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Theses Year : 2010

Cross-pollination between maize fields: analyze and coupling of the processes determining the presence of viable pollen according to the distance from the source

Pollinisation inter-parcellaire chez le maïs: analyse et coupage des processus conditionnant la présence du pollen viable en fonction de la distance à la source

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Alexis Marceau
  • Function : Author
  • PersonId : 889129

Abstract

Coexistence of maize crops involves cross-pollination, governed by wind, which may reduce purity of maize seed productions or lead to transgene dissemination. To reduce cross-pollination, several spatial isolation methods are used (distance, pollen barrier). However, none tool is available for professionals to estimate efficiencies of these isolations methods. This PhD, carried out at INRA (UMR EGC, Grignon, 78) and funded by Arvalis - Institut du vegetal, undertakes to complete and integrate knowledge in an operational model to predict efficient cross-pollination. Its originality is to account for meteorological conditions on an hourly time step over the pollen emission season. The model is built by coupling three sub-models, defining my research axis, predicting: quantity and quality of pollen at emission as well as atmospheric dispersal. Each sub-model is simple and operational based on experimental data mainly collected during my PhD. (1) A statistical analysis of a large dataset collected over 5 years provides a model to predict seasonal and daily patterns of pollen emission. Parameters of these temporal patterns are related to meteorological conditions using a development model and regression trees. (2) Pollen quality corresponds to its viability and its settling velocity. Empirical relationships between these characteristics and water content are estimated from experimental data collected over 2 years. A model has been developed based on these relationships and on existing model of dehydration accounting for air humidity. (3) Modelling of pollen dispersal is based on analytic solution to the advection-diffusion equation found in the literature. It was validated on experimental data collected over 1 year and simulations of mechanistic lagrangian model. The model has been used to compare efficiencies of different isolation methods under contrasted meteorological scenarios by estimating mean percentages of exogenous viable pollen in a receptive field. It reveals that the increasing of cross-pollination when isolation distances are reduced could be compensated by the use of pollen barrier. It also reveals the main effects of wind speed and total pollen productions of coexisting maize crops.
La coexistence de parcelles de maïs implique des transferts de pollen inter-parcellaire, sous l'action du vent, qui peuvent altérer la pureté des productions en grains ou être le vecteur de dissémination de transgènes. Pour limiter ces transferts, différents isolements spatiaux sont préconisés (distances, barrières polliniques). Cependant, aucun outil n'est à disposition des professionnels pour estimer l'efficacité de ces isolements. Ma thèse, réalisée à l'INRA (UMR EGC, Grignon, 78) et financée par une bourse CIFRE en partenariat avec Arvalis - Institut du végétal, entreprend de compléter et d'intégrer les connaissances au sein d'un modèle opérationnel de pollinisation inter-parcellaire efficace. Son originalité est de prendre en compte l'effet des conditions météorologiques sur un pas de temps horaire tout au long de la saison d'émission du pollen. Le modèle résulte du couplage de trois sous-modèles, formant les axes de mon projet, qui prédisent: l'émission en termes de quantité et de qualité ainsi que la dispersion atmosphérique. Chacun des sous-modèles est simple et opérationnel et s'appuie sur des expérimentations menées en grande partie durant la thèse. (1) Une étude statistique sur un vaste jeu de données collecté sur cinq ans a permis de développer un modèle de dynamique d'émission ayant une composante saisonnière et une composante journalière. Les paramètres des dynamiques ont été reliés aux conditions météorologiques en utilisant un modèle de développement et des arbres de régression. (2) La qualité du pollen correspond à sa viabilité et sa vitesse de sédimentation. Des relations empiriques ont été mises en évidence entre ces caractéristiques et la teneur en eau du pollen à partir de mesures expérimentales collectées sur 2 ans. Un modèle de qualité du pollen a été développé sur la base de ces relations et d'un modèle existant de déshydratation en fonction de l'humidité de l'air. (3) La modélisation de la dispersion aérienne repose sur une solution analytique des équations d'advection-diffusion de la littérature. Elle a été validée sur des données expérimentales d'une année et sur les simulations d'un modèle mécaniste de type lagrangien. Le modèle a été utilisé pour comparer l'efficacité de différents isolements pour des scénarios météorologiques contrastés en estimant des pourcentages moyens de pollen exogène viable arrivant sur une parcelle réceptrice. Il a permis de constater que l'augmentation de la pollinisation inter-parcellaire lorsque les distances d'isolement sont réduites peut être compensée par une barrière pollinique. Il a aussi révélé les rôles déterminant de la vitesse du vent et des productions totales de pollen des parcelles qui coexistent.
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Dates and versions

pastel-00555879 , version 1 (14-01-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00555879 , version 1
  • PRODINRA : 246500

Cite

Alexis Marceau. Pollinisation inter-parcellaire chez le maïs: analyse et coupage des processus conditionnant la présence du pollen viable en fonction de la distance à la source. Bioclimatologie. AgroParisTech, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00555879⟩
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