Sensitivity analysis of a hierarchical qualitative model – the analysis of MASC

AbstractSensitivity Analysis (SA) is applied to a hierarchical qualitative model built to assess the sustainability of cropping systems. Three approaches were tested to perform a first-order SA on such a model, assuming a fixed model structure and no correlation among input variables: (i) factorial designs combined with analysis of variance (ANOVA), (ii) conditional probabilities, (iii) Monte Carlo sampling (MC). If the complete factorial design is too large to be computed, MC and conditional probabilities represent efficient alternatives to perform an analysis of the overall qualitative model. Conditional probabilities exploit the hierarchical structure of the model to give exact first-order indices, while MC could be a more flexible approach for the introduction of correlations among variables. We discuss how such SA results can guide modellers and end-users in modelling and application phases

Adaptation d'un modèle de culture et conception d'un modèle de décision pour la gestion conjointe de l'irrigation et de la fertilisation azotée du blé dur

Les changements de contexte économique, réglementaire et environnementaux auxquels la production agricole doit faire face nécessitent d'évaluer de nouvelles stratégies de gestion conjointe de l'irrigation et de la fertilisation pour blé dur. Le travail de thèse a suivi un double objectif : i) adapter le modèle de culture STICS à différents cultivars de blé dur, et ii) concevoir un modèle de décision des pratiques de fertilisation azotée et d'irrigation. Une base de données comportant 373 traitements expérimentaux issus de douze années climatiques a été constituée à partir d'expérimentations réalisées avant la thèse à l'INRA et ARVALIS puis mobilisée pour conduire le travail d'adaptation et d'évaluation du modèle de culture. L'adaptation du modèle de culture a consisté dans un premier temps en un travail d'estimation de paramètres par optimisation mathématique pour sept cultivars de blé dur. Une analyse comparative de trois démarches a permis de sélectionner la démarche pertinente pour obtenir un modèle précis et robuste pour la simulation du rendement, de la teneur en azote des grains et des variables intermédiaires (Biomasse aérienne, surface foliaire, quantité d'azote absorbée) dans différents contextes pédo-climatiques (large gamme de niveaux de nutrition hydrique et azotée). Cette étude fournit un cadre méthodologique pour l'estimation des paramètres des modèles de culture. Les résultats de ce travail ont de plus démontré que le modèle de culture, avec son formalisme initial, n'était pas sensible à l'effet du fractionnement de la fertilisation sur la quantité d'azote et la teneur en azote des grains. L'adaptation est appréhendée dans un deuxième temps par la modification du formalisme d'accumulation de l'azote dans les grains par l'introduction d'un formalisme inspiré du modèle AZODYN. La modification n'a pas amélioré suffisamment la sensibilité du modèle à l'effet du fractionnement sur la teneur en azote des grains. Le manque de données expérimentales en phase post-floraison et notamment la dynamique de la sénescence foliaire n'a pas permis d'améliorer la capacité du modèle de culture à simuler les processus d'absorption d'azote du sol après la floraison. A partir d'une enquête auprès de 29 irrigants de blé dur, les pratiques et les stratégies de fertilisation azotée et d'irrigation, ainsi que les décisions stratégiques et tactiques ont été identifiées et formalisées dans un modèle de décision. Une évaluation de stratégies conçues sur la base des résultats d'enquêtes est proposée comme illustration de l'utilisation du modèle STICS adapté au blé dur et du modèle de décision formalisé. Le couplage informatique du modèle de culture STICS au modèle de décision permettra de disposer d'un modèle bio-décisionnel et ainsi pourra être utilisé pour concevoir et évaluer des stratégies de gestion conjointe de l'irrigation et de la fertilisation azotée du blé dur adaptées au contexte des exploitations agricolesChanges in economic, regulatory and environmental context of agricultural production raise the need for research to evaluate and propose new strategies for joint management of irrigation and fertilization for durum wheat. The thesis had two objectives: i) adapting the simulation crop model STICS to different durum wheat cultivars, and ii) designing a decision model for nitrogen fertilization and irrigation practices. A database containing 373 experimental treatments carried out by INRA and ARVALIS before this PhD work was established and mobilized to conduct the adaptation and the evaluation of crop model. The adaptation of the crop model was first conducted through durum wheat parameter estimation by mathematical optimization. A comparative analysis of three approaches was conducted to select an appropriate approach to obtain an accurate and robust crop model for the simulation of grain yield, grain nitrogen content and intermediate variables (biomass, leaf area, amount of nitrogen absorbed) in different soil and climatic conditions. This study provided a methodological framework for crop models parameters estimation. The results of this study showed that the crop model, with its original formalism, was not sensitive to the effect of splitting of fertilization on the grain nitrogen content and protein concentration. The adaptation was then conducted through the modification of the formalism of nitrogen accumulation in grains by introducing a formalism inspired the AZODYN crop model. The modification did not significantly improve the model's sensitivity to the effect of N splitting on the nitrogen content of grain. The results of this study call into question the ability of crop model to simulate the absorption process of nitrogen after flowering. Unfortunately the lack of data concerning post-flowering leaf area dynmaics did not allow improving the model. From a survey of 29 irrigators, practices and strategies of nitrogen fertilization and irrigation, as well as strategic and tactical decisions have been identified and formalized in a decision model. An evaluation of strategies based on survey results is given as an illustration of the potential use of the STICS soil-crop model and the decision rules identified and formalised. The coupling of the crop model to the model decision will allow proposing and evaluating strategies adapted to the farm context for joint management of irrigation and nitrogen fertilization of durum wheatTOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

La prospective " Grande Culture " du projet PROUESSES : approche statistique de l'évolution des surfaces en maïs

autre publicationLes surfaces agricoles diminuent en Midi‐Pyrénées. Pour la culture de maïs irrigué, quelle est la localisation de ces changements ? Quelle est l'ampleur de l'évolution ? Quelles variables permettent d'expliciter ces variations ? Ce focus présente une analyse de l'évolution récente des surfaces en maïs irrigué à partir de bases de données statistiques régionales. Des méthodes d'analyses multivariées et de classification sont utilisées. Six profils de cantons ont été identifiés sur Midi‐Pyrénées, validant ainsi l'hypothèse de localisation du changement dans les assolements. La proximité à un pôle urbain intervient très fortement dans l'évolution de ces cantons

Documentation of baseline and policy scenarios for Test Case 1

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The major characteristics of environmental policies and agro-ecological technologies to be studied in Test case 2

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From farm, landscape and territory analysis to scenario exercise: an educational programme on participatory integrated analysis

Tools and methodologies have been developed to enable integrated analysis (IA) of complex issues like agro‐ecosystems and natural resources management. They are based on interdisciplinary and often on participatory approaches combining, interpreting and communicating knowledge from diverse scientific disciplines and from stakeholders. In this paper we present the original educational programme built to enable students in agronomy to implement participatory IA methods in order to deal with sustainability issues in rural territory. In this educational programme students take a professional project management situation on a given case study. One of the originality of the course programme lies in its twofold objectives: building student capacities for carrying out integrated multi‐scale analysis of complex systems and providing researchers with an operational research device which facilitates the integrated analysis of new study territories. The educational programme articulates trips in the case study region and formation modules on project management, farming systems sustainability assessment, landscape multifunctionality analysis, stakeholder analysis and interviews, territorial diagnosis and narrative scenario construction. The main objectives and methods used in these modules are presented and discussed in the light of the outcomes of the implementation of this educational programme. Discussion is focused on the main educational and research issues of this programme