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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

 | 
Éric Roose

Partie 2. La restauration des sols par la gestion des matières organiques et minérales des agrosystèmes

Chapitre 5. Influences de jachères améliorées et pâturées sur le rendement des cultures et les propriétés chimiques de sols ferrallitiques acides dans la région des forêts humides du Sud-Est du Nigéria

Félix Ikpe et L. D. Gbaraneh

Résumé

Au sud-est du Nigeria, la durée de la jachère a été réduite à moins de 5 ans et les terres marginales ont été mises en culture à cause de la pression démographique. Il fallait donc trouver des techniques culturales capables d’améliorer la productivité des terres. Les recherches ont été conduites en zone de forêt humide, à 10 m d’altitude, avec une pluviosité monomodale moyenne de 2 400 mm. Le sol (Ultisol) est très acide (pH = 3,5 à 6,0), à argile kaolinitique à faible capacité d’échange de cations (CEC) et faible taux de saturation. Le taux de matières organiques (0,5-3 %) et la réserve en nutriments sont très faibles. Deux essais de jachère améliorée (Tephrosia et Lablab, pâturées ou non) ont été conduits entre 1996 et 2000. Les propriétés chimiques du sol et les rendements en manioc et maïs ont été améliorés en peu de temps. Le mulch de Tephrosia a entraîné une baisse du pH, mais la jachère de Lablab, pâturée ou non, a amélioré le pH, le carbone organique, l’azote, le phosphore et le potassium. Cependant, l’adoption de ce nouveau système par les paysans dépend du bilan économique et de la durabilité du système.

In southeastern Nigeria, fallow periods have been reduced to less than 5 years. Marginal lands are being brought under cultivation due to population pressure. Under these circumstances, there is need for soil and crop management options to improve productivity. The study site is in the humid forest zone with an altitude of 10 m, a mean annual rainfall of 2,400 mm, with a monomodal distribution. The soils are highly weathered and acidic with Ultisols of pH ranging from 3.5 to 6.0 and mineralogy dominated by low activity clays with low cation exchange capacity (CEC) and low base saturation, a low organic matter (0.5-3 %) and a low nutrient reserve. Two trials of improved short fallow were conducted between 1996 and 2000. Soil chemical properties under the improved fallow systems were significantly improved within a short period of time while cassava and maize yields were greatly increased. Although the Tephrosia mulch showed a tendency of soil acidification in the present study, the Lablab fallow either with or without sheep grazing, led to increases in soil pH, organic carbon (OC), nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K). The adoption of these fallow systems by farmers will depend on their profitability and sustainability in these fragile tropical ecosystems.

Texte intégral

Introduction

1Les sols de la zone tropicale humide sont profondément altérés, acides (pH de 3,5 à 6,0) et dominés par des ultisols à argile kaolinitique à faible capacité d’échange de cations (CEC < 8 cmol kg-1 de sol), et à faible taux de saturation (Juo et Adams, 1986). Leurs taux de matières organiques étant faibles (0,5-3 %), leurs réserves en nutriments sont faibles et déséquilibrées, avec de fortes toxicités en oligoéléments. La perte en MO dans ces types de sols entraîne la compaction, une faible capacité de stockage de l’eau et des nutriments, une faible infiltration et un taux important de lessivage, de ruissellement et d’érosion, provoquant une perte des ressources naturelles et le déclin de la productivité des sols (Hulugalle et al., 1998).

2Le système de culture dominant dans les tropiques a été basé durant des siècles sur le brûlis des jachères forestières ou des brousses arbustives. Ce système a été discuté en détail (Nye et Greenland, 1960 ; Allan, 1965 ; Nair, 1986). Pendant des années, on a essayé de produire des légumineuses herbacées annuelles en engrais vert pour recycler les nutriments disponibles dans le sol en moins de six mois (Webster et Wilson, 1980 ; Ikpe et al., 2003), sans grand succès.

3Pour tenir compte des aspirations des fermiers à améliorer la fertilité des sols, on en est venu à tester des arbustes (Tephrosia candida) qui ont des racines profondes plus aptes à recycler les nutriments pour des jachères de 1 à 5 ans (Jaiyebo et Moore, 1964). Durant la jachère, la végétation arbustive capte les nutriments à différentes profondeurs, puis les restitue en surface sous forme de litière qui améliore le taux de MO du sol et la production durable de nourriture.

4Cette étude évalue le potentiel d’une jachère de légumineuse indigène arbustive à croissance rapide, le Tephrosia candida, et du Lablab purpureus, une légumineuse herbacée, pour recycler les nutriments des champs épuisés du Sud-Est-Nigeria.

Matériels et méthodes

5Les essais ont été réalisés sur une ferme et en station sur un ultisol à Kpite, à 50 km de Port Harcourt (4°45’ N, 7°18’ E) et à Onne (4°51’ N, 7°03’ E), au sud-est du Nigeria. C’est une zone de forêts humides dans le delta du fleuve Niger. La pluviosité annuelle moyenne atteint 2 400 mm en une seule saison de mars à novembre. L’humidité relative varie peu de 78 % en février à 88 % en juillet. La température mensuelle moyenne varie de 25 °C en juillet à 27 °C de février à avril.

6Un premier essai a été mené en split-plot en blocs entièrement randomisés avec quatre répétitions. Le traitement principal est l’âge de la jachère (1 et 2 ans) et le sous-traitement, le type de jachère (Tephrosia candida et le recrû naturel). Au milieu de la saison des pluies, le Tephrosia fut semé à une densité homogène de 10 000 plants/ha, puis sarclé complètement. À la fin de la première année, les parcelles en « jachère d’un an » de Tephrosia furent rasées et la biomasse étalée à la surface du sol ; bois, feuilles et branchettes furent distribués de façon homogène sur toute la surface des parcelles comme un mulch. La même procédure fut appliquée aux parcelles « jachères deux ans ».

7Du manioc fut ensuite planté à 1 x 1 m, et le maïs en culture intercalaire sur butte au même écartement, entre les plants de manioc. Les parcelles furent sarclées trois fois par an. Le maïs fut récolté à 90 jours, tandis que le manioc s’est développé pendant un an. Chaque butte a reçu une bouture de manioc de 25 cm ou deux plants de maïs.

8Des échantillons de sol (à 0-5, 5-15 et 15-30 cm de profondeur) ont été prélevés en tête des parcelles avant le semis de Tephrosia et après un an de culture sur les principaux traitements. Les échantillons ont été séchés à l’air, puis tamisés à 2 mm dans le laboratoire avant analyses. Le pH a été déterminé avec une électrode de verre, selon la procédure de Tel et Rao (1982). Le carbone organique a été mesuré par la méthode de l’IITA (1979). L’azote total a été déterminé au Technicon autoanalyzer (Technicon AAII) après digestion avec un mélange orthophosphorique concentré et d’acide sulphurique dans un digesteur Tecator. Le phosphore assimilable a été déterminé par la méthode Bray-1 (IITA, 1979) avec un Technicon autoanalyzer. Les cations échangeables ont été extraits avec 1 N (NH4) AC + 0,01M EDTA au taux de 20/50 du sol/extractant. Les extraits furent analysés avec un spectrophotomètre d’absorption atomique (SAA), tandis que le taux de potassium et de sodium ont été déterminés au photomètre de flamme. La capacité d’échange de cations effective (ECEC) a été calculée par la somme des cations échangeables et de l’acidité échangeable exprimée en cmol kg-1 sol.

9La litière sèche et la biomasse de Tephrosia furent tamisées à 1 mm. Ces matières végétales furent digérées dans un mélange concentré d’acide sulfurique et d’eau oxygénée en présence d’un comprimé de catalyseur Kjeldahl dans un Digesteur Tecator pour le taux d’azote total (Tel et Rao, 1982). Le taux de carbone total a été déterminé selon la procédure de l’IITA (1979). Les teneurs en P, Ca, Mg et K des plantes ont été obtenues après digestion selon les procédures du laboratoire de l’IITA (1979).

10Dans une deuxième expérience, le plan expérimental fut en split-plot avec trois répétitions. Les traitements principaux furent une jachère améliorée (avec Lablab) ou naturelle sur une parcelle de 30 x 15 m. Les sous-traitements consistent en pâturage par des moutons ou non avec des parcelles de 24 x 15 m et 6 x 15 m, respectivement.

11Après la préparation du terrain, chaque parcelle principale fut plantée en maïs (var. TZDMR SR-W) à la densité de 40 000 plants/ha en avril avec un espacement de 1 x 0,25 m, ne laissant qu’un pied par poquet. Cependant, les parcelles améliorées ont été coplantées avec Lablab purpureus à une densité de 1 333 plants/ha, quatre semaines après le semis du maïs (relay cropping) (Gbaraneh, 1997). Les autres parcelles n’ont pas reçu de Lablab.

12Après la récolte du maïs, les adventices ont envahi le terrain et formé une broussaille jusqu’au démarrage du pâturage, trois mois plus tard. À la récolte du maïs, on a estimé la production sur des quadras de 2 x 2 m, répartis au hasard dans quatre positions différentes à l’intérieur d’une sous-parcelle. Les épis de maïs furent récoltés, dégagés et le poids des grains estimé à 13 % d’humidité. On a aussi mesuré le poids sec des pailles et des adventices. Au début de la saison sèche, en décembre de chaque année, trois moutons de 8 mois et 12 kg, furent introduits sur les parcelles « pâturées ». Ils y restèrent du début décembre jusqu’à fin janvier, tant qu’il restait assez de biomasse.

13Un jour par semaine, on a mesuré dans des bacs le poids de leur défécation et leur prise de poids tout au long de la période de pâturage. Ils ont disposé à volonté d’une pierre à sel et d’eau. De plus, on a mesuré la disponibilité fourragère, la consommation totale à la fin de cette période, la production de fumier et la teneur du sol en nutriments.

Analyses statistiques

14Les différences des moyennes des rendements du manioc et du maïs, les flux de nutriments et les propriétés du sol en fonction de l’âge et du type de jachères ont été estimés à la précision de 5 % par l’analyse de variance (Anova) selon la procédure GLM de SAS Institute (1998).

Résultats et discussion

Expérience 1

La production de biomasse de Tephrosia candida

15Après 1 et 2 années de jachère, la litière produite par Tephrosia était supérieure de 33 % à 150 % par rapport à celle de la jachère naturelle. La biomasse totale (bois + feuilles) après 1 et 2 ans de jachère était supérieure de 30 % à 200 % par rapport à celle récoltée sous jachère naturelle (tabl. 1).

Tableau 1. Influence de l’âge et du type de jachère sur la biomasse (t/ha) produite dans un environnement tropical humide du sud-est du Nigeria (KPITE).

Jachère

Bois

Feuilles

Biomasse totale

Litière

1 an jach. naturelle

1,7

5,2

6,9

3,8

1 an Tephrosia Candida

3,5

6,5

10,0

5,7

2 ans jach. naturelle

3,4

6,8

10,2

10,1

2 ans Teph. Candida

8,5

13,0

21,5

25,0

LSD (0,05)

3,26

4,34

6,50

4,83

Les remontées de nutriments

16Les plus fortes remontées en N, P, Ca, Mg, K dans les litières ont été observées dans les parcelles en Tephrosia candida depuis deux ans (tabl. 2). Viennent ensuite les litières des jachères naturelles de deux ans et finalement les litières de T. candida et de jachères naturelles âgées d’un an. Les plus fortes remontées de cations (Ca + Mg + K) ont été observées dans les litières de Tephrosia : les litières de deux années de jachère remontent près du double de celles d’un an. Les apports par les feuilles sont dix à vingt fois plus élevés que les apports par les bois : les feuilles et les jeunes rameaux constituent donc un excellent fourrage pour les brebis. Les teneurs en nutriments diffèrent beaucoup dans les feuilles et les litières. De tous les nutriments, l’azote est le plus important, quelsque soient le type et l’âge des jachères. Les teneurs en N, P, Ca, Mg et K sont les plus fortes dans les feuilles de Tephrosia en jachère depuis deux ans : les autres situations ne diffèrent guère statistiquement. On a observé le même scénario pour les nutriments compris dans le bois des plantes des diverses jachères étudiées.

Tableau 2. Effet des jachères sur la remontée des nutriments dans un environnement tropical humide, Kpite, sud-est du Nigeria.

Tableau 2. Effet des jachères sur la remontée des nutriments dans un environnement tropical humide, Kpite, sud-est du Nigeria.

Le rendement des cultures succédant aux jachères

17La récolte des racines fraîches de manioc varie de 6,8 à 18,3 t/ha : le meilleur rendement provient de la jachère de deux ans de Tephrosia, et la plus faible de la jachère de Tephrosia d’un an. La récolte de maïs-grain séché varie de 0,38 à 3,6 t/ha, selon le même scénario que le manioc.

18Les résultats des deux essais montrent que les jachères améliorées produisent plus de biomasse pour pailler et supprimer les adventices. Cependant, on n’a trouvé aucune différence significative concernant les propriétés chimiques du sol : après deux ans de jachère, on a obtenu une biomasse et des rendements des cultures plus élevés, car plus de nutriments furent recyclés que dans la jachère naturelle.

19Dans un essai annexe avec des sacs à litière permettant de déterminer le taux de minéralisation de Tephrosia (mélange de bois, de branchettes et de feuilles), ainsi que les nutriments assimilables, on a trouvé que le Tephrosia avait un taux de minéralisation assez lent (0,13 wk et une demi-vie de 6 wk) (Ikpe, non publié). Ceci rend l’élagage de Tephrosia Candida très souhaitable pour produire un paillage durable pour lutter contre l’érosion sous un environnement tropical humide comme à Kpite.

20Par conséquent, la restitution des nutriments est aussi assez lente. Après 98 jours, seulement 40 % de l’azote initial fut restitué, 50 % du calcium, 70 % du phosphore, 88 % du magnésium et 90 % du potassium (Ikpe, non publié). L’amélioration du rendement en manioc et maïs-grain après deux années de jachère de Tephrosia est due probablement à l’effet du paillage abondant sur l’érosion et sur les propriétés physiques du sol (Gichuru, 1991), à l’activité de la faune qui a amélioré les propriétés chimiques et physiques du sol (Tian, 1992) et au recyclage des nutriments.

Évolution des propriétés chimiques du sol

21Après deux années de jachère et une année de culture, le pH, l’azote total du sol et le carbone n’ont pas augmenté par rapport aux teneurs initiales, sauf dans l’horizon superficiel (0-5 cm) des jachères de deux ans (tabl. 3). Le pH, le phosphore, Ca + Mg sont plus faibles sous Tephrosia que sous la jachère naturelle. Par contre, l’alumine échangeable est plus élevée sous Tephrosia : curieusement, la capacité d’échange de cations (CEC) a diminué en surface et augmenté en profondeur inversement au taux de carbone organique. Dans l’horizon 0-5 cm des parcelles à Tephrosia, le carbone organique est plus élevé et le taux de Ca + Mg est plus faible qu’à l’origine. Le pH a diminué sous Tephrosia dans les horizons de 5 à 30 cm.

Tableau 3. Effets de la jachère (naturelle ou à Tephrosia candida) sur les propriétés du sol après deux années de jachère et une année de culture.

Tableau 3. Effets de la jachère (naturelle ou à Tephrosia candida) sur les propriétés du sol après deux années de jachère et une année de culture.

22Les propriétés chimiques diminuent avec la profondeur dans les profils. Globalement, malgré l’apport de nutriments par les litières, les feuilles et les bois, les propriétés du sol n’ont guère été améliorées trois ans après le début des jachères : les nutriments apportés ont été absorbés par les cultures ou perdus par érosion et lessivage lors de la première culture. L’amélioration du sol semble donc limitée dans le temps.

Expérience II

Rendements en maïs-grain

23Le rendement en maïs fut influencé significativement par les jachères et le broutage. En 1996, la première année, le rendement après jachères améliorées est 5 % supérieur à celui des jachères naturelles (non significatif statistiquement). Mais après la seconde année (1997), la production de grains a augmenté significativement (18 %) sur les jachères améliorées : ceci proviendrait d’une amélioration du statut des nutriments du sol par les légumineuses (surtout lablab) (Saleem et Otsyina, 1986).

24Le broutage par les moutons n’a entraîné aucune différence significative la première année (1996), car il s’est fait juste après la récolte du maïs. Par contre la deuxième année, on a observé une différence de 9 % de grains au bénéfice du broutage. Ceci s’expliquerait par l’amélioration chimique du sol par le dépôt de fèces et d’urine des moutons pendant leur séjour sur les parcelles (Powell et Ikpe, 1992 ; Ikpe et al., 1999).

25L’effet du broutage devint important la seconde année (tabl. 4), car les parcelles broutées ont produit 1,20 t ha-1, représentant 50 % de fourrage en plus par rapport aux parcelles non broutées. La teneur en protéine brute a aussi augmenté de 1,42 g kg-1, représentant 32 % sur les parcelles broutées.

Tableau 4. Influence du broutage sur la production de fourrage (t ha-1) et sur la teneur en protéine brute (g kg-1) à Onne, Sud-Est-Nigeria.

Année

Types de jachère

Fourrage (t ha-1)

Protéine brute g kg-1

1996

Non broutée

2,59

3,65

Broutée par moutons

2,57

3,80

LSD (p < 0,05)

Ns

ns

1997

Non broutée

2,06

4,46

Broutée par moutons

3,26

5,88

LSD (p < 0,05)

0,175

0,374

ns = non significatif à 5 % de probabilité.

Nutriments dans les fèces et l’urine des moutons

26Le poids des fèces déposées par les moutons sur les parcelles broutées est montré au tableau 5. La production de fèces fut supérieure sur les parcelles en jachère améliorée par rapport aux jachères naturelles, broutées toute l’année. La production journalière par mouton fut respectivement 67 et 81 % supérieure en 1996 et 1997, ceci s’explique par la meilleure qualité de la biomasse de lablab. La production de fèces montre aussi une relation positive directe avec la production et l’ingestion de fourrage (tabl. 5). Non seulement la production de fèces et d’urine (non montrée ici), mais aussi les teneurs en nutriments déposés sont plus grandes (tabl. 6). Ces résultats corroborent la meilleure fertilité du sol des parcelles broutées par rapport aux parcelles sous jachère naturelle (données non explicitées ici).

Tableau 5. Fourrage ingéré (t/ha) et production de fèces (g/mouton/jour) par des moutons ouest-africains (DWARF) sur des parcelles en jachère naturelle ou améliorée à Onne, Sud-Est-Nigeria.

Année

Système de jachère

Ingestion de fourrage

Production moyenne journalière

1996

Jachère naturelle

4,19

138

Jachère améliorée

8,76

231

LSD (p < 0,05)

2 235

11,92

1997

Jachère naturelle

2,27

120

Jachère améliorée

6,82

217

LSD (p < 0,05)

1 565

21,7

Tableau 6. Quantité de nutriments déposés dans les fèces et urines des moutons qui ont brouté les jachères naturelles ou améliorées à Onne, Sud-Est du Nigeria.

Tableau 6. Quantité de nutriments déposés dans les fèces et urines des moutons qui ont brouté les jachères naturelles ou améliorées à Onne, Sud-Est du Nigeria.

ND signifie non détectable.

Conclusions

27Les résultats de cette étude montrent que Tephrosia candida et Lablab purpureus peuvent être utilisés pour réduire la durée des jachères et pour recycler les nutriments dans les systèmes de culture du sud-est du Nigeria. Cependant, les stratégies nécessaires pour réduire l’acidification du sol sous Tephrosia candida doivent être recherchées. De plus, l’intégration des cultures et de l’élevage basée sur le semis de légumineuses fourragères à l’intérieur d’un système de cultures associées (intercropping) peut renverser la tendance de la dégradation de la fertilité des sols soumis à la culture continue, tout en fournissant du fourrage de qualité pour l’élevage. Cependant, puisque la majorité de l’azote restitué par l’urine animale peut être perdue par volatilisation, il faudrait encore mettre au point des technologies qui recyclent plus efficacement les nutriments.

Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Tableau 2. Effet des jachères sur la remontée des nutriments dans un environnement tropical humide, Kpite, sud-est du Nigeria.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24192/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 216k
Titre Tableau 3. Effets de la jachère (naturelle ou à Tephrosia candida) sur les propriétés du sol après deux années de jachère et une année de culture.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24192/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 267k
Titre Tableau 6. Quantité de nutriments déposés dans les fèces et urines des moutons qui ont brouté les jachères naturelles ou améliorées à Onne, Sud-Est du Nigeria.
Légende ND signifie non détectable.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24192/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 151k

Auteurs

Agro-pédologue, chercheur, Dept. of Crop/Soil Science, Rivers State University of Science and Technology, Port Harcourt, Nigeria. fnikpe@yahoo.com

Chercheur, dept. of Crop/Soil Science, Rivers State University of Science and Technology, Port Harcourt, Nigeria.

© IRD Éditions, 2017

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