Is the source-sink relationship in transplanted rice receiving deep-placed urea supergranules dependent upon the geometry of transplanting?

Deep placement of urea supergranules in wetland rice (Oryza sativa L.) or correct urea band application enables to protect nitrogen (N) from various loss mechanisms, but recovering of fertilizer N by plants depends upon geometric and agronomic factors. The objective of this study was to characterize the diffusion of ammoniacal N from the two urea sources, point or line application, in a typical paddy soil. A model of ammonia diffusion was developed for the two geometries. The relation between the N application rate and the transplanting geometry was studied in two fields using probes attached to urea supergranule of different mass (2 and 4 g). The transplanting pattern was adapted for obtaining 58 or 116 kg N ha(-1) in the 4 g application. The ammoniacal nitrogen concentration was compared to the diffusion model prediction. The values of the diffusion coefficient were found to be 1.160 and 1.107 cm(2) d(-1). Ammonia disappearance below 10 mmol L-1 did not follow the same kinetics in the two treatments corresponding to 4 g application. Relative to the 2 g treatment, root ammonia uptake in the 4 g treatment was delayed and slowed in the classical geometry of 20 cm x 20 cm (116 kg N ha(-1)) when it was mainly delayed in the geometry provided with 58 kg N ha(-1). This manipulation of the source-sink relationship enables to foresee possibilities for the development of new fertilizers adapted to wetland rice cultivation

L'effet supergranule d'urée (SGU) en sols de rizières : un problème de diffusion avec échange d'ions. Essai de modélisation

Deep-placed between 4 hills of wetland-rice, urea supergranules (USG, sometimes called LGU, large urea granules) present in numerous situations a high efficiency due to the occurrence of negligeable losses (runoff, NH3 volatilization, nitrification-denitrification) and another mechanism associated with minimal dispersion of nitrogen in the soil.For non-percolating paddy soils with uniform porosity and density, nitrogen dispersion from supergranule is only a diffusion-ion exchange phenomenon. Built upon three main assumptions (point souce, local equilibrium of ammonia, no ammonium retrogradation in clay minerals), the model uses a few parameters (soil density and porosity, mean apparent diffusion coefficient for nitrogen, time for full urea hydrolysis, modified adsorption isotherm) and a calculus algorithm which enable to simulate the evolution of ammonia distribution in the soil or its solution. It agrees with experimental data collected on different soils.At last, two sets of observations :- contour plos showing distribution patterns of ammonia, from Savant and De Datta (1980),- simultaneous pH and ammonia mesurements on solution extracted with a sampler near the USGshow that USG-effect is mainly due to NH3 toxicity upon 0,45 mM.Therefore, geometrical factors (placement in the reduced layer of the soil, supergranule form), soil (exchange) and fertilizer (alcalinity from urea hydrolysis) properties associated with NH3 toxicity for rice enable its feeding at request.Placés en profondeur entre 4 touffes de riz irrigué, les super-granules d'urée (SGU) présentent dans beaucoup de situations une efficacité remarquable due à la quasi-élimination des pertes (écoulement superficiel, volatilisation ammoniacale, nitrification-dénitrification) mais aussi à un autre facteur associé à la dispersion minimale de l'azote dans le sol.Dans le cas de rizières non filtrantes et à profils de porosité et densité uniformes, la dispersion de l'azote à partir du super-granule se ramène à de la diffusion avec échange d'ions. Le modèle développé à partir de 3 hypothèses (source instantanée et ponctuelle, équilibre local de l'ammoniaque, pas de rétrogradation de l'ammonium dans les argiles) utilise plusieurs paramètres (densité et porosité du sol, coefficient global apparent de l'azote, durée d'hydrolyse totale, isotherme d'adsorption adossée sur le pH déduit de l'équilibre local NH3/NH4+/HCO3- généré par l'hydrolyse de l'urée) et un algorithme de calcul qui permettent de simuler l'évolution de la distribution de l'ammoniaque dans le sol ou sa solution. Elle est en bon accord avec les données expérimentales obtenues sur différents sols.Enfin, deux ensembles d'observations :- les courbes d'iso-concentration en ammoniaque obtenues par Savant et De Datta (1980);- une mesure conjointe de pH et de l'ammoniaque sur la solution obtenue par un préleveur situé au contact du SGUpermettent d'attribuer essentiellement l'effet-SGU à une toxicité de l'ammoniac NH3 au-dessus de 0,45 mM environ.Ainsi, différents facteurs géométriques (placement dans la couche réduite du sol, forme super-granule), différentes propriétés du sol (échange) et de l'engrais (alcalinité générée par l'hydrolyse de l'urée) permettent-ils au riz grâce à la toxicité de l'ammoniac de prélever l'azote du SGU à la demande

Des modèles agronomiques pour comprendre, prévoir, intervenir: Exemples en zones tropicale et méditerranéenne

Elements of knowledge and agronomic tools are more and more interfacing with models.Connaissance et outils agronomiques se placent de plus en plus en interface avec des modèles. Mon parcours scientifique m'a amené à produire un modèle de diffusion de l'azote ammoniacal qui permet de calculer la distribution de l'ammoniaque après placement de supergranules d'urée (boules d'urée dont la masse peut varier de 1 g à 4 g) en riziculture repiquée. La mise au point de ce modèle (en thèse préparée au Laboratoire des Radioisotopes de Tananarive) a amené le développement d'une sonde qui a permis d'observer que l'assimilation de l'ammoniaque suivait un mécanisme de premier ordre. Mesurer la constante de vitesse du système riz-supergranule équivaut à caractériser la fertilité du sol. Le mécanisme physiologique en arrière-plan assure dans la zone enrichie en ammoniaque, en-deçà de 10 mM N ammoniacal dans la solution du sol, l'allocation prioritaire du carbone des photosynthétats à l'assimilation de N. De nombreuses données acquises sur des rizières malgaches ont pu être valorisées depuis cette thèse. Elles conduisent à mieux cerner les aspects positifs du placement d'urée (limitation des pertes, meilleur rendement) et à en préciser les limites (dose optimale entre 60 et 90 kg par ha pour une seul apport). Des données obtenues par l'IRRI, par l'IFDC et par des chercheurs en Asie (développement d'un ski-applicateur léger) confortent notre approche. Une autre voie de modélisation a été explorée au sein de l'UMR System à Montpellier avec le passage du bilan hydrique saisonnier de la vigne à un bilan pluriannuel. Ce modèle a permis une analyse fréquentielle des besoins en eau d'irrigation dans le Montpelliérain pour la production d'un vin de qualité. Il a été testé pour le pilotage d'arrosages avec un choix de paramètres basé sur les spécificités de la parcelle.Ces deux exemples illustrent le rôle des modèles dans l'agronomie contemporaine, à la fois pour regrouper les connaissances mais aussi découvrir par l'expérimentation associée des mécanismes (physiologiques) insoupçonnés tant que les cultures n'ont pas été placées dans des situations qui mettent à jour de "nouvelles" régulations ou interactions. Le développement de ces modèles pourrait aider à concevoir un nouvel engrais azoté pour le riz humide (urée en fil ou en bâtonnet) et à associer sur vignes enherbement (de l'inter-rang) et arrosage de complément (sur le rang) tout en tenant compte des remontées capillaires en situation de plaine. L'irrigation en situation enherbée peut donner plus de marge de manoeuvre pour le contrôle du parcours hydrique de la vigne et ainsi contribuer à la protection de l'environnemen

Clustering of Bi-Dimensional and Heterogeneous Times Series: Application to Social Sciences Data

We present an application of bi-dimensional and heterogeneous time series clustering in order to resolve a Social Sciences study issue. The dataset is the result of a survey involving more than eight thousand handicapped persons. Sociologists need to know if there are in this dataset some homogeneous classes of people according to two attributes: the idea that handicapped people have about the quality of their life and their couple status (i.e. if they have a partner or not). These two attributes are time series so we had to adapt the k-Means clustering algorithm in order to be efficient with this kind of data. For this purpose, we use the Longest Common Subsequence time series distance for its efficiency to manage time stretching and we extend it to the bidimensional and heterogeneous case. The results of our unsupervised process give some pertinent and surprising clusters that can be easily analyzed by sociologists.Présentation d'une application d'un "bi-dimensional and heterogeneous time series clustering" pour résoudre un problème en sciences sociales. Les données concernent plus de huit mille personnes en situation de handicap. Le problème est de savoir s'il existe de groupes homogènes vis-à-vis de la qualité de vie ressentie et de la vie de couple déclarée. A ces deux séries temporelles, un algorithme de k-Means clustering a été adapté. Nous avons utilisé the Longest Common Subsequence time series distance et nous l'avons étendue au cas bi-dimensionnel et hétérogène. Le résultat a été pertinent et surprenant, utile à l'analyse sociologique

Caractériser la fertilité des sols de rizières par une mesure à l'interface des métabolismes azoté et carboné de la plante : théorie, méthode et applications.

Chez le riz irrigué, plusieurs conditions rendent possible l'étude de l'assimilation de l'ammoniaque à partir d'un simple suivi de la concentration en ammoniaque de la solution du sol. Ces conditions tiennent au sol, à la plante et notamment à son métabolisme de l'azote; elles se conjuguent favorablement dans le cas de la fertilisation avec les supergranules d'urée. Les régulations mises en oeuvre à l'interface des métabolismes carboné et azoté de la plante laissent alors leur marque dans la cinétique de disparition de l'ammoniaque dérivant du supergranule. Cette marque est un mécanisme du premier ordre dont la constante de vitesse est directement liée à la capacité métabolique de la plante et notamment à son activité photosynthétique. Sa mesure au champ offre donc un moyen de caractériser la fertilité de la rizière. Du point de vue du fonctionnement du système racinaire, l'observation du mécanisme du premier ordre va de pair avec la notion de division du travail entre quelques racines assimilatrices et les autres racines exploratrices