Testing a predicting model for frost resistance of winter wheat under natural conditions

Abstract

The current knowledge of the winter frost hardiness and of the hardening and dehardening process of wheat (Triticum aestivum L. Thell.) makes it possible to elaborate a prediction model, including the genotype, the growth stage of the plant, the temperatures allowing hardening, and the speed and duration of hardening and dehardening. For each of these factors, several hypotheses were considered. Combination of these different hypotheses led to 24 potential models. Each of them was tested with data obtained under natural conditions, over 10 different winters. The prediction of the resistance level was good for the first frost wave, showing that a convenient predicting model can be based on relatively easy hypotheses. Conclusions can be made on certain hypotheses such as the susceptibility level at the coleoptile stage, the stage range where the maximal resistance increases, and the pattern of the hardening speed. For the subsequent frost waves, the divergence between the predicted and the observed resistance thresholds increased, irrespective of the leaf stage in the observed range. We show the role of the accumulated dehardening and the long time exposure to temperatures near the plant frost resistance threshold in the decrease of frost resistance. Nevertheless, other factors have to be considered in order to correctly predict the frost resistance thresholds for the second, third and subsequent frost periods. frost resistance / modeling / wheat / genotypic effect Résumé-Test d'un modèle de prévision de la résistance au gel du blé tendre d'hiver en conditions naturelles. Les connaissances acquises sur la résistance au gel hivernal et sur les processus d'endurcissement et de désendurcissement du blé (Triticum aestivum L. Thell.) permettent d'envisager l'élaboration d'un modèle de prévision qui prend en compte le génotype, le stade de la plante, les plages de températures qui permettent l'endurcissement, la vitesse et la durée de l'endurcissement et du désendurcissement. Pour chacun de ces facteurs, plusieurs hypothèses ont été envisagées. La combinaison de ces différentes hypothèses conduit à considérer 24 modèles potentiels. Chacun a été évalué à l'aide de données recueillies en conditions naturelles, au cours de 10 hivers. On obtient une bonne prévision des seuils de résistance au gel pour le premier coup de froid, et l'on peut conclure sur un certain nombre d'hypothèses comme le seuil de sensibilité au stade coléoptile, la gamme de stades au cours de laquelle la résistance maximale s'accroît, et la forme de la vitesse d'endurcissement. Pour des coups de froid ultérieurs, la divergence entre les seuils de résistance prévus et observés s'accroît avec le nombre de coups de froid, indépendamment du stade foliaire, dans la gamme de stades que nous avons explorée. Parmi les facteurs responsables de l'affaiblissement des plantes, nous mettons en évidence le rôle du désendurcissement cumulé et de l'exposition prolongée à des températures proches du seuil de résistance. Mais une prévision correcte de la résistance au gel...

Frost stress evolution and winter pea ideotype in the context of climate warming at a regional scale

“…The crop model simulates a frost stress index for various combinations of the main traits of the pea crop, following the approach that was successfully implemented by Lecomte et al (2003) for winter wheat. The main parameters of the crop model account for both varietal (frost resistance, acclimation rate and development stage) and cultural (date of sowing) pea traits.…”

“…2). This station is located at 879 m altitude in the Jura mountains, near the cold pole in France (see Lecomte et al, 2003 for further description). The harsh conditions in this station make possible to observe regular frost damage on crops.…”

“…The main environmental factor determining the frost response is the temperature. These ecophysiological processes have been synthesized in a predicting crop model for frost resistance (Lecomte et al, 2003).…”

Snowed in for survival: Quantifying the risk of winter damage to overwintering field crops in northern temperate latitudes

“…As for the temporal evolution of the median lethal temperature, LT 50, two models are available for winter wheat: the model of Bergjord et al (2008) (which represent an evolution of the model of Fowler et al, 1999) and the model of Lecomte et al (2003). In both models, the rate of change of LT 50 is determined as the net effect of hardening and dehardening.…”

“…Nevertheless, few existing crop models account in full for winter conditions and their effects on the performance of staple overwintering crops, such as winter wheat. Some currently available models focus on variety-specific low temperature tolerance and how it evolves during the winter (e.g., for winter wheat, Bergjord et al, 2008;Fowler et al, 1999;Gholipoor, 2008;Lecomte et al, 2003). Far fewer studies quantify the risk of winter damage over several years (see Gholipoor, 2008 for an example).…”