Research Article

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

Évolution du stress gélif et idéotypes de pois d'hiver dans le contexte de changement climatique, à une échelle régionale

¹ Centre de Recherches de Climatologie, UMR Biogéosciences 6282 CNRS-Université de Bourgogne Franche-Comté, 6 Boulevard Gabriel, 21000 Dijon, France
² UMR 1347 Agroécologie, AgroSup, INRA, 17 rue Sully, BP 86510, 21065 Dijon cedex, France
³ USC 1411 Institut Charles Viollette – Adaptation au Froid du Pois, INRA, Estrées-Mons, 80203 Péronne, France

^⁎ Corresponding author: annabelle.larmure@agrosupdijon.fr

Received: 25 November 2016
Accepted: 11 January 2017

Abstract

Pea (Pisum sativum L.) is an important crop in temperate regions for its high seed protein concentration that is particularly sensitive to abiotic stresses. The abrupt temperature increase known as the “1987/1988 temperature regime shift” that occurs over Europe is questioning how winter pea will perform in the changing climate. This study assessed the winter frost damage evolution along from 1961 to 2015 in Burgundy-Franche-Comté by using: (1) daily observed and gridded regional temperature data and (2) a validated crop winter frost stress model calibrated for pea. This study shows a global decrease of the frost stress nevertheless resulting from a subtle balance between the decrease in its intensity and the increase of the number of events. The frost stress evolution patterns with warming depend on both plant frost resistance level and acclimation rate and are still sensitive to winter climate fluctuations. This study provides relevant information for breeding performant winter crop ideotypes able to moderate detrimental effects of climate change and offering new cropping opportunities in temperate regions.

Résumé

Le pois (Pisum sativum L.) est une culture majeure des régions tempérées implantée pour ses graines riches en protéines. Il est particulièrement sensible aux stress abiotiques. L'augmentation brutale des températures observée en Europe en 1987/1988 appelée “rupture climatique” questionne sur les performances future du pois d'hiver dans ce climat changeant. Cette étude évalue l'évolution des dégâts dus au gel de 1961 à 2015 en Bourgogne-Franche-Comté en utilisant (1) des données de températures observées et régionalisées et (2) un modèle de culture simulant le stress dû au gel hivernal, calibré et validé pour le pois. Les résultats montrent une diminution global du stress gel qui résulte néanmoins d'un équilibre subtil entre une diminution de son intensité et une augmentation du nombre d'événements. L'évolution du stress dû au gel dépend du niveau de résistance et de la vitesse d'acclimatation des plantes et reste sensible aux fluctuations du climat hivernal. Ces travaux fournissent des informations pertinentes pour la sélection d'idéotypes culturaux performants pour minimiser les effets négatifs du changement climatique et offrir de nouvelles perspectives pour les cultures d'hiver en climat tempéré.