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Lutte antiérosive

Thème 4. Rôle des arbres dans la GCES en fonction du bilan hydrique régional

Influence de l’agroforesterie sur l’érosion hydrique et la restauration de la productivité des sols ferrallitiques acides du Rwanda

Dieter König

Résumé

Depuis 1985, différents systèmes agroforestiers ont été testés sur l’érosion et l’amélioration de la productivité des sols sur le Plateau Central Rwandais. Les études ont été menées sur un sol ferrallitique fortement dégradé, très acide (pH < 4) et pauvre en éléments nutritifs. Les conditions agro-écologiques peuvent être caractérisées par une altitude de 1.700 m, une précipitation annuelle moyenne de 1.280 mm (régime bimodal) et une température annuelle moyenne de 20°C. Les parcelles ont été cultivées selon les méthodes de l’agriculture écologique agroforestière. Ses éléments principaux sont : l’intégration des arbres et des haies dans les parcelles de cultures, la mise en place de cultures associées, la substitution de la jachère par l’emploi d’engrais verts, l’intégration de l’élevage dans le système de culture, le recyclage de la biomasse dans un cycle presque fermé et l’intégration des mesures pour la conservation des eaux et des sols.
Malgré une érosivité des pluies relativement faible (facteur R d’après WISCHMEIER et SMITH autour de 350) on a constaté une érosion énorme sur les parcelles non protégées (468 t/ha/an sur sol nu (avec un ruissellement autour de 15 % des précipitations annuelles) et 245 t/ha/an sous manioc (ruissellement environ 9 %) sur une pente de 28 %. Sous ces conditions, l’intégration des arbres et surtout des haies de Calliandra calothyrsus, plantées en lignes isohypses, permettent une réduction de l’érosion et des pertes en matière organique et en éléments nutritifs, à un niveau « tolérable » (1-3 % des valeurs initiales). Par l’intégration des arbres et des arbustes dans le système de production agricole, l’agroforesterie permet une haute production en biomasse même sur des sites dégradés. Des relevés dendrométriques qui ont été fait pour 32 différentes espèces d’arbres plantées en novembre 1985 montrent que les meilleurs résultats ont été obtenus avec les arbres autochtones Maesopsis eminii et Polyscias fulva. Si les arbres exotiques (p. ex. Grevillea robusta, Cedrela serrata) montrent une bonne croissance initiale, les espèces autochtones sont, à la longue, plus productives et concurrencent moins les cultures vivrières. L’agriculture agroforestière contribue non seulement à la sauvegarde de la fertilité des sols, mais aussi a son approvisionnement en azote et en matière organique. Néanmoins, les méthodes biologiques seules ne sont pas capables d'améliorer la fertilité du sol sur des sites déjà fortement dégradés. Pour rétablir la fertilité de ces sols, un apport supplémentaire en éléments nutritifs qui ont été emportés par l’érosion et par exportation des cultures pendant des décennies est inévitable. L’article présente les effets positifs d’une application des cendres volcaniques et du travertin sur le rendement des cultures vivrières dans des systèmes agroforestiers.

In densely populated areas in Rwanda, soil erosion and degradation are severe threats to agriculture. In this situation, agroforestry can help to achieve a sustainable agricultural production (“ecofarming”). Agroforestry systems also play an important role in climate change mitigation by storing important quantities of carbon (10-20 t C/ha, which is equivalent to 35 to 70 t CO2/ha). Based on measurements of runoff and soil losses, of biomass production and nutrient fluxes, the author resumes more than twenty years of research experience from Projet Agricole et Social Interuniversitaire (PASI) at Butare, Rwanda (1700 m a.s.l., mean annual rainfall : 1280 mm, mean temperature : 20° C) on a severely degraded ferralitic soil (pH 4).

Texte intégral

1. Introduction

1L’article donne un aperçu des études menées au sein d’un système agroforestier au Rwanda depuis 1985. Les expériences ont été faites à Butare au Sud du Plateau Central Rwandais sur un sol ferrallitique fortement dégradé, qui est très acide (pH 3,8 à 4) et pauvre en éléments nutritifs. Les conditions agroécologiques peuvent être caractérisées par une altitude de 1700 m, une précipitation annuelle moyenne de 1280mm en dix mois (régime bimodal) et une température annuelle moyenne de 20° C.

2Les parcelles sont cultivées selon les méthodes de l’agriculture écologique agroforestière qui essaie de lutter, par une approche intégrale du problème, contre l’érosion des sols et contre la dégradation de sa fertilité. Elle a pour but la régénération et la stabilisation de la fertilité du sol dans un système de production bien adapté aux conditions écologiques et humaines de la région. Ses méthodes se ramènent à des expériences paysannes autochtones dans des régions d’Afrique densément peuplées, ses éléments principaux sont : l’intégration des arbres et des haies dans les parcelles de cultures, la mise en place de cultures associées, la substitution de la jachère par l’emploi d’engrais verts, l’intégration de l’élevage dans le système de culture, le recyclage de la biomasse dans un cycle fermé et l’intégration des mesures pour la conservation des sols (KÖNIG, 1992).

2. Résultats

2.1. Érosion et conservation des sols

3Malgré une érosivité des pluies relativement faible (facteur R d’après WISCHMEIER et SMITH autour de 350), on a constaté une érosion énorme sur les parcelles non protégées (plus de 400 t/ha/an sur sol nu et plus de 200 t/ha/an sous manioc sur une pente de 28 %). Dans ces conditions, l’intégration des arbres et surtout des haies de Calliandra calothyrsus, permet une réduction de l’érosion et des pertes en matières organiques et en éléments nutritifs, à un niveau « tolérable » (1-3 % des valeurs initiales, voir fig. 1). Des résultats comparables (120 à 250 t/ha/an sous cultures non protégées, 1 à 2 t/ha/an sur parcelles protégées par des haies vives) ont été obtenus à Rubona, à une distance de 15 km de Butare (ROOSE, NDAYIZIGIYE et SEKANYANGE, 1993 ; ROOSE et NDAYIZIGIYE 1996).

4Les résultats sur l’érosion obtenus sur une parcelle agroforestière nonprotégée par des haies (voir fig. 1) montrent que la seule introduction des arbres et des cultures associées ne suffit pas à réduire les pertes de terre à un niveau acceptable (57 t/ha/an sous Grevillea). Seulement l’intégration des haies de légumineuses fait de l’agroforesterie un système de production valable en vue de la conservation du sol. Grâce au développement rapide de ces haies, l’érosion a été réduite à moins de 12 tonnes par hectare et par an depuis la deuxième saison après leur plantation et à moins de 3 t/ha/an depuis la cinquième année après la plantation, c'est-à-dire à moins de 1,5 % des pertes sur la parcelle témoin cultivée de façon traditionnelle.

5Les résultats les plus encourageants (une réduction durable de l’érosion à 0,2 % des pertes mesurées sur la parcelle cultivée avec du manioc), ont été obtenus par la méthode d’alley-cropping sur des microterrasses d’une largeur de 0,5 m et d’un écartement de 5 m, plantées d’une ligne double de Calliandra calothyrsus.

6Les lignes d’herbes, qui sont très efficaces pendant les deux premières années, perdent leur efficacité (et leur productivité) après quelques années. Par contre, les haies de Calliandra – une fois installées – sont toujours très efficaces, même 20 ans après leur plantation.

Fig. 1 : Erosion moyenne annuelle mesurée sur parcelles d’expérimentation de 100 m2 de la 6ème à la 9ème année après l’installation des parcelles et du système agroforestier (PASI, Butare 1991/92 à 1993/94)

2.2. Production de biomasse et séquestration du carbone

7Par l’intégration des arbres et des arbustes dans le système de production agricole, l’agroforesterie permet une haute production en biomasse même sur des sites dégradés. Puisqu'il existe très peu d’expériences sur l’intégration d’autres arbres que Grevillea robusta dans des systèmes agroforestiers, 32 espèces d’arbres ont été plantées en novembre 1985. Des relevés dendrométriques qui ont été fait à maintes reprises montrent que, à Butare, les meilleurs résultats ont été obtenus avec les arbres autochtones Maesopsis eminii et Polyscias fulva (fig. 2). Pendant que les arbres exotiques (p. ex. Grevillea, Cedrela) montrent une bonne croissance initiale, les espèces autochtones sont – à la longue – plus productives et concurrencent moins les cultures vivrières.

8La production élevée des arbres garantit une séquestration du carbon importante. La transformation d’une parcelle agricole en système agroforestier permet une séquestration durable de l’ordre de 10 à 20 tonnes de carbone par hectare (ce qui correspond à 35 à 70 t de CO 2/ha). Dans cette estimation l’auteur ne considère pas encore les changements probables des teneurs en matière organique dans le sol et l’effet sur le bilan du carbone causé par la production du bois de chauffage sur place qui diminue fortement la dégradation des forêts avoisinantes.

9En ce qui concerne l’intégration des arbustes, les meilleurs résultats ont été obtenus avec des haies de Calliandra calothyrsus plantées à un écartement de 0.5x5 m. Cela permet de produire jusqu'à 24 tonnes de biomasse par hectare et par an, dont 15 tonnes de feuilles, qui donnent un fourrage excellent. Les feuilles produites dans une haie de Calliandra (2000 m par hectare) coupée trois fois par an contiennent jusqu'à 105 kg de N, 47 kg de P205 et 26 kg de K2O. La production de Leucaena leucocephala est inférieure à celle de Calliandra, qui est mieux adaptée aux sols acides et aux hautes altitudes. Ces remontées minérales biologiques sont du même ordre que celles observées par Roose et Ndayizigiye à Rubona (1996).

Fig. 2 : Diamètre moyen et hauteur moyenne des arbres de 10 ans sur le terrain d’expérimentation du PASI ; le choix se limite aux espèces à forte présence

10Malgré leur forte croissance initiale, les herbes produisent beaucoup moins de biomasse que les arbustes. Cinq ans après leur plantation, les lignes d’herbes antiérosives (avec Pennisetum purpureum ou Setaria splendida) ont été fortement dégradées ou ont disparues, tandis que les haies arbustives restent très productives.

11L’association « arbres + herbes » dans des « lignes antiérosives » est à déconseiller. Les effets de concurrence entre les herbes et les cultures vivrières et les arbres sont importants, surtout quand ces lignes d’herbes sont composées des espèces à croissance rapide comme Pennisetum purpureum ou Tripsacum fasciculatum. Il en résulte une croissance tardive des arbres et une forte diminution de leur production en biomasse. Même après la baisse de productivité des lignes d’herbes et la disparition de la majeure partie des rhizomes d’herbacées, la croissance des arbres continue à souffrir du manque d’éléments nutritifs. Ce résultat souligne l’importance d’études à long terme. L’intégration de lignes d’herbes dans les systèmes agro forestiers est souvent conseillée et justifiée en raison de la production de biomasse supérieure et son effet antiérosif. La baisse de la productivité et de l’effet conservatoire reste souvent méconnue, la période d’observation des travaux de recherche étant souvent limitée à moins de trois ans.

2.3. Amélioration de la fertilité des sols

12L’agriculture écologique agroforestière permet une production durable ; elle garantit la sauvegarde de la fertilité du sol à long terme. Les arbres et les haies de légumineuses contribuent au recyclage des éléments nutritifs et à l’approvisionnement du système en carbone et azote. Par le compostage, la haute production en biomasse du système agroforestier peut être valorisée pour améliorer la production végétale.

13Par contre, les méthodes «  biologiques » seules ne peuvent pas rétablir la fertilité d’un site déjà dégradé : un apport minéral supplémentaire (P et souvent Ca, Mg et oligoéléments) semble nécessaire. Ce résultat a été confirmé par les expériences de Ndayizigiye à Rubona (ROOSE, NDAYIZIGIYE et SEKANYANGE, 1993). La valorisation de la biomasse produite dans des systèmes agroforestiers est difficile. Selon nos expériences, la technique de l’engrais vert n'a pas la capacité de régénérer des sols dégradés. Malgré une production de biomasse de 18 à 25 tonnes par hectare, un engrais vert installé sans fumure améliorante (N et surtout Phosphore) reste souvent sans influence significative sur la croissance des cultures qui suivent. La fixation d’azote des légumineuses est entravée par les carences en éléments nutritifs (en particulier P) rencontrées dans le sol ; la reprise trop lente des engrais verts traditionnels a eu pour conséquence de fortes pertes de sol même en deuxième saison culturale.

14Une alternative beaucoup plus prometteuse aux engrais verts est le système d’alleycropping qui est un système de « jachère simultanée ». Une haie isohypse de Calliandra ou de Leucaena - une fois installée sur 10 à 20 pour cent de la superficie totale de la parcelle - peut produire presque autant de biomasse par ha et par an que des engrais verts qui occupent toute la parcelle. Une haie arbustive de légumineuses n'est pas seulement plus facile à entretenir, mais aussi beaucoup plus efficace en ce qui concerne la fixation d’azote et le recyclage des éléments nutritifs. Néanmoins, une amélioration de la fertilité des sols déjà fortement appauvris en éléments nutritifs ne peut pas être atteinte par des méthodes biologiques seules : sur ces sols, une application des engrais minéraux semble indispensable.

3. Conclusion

15L’agriculture écologique agroforestière représente une stratégie efficace pour la conservation des sols. L’intégration des arbres (spécialement des espèces autochtones) et surtout l’intégration des haies de légumineuses dans des systèmes de production vivriers permettent à la fois de sauvegarder la fertilité du sol et de couvrir le besoin en bois d’une population croissante de la superficie agricole. En plus, elle contribue à une réduction de la dégradation des sols hors de la surface cultivée et à une séquestration du carbone importante au-dessus et dans le sol.

16Néanmoins, une amélioration des sols déjà fortement dégradés et appauvris en éléments nutritifs ne peut pas être atteinte sans fumure minérale complémentaire (en particulier du phosphore). Vu les ressources très limitées du pays, la conservation des sols une fois améliorée et surtout la sauvegarde de la fertilité des sols toujours productifs par des méthodes biologiques est indispensable.

Bibliographie

Bibliographie

KÖNIG, D., 1992. L'agriculture écologique agro-forestière - une stratégie intégrée de conservation des sols au Rwanda. Bull. Réseau Erosion, IRD-Montpellier, 12 : 130-139.

ROOSE, E., F. NDAYIZIGIYE et L. SEKANYANGE, 1993. L’agroforesterie et la GCES au Rwanda. Comment restaurer la productivité des terres acides dans une région tropicale de montagne à forte densité de population ? Cahiers Orstom, Pédol., 28, 2 : 327-349.

ROOSE E., NDAYIZIGIYE F., 1996. Agroforestry and GCES in Rwanda. Soil Technology, 11, 1 : 109-119.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 : Erosion moyenne annuelle mesurée sur parcelles d’expérimentation de 100 m2 de la 6ème à la 9ème année après l’installation des parcelles et du système agroforestier (PASI, Butare 1991/92 à 1993/94)
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Légende Fig. 2 : Diamètre moyen et hauteur moyenne des arbres de 10 ans sur le terrain d’expérimentation du PASI ; le choix se limite aux espèces à forte présence
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Auteur

© IRD Éditions, 2012

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