).
Si la température du sol se situe entre 30 et 35 “C et si l’eau n’est pas limitante, la germination
commencera directement. Siband (1980; 1981) a observé que 50% des grains de mil (Souna
III) germinaient après 4,2 heures (température inconnue), 80% apres 5 heures et 100% après
10 heures. La racine séminale apparaît in-situ entre 24 et 48 heures apres la première pluie
(Chopart, 1983). L’émergence commence 2 jours après semis et est complete 3 jours après
semis (Gosseye, 1989). Dans le modèle de simulation on a fixé l’émergence à 3 jours après
semis.
Si la température se situe entre 12 et 30 “C ou entre 35 et 42 “C, dans les mêmes conditions
hydriques l’émergence est complète après 4 jours [MIL88, Ligne 41901.
Si l’humidité du sol est optimale mais la température du sol est tres élevée (plus de 42 “C)
ou tres faible (moins de 12 “C) la germination s’arrête, mais pourra redémarrer si moins que
5 jours après ce moment la temperature est favorable, si non, les grains meurent [MIL88, Ligne
41701.
Si après la germination commence le sol se desseche, celle-ci s’arrêtera presque aussitôt.
Elle reprendra si l’état hydrique du sol redevient satisfaisant. Sinon, les grains meurent
[MIL88, Ligne 41801.
Le processus de la germination dans le modèle de simulation est illustré à la Figure 5.19.
5.5. Paramètres additionnels
55.1. Teneur en azote d’eau des pluies
A Nioro du Rip la concentration en N des eaux de pluies est de 0,24 ppm, soit 2,4 g ha-’
mm-’ de pluie (1976-1978) (Piéri, 1979). Cette concentration est du même ordre de grandeur
que celle obtenue par Krul et aZ. (1982) et qui s’élève à 0,3 ppm.
Par ailleurs la déposition sèche d’azote (absorption par le sol et la végétation) a été estimée
conune étant nulle dans les déserts, et égale aux apports par les pluies dans les zones humides
(Soderland & Svensson, cités par Krul et aZ., 1982). Sur cette base Krul et aZ. (1982) ont estimé
une déposition sèche d’azote équivalent à la moitié des apports par les pluies dans les régions
tropicales semi-arides.
La derniere contribution aux taux de N des pluies sera la quantité de NOx. Ce total a été
estimé a 0,2 ppm (Krul et aZ., 1982).
On peut donc estimer à 0,56 ppm environ la concentration en azote des eaux des pluies.
Cette valeur a donc été utilisée pour la simulation faite [NIOROlSN.DAT].
90
émergance -oui-2 -croissancr de l
a
culcura
a r é a l i s é
___,_._._.
. ..+.......
début de la
geminacion
-__._______------_-______
.___________.-
___.___.._____.__...-.~*
a rballsé
- o u i - > températur. ssf favorabh
- o u i :> 1,s.~. da l ’ e a u - o u i -> tempéracura est opctmale
SDDYPT -
SDDYPU -
SDCERP -
SDCERP -
SDDYPT + DELT
SDDYPV + DELT
SDCERP + DELT
SDCF.RF + DEL1 + 1 . 5
-possibh
-
SDDYPT < 5
SDDYPW < 5
sDcERPc5
Figwv 5.19. Pnfsentation schbwtique du processus a% la gemukation et de l’t!mergence comme il est dtbit dans le
mod2Ie de simulation [MU& Lignes 4&%4270].
5.5.2. Quantité et qualité des rbidus de récolte
La masse de matière organique provenant du système racinaire du mil de l’annee
pr&cédente qui reste dans le sol, est estimée à 350-400 kg ha-? La valeur réelle d’apport est
probablement plus importante, par suite de la dégénérescence d’une partie du système
racinaire en cours de la saison de croissance (Chopart, 1983). Mais on suppose que cette partie
des racines se decompose durant le cycle végétatif. La quantité des résidus de récolte
introduite dans le modèle a été fixée à 400 kg ha-’ [NIOROlSN.DATJ
L.a qualité de la matibre organique a été caractérisée par le taux de N et de C. Leurs valeurs
sont 0,0086 et 0,4 g g-l, respectiveme,nt [NIOROlSN.DAT].
9 1
AMAX (kg CO2 ha-1 h-l)
0.2
0.4
0.0
0.0
1
1.2
1.4
t.0
1.1
2
Stado da d&wbwmœd
Figue 6.1. Vitesse d2assimihtion mbmale simult!e en fonction du stade & développement.
1ooQ -
0
606-
8.
-
-
?????
0
0.2
0.4
0.6
0.6
1
1 . 2
1.4
1 . 6
1 . 6
2
?
0.2
0.4
0.6
0.6
,
1.6
1.4
1.6 1.6
2
sIad* da d4wloppomonI
SINO do d4nloppmml
I
Figue 62. Poids (matidnz séche) des feuilles (A) et index sqtàce foliah correspondant (B) en fonction du stade de
dheloppement.
9 2
6. Simulation de la croissance du mil
6.1. Préliminaires
Avant de présenter les résultats de simulation, il faut noter que:
- le bilan d’azote n’est pas encore testé; mais le taux de N des feuilles mesuré pendant la
saison de croissance a été introduite comme une fonction dans le modèle de simulation.
- le poids de matière sèche des racines mesuré est trop faible pour calibrer le modèle de
simulation.
- l’évaporation a été calculée au début de la saison de croissance avec un index moyen de
surface foliaire estimé à l’hectare; par conséquent, le bilan hydrique calculé par le modèle
de simulation pourrait présenter des écarts avec celui mesuré.
- on a seulement essayé de calibrer le modèle de simulation à partir des résultats obtenus en
1988. Le temps disponible n’a pas permit de valider le modèle de simulation en utilisant
d’autres données disponibles (p.e. les poids matière sèche à la récolte à Thilmakha en 1986
et en 1988).
- le taux de réserves dans les tiges n’a pas été mesuré; le poids de matière sèche de réserves
utilisé est donc une estimation à vérifier ultérieurement.
6.2. Résultats et interprétations
6,,,2.1. Paramètres physiologiques
La Figure,6.1 montre l’effet de la grande demande de produits photosynthétiques par les
tiges pendant le montaison sur la vitesse maximale d’assimilation de CO2 (AMAX). Des
travaux menés ont aussi rapporté une croissance élevée pendant cette période (Yanuka et d.,
11J82).
6,2.2. Evolution des poids de matière sèche des organes
L’évolution des poids matiere sèche de; feuilles est présentée à la Figure 6.2A. L’index de
surface foliaire est présenté à la Figure 6.2B. Les quantités des réserves (simulées), des tiges
+ gaines + réserves, des inflorescences et des grains (obtenues par simulation et mesures)
sont présentées respectivement aux Figures 6.3A à 6.3D. Les poids de racines et la profondeur
d’enracinement (simulés) sont présentés % la Figure 6.4. Le poids matière sèche de la partie
aerienne totale est présenté à la Figure 6%. Figure 6SB montre que la production pendant
la saison de croissance a été presque en condition potentielle (concernant la disponibilité
d”eau).
6.23. Bilan hydrique
La transpiration et l’évapotranspiration (simulées) s’élèvent à 200 et 610 mm
respectivement entre le semis et la récolte. L’évaporation (Bac A) s’élève au cours de la même
periode à environ 400 mm (Tableau 6.1). La Figure 6.6 montre que les résultats de
l’evaporation simulés et ceux mesurés different pendant quelques jours, mais avec un écart
type acceptable. La Figure 6.7 montre l’évaporation d’eau de la surface du sol. La vitesse de
93
1
400
3008-
Jo0
800
lm8 -
144
0
0.8 4.4 0.8 0.8 1 1.8 1.4
1.8
1.4
a
0
1.8 1.4
14
1.a
a
-
-
-
-*-
Rndarm4 (kg kl)
-(LIhN
44011
1444
-
-
-
?? ?
?
????
????
?????
????
? ? ? ?
?????
??
? ? ?
????? ?
? ? ?
???
?
?
1.8 1.4
1.8
1.4
4
-
a
-
Figure 6.3. Poicis (math sèche) aès &Serves (A), des tiges + gaines + rt!serves (B), des infloascences (C) et des
grains (0) en fonction & stade & développement.
transpiration journaliére de la culture est présentée à la Figure 6.8A et l’évolution de la
quantité cumulative à la Figure 6.8B. La Figure 6.9 dorme les valeurs simulées et mesurées de
la teneur en eau du sol à 4 dates. On constate, en examinant ces figures, un écart très important
entre les valeurs obtenues par simulation et celles mesurées in situ.
La méthode de simulation de ce param&re est donc à revoir et à corriger.
6.2.4. Bilan d’azote
Comme decrit ci-dessus la simulation du bilan d’azote n’est pas encore calibrée. Une partie
du bilan d’azote est la simulation de la température, qui influence la decomposition de la
matière organique, dans le profil de sol. La comparaison des valeurs simulées-et mesurées à
94
--a-
n.- a.- 4,
600
‘- --’
f
t
I
A.
I
- nofllœdmuuw
Figue 6.4. Poids (mata&? stkhe) des mcines (A) et profondeur d’enmcinement (B) en fonction du stade &
aYveIoppemertt.
Figwv 65. Poicis (mati&e skhe) de 1apti.e adrienne en cona%ionsphwiaIes à Niom du Rïp (A et B2) et en
conditions im*gu&s (Bl) en fonction du stade de développement.
95
--
Tableau 6.1. Evaporation (bac “A”) pentadaire d Nioro du Rip en 1988 (mm)
(ISRA, Service de Bioclimatologie).
1
2
3
4
5
6
total
Mai
68.0
60,3
60,4
63,s
57,2
53,5
362,9
Juin
50,l
53,2
37,8
43,3
32,8
41,9
259,l
Juillet
33,i
42,l
24,3
35,7
28,6
27,4
191,2
Août
22,7
21,3
29,8
22,3
21,l
27,3
144,5
Septembre
17,8
26,8
25,4
20,6
?
?
?
Octobre
22,8
24,8
25,6
27,7
26,9
37,l
164,9
Novembre
23,7
30,3
25,5
30,o
32,4
32,5
174,4
Ivapomtlon
mssurhldmulh
Fïgurt? 6.6 Rapport de la vitesse de iVvapor&m (Bac A) joumalihe mesMe par celte simukfe au cows de la
saison de croissance.
0.1
0.3
0.1
0180
170
1w
110
m
270
as8
I
Fïgun! 6.7. vitesse d’tfvapomtion d’eau de la surface du sol (A) et quantité! cumulattve d’eau t!vapon?e du sol (B).
0.4
0.3
0.1
0 . 1
0190
170
180
110
m
m
270
#
Figure 6.8. vitesse de banspimtion (A) et quantittf cumujadve hanspitie par la plante (B), simultfes en conditions
potentielles.
97
Figure 6.9. Tenu en em du sol d 4 dates: 616 (A); 1517 (B); 319 (C) et 13ilO (D), mesudes sous le tmitement T3
et shuks en cona%ions parent
différentes profondeurs du sol est tournée à la Figure 6.10. Il se dégage clairement, en
examinant cette figure, que la subroutine SOLTMP (valable dans les conditions aux Pays Bas)
qui simule la temperature du sol doit être revue et modifiée. Cependant il faut réaliser que la
simulation de la température est très difficile sans une description très détaillée. Pour une telle
description on a besoin des parametres très spécifiques (conductibilité thermique) qui peut
donc différer d’un sol avec l’autre, et qui sont difficiles à déterminer au champs.
98
2lFm
tw 170 100 210 2ao 220 270 200 310 220 as0
110 170 180 210 2w 200 270 2w 210
2m 280
-aJou
--PV
-cc)
-cc)
40-
c
4or
D.
- 1wQmmtmum
- b 112am*bnld6o
- - - - Isoom-
- - - - Ilooomltlnde
1.”
25 ...‘...‘.*.‘..-...‘...‘.-
*
2s-3nm*‘*a-‘--
150 1 7 0 120 210 2lo 280 2 7 0 280 210 ao aso
110 170 lso 219 110 280 270 280 il0 aao aso
--J-
--PV
Figutv 6.10. Tempthtum du sol pendant la saison dè croissance à diffdrentes profondeurs, mesude sous un sol nu
et simulke en conaWonspotentiellessous
une couvertua de culture.
6.3. Conclusion
Certains paramètres n&essaires pour le modèle de simulation ont pu être mesurés de façon
satisfaisante; d’autres n’ont pas éte mesurés Ou les valeurs obtenus doivent faire l’objet d’une
confirmation. Il apparaît que certains Param(ètres sont mal simulés par le modble. Dans ces
conditions on ne peut tirer des conclusions fiables sur la validité du modèle. ll reste à
poursuivre les travaux entrepris pour complétkx les données, ajuster certains parties du modèle
de simulation et terminer aussi son calibrage. Le travail effectué constitue une étape
impartante qui dégage des perspectives très éncourageantes.
99
7. Conclusions et recommandations
Les conclusions que l’on peut tirer de cette étude sont:
1. La vitesse relative de décomposition de la matière organique pendant les 30 premiers jours
apr&s enfouissement a une valeur 2,5 fois plus élevée que celle-ci de la phase qui suit cette
période. Malgré la différence de qualité (rapport UN), lavitesse relative de décomposition
mesurée est dans la même ordre de grandeur pour le fumier et la paille de mil.
2. Les proportions d’azote et de phosphore décomposées sont identiques pour la paille de mil
et le fumier. Cependant les quantités de N et de P fournies par le fumier sont 2 fois plus
élevées que celles fournies par la paille.
3. Les conditions hydriques ont permis une alimentation non-limitante de.la culture. On n’a
pas observé de différence de stock hydrique (entre 0 et 2 m) entre les deux traitements TO
(témoin) et T3 (labour + fumier + fumure minérale). On peut donc avancer que, tr&s
probablement, le rendement sur T3 résulte d’une meilleure alimentation minérale induite
par la fertilisation minérale et l’apport de fumier. Cependant le rendement de TO apparaît
trop élevé comparativement aux autres traitements (Tl et T2; labour + fumier et labour
+ fumure minérale, respectivement).
4. Les absorptions d’azote et de phosphore par la culture sont élevées. Il semble que la
disponibilité de ces éléments nutritifs aux parcelles principaux n’est pas limitative. Le
traitement TO ne se presente pas comme un témoin non-fertilisé.
5. En plus les résultats du suivi de N-min&ral introduisent certaine doute. C’est ainsi que des
essais supplémentairs seront indispensables pour la vérification de nos hyphothèses liées
aux relations entre la disponibilité en eau et en azote du sol.
6. Les résultats des expérimentations ont permis de calculer des paramètres nécessaires pour
le modèle de simulation.
7. Le modèle de simulation développé doit encore être amélioré dans certaines de ces parties
(estimation des teneurs en eau et de la température du sol). La calibration du modèle doit
être poursuivi.
La coopération entre l’ISRA et le CABO dans le cadre du réseau R3S a été très fructueuse,
et les résultats obtenus ouvrent de bonnes perspectives; il est hautement souhaitable que le
travail commencé se continue, sur trois terrains:
A. Approfondir la connaknce sur les reladions entre la dhponibilité en eau et en déments
nutritifs ah sol.
Quelques questions particulières qui se pose concerne:
- la disponibilité des éléments nutritifs en rapport avec la profondeur et la durée
d’humidification du sol, en tenant compte du teneur en matière organique du profil et sa
qualité;
- la détermination précise, en augmentlt le nombre et la fréquence des prélèvements, des
quantités de l’azote minéral du sol au qours de la saison de croissance de la culture;
- la décomposition de la matière organique apportée au sol sous 4 conditions: non-irriguée
et sous culture, irriguée et sous culture, irriguée sous sol nu et le témoin (non-irriguée et
sol nu).
101
B. Améliorer le modèle de simulation de mil avec l’aide des données à obtenir avec les essaU
liés au point A, poursuivre sa calibraticwa et tester son utilité pratique.
C. Etendre l’approche de la coopération actuelle en incluant des cultures de légumineuses, ce
qui implique que le phosphore devra recevoir une attention comparable à celle pour 1 ‘azote.
102
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106
)amélioration de 19alimentation hydrique
par des techniques culturales liées à
l’interaction eaujfertilisation azotée
Rap#ort final
Annexes
CABO Rqpport NQ 117
N. van Duivenbgoden’) & L Cissé*)
M$i 1989
107
Annexe 1. Abréviations
CAR0
Centre de Recherches Agrobiologiques
CEE
Communauté Economique Européenne
CIRAD
Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
CNRA
Centre National de Recherches Agronomiques
ICRISAT
International Crops Research Institu/te for the Semi-Arid Tropics
I M G
Institut de Mécanique de Grenoble
IRAT
Institut de Recherches Agronomiques Tropicales
ISRA
Institut Sénégalais de Recherches Agricoles
J AE
Jours aprés enfouissement
JAL
Jours après levée
J AS
Jours après semis
M S
Matière sèche
R3S
Réseau de Recherche sur la Résistance à la Sécheresse
Annexe II. Plan de travail;
1. Introduction.
L’agriculture dans les pays sahéliens rencontre de plus en plus les difficultés a nourrir et à
donner une existence satisfaisante aux populations de la zone. Beaucoup de la recherche est
consacrée a l’objectif d’intensifier l’agdculture pluviale. La disponibilité des éléments
nutritifs, en particulier de l’azote et du phosphore, occupe une place importante: ces éléments
constituent souvent les facteurs limita& pour la production végétale. Les expériences
nombreuses réalisées e.a. par I’IRAT, 1’ICRISAT et les organismes de recherches nationaux
ont mis en évidence cet aspect. En utilisant des modèles mathématiques de simulation, validés
et vérifiés par des expérimentations au terrain, Van Keulen (1975) et Penning de Vries &
Djitèye (1982) sont arrivés à la même cpnclusion. Avec ces modèles, on peut estimer la
production potentielle en se basant sur des données météorologiques, des caractéristiques des
sols et des cultures. La production potentielle est définie comme la production possible en
supposant que les éléments nutritifs ne sont pas limitants. Les modèles, qui décrivent
quantitativement la production actuelle, sont moins développés (van Keulen et al., 1986). La
description quantitative de la dynamique des bilans d’azote et de phosphore est encore moins
précise, parce que les processus en jeu sont moins bien compris et les interactions entre la
d:isponibilité de l’eau et celle des éléments nutritifs ne sont pas bien établies. Par ailleurs il est
très difficile d’interpréter des données éxpérimentales disponibles. La connaissance des
processus est donc indispensable pour pouvoir dégager des recommandations viables pour
l’intensification agricole. La priorité de recherche au Centre de Recherches Agrobiologiques
(CABO) de Wageningen, Pays-Bas, est ax#e sur ce domaine, aussi bien pour la zone tempérée
que pour la zone semi-aride tropicale. Les premiers modèles de simulation pour la culture de
mil ont été développés par Jansen & Gosseye (1986) et puis par Van Kraalingen 8z Van Keulen
(:1988). L’Institut Sénégalais de Recherchies Agricoles (ISRA) de Dakar, Sénégal, a s’orienté
pendant plusieurs années aux expérimentations de la culture de mil, de la décomposition et
dle la minéralisation (Feller et al., 1981aI Feller et aZ., 1981b; Feller & Ganry, 1982; Cissé,
N86). Pour cela, 1’ISRA et le CABO ont réalisé un programme de recherche en essayant de
combiner l’expertise au terrain avec celle de modélisation. Le programme d’une année a pour
objectifs:
1. De quantifier d’une part l’effet de l’hur&dité du sol sur la disponibilité de l’azote et d’autre
part les effets de ces deux facteurs sur ia production végétale;
2. D’étudier de façon approfondie les relations entre la disponibilité en eau et celle en azote
du sol;
3. De développer et améliorer un modele mathématique de simulation de la croissance du mil
en fonction de la quantité d’eau et d’azote mobilisable par la culture.
Pour la réalisation des ces objectifs un plan de travail a été établi et présenté ci-dessous.
2. Mise au point de la modélisation de la croissance du mil
2.1. Développement du modèle mathématique
Le développement du modèle mathématique de simulation sera fait aux Pays-Bas (CABO).
En utilisant les modules déjà existants, il ne nécessitera plus beaucoup de temps pour établir
un modèle préliminaire de simulation de la croissance de mil. Ce travail préliminaire sera
effectué au CABO. Une mise au point d’une version du modèle utilisable sur les
micro-ordinateurs disponibles au CNRA de Bambey sera ensuite faite au CNRA. Après
calibrage et validation, I’ISRA disposera du modèle ainsi établi.
2.2. Calibrage et validation du modèle
Le modèle sera calibré et validé à partir des mesures et observations qui seront faites sur
le dispositif expérimental qui sera mis en place à la station de Nioro du Rip (voir Figure 0.1).
Ce dispositif expérimental comprend deux séries cultivées en rotation mil-arachide. Quatre
traitements seront mis en place (voir Figure 1.1):
1. temoin absolu;
2. labour + fumier;
3. labour + fumure minérale;
4. labour + fumure minérale + fumier.
Des dispositifs expérimentaux complémentaires seront installés à côté du dispositif
principal pour effectuer des mesures additionnelles. Parce que le modèle est valable pour la
croissance des céréales, onne travaillera que sur la culture du mil. Le traitement temoin absolu
(dispositif principal) est retenu pour le calibrage et le traitement labour + fumure minérale
+ fumier (dispositif principal) sera utilisé pour la validation du modèle. Les mesures à
effectuer sont présentées ci-dessous.
Les mesures au niveau ah sol
A. Mesures de pF
Les mesures seront faites sur des échantillons prélevés aux profondeurs suivants: O-20 cm,
20-60 cm, 60-80 cm et 80-200 cm. Les valeurs de pF à déterminer sont: pF4,2 et pF2,5.
B. Analyses chimiques
Les éléments C, N, P-ass et P-tot, seront analysés sur deséchantillons du sol des couches
de 0-lO, lO-20,20-40,40-80
et de 80-200 cm, avec 5 répétitions par couche. Les prélèvements
se feront au début (avant semis, mais après l’application d’engrais) et à la fin de la saison aux
deux traitements: le témoin absolu et le labour + fumure minérale + fumier.
C. Evolution du taux de N minéral
Le taux de N minéral sera suivie sur les deux traitements retenus pour la validation et le
calibrage du modèle de simulation,
II-2
Cl. Témoin absolu
A cinq dates de prélèvement (7, 14,28 Jours après levée, à la floraison et à la récolte) des
échantillons seront pris aux profondeurs de 0-lO, lO-20,20-40,40-80
et de 80-200 cm, avec 5
rkpétitions par couche.
C2. Labour + fumure minérale + fumien
A deux dates de prélèvement (14 jouts après levée et à la floraison), les mêmes types
d’échantillonnage seront aussi effectués à Ice traitement.
Les mesures au niveau de la culture
D. Rendements
La matière skhe totale sera déterminés sur les deux traitements:
Dl. Temoin absolu.
Les plantes prélevées seront séparées selon le stade végétatif en feuilles, tiges + gaines,
chandelles et graines. Les prélèvements s+ feront aux 7,14,28 jours après levée, à la floraison
et & la récolte. En outre, à la floraison une ‘estimation des masses racinaires sera faite à raison
de 3 répétitions.
D2. Labour + fumure minérale + fumier.
Le traitement des échantillons prélev&s se fera de la même façon que ci-dessus et les
prélèvements auront lieu aux 3 dates: 14 jpurs après levée, à la floraison et a la récolte. Une
estimation de masses racinaires à la floraiion sera faite également sur ce traitement.
E,, Analyses chimiques des échantillons priélevés
A chaque date de prélèvement, un échdntillon moyen sera pris selon le stade végétatif des
feuilles, tiges + gaines, chandelles, graines, matière morte et racines pour l’analyse des taux
de N et de P.
I
3, Minéralisation en relation avec la qualité de la matière organique et la
disponibilité en azote
Pour une meilleure quantification de la disponibilité en azote dans le temps, en relation
avec la disponibilité en eau, deux expérimkntations sont prévues (voir Figure 2.1).
3.1. Décomposition de la matière organiqrie
Deux types de matière organique (pqe et fumier) seront suivis dans le temps sous deux
conditions:
A. Pluvial strict et
B. Pluvial avec apports d’eau complémentaire en cas de besoin (période skhe).
La mati&re organique sera mise dans dqs sacs en polyéthyl&ne (Monodur MON PE 300 N)
avec une maille de 300~ et enfouie dans le sol à 15 cm de profondeur. Le sol sera labouré et
semé en mil. Les sacs seront mis à 50 cm des pieds de mil et ils seront placés juste après le
semis. A chacune des 7 dates de prélèvements retenus (7, 14, 28,42,56, 60, 90 jours après
levée), 5 sacs seront pris au hasard et les taux de C, de N et de P de la matière organique seront
analysés.
3.2. Minéralisation totale
Pour déterminer la minéralisation totale, un terrain de 15 m2 sera semé de façon très dense
avec un mélange de mil (20 g mw2) et de graminée fourragère (Schoenefeldia gmcilis p.e., 2,5
g mm2), avant que les pluies commencent. Les plantes seront récoltées chaque fois qu’elles
meurent à cause d’une forte sécheresse (surtout au début) et le terrain sera ressemé. A la fin
de la saison des pluies, au moment des récoltes, les plantes seront récoltées, séchées et pesées.
Un échantillon moyen sera prélevé pour déterminer les taux de N et de P. Avant la mise en
place de cette expérimentation, les taux de C, de N et de P du sol seront analysés.
4. Exécution de travail
Pour la réalisation du travail retenu, on propose que Niek van Duivenbooden (CABO)
séjourne du 15 Avril au 15 Novembre à Bambey pour être associé au programme, sous la
supervision de L. Cissé. Il participera à la mise en place des expérimentations, aux suivis et au
travail de laboratoire, notamment à l’analyse de l’azote minéral du sol.
5. Missions de travail
Une mission de travail (2 à 3 jours) est prévue pour H. Breman, chef du département de
la recherche des systèmes agricoles (CABO), fin Mai début Juin, pour s’assurer que l’exécution
du plan de travail retenu se passe normalement et apporter éventuellement un appui
méthodologique pour la mise en place des essais.
6. Utilisation et diffusion des résultats
Toute utilisation des résultats de ce travail se fait en mentionnant les deux organismes
(ISBA et CABO). Toute publication dans une revue sera signée au moins par deux auteurs,
un de chaque organisme.
Le rapport final pour la CEE sera rédigé par les représentants de deux organismes au début
de 1989.
7. Modifications pendant le projet
Au fur et à mesure il y avait des modifications mineures dans le plan de travail, qui sont
résumées par la suite:
- La mesure précise de la matiere sèche produite au stade plantule et au stade de tallage est
une donnée importante pour la validation du modèle. Pendant la visite de H. van Keulen
en Juin 1988, la croissance différente des racines du mil cultivé au sol non-fertilisé (témoin)
et au sol fertilisé avec la matière organique, a été discutée. Après cette discussion, il a été
décidé de mesurer la densité des racines aussi. Pour la détermination de ce paramètre une
II-4
expérimentation additionnelle a été proposée.
Deux surfaces de 15 m2 chacune seront semées en mil avec une densité de 1 poquet/m2. La
moitié des plantules de chaque surface sera récoltée après la levée, et les plantules seront
séparées en feuilles, tiges et racines. lLes plantes restantes seront récoltées au tallage, et
aussi séparées en feuilles, tiges et racines. A chaque date de prélèvement les poids de
matière sèche, la surface foliaire et la plofondeur maximale d’enracinement et la longueur
totale des racines seront mesurés.
- Pendant sa mission de travail, H. Breman a proposé de déterminer aussi le taux d’azote des
gaines du mil. La qualité des parties différentes des plantes est importante du point de vue
de la nutrition des animaux. Il a été observé que les animaux consument les feuilles et les
gaines en préférence. Il est attendu que la qualité des gaines, reflétée par le taux de N, se
diffère de la qualité des tiges. Donc, à Ia récolte les tiges et les gaines seront aussi séparés
et leur taux de N et de P seront détern$nés séparément.
- La période de croissance du Schoen$eZtiia gracdis est trop courte pour la détermination de
la minéralisation totale pendant une saison des pluies, si lasaison des pluies est satisfaisante.
Ainsi, une graminée (Pennisetzmpedic@ztum)
à un cycle plus long sera introduite dans le
mélange mil-SchoenefeZdia graciZk
II-5
ANNEXE III. Mo&le de siimulation
IlI.1. Installation du modèle de simulation
The mode1 FORCROS cari be installed~on each type of personal computer which has the
abilities to run FORTRAN programs (e.g., MSDOS version 2.11). The type of PC, however,
will have effects on the time required to rt$ the model.
For practical purposes the mode1 and other files required to run the mode1 are installed on
one directory and 4 sub- directories. This is done to facilitate maintenance.~ In addition, by
running the batch file that omits the original paths, one cari run the mode1 without carrying
ou’t changes in other directories or installe4 programs (e.g. if there is an older version of the
FORTRAN compiler in one of the original paths, that version will not be used). Table III. 1.1
shows the set up of the directory, subdirectories and the required files to run the mode1
FORCROS. In this case the FORTRAN compiler version 4.01 is installed to use Code View
Options (debugger), but the mode1 cari be $n by any STANDARD FORTRAN 77 compiler.
Table III.1. Directories and files :required to run FORCROS.
c: \\Dos
general MSDOS-files and the file to start with
and that omits the original paths:
MODEL.BAT
c:\\TMP
directory for ten@orary files of compiler
c:\\MODEL\\SYSTEM:
batch procedures !for compilation and running
of the modal:
EKEM.BAT
MAKEFILE.EKE
MAKE.ExE
file for re-installation of original paths:
BACK.BAT
compiler and linker:
FL.EXE, FlEKE, F&.EKE, F3.EKE, ERROUT.EKE
F3S.EKE, FL.ERR, $l.ERR, F23.ERR, FL.HLP,
LINK.EKE
library for PC wichout 8087: LLIBFORA.LIB
library for PC with 8087: LLIBFOR77.LIB
debugger:
CV.EXE, CV.HLP
c:\\MODEL\\MODEL:
FORCROS.FOR
other *.FOR subroutines
FORCROS.MAK
c:\\MODEL\\SOIL:
soi1 data files, Ynput files of the mode1
c:\\MODEL\\WEATHER: weather files, input files of the mode1
As it may be desirable to make changes in the main program or subroutines the MAKE
procedure is used to save computer time. Only the changed program will be compiled, while
the other previously compiled programs remain available. Next, linking of all compiled
programs takes place to form an executable program file.
TO run the mode1 the following commands should be given:
MODEL < retum >
EXEM FORCROS < return>
FORCROS c return r
The files MODELBAT, EXEM.BAT, BACKBAT and FORCROS.MAK are listed in
Tables III.2 - Tables IB.6, respectively.
Table III.2. Listing of MODEL.BAT
prompt SPSg
path c:\\model\\system;c:\\dos
FASTSCR
CD \\model\\model
set lib-c:model\\system
set tmp-c:\\tmp
Table III.3. Listing of EXEH.BAl'
makefile Xl.mak
make tem$main.mak
del tem$main.mak
Table III.4. Listing of BACK.BAT
PATH C:\\UTIL\\DOS;C:\\UTIL\\USER;C:~UTIL\\CO~DE;C:\\SUIVIH\\PROG~
ECHO DELETING TEMPORARY FILES FROM C:\\TMP
DEL C:\\TMP\\*.*
cd\\
cls
Table III.5. Listing of FORCROS.~AK (for a IBM XT without 8087)
c:\\model\\system\\fl
/Gt /4Yb /Od JAH /FPa /Zi /c
c:\\model\\system\\link /CO
c:\\model\\system\\llibfora.lib
forcros
mil88
crpout
water
nitbal
nitout
soltmp
soilpr
soilnr
osubrl
osubr2
o s u b r 3
Table III.6. Listing of FORCR0S.MA.K (for a IBM XT with 8087)
c:\\model\\system\\fl /Gt /4Yb /Od,/AH /Zi /c
c:\\model\\system\\link /CO
c:\\model\\system\\llibfora.lib
forcros
mil88
crpout
water
nitbal
nitout
soltmp
soilpr
soilnr
osubrl
osubr2
osubr3
Annexe 111.2. Liste du modhle de simulation
2
t. ________--------------------------------------------------------
.-*
*
fiFGEN
REALFUNCTIONAFGEN
*
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
* Date
: 2g-JAN-1987
*
Purpose: This function is a linaar interpolation function. The
*
*
function does not extrspolate : in case of X bclow or
*
WRITE (*.'(A.I4/.A.I4,A/.A)')
?
abovs the region defined by TABLE, ths first
*
a
' X-coordinates not in escending order ht r:lenent'.I.
?
respectively the last Y-value is returned and a message *
a
' AFGFN-function contsins'.ILTAB,' points'.
?
is generrted.
*
a
' Run deleted!'
?
*
STOP
?
FORMALPARAMETmS:
(1-input,O-output.C-control,IN-init.T-tiae)
*
BND IF
?
name
meaning
unitr
r.'ass *
IF (IUP.E4J.O.AND.TABLE(I).GE.X) IUP * 1
?
_-_-
-v---v-
----- _---_ *
1 0
CONTINUE
?
AFCEN Function name. result of the interpolation
-
0 *
?
ILTAB The number of elewnts of the array
1
*
IF (X.LT.TABLE(l)) TUEN
300
?
TABLE
*
WRITE (*,'(A/A,I4,A/A,G12.4)')
?
TABLE A one-dimensiona
array vith paired '
1 *
ii
' Interpolation belou defined r;gitn!l',
?
data: x.y.x.y. etc.
*
a
' AFCEN-function contains '.ILTM,' points,',
?
X
The value at vhich interpolation should
1 *
a
' Interpolation at X-',X
?
S&e plae
*
#%FGBb- -TMLEfî j
?
*
GO TO 40
?
FATAL BRROR CHECKS (execution terminated, message)
END IF
?
condition
?
__--_----
IF (X.GT.TABLE(ILTAB-1)) THEN
400
?
TABLE(I) < TABLE(I-2) , for 1 odd
WRITE (*,‘(A/A,I4,A/A,G12.4)‘)
?
ILTAB odd
a
' Interpolation above defined regionll'.
?
a
' AFGW-function
contnins ',ILTAB,
yoints,',
?
No UARNINGS using the control variable IUAR are generated since
*
6
' Interpolation at X-',X
?
nobody vil1 check IUAR after esch AFCBN cal1 ; instead an X-value *
AFGEN- TABLE(ILTAB)
?
belou TABLE(l) or ?? bove TABLR(ILTAB-1) 1s reportad on screen
*
GO TO 40
?
with e œessege conteining the value of LLTAB end X. Further
*
END IF
?
information on the error is not available vithin this function.
t
?
*
*
normal interpolation
500
?
No other SUBROUIINES and FUNCTIONS sre called
*
SLOPE - (TABLE(IUP+l)-TAB~(IUP-l))/(TABLE
cIUP)-TABlE(IUP-2))
?
No FILE'6 ere used (errer wseege with WRITE(*....)... )
*
AFaN - TABLE(IUP-1)+(X-TABLE(IUP-2))*SWP
E
?? -------------------------------------------------------------------*
40
RETIJRN
600
REAL FUNCTION AFCRN (ILTAB,TABLR,X)
100
END
IWLICIT RRAL (A-Z)
INTECER 1, IUP. ILTAB
REAL TABLR(ILTAB)
?
check on odd ILTAB
150
IF (HOD(ILTAB.2).NE.O) THEN
WRITE (*,‘(A,Ib/,A)‘)
a
' ERROR in function AFGEN: ILTAB-'.ILTAB.
6
' ILTAB must be evenl'
STOP
END IF
IUP - 0
200
DC 10 1-3,ILTAB,2
*
check on ascending order of X-values in function
IF (TABLE(Ij.LE.TM.E(I-2))
TUER
5
*‘.---...‘--‘-.--.--.-~---~------------------------.----------------
-* ASSIH
COIMON /SIH/ STTIHE,STCROP.TIHE,DELT,FINTIN.
?? SUBROUTINE ASSIR-,:
*
6
DAY,STYEAR,YRAR,
?? Authors: Daniel van Kraalingen
*
6
TERHNL,DEBUG.UATER,
f Date
: lO-Dec-1987
*
a
IIN,IOUT,IDEBUG.IUATER,INITRO
* Purpose: This subroutine performs a Caussian integration over
*
*
deptb of canopy by selecting three different LAI'6 and
*
REAL PARDIR(3). PARDIF(3),SINB(3).COSB(3)
t
c*,mputing assimilation at these LAI levels. The
*
*
integrated variable is FCROS. (See CABO-TPE report 11-7).
*
DATA XGAUS /0.1127, 0.5000, 0.8873/
t
*
DATA UGAUS /0.2778, 0.4444, 0.2778/
* FoRHALPARAr4ETERS:
(1-input.O-output.C-control.IN-init.T-tine)
*
DATA IGAUS /3/
* n u e
meaning
units
class *
*
-m-m
-_ .._ .
_---_ --__- *
*-.---check on input range of parameters
200
* DAYL
Daylength
h
*
IF (IAI.GT.lO.) CALL RERROR (l,'UI',LAI,'ASSIfl')
*AMAX
Assimilation rate at light saturation
*
IF (IAI.LT.0.)
CALL RERROR (2 'IAI'.LAI,'ASSIH')
*
kg CO /
ha lea% /h
*
IF (EFF.GT.0.6) CALL RRRROR (1 'EFF'.EFF.'ASSIR')
* EFF
Initial light use efflciency
kg cCQJ/
*
IF (EFF.LT.0.3) CALL RERROR (2 'EFF'.EFF,'ASSIH')
?
ha/hm a
*
IF (AMAX.GT.130.) CALL RERROR (i ,'AHAX',AMAX.'ASSIH')
* RDIF
Extinction coefficient for diffuse
*
IF (AHAX.LT.0.) CALL RRRROR (2 'AHAX'.AMAX.'ASSIH')
?
radiation
?
IF (RDIF.GT.l.) CALL RERROR (1 'KDIF',EDIF.'ASSIW')
?? IA1
Lesf area index
ha/ha
?
IF (EDIF.LT.0.3) CALL RERROR (2 'EDIF',RDIF.'ASSII')
?? PARDIR
Array nf instantaneous flux of direct
?
*
radiatb>n
(PAR) u/m2
?
scv -0.2
300
* PARDIF Array of instantaneous flux of diffqse
?
*
radiation
(PAR) U/n2
?
* SINB
Array of aina of solar height
?
*-----assimilation set to xero and three different times of
400
* MGA
Daily total gross assimilation
kg CO-a/
?
*
the day (HOUR)
?
ha-soij/d
?
?
?
DTGA-O.
* FATAL ERROR CHECES (cxecution terminated, message)
?
DO 10 IHOUR-1,IGAUS
* co"ditio"
?
*
--mm.----
?
REFS - REFH*2./(1.+1.6*SINB(IHOUR))
500
* IAI<O.
IA1 >lO
?
* EFF 4 0.3,
EFF > 0.6
?
*-----extinction coefficient for direct radiation and total
600
* AnAx<o,
AM( > 130 (ANAX > 85 FOR C3-SPECIES)
?
*
direct flux
* EDIF < 0.3. RDIF> 1
?
* DTGA<o,
DTGA>lOOO
?
RDIRBL- (0.5/SINB(IHOUR))*RDIF/(O.8*SQRT(l.-SCV))
t
?
EDIRT - lCDIRBL*SQRT(l.-SCV)
* UARNINGS (nonzero value of IUAR returned)
?
*
condition
returned IWAR value
?
*-----selection of depth of canopy, canopy assimilation
700
*
-e-m.---e
_-___-------------_
?
*
1s set to zero
*
?
* SUBBOUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
?
FGROS - 0.
*
?
Do 20 IIAI-1,IGAUS
* MLE usage : a file opened with unit IDEBUG
?
UIC
- lA1 * XGAUS(ILA1)
*-----absorbed flwes per unit leaf area: diffuse flux, total direct
800
SUBROUTINE ASSIH (M~,AtW[,EFF,KDIF,LI,P~IR,PARDIF,SINB,
100
*
flux, direct component of direct flux.
6
D=N
*-----initial data types
VISDF - (l.-REFS)*PARDIF(IHOUR)*RDIFtEXP(-RDIF=UIC)
INPLICIT REAL (A-H,J-2)
VIST
- (l.-REFS)*PARDIR(IHOUR)*EDIRT*EXP(-KDIRT*UIC)
IMLICIT INTRGER (1)
VISD - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)*EDIRBL*EXP(-KDIRBL*IAIC)
REAL XGAUS(3). UGAUS(3)
*-----absorbed flux (J/H2 leaf/s) for shaded leaves and
900
LOGICAL TERHNL,DEBUG,UATER
*
assimilation of shaded leaves
6
VISSHD - VISDF+VIST-VISD
*-----check on output range of parameters
1400
FGRSB
**---..- ~---
- ;rKirlii(i.-i;i[T(-"~~~~*=~~,~~j j
IF (üTGA.t;T.iüOü.)
CALL RERROR $l,'DTGA',DTGA.'ASSIH')
IF (DTGA.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
*-----direct flux absorbed by leaves perpendicular on
1000
*
direct beam and assimilation of sunlft leaf area
RETURM
1500
END
VISPP - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)/SINB(IHOUR)
FGRSUN - 0.
DO 30 12-1,IGAUS
VISSUN - VISSHD+VISPP*XGAUS(I2)
FGRS - AMAX*(l.-EXP(-VISSJJN*EFF/AMAX})
FGRSUN - FGRSUN+FGRS*WGAUS(I2)
3 0
CONTINUE
*-----fraction sunlit leaf area (FSLLA) and local
1100
*
assimilation rate (FGL)
FSLIA - EXP(-RDIRBL*lAIc)
FGL
- FSLLA*FGRSUN+(l.-FSLLA)*FGRSH
*-----calculation of average assimilation rate of canopy (FGROS)
FGROS - FGROS+FGL*WGAUS(IIAI)
2 0
CONTINUE
FGROS - FGROS * LAI
*-----calculation of average assimilation rate of daylength
DTGA - DTGA+FGROStWGAUS(IHOUR)
1 0
CONTINUE
*-----integration of average rate over daylength
1200
DTGA - DTGA * DAYL
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is true
1300
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/.11(A,G14.6/))')
&
' Debug of ASSIK at time-',TIME,
6
' PARDIR(l)-'.PARDIR(l),
&
' PARDIR(P)-',PARDIR(2),
&
' PARDIR(3)-',PARDIR(3),
h ' PARDIF(l)-',PARDIF(l),
h
' PARDIF(2)-'.PARDIF(2),
& ' PARDIF(3)-',PARDIF(3),
6
' DAYL
-',DAYL,
6
'AMAX
-' ,-,
6
' EFF
-',EFF,
h
' IA1
-',lAI,
&
' DTGA
-‘.DTGA
8
*--------.---------------------------------------.-------------------ir
ASSIMC
* SUBROUTINE ASSIHC-C4
*
* Authors: N. van Duivenbooden
*
SUBROUTINE ASSIMC (DAYL,AMAX,EFF,KDIF,LAI,PARDIR,PARDIF,SINB,
100
* Date
: 17-Jan-1989
*
h
DTGA,CROPS,CROPH,SSHADE)
* Purpose: This subroutine performs a Caussian integration over
*
*
depth of a clustered canopy by selecting three different *
*
*-----initial data types
L&I's and computing assimilation at these LAI levels.
*
INPLICIT RRAL (A-H,J-Z)
*
The integrated variable is FGROS. (See CABO-TPE report
*
IMPLICIT INTEGER (1)
*
f?). This routine 1s based on ASSIM
*
*
*
REAL XGAUS(3), WGAUS(3)
* FORMALPARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
LOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
*
name
meaning
unit6
class
*
COMMON /SIH/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
*
--__
_-_----
-___- _-___
*
h
DAY,STYEAR,YRAR,
* DAYL
Daylength
h
1
*
a
TERMNL,DEBUG,WATER,
*AMAX
Assimilation rate at light saturation
kg CO /
1
*
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*
h a lea z/h
*
* EFF
Initial light use sfficiency
kg COp4JJ/ 1
*
REAL PARDIR(3), PARDIF(3),SINB(3),COSB(3)
*
hajh m s
*
* KDIF
Extinction coefficient for diffuse
1
*
DATA XGAUS /0.1127. 0.5000, 0.8873/
*
radiation
*
DATA WGAUS /0.2778, 0.4444, 0.27781
* IA1
Leaf area index
ha/ha
1
*
DATA IGAUS /3/
* PARDIR Array of instantaneous flux of direct
*
DATA ULICL /O./
*
radiation
(PAR) u/m2 1
*
* PARDIF Array of instantaneous flux of diffuse
*
*-----check on input range of parameters
200
*
radiation
(PAR) U/s? 1
*
IF (IAI.GT.lO.) CALL RERROR (l.'L4I',LAI,'ASSIMC')
* SINB
Array of sine of solar height
1
*
IF (LAI.LT.0.)
CALL RERROR (2,'IAI',IAI,'ASSINC')
* DTGA
Daily total gros8 assimilation
kg CO / 0
*
IF (I.AICL.GT.10.) CALL RERROR (l,'IAI',LAI,'ASSIMC')
*
ha SO /d
*
IF (IAICL.LT.0.)
CALL RERROR (2,'LAI',IAI,'ASSIMC')
* CROPS
Surface of trop, projccted to soi1 surface
.ji
1
*
IF (EFF.GT.0.6) CALL RERROR (l,'EFF',EFF,'ASSIHC')
* CROPH
Height of trop during juvenile growth
1
*
IF (EFF.LT.0.3) CALL RERROR (Z,'ÈFF',EFF,'ASSIMC')
* SSHADE
Soi1 surface shaded by trop
a2
0
*
IF (AMAX.GT.130.) CALL RERR0R (~;AMAX',AMAX,'ASSIMC')
*
*
IF (AMAX.LT.0.) CALL RERROR (2,'AMAX',AMAX,'ASSIMC')
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
IF (KDIF.GT.1.) CALL RERROR (l,'KDIF',KDIF,'ASSIMC')
* condition
*
IF (KDIF.LT.0.3) CALL RERROR (2,'KDIF',KDIF,'ASSIMC')
*
_--___*--
*
* IAI<O,
LAI >lO
*
scv - 0 . 2
300
* lAICL<O,
IAICL > 10
*
REFH-(1.~SQRT(l.-SCV))/(l.+SQRT(l.-SCV))
* EFF < 0.3,
EFF > 0.6
*
* AMAx<o,
AMAX > 130 (>85 FOR C3-species)
*
*-----assimilation set to zero and three different times of
400
* KDIF < 0.3, KDIF > 1
*
*
the day (HOUR)
* DTGA<O,
DTGA > 1000
*
*
*
DTGA-0.
* UARNINGS (nonzero value of IUAR returned)
*
DO 10 IHOUR-1,IGAUS
*
condition
returned IWAR value
*
*
- - _ - _ _ - _ _
-_-__-----_--______
*
REFS - REFli*2./(1.+1.6*SINB(IHOUR))
500
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
*
*-----extinction coefficient for direct radiation and total
600
*
*
*
direct flux
* FILE usage : a file opened with unit IDEBUG
*
KDIRBL- (0.5/SINB(IHOUR))*KDIF/(O.8*SQRT(l.-SCV))
KDIRT
- KDIRBL*SQRT(l.-SCV)
*-----calculation of soi1 surface shaded by leaves and of corrected
650
*
. .
IA1 to account for clustering of leaves blades during juvenile
10 :
11
*
growth (according to Goudriaan, 1977)
FGROS - FGROS * L4ICL
COSB(IHOUR) - SORT(1. - srN8(IHor?R)*sINr(IHoL~;;
*-----caicuiation of average assimilation rate of daylength
S S H A D E - CROPS * (1. + CROPH * COSB(IHOUR)/SINB(IHOUR))
IF (SSHADE.LT.O.8E4) THFN
DTGA - DTGA+FGROS*WGAUS(IHOUR)
L4ICL - IA1 * l.F,4 / S%ADE
1 0
CONTINUE
ELSELAICL - IA1
*-----integration of sverage rate over deylength and correction for
1200
END IF
*
clustering of leaf blades during juvenile growth
*-----selectfon of depth of canopy, canopy assimilation
700
IF (ssHADE.LT.~.E~) THEN
*
is set to zero
DTGA - DTGA * DAYL * SSHADE / l.F.4
ELSE
FGROS - 0.
DTGA - DTGA * DAYL
DO 20 ILAI-1,IGAUS
E N D IF
LAIC - IAICL * XGAUS(ILA1)
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is truc
1300
*-----absorbed flwes per unit leaf area: diffuse flux, total direct
800
*
flux, direct component of direct flux.
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/,1l(A,Gl4.6/))')
ci
' Debug of ASSIH at time-',TIME.
VISDF - (l.-REFS)*PARDIF(IHOUR)*KDIF*EXP(-RDI~L~IC)
&
' PARDIR(l)-',PARDIR(l).
VIST
- (1.~REFS)*PARDIR(IHOUR)*RDIRT*EXP(-XDIRT*LAIC)
h
' PARDIR(Z)-',PARDIR(2),
VISD
- (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)*RDIRBL*EXP,(-KDlRBL*IAIC)
h ' PARDIR(3)-',PARDIR(3).
h
' PARDIF(l)-',PARDIF(l).
*-----absorbed flux (J/m2 leaf/s) for shaded leaves and
900
&
' PARDIF(P)-',PARDIF(2),
*
assimilation of shaded leaves
&
' PARDIF(3)-'.PARDIF(3),
d
'BAn
-' ,BA?&,
VISSHD - VISDF+VIST-VISD
h
'AMAX
-' ,M,
FGRSH - AMAX*(l.-EXP(-VISSHD*EFF/AMAX))
h
' EFF
-',EFF,
d
' IA1
-',IAI,
*-----direct flux absorbed by leaves perpendicular on
1000
h
' DTGA
-' ,DTGA
*
direct beam snd assimilation of sunlit leaf area
*-----check on output range of parameters
1400
VISPP - (l.-SCV)*PARDIR(IHOUR)/SINB(IHOUR)
IF (DTGA.GT.1000.) CALL REP.ROR (l,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
FGRSUN - 0.
IF (DTGA.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DTGA',DTGA,'ASSIM')
DO 30 12-1,IGAUS
VISSUN - VISSHD+VISP~XGAUS(I2)
RETURN
1500
FGRS - AHAX*(l.-EXP(-VISSUN*EFF/AMAX))
FND
FGRSUN - FGRSUN+FGRS*WGAUS(I2)
30
CONTINUE
*-----fraction sunlit leaf area (FSLl.4) and local
1100
*
assimilation rate (FGL)
FSLlA - EXP(-EDIRBL*IAIc)
FGL
- FSLlA*FGRSUN+(l.-FSLLA)*FGRSH
*-----calculation of average assimilation rate of canopy (FGROS)
FGROS - FGROS+FGL*WGAUS(IIAI)
20
CONTINUE
*-----integration of average rate over trop LAI
13
AOB - SINLD/COSLD
* SUBROUTINE ASTRO
*
*
*
*-----daylength (DAYL) and photoperiodic daylength (DAYLP)
* Authors: Daniel van Krealingen
*
400
* Date
: 9-Aug-1987
*
DAYL
- 12.0*(1.+2.*ASIN(AOB)/PI)
* Purpose: lhis subroutine calculates astronomie daylength and
photoperiodic daylength. (see CABO-TPE report #?)
*
DAYLP - 12.0*(1.+2.*ASIN((-SIN(-4.*RAD)+SINLD)/COiLD)/PI)
*
*
*
*
RETURN
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-inft,T-time)
*
500
END
* IU3lW?
meaning
units
class
- - - - -_---_-
-__-- -----
*
* DAY
*
*
Day number (Jan 1st - 1)
1
*
* IAT
Latitude of the site
degrees 1
*
* DAYL
Astronomical daylength (basa - 0 degrees)
h
0
*
* DAYLP
Photoperiodical daylength (base - -4 degrees) h
0
SINLD
Intensediate variable for subroutine RADIAT
-
0
*
?
COSLD
Internediate variable for subroutine RADIAT
-
0
*
?
*
?
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
?
condition
*
?
_---_--_-
*
?
DAY<l, DAY>365
*
?
LAT > 67, lAT < -67
*
?
*
?
WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
?
condition
returned IWAR value
*
?
-_----_--
______________-----
*
?
none
*
?
*
?
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
?
*
?
FILE usage : none
*
SUBROUTINE ASTRO (DAY,LAT,
100
h
DAYL,DAYLP,SINLD,COSIl))
IMPLICIT REAL (A-Z)
*-----PI and conversion factor from degrees to radians
PARAKETER (PI-3.141592654. RAD-0.017453292)
*-----check on input range of parameters
IF (DAY.GT.365.) STOP 'FRROR IN ASTRO: DAY > 365'
200
IF (DAY.LT.0.)
STOP 'ERROR IN ASTRO: DAY < 0'
IF (IAT.GT.67.) STOP 'ERROR IN ASTRO: IAT > 67'
IF (IAT.LT.-67.) STOP 'ERROR IN ASTRO: IAT c-67'
*-----declination of the suri as function of daynumber (DAY)
300
DEC - -ASIN(SIN(23.45*RAD)*COS(2.*PI*(DAY+lO.)/365.))
*-----SINLD, COSLD and AOB are intermediate variables
SINLD - SIN(RAD*LAT)*SIN(DEC)
COSLO - COS(RAD*LAT)*COS(DEC)
H
18
19
*‘.--.---‘..-‘-.-------.-----------------------------~----------------*
EVSOIL
IOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
*
SUBROUTINE EVSOIL
*
CûKKON ;s;a; STTIXE, STCR"‘ ,
0" ILI.O,YIYI
.l.TYC
,
nrr- FI);TI‘y,
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
6
DAY,STYEAR,YEAR,
*
Date
: 28-JAN-1907
*
&
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
Furpose: This subroutine calculates soi1 evaporation and
*
a
IJN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
*
distributes evaporation over layers with exponential
*
*
decreese.
*
REAL WCACT(ILAYgR), WCKAK(ILAYER), WCFLDC(ILAYER). WCAIR(ILAYER),
*
*
6
THCKN(ILAYER), DEPTH(IIAYER), RESOIL(ILAYER),
*
FORMAI. PARARETERS:
(I-input,&output,C-control.IN-init,T-time)
*
&
DRYLTB(14), VAR(100)
*
t-l-
meaning
units
ChSS
*
*
--__
--_____
-__-_ .____
*
*-----effect of relative wster content in first soi1 layer
200
*
IAITOT Total leaf area index (including dead
*
*
on ratio of actual and potential soi1 evaporstion,
*
leaves)
ha/ha
1
*
*
Seligman h van Keulen, 1985 for a soil layer of 2 cm.
*
!JO
Potential evaporation rate
cm/d
1
*
*
ILAYER Number of soi1 layers present
1
*
DATA DRYLTB /-l.,O.. O.,G., 0.2.0.05, 0.22.0.275, 0.33.0.9,
*
WCACT
Array of actual water contents per layer cm3/cm3
1
*
h
l.,l., 1.5,1./
*
WCMAX
Array of maximum water contents per leyer cm3/cm3
1
*
DATA IDRY /14/
*
WCFLDC Array of water contents per layer at
*
*
field capacity
cm3/ctn3
1
*
*-----check on number of layers
300
*
WCAIR
Array of air dry water contents per layer cm3/cm3
1
*
IF (ILAYER.GT.100) THEN
*
THCKN
Array of thickness of eech layer
Cl0
1
*
WRITE (IOUT,'(A,A/A)')
*
PROP
Proportionality factor for soi1 evaporation cm-l
1
*
6
' Kaximum number of layers exceeded for cslculetion of',
4
DEPTH
Array of depths of the centre of each layer cm
1
*
a
' soi1 evaporation'.
*
ESOIL
Evaporation rate of soi1
cm/d
1
*
&
' Run deletedl'
*
RESOIL Array of evaporation rates per cm
*
STOP
*
soi1 layer
cmfcmfd 1
*
ENDIF
*
*
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*-----checks on thickness of first layer
400
*
condition
*
IF (THCKN(l).NE.2.) THEN
*
--____-__
*
WRITE (IOUT,'(A/A/A)')
*
IIAYEX > 100
*
h
' First soi1 layer has incorrect thickness!',
*
THCKN(1) o 2
*
4
' Thickness should be 2 cm!',
*
WcAcT(1) > WcMAK(1) (I-1,IIAYER)
*
h
' Run deleted!'
*
WCACT(1) < 0.75 * WCAIR(1) (1-1,ILAYER)
*
STOP
*
PROP < 5, PROP > 30
*
IlND IF
*
EO < 0, EO > 1.2
*
*
*
*-----check on water contents
500
*
WARNINGS (nonxero value of IWAR returned)
*
DO 10 1-1,ILAYF.R
*
condition
retumed IWAR value
*
IF (WCACT(I).GT.WC~W((I))
THEN
*
--m__----
_____--__-------_--
*
WRITE (IOUT,'(A.I3/A,F8.2/A)')
*
none
*
&
' Actual water content greater than maximum in layer',I,
*
*
h
' at time-',TIME.
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : RERROR
*
a
' Run deletedl'
*
*
STOP
*
FILE usage : files opened with units IDEBUG and IOUT
*
END IF
IF (wcAcT(I).LT.WCAIR(I)*O.~~)
THER
SUBROUTINE EVSOIL (LAITOT,EO,ILAYER,WCACT,WCMAK,WCFIDC,WCAIR.
100
WRITE (IOUT,'(A,13/'A,F8.2/A)')
a
THCKN,PROP,DEPTH,
h
' Actuel water content less than air dry in layer',I,
h
ESOIL,RESOIL)
6
' at time-',TIME,
*-----initial data types
&
' Run deletedl'
IHPLICIT REAL (A-H,J-2)
STOP
IMPLICIT INTEGER (1)
END IF
1 0
CONTINUE
20
21
*..--------.---..--.----
-----------------_--------------
.-----------*
EXPERT
*
*-----check on range of proportionality factor PROP
600
SUBROUTINE EXPERT
*
*
IF (PROP.GT.30.) CALL RERROR (l,'PROP',PROP,'EVSOIL')
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
IF
Date
: 28-JAN-1987
(PROP.LT.5.) CALL RERROR (2.'PROP'.PROP,'EVSOIL')
*
*
IF (E0.GT.1.2)
CALL RERROR (l,'EO',EO,'EVSOIL')
* Purpose: This subroutine stores messages that occurred during
*
IF (EO.LT.0.)
CALL RERROR (2,'EO',EO,'BVSOIL')
*
simulation and writes them to IOUT after the simulation *
*
mn, sec the trop documentation for interpretation
*
*-----calculation of soi1 evaporation
700
*
*
FORMAL PARAMETERS:
F%NAX - EO*RXP(-O.S*LAITOT)
*
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
name
RELWC - (wcACT(~)-WCAIR(~))/(WCFLDC(~)-UCAIR(1))
*
meaning
units
class *
--_- -------
ESOIL - EVNAX*AFGEN (IDRY,DRYLTB.P.ELWC)
*
---_- _-___ *
1
Number of the expert message
*
1
*
sIR4 - 0.
800
*
*
FATAL FRROR CHECKS (execution terminated, message)
Do 20 1-1,IIAYF.R
*
*
VAR(I) - (WCACT(I)-WCAIR(I))*EXP(-PROP*O.Ol*DEPTH(I))
* condition
*
--_------
sul4 - sUH+vAR(I)*THcKN(I)
*
*
1 > 50
2 0
CONTINUE
*
*
*
*
WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*-----calculation of evaporation rate per soi1 layer (RESOIL)
900
*
*
*
with exponential extinction of evaporated moisture over
condition
returned IWAR value
*
*
* --__-----
soi1 layers
*
----_-- ----__-____
*
none
*
*
IF (SUH.GT.0.) THJZN
*
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
DIF - 0.
*
*
Do 30 I-1,ILAYER
*
*
FILE usage : a file opened with unit IOUT
AVAIL - mx (WCACT(I)-wCAIR(I),O.)
*
RESOIL(1) - ESOIL*VAR(I)/SUM
IF (RESOIL(I).GT.AVAIL) THEN
DIF - DIF+(RESOIL(I)-AVAIL)*THCKN(I)
SUBROLJTINE EXPERT (1)
100
RESOIL(I) - AVAIL
*-----initial data types
END IF
IMPLICIT RF.AL (A-H,J-2)
3 0
CONTINUE
INPLICIT INTEGER (1)
ESOIL - ESOIL-DIF
ELSEDO 40 I-1,IlAYER
LIx;ICAL TERHNL,DEBUG.WATER
RBSOIL(I)-0.
COMMON /SIH/ STTIME,STCROP,TIMB,DELT,FINTIM,
6
4 0
CONTINUE
DAY.STYEAR,YF.AR,
END IF
h
TERHNL,DEBUG,WATER,
6
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
*-----debug information 1s written to file when logical DEBUG is true
1000
INTEGER INMESS (50)
REAL
MESSM (50)
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2/4(A,G14.6/))')
6
' Debug of EVSOIL at time-',TIME,
DATA INMESS /50*0/
6
'EVMAX
-' ,m,
DATA MESSTM /50*0./
6
' RFLWC
-',RELWC,
& ' ESOIL
-',ESOIL,
IF (I.GT.50) STOP 'Expert message no. illegal'
h
' SIR4
-' ,sLlM
*-----message number is stored and time of occurrence and number of
RETURN
1100
200
*
occurrences
END
IF (I.GT.0) THEN
ISWTCH-1
IF (INMESS(I).EQ.O) MESSIN(I)-TIHE
22
23
INKESS(I)-INMESS(
*-
_<
_______________i_____cyrcc______________-------------------------
-* FO?E:N
EYD IF
*
SUBROUTINE FOPRN
*
*
Authors: Daniel van Kraalingen
*
*-----expert messages are printed on the screen when terminal stage of
300
*
Date
: 28-JAN-1987
*
*
the simulation is reeched
*
Purpose: This subroutine opens files by doing an inquiry about
*
*
the existence first
*
IF (I.F,Q.O.AND.ISWTCH.EQ.l) THEN
*
*
*
FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
WRITE (IOUT,'(A/A)')
*
name
meaning
units
cless
*
h
* The following expert messages bave been identified:',
*
- - - - _--__--
_-__- ____-
*
&
' Uessage: First Time of occurrence: Number of occurrences:'
*
IUNIT
Unit number of the file to be opened
1
*
*
FIL8
Neme of the file to be opened
1
*
DO 10 IT-1,SO
*
STATUS Statu6 of the file to be opened
*
*
('new' or 'old')
1
*
IF (INHESS(IT).GT.O)
*
PRIV
Privilege, in case the status-‘new’
and the
*
&
WRITE (IOUT,'(I5,12X,F8.2,16X,I5)')
IT.HESSTH(IT),INMESS(I~)
*
file exists, valid privileges ere 'del',
*
*
'unk' , 'nod' which stand for delete, unknown
*
10
CONTINUE
*
and nodelete.
1
*
FND IF
*
*
*
FATAL RRROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
*
RETURN
400
*
-- --__---
*
END
*
existence of FIL8 if STATUS-'OLD'
*
*
existence of FIL8 if STATU+'NEW' and PRIV-'NODEL'
*
*
unknown PRIV and STATUS
*
*
*
X- +AltNTNGS fnonzem vaine of IWAR YeNmed)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
----_____
_________m---s-s---
*
*
none
*
*
i
*
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : ILEN
*
*
*
*
FIL8 usage : a file opened with unit - IUNIT
*
*----.-.-----.-------------------------------------------------------*
SUBROUTINE FOPEN (IUNIT,FILE,STATUS.PRIV)
INTEGER IUNIT,LFILE
LDCICAL EXIST
CHARACTM*(*) FILR,STATUS,PRIV
CHARACTER CliOICE*l
LFILE - ILEN (FILE)
100
IF (STATlJS(1:3).EQ.'OLD'.OR.STATUS(1:3).EQ.'old')
THEN
200
INQUIRE (FILE-FILE(l:LFILE),EXJST-EXIST)
IF (.N~T.~xIsT) THRN
WRITE (*,'(3A)') ' File ',FJLE(l:LFILE),
does not exist'
STOP
ELSEomi (IUNIT,FILE-FILg(l:LFILE),STATUS-'OID')
END IF
24
ELSE IF (STATUS(1:3).EQ.'NEW'.OR.STATUS(l:3).EQ.'new')
THEN
300
INQUIRE (FILE-FILR(l:LFILE),EXIST-EXIST)
IF (.NoT.RxIsT) mw
400
OPEN (IIJNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'NEW')
ELSE
IF (PRIV(1:3).EQ.'DEL'.OR.PRIV(1:3).EQ.'del')
THEN
500
OPRN (IUNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'OID')
REWIND (IUNIT)
ELSE IF (PRIV(1:3).EQ.'UNR'.OR.PRIV(1:3).EQ.'unk')
THEN
600
WRITE (*.'(3A)') ' File ',FILE(l:LFILE),' already exists'
WRITE (*,'(A)')
' Ovewrite (Y/N): '
READ (*.'(A)',E.ND-100) CHOICE
IF (CH~ICE.EQ.'Y'.~R.CHOICE.EQ.'Y')
mm
OPEN (IUNIT,FILE-FILE(l:LFILE),STATUS-'OLD')
REWIND (IUNIT)
ELSESTOP 'File not overwritten, progrem stopped'
FND IF
ELSE IF (PRIV(1:3).EQ.'NOD'.OR.PRIV(l:3).EQ.'nod')
THEN
800
WRITE (*,'(3A)') ' File ',FILE(l:LFILE),' elready exists'
STOP 'File not ovewritten. program stopped'
ELSESTOP 'Unknown privilege, program stopped'
FND IF
END IF
ELSESTOP 'Unknown file status, program stopped'
END IF
RETlJRN
100
CONTINUE
900
STOP 'End-Of-File detected by FOPEN, program STOP'
END
25
26
*-----------------------------------------------------~-.--------------~
MIN
*
machine dependent for screen input and outputll!
*
FORCROS (version 1.0, 1988)
*
t---..------..---------------------------------------------------------*
IIN -5
*
MAIN PROGRAM CROP ENVIRONIIENT GENERATOR
*
IOUT -6
*
*
IDEBUG - 20
*
Author : Niek van Duivenbooden
*
IWATER - 21
*
based on earlier versions by Daniel van Kraalingen (van
*
IWEATH - 22
*
Kraalingen & van Keulen, 1988) and Rob Groot (1987)
*
IRAIN - 23
*
Date
: 30-05-1988
*
ISTHP - 24
*
Pur-pose: This program integrates the various subroutines, required *
INITRO - 25
*
to simulate changes in the soi1 water and soi1 nitrogen
*
*
status, trop grovth, trop developmrnt and nitrogen dis-
*
*-----regression constants for Angstrom formula (Frere and Popov)
400
*
tribution in the trop. Simulation is performed throughout *
*
location specific (Berkhout h van Keulen, 1986)
*
a complete growth cycle (1.~. from sowing till ripeness)., *
*
The time step of integration is one day.
*
DATA A /0.25/, B /0.45/
*
*
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*-----program name and purpose are written to the screen
250
*
condition
*
*
-__.-____
*
WRITE (IOUT,'(///.Aj')
*
STTIltE > SOWDAY
*
& * *--------------..-----------------------------------------*,
*
*
WRITE (IOUT,'(A)')
*
SUBROUTINES AND FUNCTIONS cslled:
*
6 ' *
FORCROS (version 1.0, 1988)
*'
*
MPEN,
WEATHR *
RAINFL,
ASTRO,
RADIAT
*
WRITE (IOUT.'(A)')
f
P-S
WATERl o r
WATERZ ,
SOLTHP,
NITBAL
*
& , *---------------------------------------------------------*,
*
NIL88,
TIMER,
EXFTRT
*
WRITE (IOUT,'(Aj'j
*.-..--.-----------.----------------------------------------------
---*
& ' * This mode1 simulates changes in the soi1 water and soi1 *'
WRm (muT;'CAf'f
PROGRAM MAIN
100
a'*
nitrogen Status, trop growth, trop development end
*'
WRITE (IOUT.'(A)')
*-----initial data types
200
a'*
nitrogen distribution in the trop.
*'
WRITE (IOUT,'(Aj')
nmxxT ~LEAL (A-H,J-2)
& a *-------------*-------------------------------------------~,
IXPLICIT INTEGER (1)
*---- temporary go to to avoid to much typewriting
LOGICAL TERHNL, DEBUG, NITRO, WATER, STEKP
COHMON /SIH/ STTIME, STCROP, TIME, DELT ,FINTIH,
IF (IDEBUG.NE.l) GO TO 999
h
DAY, STYEAR, YEAR,
h
*----------.-----.----------------------------------------------------
TF.RMNL, DEBUG, WATER,
6
IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER, INITRO
* Interactive input of data
250
It----.----------..-------------..-------------------------------
CHARACTER DEBCHO*l, WATCHO*l.STPCHO*l, NITCHO*l
CHARACTER*80 WSTAT
WRITE (*,'(Z(/,A))')
CHARACIER* RSTAT
& ' For runnning of the mode1 the following questions',
CHARACTER*BO RSOILP
& ' should be answered.'
CHARACTER*BO RSOIW
*-----the production level is read
300
*-----data initialization
300
WRITE (XOUI.'(5(/,A),A,3(/,Ajj'j
REAL DEPTH(lO), FLCW(ll), PARDIR(î), PARDIF(3)
& ' Which production level do you went: ',
REAL RHOD(10).
SINB(S),
SOILTP(10)
a ' 1 - POTENTIAL CROP PRODUCTION',
REAL THCKN(lOj, TRR(lO),
WCACT(lO), WCACTO(10)
6 '
(irrigation and fertiler application)',
REAL WCFLDC(10). WCREL(lO), WCWILT(10)
& ' 2 * UATER LIMITED PRODUCTION',
& '
(natural rainfall with manure',
*-----the unit numbers for input and output are defined, these are
200
&
,
and fertilizer application)',
27
20
h ’ 3 - UATIIR ARD NITROGEN LIMITED PRODUCTION',
2 2
WRITE (IOUT,'(/,A)')
h '
(natural conditions)',
h
' Give the sowing date (150< ~200) : '
h ' Your choice: ‘
READ (IIN,*) SOWDAY
READ (IIN,*) IPRLEV
IF (SOWDAY.LT.l50..OR.SOWDAY.GT.200.)
THEN
1120
*-----tha choice is read between weather data with actual rainfall or
400
WRITE (IOUT,'(A./,A)') ' Try again, wrong entry!',
*
climate data with actual rainfall
&
' Sowing date outside limitsl'
GO TO 22
WRITE (IOUT,'(4(/,A))')
FED IF
h
* Do you want: ',
h '
average weather data with actual rainfall (1) ?',
IF (STTIHE.GT.SOWDAY) THF.N
h '
actual weather data with actual r.linfall (2) ?',
WRITE (IOUT,'(2(/,A))')
&
' Your choice: '
6
' Crop cannot grow without environment!',
READ (IIN,*) IWTCHO
6
' Run deletedl'
STOP
*-----input of the station name and soi1 data file
END IF
WRITE (IOUT,'(/,A)')
*-----Interactive input of the sowing density
1130
h ' Give weather station code (path plus nane)
. ,
RF.AD (IIN,'(A)') USTAT
2 4
WRITE (JOUT,'(/,A)')
&
' Give the sowing densiéy (2C <lO kg/ha) : '
IF (IWTCHO.FQ.l) THF.N
RFAD (IIN,*) SOWDEN
WRITE (IOUT,'(/,A)')
h
' Give rainfall station code (path plus'name) : '
IF (SOWDEN.LT.2..OR.SOWDEN.GT.10.)
THEN
READ (IIN.'(A)') RSTAT
WRITE (IOUT,'(A,/,A)') ' Try again, wrong entry!',
1160
END IF
&
' Sowing density outside limitsl'
GO TO 24
WRITE (IOUT,'(2(/,A))')
END IF
6
' Give name of soi1 data file uith characteristics ',
h
' for WATER balance (path plus name)
: '
*----temporary data block with inputdatè
~AD (I~N,‘(A)‘) RsoILp
999
IPRLRV- 1
WRITE (IOUT,'(L(/,A))')
IWTCHO - 2
a
' Give name of soi1 data file with characteristics ',
WSTAT
- 'NIOROl'
ii
' for NITROGEN balance (path plus name)
RSTAT
- 'NIOROl'
RuD (I~N.'(A)') itsomi
RSOILP - 'NIOROlSP.DAT'
RSOIW - 'NIOROlSN.DAT'
*-----input of the start year of simulation, when zero is taken,
500
STYEAR - 08
*
climate data are taken for the environment
STTIHE - 158
SOWDAY - 195
WRITE (IOUT,'(/,A)')
SOWDEN- 3
a
' Uhich start year of environment generation (19..)
: '
READ (IIN,*) STYEAR
*-----debug information cari be written to file
1200
STYEAR - STYEAR-1900.
WRITE (JOUT.'(2(/,A))')
*-----start date for the environment is read
600
6
' Do you want debug information to be written to file',
&
' DEBUG.DAT (Y/N), (Default-N) 7: '
LlRITE (IOUT,'(2(/,A))')
READ (IIN.'(A)') DEBCHO
h
' Uhich start time of environment generation (l-365) ',
&
' (01-01-1, 01-04-91, 01-07-182, 01-1'3-274)
: '
*-----debug file is opened in case a positive choice is made
1300
READ (IIN,*) STTIHE
IF (DEBCHO.EQ.'Y'.OR.DEBCHO.EQ.'y*)
THEN
*-----Interactive input of the sowing date
1110
DEBUC.TRUE.
GALL FOPEN (IDEBUG,'DEBUG.DAT'.'NEW','DEL')
29
30
ELSE
IF (STPCHO.RQ.*Y'.~R.STPCR~.EQ.'~*)
THRR
DEBUG-.FALSE.
STMP - .TRUE.
END IF
CALL FOPEN (ISTFlP,'STEE(P.DAT','NEW','DEL')
ELSE
*-----the user cari chose to write information on the soi1 water status
1400
STFM' - .FALSE.
*
to file WATkX.DAT
RND IF
WRITE (IOUT.'(3(/,A))')
*-----initial timer, DELT, FINTIH and STTIHE must be specified
1600
h
' Do you vant detailed information on the',
h
* soi1 water status to be written to file',
DELT - 1.
h
' WATFR.DAT (Y/N), (Default-N) 1: '
FINTIH - 500.
RIXD (IIN,'(A)') WATCHO
CALL INITIH
*-----in case soi1 water information is wanted the appropriate file is
1500
*--------..------...--------------------------------------------------
*
opened
* DYNAMIC SECTION
* the simulation mode1 is run as long as the logical TRRRNL is
IF (WATCHO.EQ.'Y'.OR.WATCHO.EQ.'y')
THRN
* false. anywhere in the mode1 this logical cari be set to true to
WATER - .TRUE.
* terminate the run, note that TRRKNL is common throughout the mode1
CALL F0PF.N (IWATFR,'WATRR.DAT','NEW','DEL')
* and that INIT is not!, INIT is local to each module.
ELSE
*---.-----------------------------------------------------------------
WATER - .FALSE.
EZND IF
900
IF (TRRMNL) GOTO 1000
1700
*-----the user cari chose to Write information on the soi1 nitrogen
1510
*-----the appropriate subroutine is called for the generation
1800
*
status to file NITRO.DAT
*
of weather data
WRITE (IOUT,'(3(/,A))')
1* (IuTCW.~.f) THEN
a
' Do you want detailed information on the',
&
' soi1 nitrogen status to be written to file',
IDAYR - INT (DAY)
6
' NITRO.DAT (Y/N), (Default-N) 7: '
RF.AD (IIN,'(A)') NITCHO
CALL WRATHR (IWRATH,IWAR,USTAT,O,IDAYR,
30,LONGIE. LAT,
64
ELlZV,TMIN, TMAX, AVRAD, RAJN, WIND, VAP)
*-----in case soil-nitrogen information is vanted the appropriate file 1520
AVR4D
- AVRAD*l.E6
*
is opened
CALL RAINFL (IRAIN, RSTAT,IYl%RR,IDAYR,RAIN)
IF (NITCHO.RQ.'Y'.OR.NITCHO.EQ.'y')
THRN
NITRO-.TRUE.
ELSE
*
CALL F0PEN (INITRO,'NITRO.DAT','NEU'.'DEL')
ELSE
IYEARR - INT mw
NITRO-.FAISE.
IDAYR - INT (DAY)
END IF
CALL W~THR (IWRATH.IWAR, WSTAT, IYEARR, IDAYR, 10,
*-----the user cari chose to Write information on the soi1 temperature
1400
6
LONGIE, LAT, ELEV,
*
to file STRMP.DAT
a
MIN, TMAX, AVRAD, RAXN, WIND, VAP)
WRITE (IOUT.'(3(/.A))')
AVRAD - AVRAD*l.E6
6
' Do you want detailed information on the',
IF (IWAR.NE.O) THEN
6
* soi1 temperature to be written to file'.
WRITE (IOUT,'(A,I4;')
' Warning from WRATHR no.:',IhXR
&
' STlXP.DAT (Y/N), (Default-N) ?: '
WRITE (IOUT,'(A,Fkl.Z)') ' At time:',TIME
READ (IIN,'(A)') STPCHO
IWAR - 0
END IF
*-----in case soi1 water information is wanted the appropriate file is
1500
RND IF
*
opened
*-----The subroutine ASTRO is called to compute the photoperiodic and
1900
32
31
*
and the environmental perameters are passed to the subroutine
*
normal daylength (DAYLP and DAYL)
IF (IRMER.EQ.l) THEN
CALL F!IL88 (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOIUi,
CALL ASTRO (DAY,IAT,DAYL,DAYLP,SINLD,COSID)
&
TMIN,TMAE,DAYL,PARDIR,PARDIF,SINB,
&
IIAYgR.WCREL.DEPTH,RDMSOL.THCEN,IPRLEV,
*-----thc subroutine RADIAT is called to compute diffuse and direct
h
LAITOT,ETO,TRR,TRTOT,
*
radiation and the sine of solar angle
a
SOWDFX.SOWDAY.SOILTP.
&
CALL RADIAT (DAYL,SINLD,COSID,AVRAD,SINB.PARDIR,PARDIF,ATMTR)
NDEM,NHPTOT,W<,üCACT)
END IF
*-----the subroutine PENMAN is called to compute evaporation rates
2100
*
*-----the TIHE is updated vith this subroutine, as a11 time variables
(C=/d)
2500
*
are common, there need not be any arguments
CALL PENMAN (IWAR,EIEV,A,B,ATMTR.TMIN.TMAE,AVRAD,WIND,VAP,
CALL TIMER
h
EO,ESO,ETO)
GOTO 900
*-----the soi1 water routines are called dependent on the production
2200
*
level choosen above
* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - . - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ L _ _ _ _ _ _ - - ~ - - - - - - -
2600
* TERMINAL SECTION
IF (IPRLEV.EQ.l) THEN
*-----..--------.--.---------------.--.---.*---------------------------
CALL WATERl (RSOILP,EO,LAITOT,TRTOT,
*-----program execution arrives here when TEp.MNL is true
h
WCREL,RDMSOL,THCEN,DEPTH,ILAYER,
h
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD.WCFIDC,WCWILT)
1000 CONTINUE
ELSE
CALL WATFR2 (RSOILP,EO.IAITOT,TRTOT,IRR:RAIN,
*-----water balance is called for output of statistics
a
WCREL,PDMSOL,THCEN,DEPTH,II.AYER,
2610
a
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
IF (IPRLEV.EQ.l) THEN
END IF
CALL WATERl (RSOILP,EO,lAITOT,TRTOT,
&
WCREL,RDMSOL,THCEN,DEPTH,ILAYBR.
*-----the soil-temperature routine is called to compute the
&
*
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
soi1 temperature
ELSE
*
depending on the available time for mode1 development one
*
CALL WATERZ
should bave the possibility to chose between measured and
(RSOILP,EO,IAITOT,TRTOT,TRR,RAIN,
*
&
WCREL.RDMSOL,THCEN,DEPTH.ILAYER,
computed soi1 temperatures.
a
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
END IF
CALL SOLTHP (ISTHP,ST~,TMIN,TMAE,ILAYER,SOILTP)
*-----nitrogen balance is called for output of statistics
*-----the nltrogen balance routine is called to compute the actual
2250
2620
*
statu6 of the nitrogen balance
cfu NITBAL (WSTAT,RSTAT.RS~ILP.RSOIIN,NITRO,IPRLEV.
&
FIOW,WCACT,WCFLDC,WCWILT,THCEN.DEPTH,
CALL NITBAL (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOILN,NITRO,IPRLEV,
6
IL4YER,WCACTO.RHOD,TRR,RD,SOILTP,DVS,
h
FIOW,WCACT,WCFLDC,WCWILT,THCEN,DEPTH,
6
NDEM.NUPTOT)
6
IIAYER,WCACTO,RHOD.TRRRR,RD,SOILTP,DVS,
&
NDEM,NIJPTOT)
*-----soi1 temperature subroutine is cailed for output of statistics
2630
*-----in case seeding has not teken place yet the seeding conditions
2300
*
CW SOLTMP (ISTHP,STEMP,TMIN,THAX,IUYER,SOILTP)
tested, seeding is generated by IEMER
*-----the
subroutine EXPERT is called to display messages on the screen 2640
If'(TIMB.GE.SOWDAY) THEN
*
that occurred during simulation, a dummy argument is passed as
IEHER-1
*
no expert message is to be generated
ELSE
IF.MER-
CALL EXPERT (0)
END IF
*-----in case emergence must take place the subroutine PLANT is called 2400
STOP
END
2800
34
*-.----------.----.---------------------------.-.---...--__---_-__-
--* 1LF.N
* INTECER FUNCTION IL!34
*
* Autboro: Daniel van Kra^li??gen
*
* Date
: 28-JAN-1987
*
* Purpose: 'RI~S function determines the significant length (ILW)
*
*
of a string (STRING), if the swing is empty a zero is
*
*
retumed,
*
*
*
* FORMALPARAMETRRS:
(I-input,O-output.C-control,IN-init,T-time)
*
* name
meaning
units
class
*
*
____ -- _---_
----- --_-_
*
* ILFa
Retumed function name
1
*
* STRINC String of which the length ir to be
*
*
determined
1
*
*
*
* FATAL F.RROR CHECKS (execution termineted, message)
*
*
condition
*
*
_ _ _ _ - _ - _ -
*
*
*
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
-_-______
------_____________
*
* none
*
*
*
?? SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : none
*
*.---..-----..-.--------------------------------------------------
-*
INTEGER FUNCTION ILEN (STRING)
CHARACTER*(*) STRING
100
DO 10 ILEN-LEN(STRING),l,-1
200
IF (STRING(ILEN:ILEN).NE.~ ') RETURN
10
CONTINUE
RETURN
END
35
36
*---------.-.-...----------------------------------------------------*
INITIM
* SUBROUTINE INITIM
*
TIHE - STTIHE
* Authors: Daniel van Kraalingen
*
YEAR- STYEAR
* Date
: 28-JAN-1987
*
* Pur-pose: This subroutine sets the time variables to the initial
t
*-----January 1st is defined as DAY-l!!
*
values.
*
*
*
DAY -
1 + MOD (TIME-1,365.)
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-tiee)
*
* name
meaning
unit6
class *
RETURN
500
*
- - - - -__---_
----- --___ *
END
*
*
* FATAL EP.ROR CHECKS (execution terminated. message)
*
*
condition
*
*
----_-_--
*
* DELT <- 0
*
* FINTIW < TIm
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
retumed IWAR value
*
*
__-_--_ -_
-------o-m_________
*
*
none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file with unît IOUT
*
*--------------------------------------------------------------------*
SUBROUTINE INITIM
100
*-----initial data types
IMPLICIT REAL (A-H.J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
LCGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
a
DAY,STYEAR,YRAR,
h
TERMNL,DEBUC,WATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*-----check on the value of DELT
200
IF (DELT.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT,*) ' DELT not set, run deleted!!'
STOP
FND IF
*-----check on the value of FINTIH
300
IF (FINTIM.LT.TIME) THEN
WRITE (IOUT,*) ' FINTIH not set, run deleted! !'
STOP
END IF
*-----actual time equals start time
400
37
??? .----.------*--------------.--------------------------------.------*
LIMIS'
_^__^..
i----.,.----------------------------.----------
?
---------------------.*
REAL FmLll"N j..ïnïî
*
INTGRL
?
Authors: Daniel van Kroalingen
*
* ~1. FUNCTION INTGRL
*
?
Date : 20-JAN-1987
+
* Authors: Denis1 van Krselingen
*
?
Purpose: This function lirfts P velue between two boundaries
*
* Date
: 28-JAN-1967
*
?
*
* Purpose: 'I'his ftmthn integrates the rate of change of e stste
*
?
*
FORKAL PARAHETERS:
(1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
vsriebls (DELT 1s assuaed 1).
*
*
?
name
meaning
unit8
class *
*
?
- - - - -______
----_ _____ d
* FORKALPARAHETERS:
(1-input,&-output.C-control,IN-init,T-time)
*
*
?
LIKIT
Returned value, nsme of function
0
*-
naening
units
cless *
*
*
__._
_,._____
?
Pl
Lover boundary
1
e-e__ _-___ *
*
?
* INTGRL New stste, function nsme
P2
Upper boundsry
1
t
0 *
*
?
X
Verieble to be limfted
1
, * GR
Rate of chsnge
?/d
1
*
t
? ? ?
* H
stata
7
1
*
*
?
*
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
?
condition
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminsted, message)
*
*
?
-____--_-
* condition
*
*
t
-ma------
?
Pl > P2
*
*
?
*
*
*
?
* UARRINCS (nonzero value of IUAR returned)
UARNINGS (nonrero value of IWAR returned)
*
*
?
condition
returned IUAR value
* condition
returnad IUAR value
*
*
?
---__-_-_
___________________
t
-___--_-_
-.----------mm-----
*
*
?
none
* none
*
*
?
*
*
*
?
SUBROUTINES and FURCTIONS called : none
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
?
*
?
*
?
FILE ussge : none
?
?? FILE usege : none
*
? ?
*..-.-----.--.--.-------------~----------------
----------------------*
REAL FUNCTION LIHIT (Pl,P2,X)
? ? ?
REAL FONCTION INTGRL (GR,H)
100
*-----initial data types
*-----initial deta types
IKPLICIT REAL (A-H.J-2)
INPLICIT REAL (A-H.J-2)
IWLICIT INTEGEB (1)
IWPLICIT INTEGER (1)
LOCICAL TERKNL, DEBUG, UATER
IF (Pl.GT.PZ) THF.N
200
WRITE (*,'(A)') ' LIHlT function arguments errer'
COMMON /SIK/ STTIiiE.STCROP,TIIE,DELT,FINTIK,
WRITE (*.'(A,Fe.Z,A.F8.2)')
6
DAY,STYEAR.YRAR,
&
' Lover bound -',Pl,'; Upper bound -'.PZ
6
TERKNL,Dl?BlJG,iJATER,
a
WRITE (*.‘(A)‘) ' Run deletedll'
IIN,IOUT,IDEBUG,IUATER,INITRO
I
STOP
*-----multiplication of rate snd time step and addition to previous
END IF
200
*
value
IF (X.GT.PZ) THEN
300
LIMT - P2
INTGRL - H+DELT*GR
ELSEIF (X.LT.Pl) THEN
.
RETDEN
300
LIHIT - Pl
END
ELSELIIIT - X
RND IF
END IF
RETURN
400
END
40
41
*- _____________--_____----~~~----------------------------------
_----_ -* MIL88
* LVTOTW(366) > 0
*
* DST*DELT
> WST
*
SUBROUTINE KIL88
*
* (FRT+FSH)
*
* DRT*DELT
> WRT
*
Author : Niek van Duivenbooden
*
* (FLV+FST+FO) 0 :
*
* GERlAY
> 10
*
based on an earlier version by Daniel van Krealingen
*
* RD
*
>- DEPTH(IIAYER)
* SDDYPT
>5
*
(van Kraalingen 6 van Keulen. 1987). nitrogen component
*
* SDDYPW
> 5
*
* MAI*
<o
*
obtained from Rob Groor (1987) and from Seligman 6 van
*
* NCROP
> 1.1 * NUCRPT,
*
NCROP
< 0.9 * NUCRPT
*
Keulen (1987)
*
*
*
.
* Date : 16-03-1989
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* Purpose: This subroutine simulates the dry matter accumulation and *
*
condition
*
*
-
returned IWAR value
distribution, nitrogen uptake and nitrogen distribution
*
*
_-___-___
-_______-_-_-______
*
*
of a Millet trop, using the environment supplied by the
*
* none
*
*
main program.
*
*
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : WPERT, AFGEN, ASTRO, INTGRL,
*
* FORMAI PAP.AMETRRS:
(1-input.O-output,C-control,IN-init.T-time)
*
*
ASSIM, ASSIWC, RERROR, CRPOUT
*
*Mme
meaning
unit.5
class *
*
*
*
--__
--_----
----w ----- *
* FILE usage : a file with unit IDEBUG
*
* WSTAT
lame of reather station
1
*---.---.---.-.-------
*
------------------_-----------------------------
-*
* RSTAT
Name of rainfall station
1
*
* RSOILP
Requested soi1 data file with physical
*
SUBROUTINE MIL88 (WSTAT,RSTAT,RSOILP,RSOILN,
100
*
characteristics
1
*
6
TKIN,TMAX,DAYL,PARDIR,PARDIF,SINB,
* RSOILN
Requested soi1 data file with nitrogen
*
h
ILAYRR,WCREL,DEPTH.RDMSOL,THCKN,IPRLEV,
*
characteristics
1
*
ii
LAITOT,ETO.TRR,TRTOT,
* IAT
Latitude of the site
degrees
1
*
&
SOWDRN,SOWDAY,SOILTP,
* MIN
Minimum temperature
degrees C 1
*
a
NDRM,NUPTOT,WCWILT,WCACT)
*TMAX
Maximum temperature
degrees C 1
*
* DAYL
Daylength
h
1
*
*-----initial data types
200
* DAYLP
Phoroperiodic daylength
h
1
*
* PARDIR Array with direct PAR
W$
1
*
IHPLICIT RRAL (A-H,J-2)
* PARDIF Array vith diffuse PAR
V/U?
1
*
IMPLICIT INTEGER (1)
* SINR
Array with sine of solar height
1
*
RFAL INTGRL
* IIAYER
Number of soi1 compartments
1
*
* WCRRL
Array with relative water contents per soi1
*
LOGICAL TERHNL,DEBUG,WATER,INITCG
*
compartments
1
*
COHHON /SM/ STTIME,STCROP,TIME.DELT,FINTIM,
* DEPTH
Array with depths of soi1 compartments
Cm
1
*
&
DAY,STYEAR,YEAR.
* RDHSOL
Maximum rootable depth of the soi1
cm
1
*
&
TERKNL,DEBUG,WATER,
* THCKN
Array with thicknesses of the soi1
*
ci
IIN,IOLJT,IDEBUG,IWATER, INITRO
*
compartments
CIIl
1
*
* IPRLEv
Production level
1
*
CRARACTER CRPNAU*79
* UITOT
Total leaf area index (including dead leaves) ha/ha
0
*
CHAPXTER*(*) WSTAT
* RT0
Potentfal evapotranspiration
cm/d
1
*
CHARACTER*(*) RSTAT
* T R R
Transpiration rate per soi1 compartment
cm H*O/ 0
*
CRARACTF.R*(*) RSOILN
I
*
cm soil/d
*
CHARACTER*(*) RSOILP
* TRTOT
Total transpiration of the trop
cm/d
0
*
* SOWDEN
Crop swing density
kgfia
1
*
_-_-__---___-____---____________________-----------
1000
* SOWDAY Crop swing day
1
*
* DECIARATION OF PARAMETRRS
* SOILTP Soi1 temperature
degrees C 1
*
*----.-......--.-.-.._
_-__-------_-----__-____________________---------
* NUPTOT
Total rate of nitrogen uptake by the trop
*
*-----declaration of array for sine and cosine of solar elevation and
1010
* WCWILT
Water content at wilting point
*
*
flux densities of PAR
* WCACT
Actual vater content of the soi1
*
*
*
DIMENSION PARDIR(3), PARDIF(3), SINB(3). COSB(3)
* FATAL RRROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
condition
*
*-----declaration of array for temperature response of rate of
1020
*
-e------e
------_--
*
*
photosynthesis and initial light use efficiency
* DAYLP
<DA%R
* DLV*DELT
> WLV
*
42
/
43
DIHENSION AMAXFT(l0)
DIHFXSION EFFRFT(6)
*-----trop name of this subroutine
2010
1ûx
-.-. ---..
UAIA LKYNAN /'fiiiiet - Souna III'/
DIMNSION WCREL(IIAYER),
DEPTH(ILAYER), THCKN(ILAYER)
*-----definition of number of seed pockets per ha, weight of one seed,
2020
DIKENSION TRR(ILAYER),
SOILTP(ILAYER)
*
fraction thst germinates and conversion factor of seed dry matter
DIMENSION WCWILT(IIAYER), WCACT(IIAYER)
*
into seedling dry matter
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cissé, 1989)
*-----declaration of arreys for root activity
1040
DATA SOWPOC /lOOOO/
DIMENSION TRREDT(14), EDPTT(lO), TPACTT(20)
DATA SDWEIG /7.1E-6/
DATA GEXPER /0.89/
*-----declaration of arrays for development rates
1050
DATA CVSSDL /0.45/
DIMENSION DVRVGT(6). DVRET(8)
*-----definition of conversion factor from trop weight to root uptake
2030
*
capacity fOK nitrogen (kg DH/kg N)
*-----declaration of arrays for dry matter distribution functions,
1060
*
reduction factor for specific leaf area and green area of
DATA FC
/200./
*
stem and age. weight. area of leaf classes, number of
*
tillers. reduction factor for photosynthtic activity of
*-----initial light use efficiency parameters and growth efficiency
2040
*
leaf sheaths end stems end factor to increase photosynthesis
*
parameters (kg CH20/kg DM)
*
when sten growth increases
DATA EFFO /0.45/
DMENSION FSHT(16).
FRT’7(16) v
FLvT(lS),
FSTT(22)
DATA RDIF /0.7155/
DIMENSION FGRT(14),
FCOT(ZO),
FREST(22)
DATA EFCCH /1.25/
DIKENSION LVSIAT(14), STCT(10)
DATA EFCPR /2.25/
DIMENSION LYL'ElG(366). LYTOThT<366). LYSLY~366), LYAGE(366)
DIMENSION NTILTl(lO), NTILTP(lO), LSARFT(14), CFSST(10)
*-----responses of rate of photosvnthesis (Jansen h Gosseve. 1986) and
2050
*
ini&l light use efficienc; (generaiized function 20; C4 plants,
*-----declaration of arrays for maximum nitrogen content in plant
1070
*
Penning de Vries et al., 1989) to temperature
*
organs and nitrogen accumulation rate in grains
DATA AMATFI /O.,O., 8. ,O.,
13.,1.
, 40.,1., 50.,0./
DIMENSION NMXRTT(6). NMXLVT(lO), NMXSTT(16). NMXCOT(8)
DATA EFFRFT /O.,l., 40.,1., 50.,0.025/
DIHEXSION PNARIT(14)
DATA IAMXRN /lO/
DATA IEFFN /6/
*-----declaration of arreys for potential growth rate of individual
1080
*
grains es a function of development stage and of ambient
*--
-time constant for translocation of reserves as a function of
2060
*
temperature
*
reserve level in plant
DIKENSION PGGRDT(8)
DATA TCREST /0.,50.. 0.05,8., 0.1.2., 0.2,1., l.O,l./
DIMNSION PGGRCT(6)
DATA 1TCRF.N /lO/
*-----declaration of array for time constant of reserve flow
1090
*--
-relative maintenance respiration rates (kg CH20/kg DM/d)
2070
DIIF.NSION TCREST(10)
DATA WINLV /0.03/
DATA MAINST /0.015/
*-----declaration of arrey for surface of trop projected on soi1
1100
DATA HAINRT /O.Ol/
DATA KAINCO /0.015;
DIHENSION CROPST(14)
DATA UAINGR /O.Ol/
*-----.----.-----------------------------------------------------------
2000
*--
-reference temperature and QlO for maintenance respiration
2080
* DEFINITION OF PARAHETERS
*--.------.--.-..------------------------------------------------------
DATA HAIRTP /25./
44
45
DATA QlO
/2./
&
0.90, 0.05,
1.00, 0.14.
1.05, 0.34,
1.20, 0.34,
I
h
1.35, 0.26,
1.60, 0.00,
2.10, O.OO/
*-
DATA IFCON /20/
*
,-fraction of dry ÿtatter allocated to shoots as function of
2090
development stage
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden 6 tisse, 1989)
*-----fraction of shoot dry matter allocated to grains as function of
2150
*
development stage
DATA FSHT /O.OO, 0.80,
0.10, 0.85,
0.32, 0.92,
0.71, 0.86,
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
.
&
0.82, 0.70,
0.90, 0.97.
1.00, 1.00,
2.10, l.OO/
DATA IFSHN /16/
DATA FGRT /O.OO, 0.00,
6
1.00, 0.00,
1.05, 0.00,
1.20, 0.05,
*-----fraction of dry natter allocated to roots as function of
2100
h
1.35, 0.39,
1.60, 1.00,
2.10, l.OO/
*
development stage, potential daily root growth rate (cm/d) and
DATA IFGRN /14/
*
potentiel rooting depth of the trop (cm)
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cisse, 1989)
*-----specific leaf area of leaf blades as function of development
2160
*
stage
DATA FRTT /O.OO, 0.20,
0.10. 0.15,
0.32, 0.08,
0.71, 0.14,
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
h
0.82, 0.30,
0.90, 0.03,
1.00, 0.00,
2.10, O.oO/
DATA IFRTN /16/
DATA LVSIAT /O.OO. 0.0085, 0.10, 0.0060, 0.31, 0.0040,
DATA RCPI /5.0/
h
0.45. 0.0032. 0.70, 0.0024, 1.05, 0.0019,
DATA RDMCR /230./
&
2.10, 0.0019/
DATA ISLALN /14/
*-----fraction of shoot dry matter allocated to leaves as function of
2110
*
development stage and average life span of leaf blades in d C
I
*-----circumference of stems and number of tillers as function of
2170
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*
development stage
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
DATA FLVT /O.OO, 0.75,
0.10, 0.83,
0.32, 0.75,
0.86,.0.43,
h
0.90. 0.12,
1.00, 0.01,
1.05, 0.00,
1.20. 0.00.
DATA STCT
/O.O, 0.002, 0.4, 0.010, 0.74, 0.015,
6
2.10, o.oo/
h
1.0, 0.042. 2.1. 0.042/
DATA IFLVN /18/
DATA NTILTl /O.OO, 40.. 0.24, 20.. 0.25, 3.0, 0.40, 5.7,
DATA SPAN /975./
6
0.91, 5.3/
/
DATA NTILT2 /O.O,
42., 0.24, 23., 0.25, 3.0, 0.40, lO.,
*-----fraction of shoot dry matter allocated to stems as function of
2120
Ii
0.91, 7.6/
*
development stage
DATA ISTCN /lO/
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé. 1989)
DATA INOTl /lO/
DATA INOT2 /lO/
DATA FSTT /O.OO, 0.25,
0.10, 0.16,
0.32, 0.22,
0.86. 0.42,
&
0.90, 0.63,
1.00, 0.58,
1.05, 0.48,
1.20, 0.43,
*-----relative growth rate of leaf area during juvenile growth
2180
&
1.35. 0.35,
1.60,
0.0,
2.10, O.OO/
*
(ha lesves/ha ground/ C/d)
DATA IFSTN /22/
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
*-----fraction of shoot dry natter allocated to reserves as function
2130
DATA LVARGR /O.OOSSl/
*
of development stage
*
estimated data (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*-----reduction factors of thinning (10 days after emergence)
2190
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden h Cissé, 1989)
DATA FRI%T /O.OO, 0.00,
0.10, 0.01,
0.32, 0.03,
0.86, 0.13,
&
0.90. 0.20,
1.00, 0.27,
1.05, 0.18,
1.20, 0.18,
DATA THIRFL /0.25/
6
1.35, 0.00,
1.60, 0.00,
2.10, O.OO/
DATA THIRFS /0.26/
DATA IFRESN /22/
DATA THIRFR /0.21/
*-----fraction of shoot dry natter allocated to combs as function of
2140
*-----reduction factor for photosynthetic activity of leaf shesths and
2200
*
development stage
*
of stems relative to that of leaves
*
field data fron Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cisse, 1989)
*
estimated values
DATA FCOT /O.OO, 0.00,
0.32, 0.00,
0.86, 0.02,
DATA LSARFT /O.O, 0.0, 0.2, 0.0, 0.5, 0.5, 0.7, 1.0,
46
:
47
h
1.1, 1.0, 1.3, 0.0.
2.1, o.o/
DATA TCNTR /lO./
DATA CFSST
/O.O, 1.0, 0.4, 1.0,
0.5, 0.9, 0.6, 0.3,
h
0 8, O.?/
t-----~*x;~um ~,~trügsxl i3mi;entr*t:on in le*f blades, stems. cürr;os ar,l.i
22ôû
DATA ILSAIN /14/
*
roots as a function of development stage, and maximum nitrogen
DATA ICFSS /lO/
*
concentration in grains
*
field data from Nioro du Rip (van Duivenbooden & Cissé, 1989)
*-----pre-anthesis development rate as function of mean temperature
2210
*
field data from Nioro du Rip 1988
DATA NMXLVT /O.O, .059. 0.4, .047,
1.0, .036, 2.0, .024,
*
base temperature 10 C (van Heemst, 1988)
a
2.1. .024/
DATA NMXSTT /O.O, .050, 0.3, .042. 0.4, .035,
0.14, .022,
DATA DVRVGT /O., 0.. 17.6, 0.022,
25., 0.030/
&
1.0, .021, 1.6, .009, 2.0, .008, 2.1, .008/
DATA IDVRTl /6/
DATA NMXR'IT /O.O, .020, 2.0, .,OlO. 2.1, .OlO/
DATA NHXCOT /O.O, .022, 1.0, .022. 1.6, .009, 2.1, .009/
*-----reduction factor for development rate after anthesis as function
2220
DATA NMAXGR /0.025/
*
of temperature and potential post-anthesis development rate
DATA INMXSN /16/
DATA INMXLN /lO/
DATA DVRET /O., O., 10.. O., 28.8, 1.0, 45.,1.0/
DATA INMXRN /6/
DATA IDVRF,N /k3/
DATA INMXCN /8/
DATA DVRGEP /0.025/
*-----residual non-remobilizable nitrogen concentrations in leaf
2290
*-----potential growth rate of individual grains (10-6 kg/d) as
2230
*
blades, stems, roots and combs, respectively and minimum
*
function of development rate and correction factor for effect of
*
nitrogen concentration in grains
*
temperature (estimated)
*NEEDS FURTHRR EXAMINATION FROM LITERATLJRE OR FIELD EXPERIMENTS
*
field data fron Nioro du Rip (van Duivenbooden 6 Cissé, 1989)
DATA RNCLV /O.OOS/
DATA PGGRDT /l.O. 0.0,
1.15, 0.13. 1.40, 0.30, 2.1, 0.21/
DATA RNCST /O.OOlS/
DATA PGGRCT /20., 0.9. 30,. 1.0, 4Q., O-9/
DATA RNCRT /Q.OOl/
DATA IPGRDN /a/
DATA RNCCO /0.0025/
DATA IPGRCN /6/
DATA RNCGR /O.OOS/
*-----reduction factor for water uptake by the roots due to low
2300
*-----relative death rates (d-l) of leaf blades, stems end roots.
2240
*
aoisture content of the soi1
,*
the latter two relative to the death rate of leaves
DATA TRREDT /O.OO,O.O, 0.1.0.4. 0.15,0.50, 0.3.0.8, 0.5.1.0,
DATA PERDLV /0.03/
6.
0.75,l.O. l.l,l.O/
DATA LSLBR /0.60/
DATA IWREDN /14/
DATA RLRT /0.25/
*-----root activity coefficient as function of frection availahle
2310
*-----potential rate of nitrogen uptake (kg/ha/d)
2250
*
water (i.e. field capacity minus wilting point) and function
*NEEDS FORTHER FXAUINATION FR& LI&RAti-OR k..D EXPERIMENTS
*
of soi1 temperature (5 degrees above those of Seligman h van
*
Keulen, 1987)
DATA PNUPR /6.0/
DATA EDPTT /0.,0.15, 0.15,0.6, 0.3,O.B. 0.5,1.0, l.l,l.O/
*-----potential nitrogen accumulation rate in the grain (10-6 kg/d) as
2260
DATA TRACTT /0.,0.06, 5.,0.06, 8.,0.29. 15.,0.85, 21.,0.94,
*
function of temperature
a
23.,1.0, 27.,1.0, 36.,0.87. 45.,0.60. 55.,0.30/
*NEEDS FORTHER EXAHINATIQN FROH LITHWXRE OR FIELD EXPRRIMENTS
DATA IEDPTN /lO/
DATA ITCTPN /20/
DATA PNARIT /-lO..O.. O.,O., 8.,0., 12.5:0.022; 18,5,0.029,
&
27.5,0.032, 35.,0.032/
*-----trop surface, calcul ted as projected area on soi1 with
2320
1
DATA IPNARN /14/
*
rectangular light (m /ha) as function of shoot weight
*
estimated data from Nioro du Rip 1988
*-----Urne constant for nitrogen translocation from vegetative tissue
2270
*
to the grain (d)
DATA CROPST /O.OO,O.OO, 0.4.16..
13.,100.. 43.,300.,
6
303.,800.,
1016.,1960., 3000..7000. /
48
49
DATA ICRPS /14./
EUEIF (THCKN(l)+THCKN(2).LT.S.) THRN
*-----initialisation of the variables RKRRG end GERM
2330
SDTEPIP - SOILTP(3)
EUE
DATA RMRRG /O./
SDTEHP - SOILTP(2)
DATA GKRR /O./
RND IF
END IF
*.--------.---.--------------------------
____._______________---------
3000
* DYNAHIC PART
*-----check whether germination has taken place and whether it is
4150
*--------------------------------------------------------------
- _ - _ _ _ _
*
possible. Check whather STDAY > SOWDAY has already been carried
*
*-----chack on input parameters (expert information)
3100
out in CROPEG.
IF (THIN.LT.10.) CALL EXPERT (1)
IF (GRRK.LT.0.5) THKN
IF (THIN.LT.0.) CALL IXPRRT (2)
IF ((DAY.LT.SOWDAY+l).OR.(SDTRMP.LT.lS.).OR.
h
(SDTEKP.GT.40.)) GOTO 104
*-----average daily temperature and effective air temperature
3100
*
during daytime
*--------seeds bave not yet germinated. Check on volumetric soi1
4160
*
moisture content of germination layer, germination proceeds
RIPA
- (TNAX + TKIN) / 2.
*
only if volumetric water content is 1.2 times wilting point
RAIRTP - TNAX - 0.25 * (T&U - MIN)
*
(Seligman and van Keulen, 1987)
IF (WATGRR.LT.GERIAY*UCWILT(l)*1.2)
THRN
*-----~---------------------.-------------------------.---------------
4000 .
GOTO 104
* GERHINATSON
ELSE
*-.---,.......-......---.-.-..-------.---..--.....-.--*---------------
GERH
-1.
* process of germination
4100
SDDYPT - 0.
*--.---.----..-.---.-----------------
____________________-------------
SDGRRP - 0.
*-----check whether emergence has taken place
4110
SDDYPW - 0.
GERDAY - DAY
IF (MERG.GT.0.5) GOTO 120
WRITE (*,'(A,F5.0)') ' Day of germination:',GRRDAY
RETORN
*-----calculation of thickness of germination layer
4120
RND IF
FND IF
G E R U Y - 0 .
Do 10 I-1.3
*-----seeds bave germinated. Check on temperature of seeds. If
4170
*
GERIAY - GERUY + THCKN(1)
temperature is not within the temperature range permitted,
*
IF (GRRIAY.GT.10.) THEN
germination stops after 5 days and emergence is not possible
STOP 'Germination layer exceeding 10 cm'
*
anymore
END IF
10
CONTINUE
IF ((SDTEMP.LT.l2.).OR.(SDTKKP.GT.42.))
THRN
SDDYPT - SDDYPT + DELT
*-----calculation of amount of soi1 water in the germination layer
4130
IF (SDDYPT.LT.5) THRN
GOTO 104
UATGER - 0.
ELSE
DO 20 I-1,3
WRITE (*,'(A/A)')
WATGRR
- WATGER + WCACT(I) * THCKN(I)
&
' Seeds bave died due to unfavourable temperatures',
2 0
CONTINUE
&
' restart mode1 with new seeds'
STOP
*-----calculation of temperature of seeds, set equal to soi1
4140
RND IF
*
temperature around seeds. It is assumed that seeds are SOW~
RND IF
*
at 3-5 cm depth
*-----check on volumetric soi1 moisture content of the upper three
4180
t
IF (THCKN(l).LT.S.) TRF.N
layers, germination continues only if volumetric water content
SDTRMP - SOILTP(l)
*
1s higher than 1.2 times wilting point (Seligman & van Keulen,
50
5 1
*
1987)
- 0.
WLVD
- 0.
IF (IJATGER. LT.GER~LAY*wcwLTfl)*l.
2) THEN
WSTD
- 0.
SDDYPW - SDDYPU + DELT
URES
- 0.
IF (SDDYPW.LEZ.5) THEN
R D
- 8.
GO TO 104
USHTOA
- 0.
ELSE
IC
- 0.
WRITE (*,'@/A)')
DVS
- 0.
a
' Seeds bave died, due to drying out of the soil',
INITCG
- .TP.UE.
ii
' restart with new seeds'
C
GLV
- WLV/DELT
STOP
C
GST
- WST/DELT
END IF
C
GRT
- WRT/DELT
END IF
GLV
- 0.
GST
- 0.
*-----check whether optimal germination temperature is reached and
4190
GRT
- 0.
*
whether treshold value for germination has been reached. It is
GIA
- 0.
*
assumed that under optimal conditions a11 viable seeds emerge
THIDAY
- 0.
*
within 2 days (thus 3 days after sowing). With less favourable
CROPH
- 0.035
*
temperatures it takes 5 days.
NDEMGR
- 0.
IF ((SDTWP.GT.25.).AND.(SDTEMP.LT.35))
THEN
*-----initialization
of first element of leaf arrays
4220
SDGERP - SDGERP + DELT + 1.5
EISE
C
LVUEIG(1)
= GLV*DELT
SDGERP - StKXRP + DELT
C
LVTOTw(1)
- GLV*DELT
FND IF
LVWEIG(1) - WLV
IF (S.DGERP.LT.5) THFN
LVTOTu(l) -wi.,V
GOTO 104
LVSLVA(1)
- AFGEN(ISIALN.LVSIAT,DVS)
ELSE
LVAGE(1)
-
(TXPA-lO.)*DELT
EHERG -1.
EMDAY
- DAY
*-----calculation of initial leaf area
4230
WRITE (*,'(A,F5.0)') ' Day of emergence: ', EMDAY
GOTO 105
LAI
- WLV * LVSLVA(l)
END IF
*-----calculation of initial nitrogen distribution
4240
*-----germination and emergence are still possible but threshold
4195
*
values bave not yet been reached, return to CROPEG
NCLV - ~G~(I~~,NI~xI.vI,Lws)
NCST - AFGEN(INMXSN,NMXSTT,DVS)
104
CONTINUE
NCRT - AFGEN(IMMRN,NMXRTT,DVS)
*----calculation of initial amount of nitrogen
4250
*.-.------.----------------------------------------------------------4200
* initializetion of seedlings
NLV - ULV * NCLV
*---.----------------------------------------------------------------
NST - WST * NCST
*
distribution factors of dry weight from seed to seedling,
4210
NRT - WRT * NCRT
*
field data from Nioro du Rip 1988
*-----initialization
of maximum nitrogen levels in various organs
4260
105
CONTINUE
NHAXLV - AFGEN(INMXU,NMXLVT,DVS)
EMERNO
- SOWDEN * GERPER / (SDWEIG * SOWPOC)
, NMAXST - AFGEN(INMXSN,NHXSTT,DVS)
ULV
- SOL7DEN * GERPF.R * CVSSDL * 0.35
NMAXRT - AFGF.N(INMXRN,NMXRIT,DVS)
WST
- SOUDEN ?? GRRPER * CVSSDL * 0.35
NMAXCO - AFGEN(INMXCN,NHXCOT,DVS)
URT
- SOWDEN * GRRPER * CVSSDL * 0.30
WC0
- 0.
*-----plant has emerged (net initial)
4270
52
53
120
CONTINUE
*------..--.--,---..-----.----------------------------------------------
5000
* WEIGHTS OF PIANT ORGANS AND AMODRTS OF NITROGEN
*-----initialization of nitrogen in combs and grains
4280
*------.---.-----------------------------------------------------------
*-----integration of growth rates of stems, reserves in Stern, combs.
5010
IF (INITCG) THEN
*
grains and roots, integration of death rates of leaf blades.
IF (FCO.GT.0.) TIDSN
*
stems and roots and integration of rooting depth and development
NCCO
- AFGW(INKXCN,N?4XCOT,DVS)
*
rate
NCGR
- NMAXGR
INITCG - .FALSE.
IF (DVS.LT.l.O) THEN
END IF
DVS - INTGRL(DVRVEG,DVS)
RND IF
ELSEDVS - INTGRL(DVRGRN,DVS) s
*----------------------------
-------------------_----------------------
4300
END IF
* Thinning
*-.--.--..-------------------.---------------.-------------------..----
IF (DVS.GT.O.) TRRN
*-----10 days after emergence the number of seedlings is reduced by
WST
- INTGRL(GST-DST,WST)
*
thinning, hence weights, growth rates and corresponding amounts
WRES - INTGRL(GRRS-DRES,URES)
*
of nitrogen of leaf blades, stems, reserves and roots are reduced
WC0
- INTGRL(GCO,WCO)
*
reduction factors obtained from field experiments
WGR
- INTGRL(GGR,WGR)
*
(van Duivenbooden & C~ES~, 1989)
WRT
- INTGRL(GRT-DRT,URT)
WLVD - INTGRL(DLV,WLVD)
TRIDAY - THIDAY + DELT
WSTD - INTGRL(DST,USTD)
IF (THIDAY.EQ.10.) THEN
WRTD - INTGRL(DRT,WRTD)
RD
- INTGRL(RRD,RD)
WST
- WST * THIRFS
END IF
LIRES
- LJRRS * THIRFS
WSH
- WLV + WST + WLVD + WSTD + WRES
URT
-WRT *THIRPR
WLVD
-WLVD * THIRFL
*-----integration of rates of change in nitrogen content of the
5020
WSTD
- WSTD * THIRFS
*
various organs
WRTD
-URTD * THIRFR
NLV
- INTGRL(NUPLV-NTRLV-NLLVD,NLV)
NLV
- NLV * THIRFL
NST
- INTGRL(NUPST-NTRST-NlSTD,NST)
NST
-NST *THIRFS
NC0
- IRTGRL(NDPCO-NTRCO,NCO)
NRT
-NRT *THIRFR
NRT
- INTGRL(NIJPRT-NTRRT-NLRTD,NRT)
NLVD
- NLVD * THIRFL
NGR
- INTGRL(NCGR,NGR)
NSTD
- NSTD * THIRFS
NLVD
- INTGRL(NLLVD,NLVD)
NRTD - RRTD * TRIRFR
NSTD
- INTGRL(NLSTD,NSTD)
NRTD
- INTGRL(NLRTD,NRTD)
GIS'
- GLV * TRIRFL
GST
- GST * THIRFS
GRT
- GRT * THIRFR
* - _ - - - - - __--_---_--.___-________________________-----------------------
6000
DLV
- DLV * TRIRFL
.
* GROWTH PROCESSES
DST
- DST * THIRFS
DRT
- DRT * THIRFR
*----.-------.-..--.------*--------------------------------------------
6100
IA1
- LAI * THIRFL
* leaf growth arrays
*--.--.------.-----.---------------------------------------------------
Do 125 1-1,IC
*-----check for sise of array
6110
LVWEIG(1) - LVUEIG(I) * THIRFL
125
CONTINUE
IF (LVTOTW(366).NE.O.) THEN
WRITE (IOUT,'(A/A)')
ERDIF
a
‘ Array sire is not sufficient for leaf weights',
a
' Run deleted'
54
55
STOP
6.
' Crop died at day:'. DAY ,
RND IF
u
, &Ce te dea&, of pllA lEPleii*
STOP
*-----leaf ages, leaf areas and leaf weights are shifted to the next
6120
END IF
*
class
*.
--calculation of area of leaf sheaths and stems with
6150
IC - IC + 1
*
photosynthetic activity, cumulative height of stems as a
*
function of height and number of tillers (DVS < 0.9) thereafter
DO 130 1-IC,2,-1
*
as function of shoot dry weight. during first 10 days
LVWEIG(1) - LVWEIG(I-1)
*
contribution of LSAI is neglected
LVTOTw(I) - LVTOTw(I-1)
*
area is reduced to account for photosynthetic activity of leaf
LVSLVA(1) - LVSLVA(I-1)
*
sheaths and of stems relative to that of leaf blades
LVAGE(1)
- LVAGE(I-1)
*
water limitation or nitrogen limitation reduces relative growth
130
CONTINUE
*
rate of trop height growth, ffeld data from Nioro du Rip, 1988
*
remark: 0.8 * Nmaxlv is arbitrarily chosen and number of tillers
Do 140 1-2,IC
*
(NOTIL) is rounded and held constant
LVAGE(1) - LVAGE(I)+(TMPA-lO.)*DELT
140
CONTINUE
IF (DVS.LT.O.90) THRN
IF (NLV.LT.O.I*NMAXLV) THEN
*-----initialization of first element of arrays
6130
CRHRGR - 0.082
NOTIL - AFGEN(INOTl,NTILTl,DVS)
IF (DVS.GT.0) THEN
ELSE
LVUEIG(1) - GLV*DELT
CRHRGR - 0.092
LVTOTw(1) - GLV*DELT
NOTIL
- AFGEN(INOT2.NTILT2,DVS)
LVSLVA(1) - AFGEN(ISULN,LVSL4T,DVS)
RND IF
LVAGE(l)
- (THPA-lO.)*DELT
END IF
GCROPH - CROPH * (EXP(CRHRGR * DELT) - 1.)
CROPH
- INTGRL(GCROPH.CROPH)
*-- . .
STLTOT - CROPH * NOTIL * SOWPOC
*
--calculation of new leaf area, leaf weight and total leaf area
6140
*
During jwenile growth leaf growth is limited, being a function
of RGR of leaf area
EZND IF
STC
- AFGEN(ISTCN,STCT,DVS)
STLTOT - 3.6E4 + 23.8 * WSH
ULV -0.
LSAIRF - AFGEN(ILSAIN.LSARFT.DVS)
LSAI - LSAIRF * STC * STLTOT / 1.E4
IF (DVS.LT.0.45) THRN
*---------------------------------------------------------------------
GLA
- LAI * (EXP(LVARGR * RAIRTP * DELT) - 1.)
6200
lAI
- INTGRL(GlA.LAI)
* PHOTOSYNTHESIS
DO 150 1-1,IC
ULV
- WLV + LVUEIG(1)
150
CONTINUE
*----calculation of development rate as function of temperature
6210
ELSE
LAI -0.
IF (DVS.LT.1.0) THEN
IAITOT - 0.
DVRVEG - AFGEN (IDVRTl,DVRVGT,(TMPA-10))
ELSE
DO 155 1-1,IC
DVRGEN - DVRGEP * AFGEN (IDvREN,DVRET,TMPA)
WLV
- ULV
+ LVWEIG(1)
END IF
LAI
-IA1
+ LVWEIG(I) * LVSLVA(1)
~AITOT - IAITOT + LVT~TW(I) * uw..v~(I)
*-----maximum rate of photosynthesis depends on nitrogen content of
6220
155
CONTINUE
*
leaves and on temperature. AMAXN calculated from various articles
END IF
*
photosynthesis is stimulated when stem elongation occurs
*
(van Duivenbooden & CissB, 1989).
IF WLV.EQ.0.) THEN
URITE (*,'(A,F~.O/A)')
AMAXN - MAX (0.. 1016 * NCLV - 2.50)
I
5 6
1
5 7
AKAXRF - AFGEN(IAMXRN,AMAX~,EAIRTP)
DO 170 I-l.IN-1
FSTTOT - FST + FRES
EX - ER + THCKN(1) * AFGEN(IEDPTN,EDPTT,wcREL(I))
CFSS - AFGFN(ICFSS,CFSST,FSTTOT)
170
CONTINUE
AKAX
- AMAXN * AMAXRF / CFSS
ER
- ER + RDINL * AFGEN(IEDPTN.EDPTT,WCREL(IN))
6262
*-----initial light use efficiency depends on temperature (Penning de
6 2 3 0
TRPMM- =/m
*
Vries et al., 1989).
TRTOT - 0.
6263
EFF - EFFO * AFGEN(IEFFN.EFFRFT,EAIRTP)
D O 1 8 0 I-~,IIAYER
IF (I.LE.IN-1) THEN
*-----projection of trop on soi1 surface with rectangular light,
6 2 3 5
TRWD - AFGEN(IWREDN,TRREDT.WCREL(I))
*
required during juvenile growth when leaf blades are clustered
TRACWA - AFGEN(IEDPTN,EDPTT,WCREL(I))
TRACT~ - AFGEN(ITCTPN,TRACTT,SOILTP(I))
IF (DVS.LT.O.90) THEN
T=(I) - TRPMM* TRWRED*TRACWA * TRACTP
CROPS - AFGFN(ICRPS,CROPST,WSH)
TRTOT
- TRTOT + TRR(1) * THCKN(1)
END IF
ELSE
TRRU) - 0 .
*-----daily total gross assimilation (DTGA)
6 2 4 0
FND IF
*
photosynthesis of total plants is for the time being calculated
180
CONTINUE
*
as photosynthetic activity of LAI and LSAI (as output LAI
*
refers only to that of leaf blades, LSAI is substracted again
TRWRED
- AFGEN(IWREDN,TRREDT,WCREL(IN))
*
after DTGA calculation)
TRACWA
- AFGEN(IEDPTN,EDPTT,WCREL(IN))
*
if projected area of trop is below the treshold value, leaf
TRACTP
- AFGEN(ITCTPN.TlUCTT,SOILTP(IN))
*
blades are clustered, with corresponding'calculation of DTGA
TRR(IN) - TRPMM * TRWRED * TRACWA * TRACTP * RDINL/THCKN(IN)
TRTOT
- TRTOT + TRR(IN) * THCKN(IN)
LAI - IA1 + ISAI
PHOTRF
- TRTOT / TRMAX
IF (SSHADE.LT.O.BE4) THEN
IXU ASSIMC (DAYL,AMAK,EFF,KDIF.UI,PARDIR,PARDIF,SIN~,
*-----ectual assimilation rate, as corrected for transpiration
*
deficit
6270
h
DTGA,CROPS,CROPH.SSHADE)
and conversion fron CO2 to CH20
*
additional reduction factor introduced by Van Kraalingen
ELSE
(0.9)
CALL ASSIH (DAYL,AMAX,EFF,KDIF,L~I,PARDIR,PARDIF,SINB.
*
deleted
6
DTGA)
ENDIF
GPHOT - DTGA * PHOTRF * 30./44.
UI - IA1 - LSAI
*--------.------.--------------.---------------------------------------
6300
*-----effect
6 2 5 0
* Maintenance respiration
of water stress, search for layer vhere root growth takes
*
j----------------------------------------------------------------------
place plus penetration in deepest layer.
*-----being affected by temperature and nitrogen concentration and
6310
*
DO 160 I-1,IlAYER
available assimilates for growth
IF (RD.GT.(DEPTH(I)-0.5*THCKN(I)).AND.
TEFF
- QlO**((TMPA-MAIRTP)/lO.)
h
RD.LE.(DEPTH(I)+0.5*THCKN(I)))
IN-I
MACNLV - (NCLV-RNCLV)/(NHAXLV-RNCLV)
160
CONTINUE
MACNST - (NCST-RNCST)/(NMAXST-RNCST)
MACNCO - (NCCO-RNCCO)/(NMtiXCO-RNCCO)
RDINL- RD-(DEPTH(IN-1)+0.5*THCKN(IN-1))
WCNGR - (NCGR-RNCGR)/(NMAXGR-RNCGR)
MACNRT - (NCRT-RNCRT)/(NMAXRT-RNCRT)
*-----reduction factor in TRMAX of 0.7 added by Van Kraalingen
6 2 6 0
*
deleted here and replaced by TRACTP function Seligman 6 van
MAILV
- WLV * WINLV * MACNLV * TEFF
rt
Keulen (1987, pp 100).
MAIST
- WST * MAINST * HACNST * TEFF
t
another possible solution may be by closing of stomata as a
MAICO
- WC0 * MAINCO * MACNCO * TEFF
*
function of the rate of photosynthesis (Hochman, 1978 77)
MAIGR - WGR * MAINGR * MACNGR * TEFF
HAIRT
-WRT * MAINRT * MACNRT
TRHAX - 0.7 * ET0 * (l.-EXP(-0.75*KDIF*LAI))
6261
MAITOT - MAILV + WIST + MAIRT + KAICO + MAIGR
FA
- 0.
58
59
IF (~ILV.LT.O..OR.WAIST.LT.O..OR.NAICO.LT.O..OR.MAIGR.LT.O.
ELSE
h
.OR.MAIRT.LT.O.) THEN
PRCGR
- 5.7 * NCGA
WRITE (*.'(A.F5.O/A)')
F.ND IF
&
' Maintenance negative at day:', DAY ,
h
' Run deleted '
ASRQLV - PRCLV*EFCPR + (l.-PRCLV)*EFCCH
STOP
ASRQST - PRCST*EFCPR + (l.-PRCST)*EFCCH
FXD IF
ASRQRT - PRCRT*EFCPR + (l.-PRCRT)*EFCCH
ASRQCO - PRCCO*EFCPR + (l.-PRCCO)*EFCCH
*.--.----------------------------------
--------*-----------------------
6400
ASRQGR - PRCGR*EFCPR + (l.-PRCGR)*EFCCH
* Nett assimilate production and its distribition
ASRQRE - 0.947/1.111
* - - - _ - - - _________-___-_---------.--------------------------------------
*-----nett assimilates
6410
ASRQ
- FSH * (FLV*ASRQLV+FST*ASRQST+FCO*ASRQCO+FGR*ASRQGR
&
+ FRES*ASRQRE) + FRT * ASRQRT
AVASS
- MAX (O.,CPHOT-MAITOT)
*----------.----.-.---------------------------------------------------
6500
*-----fraction of dry natter accumulation in shoots, leaves, stems,
6420
* Death rates of leaf blades, roots and stems
*
resetves, roots, combs and grains.
*------------------.--------
--__-_--___-_--_--_-----------------------
*-----death of leaf blades due to vater stress or high IA1 or nitrogen
6510
FSH - AFGEN(IFSHN.FSHT,DVS)
*
shortage is distributed over the trop
FLV
- AFGEN(IFLVN.FLVT,DVS)
FST - AFGlIN(IFSTN.FSTT,DVS)
DLVl
- !JLV * PFXDLV * (l.-TRTOT/TRMAX)
FRES - AFGEN(IFRESN,FREST,DVS)
DLV2 - WLV * MAX (O.,l.-6./MAN (O.Ol,IAI))
FCO
- AFGFN(IFCON,FCOT,DVS)
DLV3
- NLV * PERDLV * (l.-(NMAXLV-RNCLV)/(NCLV-RNCLV+l.OE-9))
FGR
- AFGBN(IFGRN.FGRT,DVS)
DLVA
- MAX (DLVl,DLV2,DLV3)
FRT
- AFGEN(IFRTN.FRTT,DVS)
*-----definition of death rate of leaf blades, oldest leaf blades die
6520
*-----check on consistency of dry matter partitioning
6430
*
first
SUMl- FRT+FSH
IF (DLVA.GT.0.) THEN
IF (SUMl.GT.1.01) CALL RERRDR (l,'DMpart',SUMl,'PLANT
')
DLVT - DLVA
IF (SUMl.LT.0.99) CALL RERROR (2,'DMpart',SUMl,'PLANT
')
1 - IC
215
IF (DLVT.GT.~.AND.I.GE.~)
THEN
SUN2 - FLV + FST + FRES + FCO + FGR
IF (LVNEIG(I).GT.O.) THFN
IF (SUM2.GT.1.01) CALL RERROR (l,'DMpart',SUMZ,'PLANT
')
DUM - XIN (DLVT,LVWEIG(I))
IF (SUM2.LT.0.99) CALL RFRROR (2,'DMpart',SUM2,'PLANT
')
LVWEIG(1) - LVUEIG(I)-DUM
DLVT - DLVT-DUN
*-----Calculation of number of grains at anthesis
6440
END IF
*
as DVS - 1.0 cari not always be calculated, a small range is
1 - I-l
*
used
GOTO 215
END IF
.
IF(DVS.GT.O.99.AND.DVS.LT.l.02)
THEN
END IF
WSHTOA - WLV + WLVD + UST + WSTD + WC0 + WRES
NUMGR
- 2.85E0 + 59400 * WSHTOA
*-----definition of death rate of leaf blades, due to senescence
6530
WD IF
DLVB - 0.
*-----assimilate requirerents for dry matter production
6450
DO 225 I-l,IC
*
(kg CH20/kg DM)
IF (LVAGE(I).GT.SPAN.AND.LVNEIG(I).GT.O.)
THFN
DLVB - DLVB+LVWEIG(I)/DELT
PRCLV
- 6.25 * NCLV
LVWEIG(1) - 0.
PRCST
- 6.25 * NCST
END IF
PRCCO
- 6.25 * NCCO
225
CONTINUE
PRCRT
- 6.25 * NCRT
IF (DVS.LT.1.0) THEN
*-----total death rate of leaf blades
6540
PRCGR
- PRCST
60
61
DLV
- DLVA + DLVB
*
1986) (water 106s for conversion of glucose into star& and water
IF (DLV*DELT.GT.WLV) TH8N
*
use for conversion of starch into glucose are not taken into
DLV - ULV / DELT
*
account)
END IF
IF (DVS.LT.1.05) THEN
*-----death rate of stems. due to water stress, senescence or
6550
GRES - FRES * FSH * 0.947/1.111 * AVASS/ASRQ
*
nitrogen shortage
GGR - 0.
ELSE
DSTl
- LSLBR * DLVl
RESL
- URES / (WLV+WST+WRES)
DST2
- LSLBR * DLVP
TCRES
- AFGEN(ITCREN,TCREST,RESL)
DST3
-WST * PERDLV * LSLBR*
URES
- WRES ; TCRES
a
(l.-(NMAXST-RNCST)/(NCST-RNCST+l.OE-9))
PGRCFI - AFGEN(IPGRCN,PGGRCT,TMPA)
IF (DLVB.GT.0.) THRN
PGRIGR - PGRCFT * l.E-6 * AFGEN(IPGRDN,PGGRDT,DVS)
DSTB - LSLBR * DLVB
CDFMGR - NUMGR * PGRIGR * ASRQGR
ELSE
CSUPGR - FSH * FGR * AVASS/ASRQ + URES * 1.111 * 0.947 +
DSTB - 0.
a
FR!% * FSH * AVASS/ASRQ
END IF
GGR
- l./ASRQ * MIN(CDEMGR,CSUPGR)
DST
- MAX (DSTl,DST2,DST3,DSTB)
IF (CDEMGR.LT.CSUPGR) THEN
IF (DST*DELT.GT.WST) THF.N
GRES - CSUPGR - CDEMGR
WRITE (*,'(~,a)')
ELSE
h
' Amount of dead stems exceeds available' ,
GRES - 0.
h
' living stems’
END IF
STOP
FND IF
F.ND IF
*- --- .-root growth cesses in case of dryness of soi1 compartment, vhen
6620
*-----death rate of roots. due to water stress, senescence or
6560
*
no assimilates are diverted to roots, when an impenetrable soi1
*
nitrogen shortage
*
layer has been reached or when the maximum rooting depth of the
*
trop has been reached.
DRTl
- RLRT * DLVl
DRT2
- RLRT * DLV2
IF (IN.GT.O..AND.FRT.GT.O..AND.WCREL(IN).GT.O..AND.
DRT3 - WRT * PERDLV * RLRT *
&
RDHSOL.GT.RD.AND.RDMCR.GT.RD)
THF.N
&
(1..(NMAXRT-RNCRT)/(NCRT-RNCRT+l.OE-9))
RRD - RGM
DRT
- MAX (DRTl,DRTP,DRT3)
ELSE
IF (DRT*DELT.GT.WRT) THEN
RRE-0.
WRITE (*.'(A,A)')
END IF
6
' Amount of dead roots exceeds available' ,
6
' living roots'
*----------------------------------
__________ ____--- __________ -------- 7000
STOP
* NITROGEN DISTRIBUTION
WD IF
*--.-----------------------------------
- _ - _ - - _ - - ___-________---__-_---
*---------------------------------------------------------------------
6600
*-----maximum nitrogen levels in various organs and potential nitrogen 7010
* Growth rates of roots and shoots in kg DM/ha/day
*
accumulation rate of individual grains
*.----.---------------------------------------------------------------
NMAXLV - AFGF.N(INMXLN,NMXLVT,DVS)
GLV
- FIS * FSH * AVASS/ASRQ
NHAXST - AFGEN(INHXSN,NMXSTT,DVS)
CST
- FST * FSH * AVASS/ASRQ
NMAXRT- AFGEN(INMXRN,NKXRTT,DVS)
GCO
- FCO * FSH * AVASS/ASRQ
NMAXCO - AFGW(INMXCN,NMXCOT,DVS)
GRT
-
FRT * AVASS/ASRQ
PNARIG- AFGEN(IPNARN,PNARIT,TMPA)*l.OE-6
*-----before anthesis reserves are formed, which cari be used for grain
6610
*-----calculation of nitrogen demand of trop, as a function of the
7020
*
filling after anthesis.
*
demand of vegetatfve material only, as nitrogen required for
*
transport costs of reserves are 5.3 % of amount translocated and
*
grains is translocated
*
conversion of glucose to sterch equals l/l.lll (Jansen & Gossyeye,
62
63
NDEMLV - MAX (NMAXLV*WLV - NLV.0.)
NUPLV
- (NDENLV/(NDFXVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDEKST - MAX (NMAXST*UST - NST,O.>
NUPST
- (NDE!%ST/(NDEMVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDENRT - HlX (!wsT*wR? - ‘NRT,O. )
NUPÇV
- (NI)FXGO/(NDEMVM+l.OE-S))*NUPTOT
NDEKCO - KAX (NKAXCO*WCO - NCO.0.)
NUPRT
- (NDEKRT/(NDEXVM+l.OE-9))*NUPTOT
NDFNJK- NDEKLV + NDEMST + NDE%0 + NDEMRT
*-----nitrogen losses caused by death of leaf blades, stems and roots
*-----amount of potentielly translocatable nitrogen of the various
7030
*
organs and total amour&
IF ((DLVl.GE.DLV3).OR.(DLVZ.GE.DLKi))
THEN
NLOLVD - NCLV * DLVA + RNCLV * DLVB
ATNLV
- Mx (O.,NLV - wLv*RNGLV)
ELSE
ATNST
- MAX (O.,NST - WST*RNGST)
NLOLVD - RNCLV * (DLVA+DLVB)
ATNRT
- KAX (O.,NRT - wRT*RNCRT)
END IF
ATNCO
- MX (O.,NCO - WCO*RNCCO)
ATNTOT -ATNLV + ATNST +ATNCO+ATNRT
IF ((DSTl.GE.DST3).OR.(DST2.GE.DST3))
THEN
Nl&XTD - NCST * DST
*-----nitrogen supply for the grains and rate of accumulation
7040
ELSENLOSTD - Rh'CST * DST
I F (DVS.LT.1.0) THEN
END IF
NSUPGR - 0.
ELSE
IF ((DRTl.GE.DRT3).0R.(DRT2.GE.DRT3))
THF.N
NSUPGR - ATNTOT/TCNTR * TEFF
NLGRTD - NCLV * DRT
END IF
EL-SENLORTD - RNCLV * DRT
*----- Take tare the variable NDEMGR was initialized by WS 28-10-9811
7050
END IF
NACGR
- MIN (NDEktGR,tWPGR)
*-----maximum nitrogen uptake rate and actual nitrogen uptake rate
7100
*
by the trop
*-----Rate of nitrogen translocation is calculated for the organs
7060
MXNUPR - PNUPR * (l.-EXP(-0.5*(WLy+WST+WCO)/FC))
NTRLV
- NACGR * ATNLV/(ATNTOT+l.OE-9)
NDF.M
- MIN (NDEMVM,MXNLlPR)
NTRST - NACGR * ATNST/(ATNTOT+l.OE-9)
NTRCO - NACGR * ATNCO/(ATNTOT+l.OE-9)
*.--------------------------------------------------------------------
8000
NTRRT - NACGR * ATNRT/(ATNTOT+l.OE-9)
* FINISH CONDITION OF SIMULATION
*.--------------------------------------------------------------------
*-----Nitrogen fractions of the organs
7070
IF (DVS.GT.2.) TERMNL-.TRUE.
*
no nitrogen limitation in this wayl!ll!l
*
NCLV
- NLV /(WLV +l.OE-9)
*--------------------
_-_-__-_----.-------------------------------------
9000
*
NCST
- NST /(WST +l.OE-9)
* OUTPUT SPECIFICATIONS
*
NCRT
- Np.T ,'(WRT +l.OE-9)
*
(to compare mode1 output with observed field data)
*-------.--------------------------------------------------------------
NCLV - AFGEN(INMX~,NKXLVT,DVS)
*-----it is assumed that a11 reserves are located in stems
9010
NCST - AFGEN(INMXSN,NtïXSTT,DVS)
NCRT - AFGEN(INMXRN.NMXRTT,DVS)
WSHTOT -
WSH + WC0 + WGR
NCLVD
- NLVD/(ULVDtl.OE-9)
WSTTOT -
WST + WRES
NCSTD
- NSTD/(WSTDtl.OE-9)
WCROPT -
WSHTOT + WRT + WRTD
C
NCGR
- NGR /(WGR +l.OE-5)
C
NCCO
- NC0 /(UC0 +l.OE-2)
NCROP
= NLV + NZVÛ + NST + NSTD + NRT + NRTD + NGR + NC0
NCGR - NMAXGR
NCSHT
- (NCROP - NRT - NRTD) / WSHTOT
NCCO - AFGEN(INMXCN,NMXCOT,DVS)
NCSTOT - (NST + NSTD) / WSTTOT
*-----nitrogen uptake rates of the organs
7080
*-----output of simulation results are written to output file
9020
*
NUPTOT output of the subroutine NITBAL
CALL CRPOUT (CRPNAH,WSTAT,RSOILP,RSOILN.RSTAT,IPRLEV,
66
67
*----..----------------
.---------------------------------------------*
HOFILP
8
*-.--------------.------
__________________---------
.------.-------.----* NITBA,.,
*
*
SUBROUTINE MOFILP
*
SUBROUTINE NITBAL
*
*
*
Authors: Daniel van KK*Sii*g=*
a
Âuthor : Kiek van ÙuivenDooden
*
*
*
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
* Date
: 28-JAN-1987
*
Purpose: ~his subroutine ?? oves the filepointer across comment
*
* Date
: 14-06-1988
*
*
lines of data files and puts the file pointer at the
*
*
*
Purpose: This subroutine calculates the soi1 nitrogen status.
*
first non comment record. Comment lines bave an
*
*
*
For each soi1 compartment. mineralization is calculated *
asterisk (*) in their first column.
*
*
for old organic material and trop residues as a function
*
*
*
*
of soi1 temperature end soi1 moisture content. Nitrogen
*
*
*
FORMALPARAMETERS:
(1-input,O-output,Gcontrol,IN-init.T-time)
*
losses out of the potential rooting zone occur by leaching *
*
*
and trop uptake
*
* name
meaning
units
class *
*
*
----
e---_-e
-----
-es_.
*
*
*
*
*
IUNIT
File unit where comment lines should be
FORMAL PARAMETERS:
(I-input,&out'put,C-control,IN-init.T-tfme)
*
*
*
*
skipped
name
neaning
units
class
*
*
*
----*_
_-_-*--
_----
____-
*
*
*
*
*
WSTAT
Name of weather station
1
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* RSTAT
1
*
* condition
Name of rainfall station
-----_emw
*
* RSOILP Requested soi1 data file with physical
*
*
*
*
*
characteristics
1
*
*
*
*
WARNINCS (nonzero value of IWAR returned)
RSOILN
Requested soi1 data file with nitrogen
*
*
*
*
characteristics
1
* condition
returned IWAR value
-e--m___-
-----______________
*
*
1
*
*
IPRLEV
Production level of simulation
x
*
*
none
FLQW
Array, rate of waterflow between soi1
*
*
*
*
compartments
cm/d
1
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
* WCACT
Array, actual watercontent of soi1
*
*
*
*
*
compartments
cm/cm
1
*
*
*
*
FILE usage : none
WCFLDG
Array, soi1 aofsture content at field
*
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
-*
*
capacity
cm/cm
1
*
*
WCWILT
Array , water content of soi1 compartments
SUBROUTINE HOFILP (IUNIT)
100
*
at wilting point
cm/cm
1
*
* THCKN
*
Arrey. thickness of soi1 compartments
CIO
1
*
*
CHARACTER LINE*80,CHR*l
DEPTH
Array, distance from soi1 surface to
*
*
middle of soi1 compartment 1
1
*
the file with unit number IUNIT is read as long as the first
200
* ILAYER Number of soi1 compartments
1
*
*
charscter of a record 1s an asterisk (*)
* WCACTO
Array, actual watercontent of soi1
*
*
*
compartments one time step ago
cm/cm
1
cm - '*'
*
*
RHOD
Array, bulk density of soi1 compartments
g/cm3
1
10
IF
*
????????????
? GOTO 20
1
* TRR
Array , transpiration rate per soi1 camp.
cm/d
1
READ (IUNIT.'(A)') LINE
* RD
*
Rooting depth
CU!
1
CHR - LINE(l:l)
*
*
SOILTP
Array. temperature of soi1 compartments
degrees C
1
*
*
GOTO 10
DVS
Crop development stage
1
* N D W
Nitrogen demand of the trop
kg ha/ha/d
1
*
20
CONTINUE
I
*
*
NUPTOT
Rate of nitrogen uptake of the trop
kg ha/ha/d
0
*
*
*
the file pointer is backspaced one line
300
*
*
I
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
BACKSPACE (IUNIT)
*
_ - - - - _ - - -
*
*
*
NBAL > O.'l, NBAL < -O.'l
*
??????
400
*
END
* UARNINCS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
*
condition
returned IWAR value
* _ - - - - _ - _ _
____----- ________--
*
*
*
none
*
*
68
69
* SUEROUTINES and FUNCTIONS called : NsoIm, NITOUT, INTGRL
*
* FILE usage
: none
*
DIMENSION HINOOM(lO), NINm(10). MINFRl(10)
*---.-.----------.-.----.-----------------------------------------------*
*-----declaration of nitrogen content in soi1 water, nitrogen
360
SUBROUTINE NITBAL (WSTAT,RSTAT.RSOILP,RSOILN.NITRO,IPRLEV,
100
*
immobilization by microbial biomass, nitrate nitrogen
6
FLOV,UCACT,UCFLDC.WCWILT,THCM,DEPTH,
*
immobilization in soil, nitrogen uptake in diffuse and in
6
IIAYER.UCACTO,RHOD,TRR,RD,SOILTP,DVS,
*
transpiration stream
&
NDEHJUPTOT)
DIMENSION NCSC(lO),
NIMMB(lO), NNIKS(l0)
*DEAD ROOTS ARE NOT YET INCLUDED IN AMOUNT OF FRESH ORGANIC MATERIAL
DIMENSION NUPTRL(lO), NUPDFL(lO)
*-----initia1 datatypes
200
*-----declaration of soi1 respiration at reference water content and
370
*
temperature
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
DIMFNSION MRO(10)
RFAL
INTGRL
*-----declaration of amount of fertilizer applied and day of
380
LQGICAL INIT, TERMNL, DEBUG, WATER, NITRO
*
fertilization
COMMON /SIfl/ STTIHE,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
&
DAY,STYRAR,YEAR,
DIMRNSION FER(3), FERDAY(3)
&
TERHNL,DEBUG,UATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER, INITRO
DATA INIT /.TRUE./
CHARACTER*(*) WSTAT
*-----reference temperature for mineralisation and N/C ratio of old
430
CHARACTER*(*) RSTAT
*
organic matter (humus)
CHARACTER*(*) RSOILP
CHARACTER*(*) RSOILN
DATA MINRTP /20./
DATA NCROOM /O.Ol/
*------------------.---------------------------------------------------
* DEClARiiTION OF PARAMETERS
300
*.---------.--.------.--.--.--.--------------------------------------------
*------.--.---.--------------~-----------------------------------------
* DEFINITION OF PARAMATERS
400
*-----declaration of depth, thickness, bulk density, soi1 temperature,
310
*-------.---------.------.----------------------------------------------
*
field capacity and wilting point of soi1 layers
*-----in case the terminal stage of the mode1 is reached, statistics
410
*
are written to IOUT
DIMENSION DEPTH(lO), THCKN(lO), RHOD(lO)
DIMENSION SOILTP(lO), WCFLDC(lO), WCXILT(10)
IF (TFRMNL) THEN
CALL NITOUT (IPRLEV,FERTIL,NCROP,NNITOT,HINOKT,
*-----declaration of water flow between soi1 layers and moisture upt&e
320
6
MINFMT,NAIMBT.NNIMST.FOMTOT~
*
by plant by transpiration
RETURN
END IF
DIMENSION nOW(ll), TRR(l0)
*-----variable initialization of soi1 nitrogen balance
420
*-----declaration of actual weter content at time and one time step ago 330
IF (.NOT.INIT) GOTO 210
DIMENSION UCACT(lO), WCACTO(10)
INIT - .FALSE.
*-----declaration of amount of minera1 N, trop residues, manure, old
340
*-----writes heeder to file in case detailed information is wanted
440
?
organic matter (humus) in soi1 layers
IF (NITRO) THEN
DIMENSION NMIIAY(lO), 'XRlAY(lO), MANLAY(lO), OOMIAY(10)
CALL FOPEN (INITRO,'NITSTAT.DAT','NEW','DEL')
*-----declaration of mineralization rate of old organic matter (h-us),
350
*
fresh organic matter (trop residues and manure), and reduction
1 0
WRITE (INITRO,'(//,Z(A,A15),/,A,A18,A,A15,//,
*
factor for mineralization
&
A,F6.O,A,F3.O,//,ZA6,5AB))')
70
71
a
' Ueather station: @ , WSThT,
6
' Reinfall station: ', RSTAT,
*-----reference mineralization rate according to Verbruggen (19S5).
ii3û
6
' Soil-fysics: '
, RSOILP.
*
Hineralization is assumed to be optimum at field capacity
* Soil-nitrogen: *
, RSOIU?,
5e
' Sowing day: '
, DAY.
DO 130 1-1,IUYER
&
' Start year: 19'
I sl=AR,
A0
- 0.22*(HINRTP+O.00064)**1.4425
6
'YEAR','DAY','NCMIX','NUPTR','NUPDF'.'NUPTOT','NHITOT'
BO
- O.l737*EXP(-O.119*MINRTP)+O.1107
ma(I) - AO*(l.-EXP(-BO*WCFLDC(I)/RHOD(I)))
END IF
130
CONTINUE
*--------------------------_-__-_-__-----------------------------------
*-----read soi1 nitrogen data
450
*AMO~NTS OFNITROGEN
2000
CALL SOILNR (RSOILN,
*--.----.--------------
_____-____-_------------------------------------
&
ILAYER,NnIUY,PUYER,PLpoOM,RDRoOM,
&
!4ANURE,RDRMAN,CCMAN,NCMAN,
210
CONTINUE
h
CROPR, RDRCRR,CCCRR,NCCRR,
6
DISASS,NCRMB,FERDAY.FER,NCRAIN,TCNDF)
*-----total amount of nitrogen taken up by the trop (NCROP), total
2100
nineralization from old organic material (KINOMT), total
*---..-..----.---.-----------.-----------------------------------------
mineralization from trop residues (MINFMT), total amount of
* INITIALIEATION of the soi1 nitrogen balance
1000
nitrogen immobilized by bionass (NIMMBT), total anount of soi1
*--.-.---.---------.---------~-------------------*---------------------
nitrate lest-by immobilization (NNIHST) and total N-fertilizer,
*-----initial amounts of old organic natter, trop residues and manure
1110
in kg(N) ha-’
*
for the noil compartments (in kg/cn)
NCROP
- INTGRL (NUPTOT.NCROP)
OOMM - PLPOOM * 1.E3
MINOXT - INTGRL (HINOHP.MINOMT)
CRRCM - CROPR / PLAYER
MINMT - INTGRL (HINFMP,MINFRT)
IF ((IPRLEV.RQ.l).OR.(IPRLEV.EQ.2))
THEN
NIRKBT- INWRL (NIMHBP,NIRHBT)
MANCPI - ItANuRE/Fl.AYER
NNIHST - INTGRL (NNINSP,NNIMST)
EUE
FERTIL - INTGRL (FERT, FERTIL)
MANCM-0.
ERDIF
--anounts of minera1 nitrogen in each soi1 compartment
2200
110
1 - 1+1
DO 220 1-1,IIAYER
DEPT - DEPT + TRCXN(1)
IF (N'LJPDF.GT.0.)
THEN
IF (PlAYER.GT.DEPT) THEN
NMIlAY(1)
- NRILAY(I) - NDPTRL(1) - RUPDFL(1)
-y(I) - TRcKN(1) * OOMCM
E L S E
WY(I) - TRCRN(1) * MANU
NMILAY(1) - NMILAY(1) - NDPTRL(1)
CRRLAY(1) - THcRN(1) * CRRCM
ERD IF
GOTO 110
NMITOT - NMITOT + NKIlAY(1)
ELSE
220
C O N T I N U E
OwïAY(1) - (PlAYER-(DEPT-THCXR(1))) * OOMCH
MANUY - (PU~ER-(DEPT-TRCXN(I)))
*
*.-.--.--.--------.--.
-__________-________c___________________---------
RANCH
cRRIAY(1) - (PLAYER-(DEPT-TRCKN(Ijj) * CRRCM
* NITROGEN AVAILABILITY
3000
*.-....--.--.---------------------------
--------------__-______________
ENDIF
*-----reset daily total6 to rero
3100
*-----initial total nitrogen in the soi1
1120
NNIMSP
- 0.0
NINOOR - PLPOOM * 1.E3 * PIAYER * NCROON
NIRMBP
- 0.0
NINFOK - MANUJE * NGMAN + CROPR * NCCRR
HINFMP
- 0.0
NINNMI - 0.
FOMTOT
- 0.0
Do 120 1-l,Il.AYER
NUPTOT
- 0.0
NINNRI - NINNMI + NMILAY(1)
NMITOT
- 0.0
120
CONTIRUE
UINOMP
- 0.0
NINTOT - NINOOH + NINFOM + NINNHI
NUPDF
- 0.0
0’ F
/
74
7 5
*
(NIMMBP), nineralization (HINFMP) and storage of minera1
*
nitrogen (NNINSP) of total soi1 profile
NUPTRL(1)
- TRR(I)*NCSC(I)*THCRN(I)
PNUPTR
- PNUPTR+NUPTRL(I)
FOMTOT - FONTOT + MANIAY(1) + C~?R~AY(I)
410
CONTINUE
NIMMBP - NINMBP + NIMNB(1)
NNINSP - NNINSP + NNIMS(1)
*-.- .if the nitrogen demand of the trop fs smaller then the as,ount
4200
MINFMP - HINPHP + MINFM(1)
*
that cari be taken up by transpiration, NUPTRL(1) is reduced
340
CONTINUE
.
IF (NDEN.LT.PNUPTRj THEN
*-----mineralization of old organic material (humus)
3600
DO 420 1-~,ILAYER
*
The total OOIi pool does not decreasell
I
NUPTRL(1) - NUPTRL(Ij*(NDEH/PNUPTR)
NUPTR
- NUPTR+NUPTRL(I)
Do 350 I-1,IIAYFR
420
CONTINUE
IF (SOILTP(I).lE.O.) THBN
I
ELSE
MINOOM(1) - 0.
NUPTR- PNUPTR
ELSE
FND IF
MINOOM(1) - CONIAY(1) * MINFRl(1) * RDROOK * NCROOM
l
END IF
*----------..----------------------------------------------------------
NINONP - MINONP + MINOOM(1)
* NITROGEN UPTAKE by nitrogen DIFFUSION towards roots
350
CONTINUE
I
*------------------.---------------------------------------------------
5000
*-----diffusion is only calculated when roots are present
5100
*---.-.----------------------------------------------------------------
* NITROGM UPTAXB by uptake of TP.ANSPIRATION water
4
0
0
0
IF (RD.GT.0.) THW
*.-.---.-..--_---------------------------------------------------------
*-----nitrogen concentration in soi1 water.
4100
!
*--------potential diffusion rate is only calculated when trop is
5110
*
According to the complete mixing theory (Burns, 1974), a11 the
*
not too old
*
/
water and nitrogen entering a soi1 compartment fa completely
*
mixed with water and nitrogen already present in the compartment,
IF (DVS.LT.1.2) THEN
*
the nitrogen resulting from mineralization, and with nitrogen from
NUPDF
- MAX (O.,(NDBM-NOPTR))
*
with fertiliser application. The resultins nitronen concentration
ELSE
/
*
is subject to trop-uptake in the transpiration siream
NUPDF - 0.
END IF
DO 410 1-1,IlAYER
UATMIX - UCACTO(I)*THClCN(I)+FIOW(I)
*--------nitrogen available for uptake by diffusion in compartments
5120
IF (I.EQ.l) THEN
*
that bave been penetrated by roots
NMIX -NMIIAY(I)+ FERT +
h
(WINOOH(I)+MINFM(I)-NNIMS(I)+Fl.OW(I)*NCMIX)*DELT
IF (NUPDF.GT.0) THEN
ELSE
DO 510 1-l,IN-1
NMIX - NNIIAY(1) +
IF (UCACT(I).GT.WCUILT(I)) THEN
&
(MINOOH(I)+MXNFM(Ij-NNIMS(I)+FLGW(I)*NCMIX)*DELT
NDIF - NDIF + (NMILAY(I)-NUPTRL(I))/TCNDF
ENDIF
END IF
NCNIX - NMIX / WATNIX
510
CONTINUE
*--------transport out of compartment 1 now occurs with the
4110
IF (WCACT(IN).GT.WCWILT(IN)) THEN
*
concentration that results from complete mixing
NDIF - NDIF + ((NMILAY(IN)NuPTRL(I))*
&
(RDINL/THCKN(INjj/TCNDF)
NNIuLY(1) - NMIX - (Fl.OW(I+l)*NCMIX)*DELT
END IF
' NCSC(Ij
- NMIIAY(I),';UATMIX-Fl.CF~(I+l)*DELT;
*-----------potential
rate of uptake by diffusion is calculated for
5130
*--------nitrogen that cari be taken up in the transpiration stream is
4120
*
each soi1 compartment that has been penetrated by roots
*
calculated. It is assumed that water transport caused by
*
evaporation is in the gas phase, and does not induce upward
DO 520 1-l,IN-1
*
nitrogen transport. The nitrogen uptake in the transpiration
IF (UCACT(I).GT.WCWILT(I)) THEN
*
stream cari never exceed the demand of the trop.
NUPDFL(1) - NUPDF*(((NMIIAY(I)-NUPTRL(I))/
76
a
h
TCNDF)/NDIF)
' NMILAY(8) -', NMIIAY(B),
ELSE
&
' NMILAY(9) -', NMILAY(9).
NUPDFL(1) - 0.0
&
' NMILAY(10) -', NMIIAY(10)
END IF
BND IF
520
CONTINUE
*-----check on soi1 nitrogen balance is perfomed, this must be done
7200
IF (WCACT(IN).GT.WCWILT(IN))
THEN
*
after writing debug information
NUPDFL(IN) - NUPDTw(((NMILAY(I)-NUPDFL(I))*
a
(RDINL/THCEN(IN))/TCNDF)/NDIF)
NBAIANCE - NINTOT + FERTIL - NCROP - NINMBT - NNIMST - NMITOT
ELSENUPDFL(IN) - 0.0
C
IF (NBAIANCE.GT.O.Ol.OR.NBAL.LT.-0.01)
THEN
IIND IF
C
WRITE (IOUT,'(A,F8.2/A)')
c a
' Errer in nitrogen balance et TIHE-',TIME,
*-----------if the amount of nitrogen available for diffusion is
5140
c
&
' Run deletedl'
*
sualler then the potential uptake rate by diffusion,
C
STOP
*
potential rates will be reduced
C
BND IF
IF (NDIF.LT.NUPDF) THEN
*-----detailed information on soi1 nitrogen status is written in case
7300
DO 530 I=l,IL4YER
*
NITRO is truc
NUPDFL(1) - (NDIF/NUPDF)*NUPDFL(I)
530
CONTINUE
IF (NITRO) WRITE (INITRO,'(lX.A,F3.0,2X,F4.C,5F8.2)')
END IF
h
'19',
YRAR, DAY, NCMIX, NUPTR, NUPDF. NUPTOT, NMITOT
*-----------total nitrogen uptake by diffusion 'during one time step
5150
*--..-------.------------------------.---------------------------------
* RETURN TO MAIN PROGRAM
8000
DO 540 1-1,ILAYRR
*-------------.---.----------------------------------------------------
NUPDF - NUPDF + NUPDFL(1)
540
CONTINUE
RETURN
END IF
RND
F.ND IF
*...----------------.---------------------------------------------------
* NITROGEN UPTARE BY CROP
6000
*--.----..-.--------.-------.------------------------------------------~-
*-----nitrogen uptake of trop is sum of uptake by transpiration end by 6100
*
diffusion
NUPTOT - NUPTR + NUPDF
*-------...--------------------------*-------
__________________________
* DEBUG INFQRMATION AND FINAL CHECKS
7000
*------..-..-------------------------.---------------.-----------------
*-----debug information is written to file when DEBUG logical is true
7100
IF (DEBUG) THEN
WRITE (IDEBlJG,'(A,F8.2/,10(A,G8.2/))')
h
' Debug of NITBAL at TIME -', TIME,
& * ' NNILAY(1)
-', NMIlAY(1).
a
' NMILAY(2)
-', NMIIAY(2),
a
' NMIIAY(3)
-', NMIL4Y(3),
h
' NMIIAY(4)
-', NMIIAY(4).
h
' NNIIAY(5)
-1, NMIIAYO),
h
' NHIlAY(6)
-', NMILAY(6),
h
' NMIIAY(7)
-', NMILAY(7),
7 8
79
Statistics of the soi1 nitrogen balance',
* SUBROUTINE NITOUT
*
at production level : ', IPRLEV,
* Author : Niek van Duivenbooden
*
Tut& umount oi fertiliser applied
*
:', FERTIL.
Date
! 30-05-19c!l!
*
Total N-uptake by the trop
:', NCROP,
* Purpose: This subroutine writes output from the soi1 nitrogen
*
Total amount of nitrogen in soi1 profile
*
:'. NUITOT,
balance when the end of the simulation has been reached.
*
Total N mineralization from humus
*
:', MINoKT,
*
Total N mineralizetion from trop residues
*
:', NINFhT,
FORMAL PARAMETERS:
(I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
Total N immobilization in biomass
*
:', NAIMBT ;
name
waning
units
class *
Total N lost from soi1 nitrate N by immob.
*
:', NNIMST,
_.___-
___----
_---_ -_--- *
Total amount of fresh material
.t
*
. , FOttT0T
IPRLEV
Production level of simulation
*
* FERTIL
Total amount of fertilizer applied
*
RETURN
* NCROP
Total N-uptake by the trop
*
END
* NMITOT
Total amount of nitrogen in soi1 profile
*
* MINOMT
Total N mineralization from humus
*
* MINFHT
Total N mineralization from trop residues
*
* NIMMT
Total N immobilization in biomass
*
* NNIMST
Total A lost from soi1 nitrate N by
*
*
immobilization
1
*
*
Total amount of fresh organic material
1
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution termineted, message)
*
* condition
*
* __-_--e--
*
*
none
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* condition
returned IWAR value
*
* __-_.___-
________-----_--_--
*
* none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : none
*
- *
SUBROUTINE NITOUT (IPRLEV,FERTIL,NCROP,NNITOT,MINOMT,
100
6
MINFMT,NAIMBT,NNIMST.FOMTOT)
*-----initial data types
200
e
IMPLICIT REAL (A-H,J-Z)
IMPLICIT 1NTEGF.R (1)
l.#JGICAL TERMNL, WATER, DEBUG
COMBON /SIU/ STTIME,STCROP.TIHE.DELT,FINTIM,
6
DAY.STYEAR,YEAR,
&
TERHNL,DEBUG,WATER+
ii
IIN,IOUT.IDEBUG,IUATER,INITRO
*-----statistics of nitrogen balance are printed to IOUT
3 0 0
WRITE (IOUT,'(/,ZA,I2.//,8(A,F8.2,/))')
81
80
*--------.-.---- -----------------------------------------------------*
pm
PARAMETER (REFCFS - 0.15)
* SUBROUTINE PENMAN
.L1
PARAMETER (REFCFC - 0.25)
* Authors: Daniel van Kraalingen
*
*
based on an earlfer version written by: Kees van Diepen *
*-
300
-Latent heat of evaporation of water
---<
(JFgJ/m) and
* Date
: Y-JAN-1987
*
*
Stefan Boltzmann constant (J/m2/d/K) Psychrometric
* Purpose: TUS subroutine calculates potential evaporation
*
*
*
instrument constant (mbar K-l)
according to Penman (1948).
*
.a.
PARAMETER (LHVAP - 2.45 E6)
I
*
PARAMETER (STBC - 4.9 E-3)
* FORHALPAFAMRTRRS:
(I-fnPut,O-output,C-control,IN-init,T-tima)
*
PARAMETER (PSYCON- 0.000662)
* name
meaning
*
units
class *
- - - - -______
---me _____ *
*-
350
__-< -errors and warnings on some input variable ranges
* IWAR
output, when .NE.O warning!Il
c,o *
IWAK - 0
* ELEV
Elevation of site
m
1
*
IF (ATMTR.LT.O..OR.ATMTR.GT.l.)
STOP 'ERR in PENMAN:ATMTR<O or >l'
* A
Coefficient of Angstrom formula
-
1
*
IF (TMIN.GT.TMAK) STOP 'ERR in PENMAN:TMIN > TMAK'
* B
Coefficient of Angstrom formula
1
*
IF (WIND.LT.0.)
STOP 'ERR in PENMAN:WIND < 0'
* ATM-R
Atmospheric transmission
1
*
IF (AVRAD.LT.O.) STOP 'ERR in PENMAN:AvRAD < 0'
* mIN
Minimum temperature during day
c
1
*
IF (AVRAD.LT.100. E3) IWAR--1
*THAX
Maximum temperature during day
1
*
IF (AVRAD.GT.40. E6) 1WAR-h
* AVIUll
Daily total global radiation
E
Jb /d
1
*
* WIND
Average windspeed
ws
400
1
*
*-----Wean daily temperature end temperature difference (GelSiUS)
* VAP
Vapour pressure
mhar
1
*
RIPA - (TMIN+TMAX)/2.
6 EO
Potential evaporation of open water
cm/d
0
*
* ESO
TDIF - TMAK-TMIN
Potential evaporation of soi1
cm/d
0
*
* ET0
Potential evapotranspiration of crdp
500
0
*
*
cm/d
*-----Coefficient Bu in wind function, dependent on
*
*
temperature difference
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
?
condition
*
*
__--.____
BU - 0.54+0.35*LIMIT (O.,l.,(TDIF-12.)/4.)
*
* ATMTR<O
or ATMTR>l
*
* MIN > TMAX
*
*-----Barometric pressure (mbar). Psychrometric constant (mbar/K)
600
PBAR - 1013.*FXP(-O.O34*ELEV/(TMPA+273.))
* WIND<O
*
* AVRAD<O
GAMMA- PSYCON*PBAR
*
* VAP > SVAP * 1.01 (entered vapour pressure > theor. saturated)
*
700
*-----Seturated vapour pressure according to equation
?
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
of Goudriaan (1977)
*
SVAP - 6.1l*EKP(17.4*TMPA/(TMPA+239.))
* condition
returned IWAR value
*
*
_---_--__
-____-------------_
*
800
IF (vAP.GT.sVAP*~.O~) STOP 'ERROR in PENMAN: VAP > SVAP'
* AVRAD > 40,000,OOO J mq2 d-l
1
*
* AVRAD<
100,000 J mm2 d-l
*
*
-1
*-----Derivative of SVAP with respect to temperature, i.e. slope of the 900
*
*
SVAP-temperature curvs (mbar/K)
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : LIMIT
*
,
*
mm2
DELTA - .
239 *l?. 4*SVAP/(TMPA+239.)**2
*
* FILE usage : none
*
*-----The expression n/N (RELsSD) from the Penman formula is estimated 1000
I-----------.----.-----------------------
-------.--------------------*
*
from the Angstrom formula: RI-RA(A+B.n/N) -> n/N-(RI/RA-A)/B,
*
where AVRA&RI and ANGOT-RA, the Angot radiation,
SUBROUTINE PENHAN (IWAR.
100
6
‘ELEV:A,B,ATMTR,TMIN,TMAK,AVRAD,WIND,VAP,
RELSSD - LIAIT (O.,l.,(ATMTR-A)/B)
h
EO,ESO,ETO)
*-----Ternis of the Penman formula, for water surface, soi1
1100
IHPLICIT REAL (A-Z)
*
surface and canopy
INTEGFR IWAR
*
Net outgoing long-wave radiation (J/m2/d) according
*
to Brunt (1932)
f-----Albedo for water surface, soi1 surface and canopy
200
PARAMETER (REFCFW - 0.05)
RB- STBc*(THPA+273.)**4*(0.56-0.079*SQRT(VAP))*~O.l+O.9*R~LSSD~
,--
m
--
-
c
-
84
85
&
DAY,STYEAR,YEAR,
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,‘(A,F8.2,/,10(A,G14.6/))')
ii
TERHNL,DEBUG,WATER,
6
' Debug of RADIAT at time-'.TIHE,
h
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
h
' PARDIR(l)-',PARDIR(l),
&
' PARDIR(2)-',PARDIR(â),
REAL PARDIR(3),PARDIF(î),SINB(3)
6r ' PARDIR(3)-',PARDIR(3),
&
' PARDIF(l)-',PARDIF(l),
PARAMETER (PI-3.1415926)
a
' PARDIF(2)-',PARDIF(2),
DATA XCAUS /0.1127, 0.5000, 0.8873/
6
' PARDIFO)-',PARDIF(3),
&
' DAYL
-',DAYL,
*-----check on lnput range of parameters
200
ii
' AVRAD
-' ,AVRAD,
IF (AVRAD.CT.4O.E6) CALL RERROR (l.'AVRAD',AvRAD,'RADIAT')
&
' SC
-',SC,
IF (AVRAD.LT.2.E6) CALL RERROR (2,'AVRAD',AVRAD,'RADIAT')
&
' ATMTR
-',ATMTR
IF (DAY.LT.0.)
CALL RERROR (2,'DAY',DAY,'RADIAT')
IF (DAYL.GT.17.)
CALL RERROR (l,'DAYL',DAYL,'PJ=.DIAT')
*-----check on output range of parameters
900
IF (DAYL.LT.0.)
CALL RBRROR (2.'DAYL',DAYL,'RADIAT')
DO 20 IT-1,3
*-----sine of solar elevation ( SINB), integral of SINB (DSINB)
300
IF (PARDIR(IT).LT.O.) CALL RERROR (2,'PARDIR',PARDIR(IT),'RADIAT')
*
and integral of SINB with correction for lower etmospheric
IF (PARDIF(IT).LT.O.) CALL RERROR (2,'PARDIF',PARDIF(IT),'RADIAT')
*
transmission at low solar elevations (DSINBE)
2 0
CONTINUE
AOB
-SINLD/COSLD
IF (ATKrR.GT.0.90) cw RF.RROR (~,'ATMTR',ATMTR,'RADIAT')
DSINB -360O.*(DAYL*SINLD+24.*COSLD*SQRT(l.-AOB*AOB)/PI)
IF (ATMTR.LT.O.10) CALL RRRROR (2,'ATMTR',ATMTR,'RADIAT')
DSINBE-3600.*(DA~*(SINLD+0.4*(SINLD*SI~COS~*COS~*O.5))+
h
12.0*COSLD*(2.O+3.O*0.4*SINLD)*SQRT(1.-AOB*AOB)/PI)
1000
END
*-----solar constant (SC) and daily extraterrestrial radiation (ANGOT)
400
SC -1370.*(1.+0.033*COS(2.*PI*DAY/365.))
ANGOT-SC*DSINB
*-----diffuse light fraction (FRDIF) from atmospheric
500
*
transmission (ATMTR)
ATMTR-AVRAD/ANGOT
IF (ATMTR.GT.0.75) FRDIF-0.23
IF
(ATMTR.LE.O.75.AND.ATNTR.GT.O.35)
FRDIF-1.33-1.46*ATMTR
IF (Al?%TR.LE.O.35.AND.ATNTR.GT.O.O7) FRDIF-l.-2.3*(ATMTR-0.07)**2
IF (ATHTR.LE.O.07) FRDIF-1.
*-----three hours of the day are generated
600
DO 10 IT-1,3
HOUR-12.0+0.5*DAYL*XGAUS(IT)
SINB(IT)-AMAX1(0.,SINLDtCOSLD*COS(2.*PI*(HOUR+l2.)/24.))
7 0 0
*--------diffuse PAR IPARDIF) and direct PAR (PARDIR)
PAR
-O.5*A;RAD*SI~B(IT)*(l.+0.4*SI~B(IT))/DSINBE
PARDIF(IT)-AMIN1(PAR,SINB(IT)*FRDIF*ATMTR*O.5*SC)
PARDIR(IT)-PAR-PARDIF(IT)
10
CONTINUE
*-----Debug information is written to file when DEBUG logical is true
800
86
87
*.------.-----.------------------------------------------------------
* RAINFL
*
*
the requested day should be between 1 and 365
* SUBROUTINE RAINFL
*
200
AUthora: Daniei van Kraaliogan
*
IF (IDAYR.LT.l.OR.IDAYR.GT.365)
* Date : 9-Feb-1988
*
&
STOP 'ERROR IN RAINFL: DAY < 1 OR DAY > 365'
* Pur-pose: This subroutine returns rainfall data from a standard
*
*
rainfall data file. This subroutine is made transparent *
ISR - ILEN (STATR)
*
*
in the sense that subsequent calls to this subroutine
*
*
may contain different station names, years or days for
*
if a new station name is requested and/or a new year is requested, 300
*
*
which rainfall data are to be returned. No initialisation*
a new rainfall data file will be opened, if a rainfall data file
*
*
is to be carried out by the calling program.
*
was already opened is is first closed.
*
*
*
IF (STATO(1:ISO).NE.STATR(1:ISR).OR.IYEARO.NE.IYEARR)
THEN
* FORMAL PARAMETERS: (1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
name
meaning
units
class *
* __-_
__e----
-_---
_---- *
*
construction of file name from station name and year number
* IUNIT
Unit number that cari be used to open rainfall -
1 *
*
by making use of an 'interna1 Write' on the string: HULP
*
data file
C,I *
* STATR
Station name of rainfall data file
1
*
WRITE (HULP,'(I2)') IYEARR
*
*
400
IYF.ARR Year for which rainfall data are requested
IF (HULP(l:l).EQ.' ') HULP(l:l) - '0'
*
*
(do not use 19 as a prefix, i.e. 86 is a
FILE - STATR(l:ISR)//HULP//'.RAN'
*
valid year, 1986 is notl)
*
*
Y
1
*
*
IDAYR
Day for which rainfall data are requested
d
1
before opening a rainfall data file, it is checked if a file was
*
*
*
(1 <- IDAYR <- 365)
already open, if true, it is closed
*
*
RAIN
Rainfall
cm/d
0
*
*
IF (OPENED) CLOSE (IUNIT)
*
500
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
OPEN (IIJNIT,FILE-FILE(l:ISR+6),STATUS-'OLD')
*
*
OPENED - .TRUE.
* condition
-----____
*
*
*
*
IDAYR < 1,
IDAYR > 365
comment lines (coded with '*') are skipped
*
*
600
*
*
CALL HOFILP (IUNIT)
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
condition
returned IWAR value
* -_---__-_
___________________
*
STATO(l:ISR) - STATR(1:ISR)
*
de
*
IF.0 - ISR
*
*
IYEARO - IYFARR
*
*
IDAYN - 0
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : MOFILP, ILEN
*
10s - 0
*
*
FILE usage : A rainfall data file opened with UNIT-IUNIT
END IF
-*
*
if the requested station name and year remain the same, but the
700
SUBRGUTINC. RAIRFL (IUIIT,
100
*
*
requested day 1s less than where the file pointer currently is
h
STATR, IYEARR, IDAYR,
located. the file fs rewound
a
RAIN)
IF (IDAYR.LT.IDAYN) THEN
IMPLICIT REAL (A-Z)
REWIND (IUNIT)
CHARACTER*(*) STATR
*
CHARACIER HULP*2, FILE*ED, STATO*SC
comment lines (coded with '*') are skipped
INTECER IUNIT, ISR, ISO, ILEN,
6
IYEARO, IYEARR, IYEARN.
CALI. MOFILP (IUNIT)
h
IDAYR, IDAYN, LOS
LOCICALOPENED
IDAYN - 0
10s - 0
DATA OPENED /.FALSE./
END IF
DATA ISO /l/. STATO /'Xl/
*
DATA IYEARO /-l/
in this loop, the file is read until the requested day is resched
800
88
89
*
or exceeded
*--------------------------------------------------------------------*
RERROR
* SUBROUTINE RERROR
*
*
10
IF (IDAYN.LT.IDAYR.AND.IOS.EQ.O)
THON
* Authors: Daniel van Kraalingen
READ (IUNIT,*,IOSTAT-IOS,F,RR-200) IYEARN. IDAYE, RAINN
* Date
: 28-JAN-1987
*
*
GOTO 10
* Purpose: This subroutine writes an error to the output device
*
END IF
*
if some variable has exceeded a predefined range. (This
*
range is checked by the calling program.)
*
Cl00
CONTINUE (LABEL 100 WORDT NERGENS NAAR VERWEZEN (26/10/68))
*
*
CONTINUE
* FORMAL PARARETBRS:
(I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
*
name
meaning
units
ChSS
*
IF (IDAYN.EQ.IDAYR) TUER
900
*
- - - - --_-_--
-_--_ -_---
*
RAIN - RAINN
* 1
Indicates an overflow (I-l), or an underflow
*
*
ELSE
*
(I-2)
1
*
RAIN - 0.
* NAHE
The name of the variable whose range is
END IF
*
exceeded
1
*
* VALUE
The value of the variable
1
*
*
RETURN
* SUBR
The name of the subroutfne in which the range
*
error occurred
1
*
*
fatal error is reached at an unexpected end of file
1000
*
*
*
200
STOP 'ERROR in RAINFL: unable to read from data file'
* FATAL EPROR CHECKS (execution terminated, message)
*
condition
*
*
------___
*
*
*
* WARRINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
rerurned IWAR value
*
*
-----____
--_----_------_-_-_
*
*
*
* SUBROUTINES and F'UNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file with unit - IOUT
*
SUBRomINE maoR (I,K~ME,VALUE,SUBR)
100
CHARACTER*(*) NAHE, SUBR
I-OGIGAL T!ZFU%NL,DEBUG,WATER
INTEGER IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER
COMIiON /SIM/ STTIME, STCROP, TIHE, DELT, FINTIM,
6
DAY, STYEAR, YF.AR,
6
TERMNL, DEBUG, WATER,
a
IIN, IOUT, IDEBUG, IWATER, INITRO
ILNAME- LEN (NAME)
ILSUBR - LEN (SUBR)
*-----value is too large
200
IF (I.EQ.l) THEN
WRITE (IOUT,'(3A,G8.2.A/,lX,ZA,F8.2,A.F8.2/A)')
&
' Variable ' ,NAME(l:ILNAME),'-',VALUE,
6
' too large in subroutine ',SUBR(l:ILSUBR),
6
' at DAY-',DAY,', Year -',YEAR,
6
' Run deletedl'
STOP
90
91
END IF
*-----‘----------.-----------------------------------------------------~
SOILp.JR
* SUBROUTINE SOILh'R
*
*-----value is to saall
300
i Author : Niek van Duivenbooden
*
IF (I.EQ.2) 'RIEN
*
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
WRITE (1~,'(3A,Gg.2,A/.lX,2A,FB.2,A,F8.2/A)')
* Date
: 10-05-1986
*
&
' Variable ' ,NAME(l:I~AME),'-',VALUE,
* Purpose: This subroutine reads soi1 nitrogen data from the data
*
6
' too small in subroutine '.SUBR(l:ILSUBR),
*
file NSOIL.DAT
*
6
' at DAY-',DAY,', Year -',YEAR,
*
*
*
6
' Run deleted!'
FORMAL PARAMETERs:
(I-input,O-output,C-çontrol,IN-init,T-time)
*
STOP
* name
meaning
units
ChSS *
F.ND IF
* _-_-
_ _ _ - - _ -
- - - - - _--_- *
* RSOILN
Requested soi1 data file
1
*
RETURN
400
* IlAYER
Number of soi1 compartments
1
*
JZND
* NMIIAY
0
*
*
Array, amount of nitrogen in soi1 camp.
kg/ha
PIAYER
*
*
Depth of plough layer
cm
0
PLPOOM
*
*
Percentage old organic material (humus) in
*
*
plough leyer
0
d-1
*
* RDROOM
Relative decomposition rate old org.mat.
0
MANURE
0
*
*
Amount of manure applied
kg a
*
* RDRMm
Relative decomposition of manure
d'
0
CCMNR
*
*
Carbon content of manure
0
*
* NCMNR
Nitrogen content of mamre
0
*
* CROPR
Amcunt of trop residues of the previous yesr kg
a
0
RDRCRR
0
*
*
Relative decomposition of trop residues
d%
CCCRR
*
Carbon content of trop residues
0 *
NCCRR
*
Nitrogen content of trop residues
0 **
* DISASS
Dissimilation:assimilation
ratio for growth of
*
microbial biomass
0 *
NCRMB
0 *
*
N:C ratio of microbial biomass
* FF.RDAY
Array, dates of nitrogen application
0,T *
AFER
*
*
Array, amounts of nitrogen in successive
*
nitrogen application
kg/ha
0 *
* NCRAIN
Nitrogen concentration in precipitation
kg/ m
0 *
* TCNDF
Time constant for nitrogen diffusion
d- 5
0 **
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
---e-w___
*
* IIAYER < 1, 1lAYE.R > 10 already checked in SOILPR.FOR
*
*
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
condition
*
*
returned IWAR value
-- -_-_-__
-___-_____---------
*
*
*
* none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
* FILEZ usage : soi1 nitrogen data are read from the NSOIL.DAT
*
SUBROUTINE SOILNR (RSOILN,
100
a
ILAYER,NMILAY,PL4YER,PLPOOM,RDROOM,
&
HANlJRE,RDRMNR,CCMNR,NCMNR.
h
CROPR, RDRCRR,CCCRR,NCCRR,
92
93
h
DISASS.NCRMB.FERDAY,AFER,NCRAIN,TCNDF)
CALL MOFILP(44)
*-----initial data types
200
READ(44,*) RDRMNR
IMPLICIT RE%L(A-H.J-2)
*-----read carbon content of manure
1000
IHPLICIT INTEGER (1)
CALL MOFILP(44)
LOGICAL TIZRKNL,DEBUG,WATER
READ(44,*) CCKNR
COKMON /SIM/ STTIHE.STCROP,TINE,DELT,FINTIM,
*-----read nitrogen content of manure
1100
h
DAY,STYRAR,YEAR,
h
TERMNL,DEBUG,WATEX,
CALL MOFILP(44)
h
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER.INITRO
READ(44,*) NCt4NR
CHARACTER SFILEN*gO
*-----read amount of trop residues from previous trop
1200
CHARACTER*(*) RSOILN
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) CROPR
*-----data initialization
300
*-----read relative decomposition rate of trop residues
1300
REAL NMILAY(lO).FERDAY(3),AFER(3)
CALL MOFILP(44)
*-----the soi1 data file with nitrogen statu is opened, soi1 name
400
READ(44,*) RDRCRR
*
is read
*-----read carbon content of trop residues
1400
CALL FOPEN (44,RSOILN,'OLD','NVT')
CALL MOFILP(44)
CALL MOFILP (44)
READ(44,*) CCCRR
READ (44.'(A)',ERR-100) SFILEN
*-----read nitrogen content of trop residues
1500
WRITE (IOUT,'(//A//1X.A//)')
6
' The following soi1 data file is read and checked:', SFILEN
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) NCCRR
*-----read depth of ploughing layer (cm)
500
*-----read nitrogen concentration in rainwater (kg/cm)
1600
CALL MOFILP(44)
READ(44.*) PLAYFX
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) NCRAIN
*-----read percentage organic material (humus) in ploughing layer
600
*-----read time constant for nitrogen diffusion (day -5
1700
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) PLP0OM
CALL MOFILP(44)
READ(44,*) TCNDF
*-----read relative decomposition rate of old org.mat. (kg/kg/d)
700
*-----read dissimilation:assimilation
ratio for growth of
1800
CW MOFILP(44)
*
microbial biomass
READ(44,*) RDROOM
CALL MOFILP(44)
*-----read amount of manure applied
800
READ(44,*) DISASS
CALL MOFILP(44)
*-----read N:C ratio biomass
1900
RBAD(44,*) HANURE
CALL MOFILP(44)
*-----read relative decomposition rate of manure
900
READ(44,*) NCRMB
94
95
*-----timing
of "itroge" spplicstio" 1, 2 and 3, given as daynumbers
2000
*
* SUBROUTINE SOILPR
Author : Niek va" Duivenbooden
CALL HOFILP(44)
*
based on an CX,KlieK version by Daniel van Kraalingen (van
READ (44.*) (FERDAY(I),I-1,3)
*
Kraalingen & van Keulen, 1988)
* Date
: 09-05-1988
*-----amounts
Of nitrogen in application 1, 2 and 3
2100
*
* Purpose: This subroutine reads data from s soi1 data file,
comment lines are ignored
CALL KOFILP(44)
*
RRAD (44,*) (AFER(I),I-1,3)
* FORMAL PARAMETERS: (1-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
* name
*-----initia1 smounts of nitrogen in soi1 ccJmpaKtme"ts i"
2200
* ----__
*
in kg(N)/ha/compartment
*
*
* RSOILP
Requested soi1 data file
1
ISNTBl
Number of data for soi1 moisture curve
*
CALL MOFILP(44)
*
of texture class 1
0
*
R!XAD (44,*) (NMILAY(I),I-1.ILAYP.R)
* ISMTB2 Idem texture class 2
0
*
* ISMTB3 Idem texture class 3
0
*
RETURN
*
3
0
*
* SMTBl
Array of data for soi1 moisture curve 1
pf, cm /cm3
SMTB2
Idem curve 2
pf, cm3/cm3
0
*
*-----in case a read errer has occurred
2300
* SMTB3
Idem curve 3
pf, cm3/cm3
0
*
* THCKN
Array of thicknesses per layer
Cm
0
*
100
WRITE (I~UT,'(/A,A/A/)')
* RHOD
Bulk density of layer
0
*
&
' Error in data or comment line st',
*
g/cm3
ITEKCL
Array of texture classes
0
*
&
' illegal position on soi1 data file';
* IL4YER Number of defined soi1 layers
0
*
&
' Ru" deletedl'
* RDMSOL Maximum rootsble depth
0
*
STOP
* PROP
*
*
Proportionality factor for soi1 moisture
extinction
0
*
END
*
*
* WCINI
Array with initial amounts of soi1 moisture
per soi1 layer
cm3/cm3
0
*
*
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
--------_
*
*
*
* ITEKT<l,ITEKT>3
*
* ISMTBl > 30, ISMTBP > 30, ISMTB3 > 30
*
* IIAYER<l, ILAYER>lO
*
* RDMSOL < 0
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
condition
*
*
returned IWAR value
-------__
-------------_-__--
*
* none
*
*
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : FOPEN, MOFILP, RERROR
*
* FILE usage : s soi1 data file opened with unit - 43
*
SUBROUTINE SOILPR (RSOILP,
100
a
ISMTB1,ISMTB2,ISHTB3,SMTBl,SMTB2,SHTB3.
6
THCKN,RHOD,ITEKCL,IlAYER,RDMSOL,PROP.WCINI)
*-----initial data types
200
97
96
IHPLICIT RFAL (A-H,J-2)
END IF
IHPLICIT INTEGFR (1)
*-----in case there are three texture classes, the third set of
4 2 0
CHARACTER*(*) RSOILP
*
data is read
CHARACTBR SFILEP*IIO
IF (ITEXT.GE.3) THEN
LOGICAL TERKNL.DEBUG,WATER
CALL MOFILP (43)
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT.FINTIH,
READ (43,*,F.RR-100)
ISMTB3
&
DAY,STYEAR,YEAR,
IF (ISMTB3.GT.30) CALL RERROR (l,'ISMTB3',1.O*ISMTB3,'SOILR')
h
READ (43,*,ERR-100) (SMTB3(I),SMTB3(1+1),1-l,ISMTB3-1,2)
TFXMNL,DEBUG,WATER,
&
IIN,IOUT,IDEBUG.IWATER,INITRO
F.ND IF
*-----data initielizstion
500
2 0 0
*-----number of soi1 layers is read
INTEGER ITFXL(l0)
CALL MOFILP (43)
REAL
SMTBl(30), SMTB2(30), SMTB3(30)
REM (43,*,ERR-100) ILAYER
REAL
RHOD(lO),
THCKN(lO), WCINI(lO)
*-----number of soi1 layers is checked
6 0 0
*-----the soi1 data file is opened, comment lines are skipped,
200
*
soi1 name is read and the number of texture classes, (maximum 3)
IF (1L4YF.R.LT.1.0R.1IAYER.GT.10) THEN
WRITE (IOUT,'(A/A)')
CALL FOPEN (~~.RSOILP,'OLD','NVT')
h
' Number of soi1 layers incorrectl',
h
' Run deleted!'
CALL MOFILP (43)
STOP
READ (43,'(A)',ERR-100) SFILEP
END IF
WMTE (IO~,'(//A//lX.A//)')
*-----thickness of the soi1 compartment and bulk density are read
700
h
' The following soi1 data fLle is read and checked: ', SFILEP
CALL MOFILP (43)
READ (43 ,*, ERR-100) ITEXT
READ (43,*,FRR-100) (THCKN(I),I-1,ILAYER)
*-----the numbar of soi1 texture classes is checked
300
*-----bulk density are read
7 0 0
IF (ITEXT.LT.l.OR.ITEXT.GT.3) THEN
CALL HOFILP (43)
WRITE (IOUT,'(A/A)')
R!ZAD (43,*,ERR=lOO) (RHOD(I),I-1,ILAYER)
6
' Number of soi1 textures incorrect!',
&
' Run deletedl'
*-
-maximum rooting depth of soi1 and proportionality factor are read
8 0 0
STOP
END IF
CALL NOFILP (43)
READ (43.*,ERR-100) RDKSOL
*-----the data of the first texture class are read
4 0 0
CALL MOFILP (43)
CALL MOFILP (43)
READ (43,*,!ZRR-100) PROP
READ (43,*,ERR-100) ISMTBl
IF (ISMTBl.GT.30) CALL RERROR (1,'ISHTB1',1.O*ISMTB1,'SOILR')
IF (RDMSOL.LT.0.) CALL REF.ROR (2,'RDMSOL',RDMSOL.'SOI~')
9 0 0
RF.AD (43,*,ERR-100) (SMTBl(I),SMTBl(I+l),I-l,ISMTBl-1,2)
*-
-initial water contents as function and soi1 texture class
1000
*-----in case there are two texture classes, the second set of
410
*
data is read
CALL MOFILP (43)
READ (43,*,ERR-100) (WCINI(I),ITEXCL(I),I-1,ILAYER)
IF (ITEXT.GE.2) THEN
CALL MOFILF' (43)
RETURN
1100
RFAD (43.*,ERR-100) ISMTB2
IF (-'.MTBZ.GT.30)
CALL. RERROR (1,'ISMTB2',1.0*ISMTB2.'SOII.R')
*-
-in case a read error has occurred
1200
READ (43,*,ERR-100) (SMTB2(I),SMTBP(I+l),I-l,ISMTBL-1,2)
9 8
99
*- ---------------------------------------------------------------------*
soL*Mp
100
WRITE (IOUT,‘(/A.A/A/)‘)
*
6
' Error in data or comment Line at',
* SUBROUTINE SOLTMP
-L
a
i iliegai position on
Author : Niek van Duivenbooden
*
soi1 data file',
*
&
' Run deleted!'
based on an earlier version by Rob Groot (1987)
*
*
STOP
Date
: 09-05-1988
*
* Purpose: This subroutine generates temperatures of different soi1
*
*
compartments, based on the assumption that the temperature *
*
fluctuations are smaller in deeper soi1 compartments; and *
*
that the temperature of a compartment cari be described by *
*
a delay-function of the average daily air temperature
*
*
*
* FORMAL PARAMETERS:
(1-input,O-output.C-control,IN-ini.t,T-time)
*
*
name
meaning
units
Cl&%5
*
*
____
_____-_
----_ -_-__
*
* STEMP
Logfcal,
to indicate whether detailed
*
*
information is wanted
1
*
* ISTEMP Integer, auxilliary variable for file usage
-
1
*
* TMIN
Minimum air temperature
C
1
*
* TMAX
Maximum air temperature
C
1
*
* ILAYEX Number of soi1 compartments
1
*
* SOILTP Array with generated temperature per
*
*
compartment
C
0
*
*
*
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
*
condition
*
*
______--_
*
*
none
*
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
_____----
------_-___________
*
*
none
*
*
*
* SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage
: with unit ISTEMP and IDEBUG
*
*------------------------------------------------------------------
-*
SUBROUTINE SOLTMP (ISTMP,STEMP,TMIN.THAX~I~YER:S~JLTP)
100
I
*-----initial data types
200
IMPLICIT RI~L (A-H,J-2)
IMPLICIT INTEGER (1)
mICAL INIT, TERMNL, DEBUG, WATER, STEMP
COMHON /SIH/ STTIHE.STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
&
DAY.STYEAK.YF.AR,
&
TERMNL,DEBUG,WATER.
6
IIN,IOUT,IDEBUG,IWATER,INITRO
*-----declaration
of soiltemperature, temperature delay and average
300
*
soi1 temperature
100
101
REAL SOILTP(lO), AVTMP(365)
INTEGER IlAG(10)
ISTART - MAX (IDAY-ILAG(IL)+l,l)
INIDAY - HAX (IZAG(IL)-IDAY,O)
SUMTMP - 0.
DATA INIT /.TRUE./
DO 19 I-ISTART, IDAY
*-----delay for temperature response of soi1 compartment I
400
SUMTMP- SUMTMP + AVTMP(1)
19
CONTINUE
DATA II.& /1,4,8,16,26,38,52,68,84,100/
SOILTP(IL) - ((INIDAY*AVTMP(~)+SUMTMP)/IIAG(IL))
*-----variable initialization
500
WDIF
2 0
CONTINUE
IF (TERMNL) THEN
*-----debug information is written to file in case the DEBUG logical
RETURB
1200
*
END IF
is true
IF (DEBUG) THEN
IF (.NOT.INIT) GOTO 10
INIT - .FALSE.
WRITE (IDEBUG,'(A,FL.O,ll(A12,F4.1,/))')
h
' Debug of SOLTMP at time - ', TIME,
*-----writes heeder to file ISTMP for printing of variables in case
600
*
6
STEMP logical is true
' TMPA
- ', TMPA.
h
'SOILTPl - ', SOILTP(l),
h
'SOILTP2 - ', SOILTP(Z),
IF (STEMP) WRITE (ISTKP,'(A,A,A)')
h
'SOILTP3 - ', SOILTP(3),
h
' TIME',
&
'SOILTPD - ', SOILTP(4),
6
' SOILTPl SOILTPZ SOILTP3 SOILTP4 SOItTP5'.
a
'SOILTPS - ', SOILTP(5).
fi
' SOILTPL SOILTP7 SOILTPB SOILTP9 SOILTPlO'
a
'SOILTP6 - ', SOILTP(O),
*------.-s-m-.sms-- ____________________------~-------------------------
700
h
'SOILTP7 - ', SOILTP(‘I),
a
'SOILTPB - ', SOILTP(B),
* DYNAMIC PART
*--..---------..-.-----------------------------------------------------
&
'SOILTP9 - ', SOILTP(9),
ii
'SOILTPlO - '> SOILTP(10)
10
CONTINUE
END IF
*-----calculation of average air temperature
800
*-----information on the soi1 temperature status is written to file
1300
*
each time step in case the STEMP logical is truc
TMPA - (TMIN +TMAX) / 2.
*-----temperature delay for soi1 compartments
900
IF (STEMP) WRITE (ISTMP,'(lX,F4.0,ll(F7.1))')
&
TIME, TMPA, (SOILTP(I),I-1,IIAYER)
IDAY
- IDAY + 1
RETURN
AVTMP(IDAY) - THPA
I
E N D
*-----when the delay is one day, compartment-temperature equals
1000
*
average air temperature
Do 20 ILl,ILAYER
IF (ILAG(IL).EQ.~) THF.N
SOILTP(IL) - AVTMP(IDAY)
ELSE
*-----------calculate temperature of compartment IL. For days prier
1100
*
to initialization, average daily air temperatures are not
*
available. Therefore the temperature of a11 soi1 compart-
*
ments at the start of the simulation is assumed to be
*
equal to the air temperature
102
103
*------.--.------...-------------------------------------------------*
T I M E R
*-----end of simulation is induced when finish time is reached
400
* SUBROUTINE TIMER
*
* Authors: Daniel van KrealinBen
*
IF (TIME.GT.FINTIM) TERHNL-.TRUE.
* Date : 2a-JAN-1987
*
* Pu-pose: This subroutine updates TIME, each time the dynamic loop *
TIME - TIME+DELT
*
is executed.
*
*
*
*-----January 1st is defined as DAY-l!!
500
* FORMAL PARAMF,TERS: (I-input,O-output,C-control,IN-init,T-time)
*
*
name
meening
units
class *
DAY -
l+MOD (TIME-1,365.)
*
_---
--__---
__--- ----- *
YEAR - ST%AR + mAT(INT((TIME-1.)/365.))
* none
*
*
*
RETURN
600
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
END
*
condition
*
*
- - - - _ _ _ - _
*
* DELT < 0
*
* FINTIM < 0
*
*
*
* UARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
*
condition
returned IWAR value
*
*
-_--_-___
____--_-__------___
*
*
*OIle
*
*
*
?? SUBROUTINES and FUNCTIONS called : none
*
*
*
* FILE usage : a file opened with unit - IOUT
*
*-----.--------..-.--------------------------------------------------*
SUBROUTINE TIMER
100
*-----initial data types
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
IMPLJCIT INTEGER (1)
LOGICAL TERMNL,DEBUG,WATER
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIME,DELT,FINTIM,
h
DAY,STYEAR,YEAR,
ii
TERMNL,DEBUG,WATER,
h
IIN~IOUT~IDEBUG~IWATER,INITRO
*-----check on value of DELT
200
IF (DELT.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT,*) ' DELT not set, run deleted!l'
STOP
END IF
*-----check on value of FINTIM
300
IF (FINTIM.LE.0.) THEN
WRITE (IOUT.*) ' FINTIM not set, run deleted!!'
STOP
END IF
104
105
*------.---------.----------------------------------------------------
'-* WATERl
* SUBROUTINE WATERl
*
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP,TIKE,DELT,FINTIM,
* Author : Niek van Duivenbooden
*
h
DAY,STYEAR,YEAR,
*
based on an earlier version by Daniel van Kraalingen (van
*
a
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
Kraalingen h van Keulen, 1988)
*
&
IIN,IOUT.IDEBUG,IWATER,INITRO
* Date
: 10-05-1988
*
* Pur-pose: This subroutfne is a water balance for production level 1.
*
CHARACTRR*(*) RSOILP
*
It keeps track of a11 kind of statistics and keeps the
*
*
soi1 at field capacity.
*
*-----data initialization of soi1 water balance
300
*
*
* FORMAL PARAMETERS:
(I-input.O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
REAL WCruut(l0) , WCFLDC(lO), WCWILT(lO), WCAIR(lO)
* name
meaning
unit6
class *
REAL WCACT(10) , WCREL(lO) , WCINI(10) , WCACTO(lO)
*
- - - - -_--___
----- --___ *
REAL RESOIL(lO), THCKN(10) > DEPTH(lO) > FLOW(11)
* RSOILP Name of requested soi1 file
1 *
REAL SMTBl(30)
SMTBZ(30) , SMTB3(30) , RHOD(10)
* EO
Potential evaporation
cm/d
1 *
INTEGER ITFXCL( i0)
* LAITOT Total leaf area index (including dead
ha/ha
I
*
*
leaves)
*
DATA INIT /.TRUE./
* TRTOT
Total trop transpiration
cm/d
1 *
* WCREL
Array conteining the relative water
*
*-----when terminal stage is reached output to the screen is given
300
*
contents (0 = vilting point,
1 - field
*
*
capacity), per layer
0 *
IF (TERMNL) THEN
* RDMSOL Maximum rootable depth
c m
0 *
cw wATou1 (TTRANS,TES~IL,TRMAX,TRMKTM,EMAX,EMAXTM,
* THCKN
Array containing the thickness of each layer
c m
0 *
h
EMIN,F.MINTM)
* DEPTH
Array containfng
the depths of the middle of
*
RFJlJRN
*
each layer
c m
0 *
END IF
* IIAYER Number of soi1 layers used
0 *
*
*
*-----variable initialization of soi1 water balance
300
* FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
* condition
*
IF (.NOT.INIT) GOTO 30
*
----_-_-_
*
INIT - .FALSE.
*
none
*
*
*
*-----urites header to file WATER.DAT for printing of variables
400
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
*
* condition
returned IWAR value
*
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(A)')
*
_ - - _ _ _ _ _ -
-------_-__________
*
h
'
TIME
E O
IAITOT
ESOIL TESOIL
TRTOT TTRANS'
* none
*
*
*
CALL SOILPR (RSOILP,
500
* SUBROUTINES and FONCTIONS called : WATOUL. SOILPR. AFGEN,
*
&
ISMTBl,ISHTB2,ISMTB3,SMTBl,SMTB2,SMTB3,
*
EVSOIL, INTGRL
*
&
THCKN,RHOD.ITEXCL,IIAYER,RDMSOL,PROP,WCINI)
*
*
* FIL8 usage : files with unit IWATER and IDEBUG
*
*-----pf characteristics of the boundary water contents
600
*----------------------------------------------------------------------*
PFHAX -0.
SUBROUTINE WATERl (RSOILP,EO,~ITOT,TRTOT,
PFFLDC - 2.
h
WCREL.RDMSOL,THCKN,DEPTH,ILAYER,
PFUILT - 4.2
h
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD,WCFLDC,WCWILT)
*-----initial data types
200
* INITIALISATION of water balance
* - - - - - - - _ -------------------------------------------------------------
IMPLICIT REAL (A-H.J-2)
IHPLICIT INTEGER (1)
*-----for the soil, the water holding characteristics are
700
REAL INTGRL
*
computed, as a function of texture class.
LOGICAL INIT,TERMNL,DEBUG,WATER
DO 10 I-1,ILAYER
106
107
IF (ITJZXCL(I).EQ.l) THEN
UCMAX(1)
- AFGEN (ISMTBl,SMTBl,PFMAX)
CALL EVSOIL (LAITOT.EO.ILAYER.WCACT.WCMAX~WCFLDC:WCAIR:THCKN.
,.lmnC,-.
-_-_ - -.
*tirL.md,r,
- AFGEN <ïSMTBï,SMTBï,r~ruULJ
h
PROP,DEPTH,ESOIL,RESOIL)
WCWILT(1) - AFGEN (ISHTBl,SMTBl,I'FWILT)
WCAIR(I)
- WCWILT(I)/3.
*.
--integrals of soi1 water balance
1200
ELSE IF (ITEXCL(I).RQ.2) THEN
w-(I)
- AFGRN (ISMTB2,SMTB2,PFMAX)
I-TRANS
- INTGRL (TRTOT,TTRANS)
WCFLDC(1)
- AFGEN (ISHTB2,SMTB2,PFFLDC)
TESOIL - INTGRL (ESOIL.TESOIL)
WCWILT(1)
- AFGEN (ISMTB2,SMTB2,PFWILT)
WCAIR(1)
- WCWILT(I)/3.
*.
--maximum and minimum of soi1 evaporation and trop transpiration
1300
ELSE IF (ITEXCL(I).EQ.3) THF.N
wcMAx(1)
- AFGEN (ISMTB3,SMTB3,PFMAX)
IF (TRTOT.GT.TRMAX) THEN
WCFLDC(I) - AFGEN (ISHTB3,SHTBS,PFFLDC)
TRMAX - TRTOT
WCWILT(1)
- AFGEN (ISHTB3,SHTB3.PFWIL.T)
TRMXTM - TIHE
WCAIR(1)
- WCWILT(I)/3.
F.ND IF
END IF
10
CONTINUE
IF (ESOIL.GT.EMAX) THEN
EMAX - ESOIL
*-----depth of the centre of the layers is calculated
EMAXTH - TIME
END IF
DEPTH(l)-0.5*THCKN(l)
800
Do 20 1-2,IIAYF.R
IF (ESOIL.LT.EMIN) THEN
DEPTH(1)-DEPTl+(1-1)+0.5*THCKN(I-1)+0.5*THCICN(1)
FXIN
- ESOIL
20
CONTINUE
EMINTM - TIKE
RDMsoG1ooo.
END IF
*--..-....-....---*------
-__-*____-----------____________I_______------
*-----debug information is written to file in case the
1400
* DYNAUIC SECTION of vater balance
*
logical DEBUG is true
*.--.-----------..-----------------------------------------------------
IF (DEBUG) WRITE (IDEBUG,'(A,F8.2,/,4(A,G14.6/))')
30
CONTINUE
h
' Debug of WATERl at time-',TIME,
&
‘ TTRANS
-' ,TTRANs,
*-----array of relative vater contents is filled with one,
900
h
' TRTOT
-' ,TRTOT,
&
' TESOIL
-',TESOIL.
Do 40 1-l,ILAYER
h
' ESOIL
-',ESOIL
WCREL(1) - 1.
WCACT(1)
- WCFLDuI)
*-----information on the soi1 water status is written to file each time 1500
WCACTO(1)
- WCACT(1)
*
step
40
CONTINUE
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(4X,F4.O,F7.2.F10.2,4F8.2)')
*-----as soi1 1s continuously kept at field capacity, flow between the
950
&
TIHE,EO,lAITOT,ESOIL,TESOIL,TRTOT,TTRANS
*
various soi1 compartments is assumed to be zero
RETURN
1600
DO 50 1-1,1IAyER+1
F.ND
WW(I) - 0.
50
CONTINUE
*-----variable to calculate max-m-
1 - and mi-i-,8
iooû
TRMAX - -1000.
E&u - -1000.
EMIN - 1000.
*-----subroutine for soi1 evsporation is called
1100
108
109
*
IMPLICIT REAL (A-H,J-2)
* SUBROUTINE WATER2
*
IMPLICIT INTEGER (1)
* Author : Niek van Duivenbooden
*
R!%L INTGRL
based on earlier versions by Daniel van Kraalingen (van
*
*
Kraalingen 6 van Keulen, 1988) and Rob Groot (1987)
*
LOGICAL INIT.TERMNL,DEBUG,WATER
*
* Date
: 30-05-1988
*
Purpose: This subroutine is a water balance for production level 2. *
COMMON /SIM/ STTIME,STCROP.TIME,DELT,FINTIH.
*
*
It calculates the relative water content of each soi1
*
6
DAY,STYF.AR,YEAR,
*
layer.
*
h
TERMNL,DEBUG,WATER,
*
*
&
IIN,IOUT,IDEBUG,IUATER,INITRO
FORML
*
PARAHETERS:
(1-input,O-output,C-control.IN-init,T-time)
*
neaning
* _-____
unit6
class *
CHARACTER*(*) RSOILP
-_--__*
---_- ----- *
* RSOILP Name of requested soi1 file
*
*-----data initialization of soi1 water balance
*
1
E O
Potential evaporation
*
*
cm/d
1
*
* L4ITOT Total leaf area index (including dead leaves)I ha/ha
1
REXL WCMAK(10) , WCFLDC(lO), WCWILT(lO), WCAIR(lO)
*
* TRTOT
Total trop transpiration
cm/d
1
REAL WCACT(lO) , WCREL(lO) , WCINI(10) , WCACTO(l0)
TRR
Crop transpiration per cm soi1 depth
*
REAL RESOIL(lO), TRR(10)
, THCKN(10) , DEPTH(lO)
*
cm/cm/d
1
RAIN
Rainfall
*
REAL SMTBl(30) , SMTBZ(30) , SMTB3(30) , RHOD(lO)
*
cm/d
1
WCREL
*
*
Array containing the relative water
REAL FLDW(l1)
*
*
contents (0 - vilting point,
1 - field
INTEGER ITFXGL(10)
capacity), par layer
*
*
0
*
*
!4axfmum rootable depth
Clll
0
DATA INIT/.TRUE./
THCKN
*
*
Array containing the thickness of ea'ch layer
CU!
0
DEPTH
Array containing the depths of the middle of
*
*-----in casa the terminal stage of the mode1 is reached,
200
*
0
each layer
*
*
statistics are written to IOUT
*
CIU
IIAYER
*
*
Number of soi1 layers used
0
*
*
IF (TBRMNL) THEN
FATAL ERROR CHECKS (execution terminated, message)
*
CALL WATOUP (TTR~NS.TDRAIN.TRAIN.TESOIL,TRMAX,TRMXTM.
*
*
* condition
h
-EMAX,EMAXTM,EMIN,EMINTM.
- - _ _ _ - _ _ -
*
*
6
RMAX,RMAXTM,DMAK.DMAXTM)
*
* WCMAX(1) < 0.3, WCHAx(I) > 0.55 (1-1,IIAYER)
RETURN
*
* WCACT(1) > WCFLDC(1) (1-1,ILAYER)
END IF
check on total water flow
*
*
*
* wc~cT(I) < 0.75 * ~CA~R(I) (1-~,IIAYER)
*-----variable initialization of soi1 water balance
*
* WCACT(I) > WCMAX(1) (1-1,IIAYER)
*
IF (.NOT.INIT) GOTO 50
*
*
* WARNINGS (nonzero value of IWAR returned)
INIT - .FALSE.
condition
*
*
returned IWAR value
---______
--__----_------_--_
*
*
*-----writes header to file in case detailed information is wanted
400
*
* none
*
*
IF (WATER) WRITE (IWATER,'(A)')
SUBROUTINES and FUNCTIONS called : WATOU2, SOILR, AFGEN, RERROR,
*
*
&
'
TIME
E O
LAITOT
ESOIL TESOIL
TRTOT TTRANS'
*
*
EVSOIL, INTGRL
*
500
*
CALL SOILPR (RSOILP,
FILE usage : files with unit IWATER and IDEBUG
*
a
ISMTBl,ISNTB2,ISMTB3,SMTBl,SMTBL,SMTB3,
h
THCKN,RHOD,ITEXCL,IIAYER,RDMSOL,PROP,WCINI)
SUBROUTINE WATF.RZ (RSOILP.EO,IAITOT,TRTOT,TRR,RAIN.
*-----pf characteristics of the boundary water contents
600
h
WCREL.RDMSOL,THCKN,DEPTH,ILAYER,
6
WCACT,WCACTO,FLOW,RHOD.WCFLDC,WCWILT)
PFMAX- 0.
PFFLDC - 2.
*-----initial data types
150
PFWILT - 4.2