Bois, Jean-François

Moutonnet, P.

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Agricultural Meteorology, 27: 209-215 . 209 
Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands 
EFFICIENCE COMPAREE DE L’EAU TRANSPIREE PAR LE MAÏS, 
LE TOURNESOL ET LE RIZ 
Ir P. MOUTONNET 
Commissariat 6 l’Energie Atomique, Cadarache, Département de  Biologie, 
Service de Radioagronomie, 131 15 Saint-Paul-Lez-Durance (France) -- - 
~ 
i J.-F. BOIS,] -__ I
Office de la Recherche Scientifique e t  Technique Outre-Mer, Antenne de Cadarache, 
Département de Biologie, Service de Radioagronomie, 131 15 Saint-Paul-Lez-Durance 
(France)r 
(Reçu le 1 4  avril 1982; accepté le 27 mai 1982) 
ABSTRACT 
Moutonnet, P. and Bois, J.-F., 1982. Compared transpiration efficiencies of maize, sun- 
flower and rice. Agric. Meteorol., 27: 209-215. 
Several crops were grown in a C23A-type growth chamber with a controlled environ- 
ment. Photosynthesis ( P )  and transpiration ( T ) ,  measured throughout each growth period, 
were analysed in terms of plant-water transpiration efficiency. The equation submitted 
by Tanner (1981) was used: PIT = K / ( e * -  e ) ,  where Kis  a physico/physiologically-based 
constant and (e* - e )  the water vapour pressure deficit. With this formula, we obtained 
the following average K values: 0.062, 0.044 and 0.025 mbar for maize, sunflower and 
upland rice, respectively. Furthermore, it was shown with the PIT evaluations throughout 
the growth periods, that water efficiency changed with plant age; it was a maximum with 
40-50-day-old plants. 
RESUME 
Moutonnet, P. and Bois, J.-F., 1982. Efficience comparée de l’eau transpirée par le maïs, 
le tournesol et le riz. Agric. Meteorol., 27: 209-215. 
Différentes cultures sur sol ont été menées en chambre de culture de type C23A dans 
des conditions d’environnement contrôlées et reproductibles. La photosynthèse ( P )  et 
la transpiration ( T ) ,  obtenues sur cycle végétatif c:mplet, sont analysées en termes 
d’efficience de l’eau transpirée. La formulation présentee par Tanner (1981) a été utilisée: 
PIT = K/(e*  - e) ,  od K est une constante physico-physiologique de la plante et  (e* - e )  
le déficit de pression de vapeur d’eau entre l’atmosphère et  la feuille. Elle nous conduit 
pour K i des valeurs moyennes de 0,062, 0,044 et  0,025 mbar chez le maïs, le tournesol 
et  le riz pluvial, respectivement. D’autre part l’analyse du rapport PIT sur une base 
décadaire, met en évidence une évolution de l’efficience de l’eau en cours de cycle 
végétatif; elle est maximum pour des plantes igées de 40 i 50 jours. 
INTRODUCTION 
L’efficience de l’eau, en matiere de production agricole, peut s’exprimer 
selon quatre crithres différents: MS/T, MS/ET, R/T,  R/ET. (MS = quantité 
de matiere seche produite, T = transpiration, ET = v ranspiration, 
R = récolte (kg ha-’ )). $ q Q C $  @@ 
O. R. $. T. O. Y. Fonds 
O00 2-1 57 1 / 8  2 /OOOO-O0 001 $ O 2.7 5 @ 1982 Elsevieh&kjentific Publishing Company 
J 5 8 A 3 , a A  
Cate : ß 
210 
Quand il s’agit de comparer des especes ou des variétés différentes, il 
apparaît (Tanner, 1981) que les criteres 1 et 3 sont plus adéquats car ils 
prennent mieux en compte les caracteres physiologiques des plantes. De Wit 
(1958) a établi la relation , ,  
MS m 
T Eo 
- = -  
oh m est une constante dépendant essentiellement de l’espece cultivée et Eo 
l’évaporation journaliere moyenne d’une surface d’eau libre. Cette formula- 
tion, bien adaptée aux climats secs et chauds, est en défaut en zone humide. 
Bierhuizen et Slatyer (1965) s’appuyant sur les processus physiologiques de 
photosynthese et de transpiration proposent une formulation qui aboutit 9 
l’expression 
K - - -  - MS 
T (e* - e )  
oh K est spécifique d’une culture et (e* - e )  représente le déficit moyen 
de pression de vapeur d’eau entre l’atmosphere et la feuille calculée sur la 
campagne (en mbar), 
Tanner (1981)’ dans une étude de Synthese sur la pomme de terre, montre 
que le mode de détermination de (e* - e )  est capital et peut affecter quel- 
quefois la valeur de K de 45%. Malgré cela cet auteur considere la formula- 
tion comme tr&s correcte, et avance une valeur de 0,065 mbar pour cette 
culture. Des travaux antérieurs, réalisés par d’autres auteurs (Bierhuizen et 
Slatyer, 1965; Ritjema et Endrodi, 1970) conduisent pour la même culture 
9 des résultats assez discordants: 0,027 et  0,015 mbar, respectivement. De 
notre côté nous disposions, sur cycle végétatif complet, des informations 
photosynthese et transpiration de différentes cultures conduites sur sol en 
chambre de culture automatique fC,3A). Dans ces chambres la têmpérature 
et l’hygrométrie sont parfaitement régulées et on passe en moins de 15min 
aux conditions climatiques de croisiere; si bien que la détermination de 
(e* - e )  est immédiate et sans ambiguuité dans la mesure oh on admet que la 
transpiration nocturne est négligeable. Nous présentons ici des résultats ob- 
tenus sur maïs, tournesol et riz, exploités en termes d’efficience de l’eau 
transpirée par les plantes. 
MATERIEL ET METHODES 
Le dispositif utilisé est une chambre de culture étanche de (2,4 x 2 x 0,6 
m3) 9 la partie inférieure de laquelle sont attachées 6 colonnes de sol ($ = 
150 - 160 mm, h = 150 cm) destinées aux plantes. A l’occasion d’expéri- 
ences silccessives, nous avons cultivé sur cycle végétatif complet: 
Du mais: Zea mays L. cv. Inra F, x F, (3 rbpétitions avec cette variété 
précoce) et cv. Pioneer 3648 (1 essai avec cette variété tardive); 
Du tournesol: HéZiunthus annuus cv. Inra 6501; 
- .  . - 8  r .  
“ d  I 
211 
TABLEAU I 
Conditions climatiques en chambre de culture (la valeur de (e* - e )  est le déficit de 
pression de vapeur d’eau entre la feuille saturée placée i la température ambiante et  la 
pression partielle de vapeur d’eau dans la chambre) 
Culture Jour Nuit 
i 
Durée T ( O C )  Hygro. (%) ( e * - e )  Durée T(OC) Hygro. (%) 
(h 1 (mbar)  (h) 
Maïs et 14 25’ 85 4’84 10 1 9  95 
tournseol 
Riz 12 29 85 6’13 1 2  25 95 
Du riz pluvial: Oryza sativa L. cv. Irak 13 et  cv. Moroberekan. 
Les conditions climatiques imposées au cours des essais sont données dans 
le Tableau I. L’éclairement, assuré par 10  lampes Osram HQI 400 watts, était 
.de 400 W m-2 B 1 m de hauteur (André et  al., 1974). Le courant d’air ascen- 
dant, réalisé pour la régulation thermique de l’enceinte, a une vitesse moyenne 
de 1 m s-’. Du sol homogénéisé enrichi de 150 pg de P et  de K par g de sol 
sec - 300pg pour l’essai riz - est mis en place 9 une densité homogkne de 
1’45 gcmb3. L’engrais azoté en solution est apporté en 10 fractions de 
20pg de N par g de sol sec, espacées d’une semaine pour éviter le lessivage. 
Dans chaque essai, les graines prégermées de 2 B 3 jours sont semées B raison 
de 1 plant par colonne (sauf pour le riz oh on avait 2 plants). Les plantes 
étant dans la chambre de culture, on maintient la teneur en CO2 de l’air B 
300 p11-l: de jour par des injections calibrées d’une mélange CO2 (20%) -I N2 
(80%) que l’on dénombre pour quantifier la photosynthkse apparente P; de 
nuit on piege le CO2 en excks pour estimer la respiration. 
Par ailleurs l’eau transpirée ( T )  par les plantes est condensée sur des 
échangeurs puis évacuée pour ètre quantifiée sur une base journalikre. 
RESULTATS 
Les valeurs de P et T ont été intégrées sur une période décadaire 9 partir 
de 30 B 40 jours d’âge des cultures. P est exprimée en 1 de CO2 et T en 1. 
d’eau. Le rapport PIT traduit l’efficience de l’eau transpirée (1. de CO2 par 
1. d’eau). Le carbone du CO, absorbé va former la matiere seche ( M S )  des 
plantes; on a retenu 40’5% comme teneur moyenne en carbone: on utilisera 
ce coefficient pour exprimer 1”fficience en g de M S  par 1. d’eau. A noter 
que nos mesures incluent la masse racinaire dans la production de MS: on 
peut estimer 9 20% cette participation (Moutonnet et  Couchat, 1979). Nous 
donnons en Fig. l a  17évolution de PIT en fonction de l’âge des cultures pour 
différentes espkces, variétés ou essais. On remarque que le mais,,présente la 
meilleure efficience de l’eau, particulibrement la variété tardive. Les essais 
‘r 
& L  I d  
o. fi, s. 1.0. N. Fonds DocUmW@ 
No : 
cote 3 
212 
Fig. 1. Efficience de l’eau exprimée par le rapport photosynthèse (P) sur transpiration ( T )  
pour différentes cultures. 1 :  mals tardif; 2, 3, 4: maïs précoce; 5:  tournesol; 6,7: riz. 
Fig. 1. Water efficiency measured by the P/T ratio with different crops: Photosynthesis 
(P); Transpiration (T); 1 late maize; 2, 3 and 4 early maize; 5 sunflower; 6 upland rice 
(irat 13); and 7 upland rice (morobhékan). 
réalisés avec la variété précoce sont en retrait de 20% environ, avec une 
réponse tres homogene. Le tournesol vient ensuite avec une valorisation de 
l’eau deux fois moindre que pour le maïs tardif. Pour tous ces essais on 
remarque, entre 40 et 90 jours d’âge, une diminution tres réguliere de PIT 
qui traduit le vieillissement physiologique des plantes. Entre 20 et 40 jours le 
rapport PIT a tendance iì augmenter: Woodward (1976) a montré que le 
potentiel photosynthétique de la surface unitaire de feuille de soja croit de la 
lere iì la 98me feuille. Enfin les deux variétés de riz se caractérisent par une 
efficience de l’eau voisine du tiers de celle du maïs. Irat 13, qui donne les 
meilleurs résultats, présente comme les autres espkces, une tendance iì la 
baisse de PfT en fonction de l’âge. Par contre Moroberekan donne une 
réponse tres plate qui a correspondu B une émission anormalement cdn- 
tinue de nouvelles talles. La Fig. l b  montre les valeurs cumulées du rapport 
ZP/XT en fonction du temps. Le classement des especes les unes par rapport 
aux autres ne change pas; par contre cette présentation efface la période 
de sénescence et permet de mieux classer, l’une par rapport B l’autre, les 
2 variétés de riz. En Fig. 2, nous avons présenté pour chacune des expéri- 
ences, la photosynthhse cumulée ( Z P )  en fonction de l’eau transpirée totale 
(ET). Les courbes obtenues se placent dans l’ordre décrit ci-dessus. En 
chaque point médian des courbes on peut déterminer la pente de la tan- 
gente. On obtient alors pour chaque essai la valeur K/(e* - e )  de l’équation 
2 et compte tenu de la valeur de (e* - e )  donnée dans le Tableau I, on en 
déduit K (mbar) porté dans le Tableau II. On a calculé également une valeur 
entre K et K‘ - lorsqu’il existe - traduit la baisse de P en fin de cycle alors 
que T reste encore relativement élevée. On note l’écart important d’efficience 
en eau des cultures puisqu’il y a un rapport de 3’3 entre les extrêmes: maïs 
tardif et riz pluvial. 
3- 
1. 
i 
L 
K‘ qui tient compte de laMS totale obtenue en fin de cycle et de ET. L’écart 
213 
Fig. 2. Evolutions comparées de la photosynthèse (P) et  de la transpiration (T), cumulées 
au cours du temps pour diverses cultures. 
Fig. 2. Cumulated values of photosynthesis (ZP) versus total transpiration (ET) for 
different crops. 
DISCUSSION ET CONCLUSION 
I1 importe de situer nos résultats par rapport B ceux d’autres auteurs. Nous 
obtenons avec le maïs une efficience de l’eau du même ordre que celle cal- 
culée par Tanner (1981) pour la pomme de terre ( K  = 0,065 mbar). C’est un 
résultat surprenant compte tenu de la distinction C3-C4 B faire entre ces 
deux espkces. Dans la formulation de Tanner 
avec NL = photosynthkse, TL = transpiration, Kc = coefficient, Ci et Ca: 
teneurs en CO2 B l’intérieur de la feuille et dans l’atmosphhre, (e; - e )  = 
gradient de pression partielle de vapeur d’eau; la valeur de (1 - Ci/Ca) est 
de 0,3 pour les C3  et de 0,7 pour les C4. Ceci place les C3 B 43% des C4 
pour l’efficience relative de transpiration, toutes choses étant égales par 
ailleurs. 
C’est ce que nous obtenons en chambre de culture quand on compare 
le riz au mais: il se situe B 42% en valeur relative de K ;  par contre le tournesol 
se place iì 75% du maïs précoce. Puech et Maertens (1974) obtiennent sur 
le terrain - entre tournesol et maïs - une variation relative de l’efficience de 
l’eau de 49%. En fait il existe une grande variabilité dans les résultats obtenus 
sur le terrain (Tableau III). I1 serait illusoire de tirer des conclusions partir 
de résultats obtenus dans des conditions culturales aussi diverses. En cham- 
bre de culture par contre, les modalités de croissance sont connues et repro- 
ductibles et l’on doit souligner, pour les 3 spéculations présentées que: 
le maïs assure la meilleure valorisation de l’eau, la variété tardive se clas- 
sant en tête; 
le tournesol est un gros consommateur d’eau (+75% par rapport au 
maïs précoce) et il la valorise moins bien (K = 0,040 contre K = 0,060 
mbar); 
NL/TL = Kc (1 - Ci/Ca) / (ez  - e )  (3) 
t. 
J 
’ 3  
214 
TABLEAU II 
Estimation, selon I’équation 2, des coefficients K pour différentes variétés de maïs, 
tournesol, et riz 
Culture Maïs Maïs INRA F, X F, 
PIONEER 
1 2 3 
K (mbar) 0,071 0,064 0,058 0,056 
K’ (mbar) 0,069 0,058 0,058 0,052 
Culture Tournesol Riz 
INRA 6501 
IRAT 13 MOROBEREKAN 
K (mbar) 0,044 0,029 o, 021 
&’ (mbar) 0,040 0,028 0,021 
TABLEAU III 
Variabilité du coefficient de transpiration du tournesol et  du riz (essais de terrain) 
Ref. Coefficient de transpiration (g eau g-’ MS) 
Tournesol Riz 
~ 
PUECH et MAERTENS (1974) 552 
DOLGOV et al. (1980) 200-400 
WOLLNY, SHREDER 
cités par DOLGOV (1980) 300-400 
PUCKRIDGE et O’TOOLE (1980) 990 et 825 
le nz pluvial. valorise tr&s mal l’eau transpirée ( K  = 0,021 & 0,028 selon 
la variété) ce qui limite actuellement sa culture aux zones chaudes & forte 
hygrométrie; 
maïs et  tournesol présentent une forte diminution avec l’hge de l’efficience 
de l’eau transpirée, le maximum se situant pour des plantes de 40 jours. Le 
riz par contre, du fait de l’émission de nouvelles talles, est moins affecté par 
la sénescence. 
REFERENCES 
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culture in artificial atmosphere “C23A” project. Acta Hortic., 39: 59-7Q. 
215 
Bierhuizen, J.F. et Slatyer, R.O., 1965. Effect of atmospheric concentration of water 
vapor and COz in determining transpiration-photosynthesis relationships of cotton 
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Woodward, R.G., 1976. Photosynthesis and expansion of leaves of Soybean grown in ’ 
’c 
I 
.o 
two environments. Photosynthetica, 10: 274-279. 


Efficience comparée de l'eau transpirée par le maïs, le tournesol et le riz

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