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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

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Éric Roose

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

Chapitre 6. Influences de diverses jachères de légumineuses arbustives sur la fertilité et la productivité d’un sol ferrallitique acide (Manankazo, Madagascar)

Marie Antoinette Razafindrakoto

Résumé

La région nord-ouest des hauts plateaux de Madagascar présente des problèmes d’érosion importants dus à l’agressivité climatique élevée et à la dégradation de la végétation et des sols par les cultures extensives et les feux de brousse annuels. Il en résulte une baisse de la productivité des sols engendrant la pauvreté du monde rural.
Une recherche a donc été menée dans cette région afin d’évaluer l’efficacité de diverses jachères arbustives pour l’amélioration de l’infiltrabilité, de la fertilité et de la productivité du sol. Les espèces étudiées ont été : Tephrosia vogelii, Flemingia congesta et Calliandra calothyrsus. Les résultats ont montré que les jachères arbustives légumineuses de longue durée (en particulier l’espèce Tephrosia vogelii) ont réussi à accroître fortement la dynamique d’infiltration de l’eau dans le sol et la fertilité du sol, engendrant une diminution importante de l’érosion et l’augmentation de la productivité des sols très dégradés.

The northwest region of the High Lands of Madagascar presents important erosion problems owed to the high climatic aggressiveness and the degradation of vegetation and soils by annual bushfires and extensive cropping. That involves a decrease of the soil productivity generating the poverty of the peasants.
A research has been carried out in order to evaluate the efficiency of different types of leguminous shrubby fallows for the improvement of soil infiltrability, soil fertility and soil productivity. The studied species were: Tephrosia vogelii, Flemingia congesta and Calliandra calothyrsus. Results showed that the leguminous shrubby fallows installed during 5 or 7 years (particularly the species Tephrosia vogelii) succeeded to increase highly the dynamics of water infiltration and soil fertility, generating important reduction of erosion on very degraded soils, and inducing increase of soil productivity. These simple methods of soil fertility restoration can be applied in various tropical regions.

Texte intégral

Introduction

1Dans la région nord-ouest des hauts plateaux de Madagascar où l’érosivité pluviale est forte et la végétation très dégradée suite aux feux de brousse et aux cultures extensives, il se produit une érosion importante des versants pentus à sols dégradés. Il en résulte une baisse de la productivité des sols aggravant la pauvreté du monde rural.

2Une recherche a donc été menée dans cette région pour étudier l’effet de diverses jachères de légumineuses arbustives sur l’amélioration de la dynamique d’infiltration de l’eau dans le sol. Cette recherche a été effectuée dans le but de réduire l’érosion des champs de culture et de restaurer la productivité des sols.

3Le témoin de référence servant de comparaison est une steppe à Aristida sp. sur un sol dégradé par les feux de brousse annuels.

Milieu d’étude et méthodologie

Présentation du site d’étude

4La zone d’étude choisie, Manankazo, est située dans la partie nord-ouest des hauts plateaux de Madagascar. Elle se trouve sur le relief de Tampoketsa dont l’altitude varie de 1 565 m à 1 580 m.

5C’est une zone à contextes climatique, pédologique et socio-économique défavorables aggravant la dégradation et l’érosion des sols.

6Le climat est agressif, du type tropical humide d’altitude à pluviosité moyenne annuelle de 1 823 mm, répartie sur 114 jours de pluies. La saison des pluies se situe entre novembre et avril, suivie d’une saison sèche de six mois.

7La zone de Manankazo présente un indice d’érosivité climatique élevé (Rusa = 508). D’après Souchier, elle se trouve dans la zone d’érosion à forte intensité pluviométrique horaire (jusqu’à 110 mm/h durant une heure). Le relief est constitué de collines à replats sommitaux et à versants pentus convexes-concaves avec présence de lavaka. Les sols sont généralement classés dans le groupe de sols ferrallitiques jaune sur rouge lessivés, à pH bas, sensibles à l’érosion (Ultisols).

8Les feux de brousse sont annuels pendant la saison sèche, dans le but d’obtenir un ruissellement pour irriguer rapidement les rizières en saison des pluies ou pour renouveler les pâturages. Ces feux de brousse ont détruit la végétation jusqu’à l’installation généralisée d’une steppe à Aristida multicaulis, favorisant les phénomènes d’érosion sur les sols dénudés des fortes pentes. Il ne reste actuellement que quelques vestiges de forêt ripicole primaire, situés sur les zones à haute altitude. Par ailleurs, les pratiques paysannes de cultures traditionnelles sans intrant favorisent aussi dans cette zone de Manankazo la dégradation des sols.

Méthodes expérimentales

9Dans notre expérimentation, les meilleures espèces de légumineuses arbustives ont été installées en jachère de longue durée de 5 à 10 ans, afin d’obtenir l’efficacité maximale pour l’amélioration de la conductivité hydraulique à saturation du sol très dégradé, de sa résistance à l’érosion et de sa productivité. Le témoin de référence où on a installé ces jachères est une prairie dégradée brûlée annuellement à Aristida multicaulis, très fréquente dans la région.

10Ces dispositifs agroforestiers ont été comparés à l’écosystème de forêt naturelle afin d’en déduire le dispositif le plus efficace pour améliorer les propriétés du sol.

Dénomination des divers agroécosystèmes étudiés

Tableau 1. Les systèmes observés.

Forêt

Forêt ripicole naturelle

JT7 et JT10

Jachère légumineuse arbustive à Tephrosia vogelii durant 7 et 10 ans

JCALL10

Jachère légumineuse arbustive à Calliandra calothyrsus de 10 ans

JFP5

Jachère légumineuse arbustive pleine à Flemingia congesta de 5 ans

JFL2M

Haies vives de Flemingia congesta de 5 ans à deux rangées

JFC2M

Espace cultural en couloir de 2 m entre deux haies vives de Flemingia congesta 5 ans à double rangée

JFL1M

Haies vives de Flemingia congesta de 5 ans à une rangée

JFC1M

Espace cultural en couloir de 1 m entre deux haies vives de Flemingia congesta à une rangée

PVD

Prairie dégradée à steppe d’Aristida multicaulis sur versant pentu non brûlé depuis 15 ans

PBA

Prairie dégradée brûlée annuellement pendant 15 ans et mise en défens depuis 6 ans (à steppe d’Aristida multicaulis)

Mesure de la conductivité hydraulique du sol à saturation

11Pour mesurer la conductivité hydraulique du sol à saturation, nous avons adopté la méthode du monocylindre de Roose (1997). Un cylindre de diamètre 10 cm et de hauteur 10 cm est enfoncé dans le sol à 2 cm de profondeur. On le remplit d’eau jusqu’à un niveau de 5 cm et on mesure avec une réglette et un chronomètre la vitesse d’infiltration de l’eau dans le sol. On remplit chaque fois le cylindre quand le niveau d’eau atteint la surface du sol. L’expérimentation est prolongée jusqu’à l’obtention d’une vitesse d’infiltration minimale constante qui donne la conductivité du sol à saturation (Schroeder et al., 1982).

Mesure des autres caractéristiques du sol

12Les caractéristiques physico-chimiques du sol qui peuvent influencer la conductivité hydraulique du sol et sa productivité ont été aussi évaluées (taux de matière organique du sol, taux d’azote, densité apparente, porosité, instabilité structurale).

13L’évaluation de la présence de pédofaune (vers, termites, fourmis) a été entreprise sur des échantillons de sols prélevés sur 10 cm. Les échantillons sont déposés dans un cylindre fermé par un tamis laissant passer la faune repoussée vers le bas par une source de lumière vive : elle est alors récupérée dans un récipient plein d’eau et comptée devant une loupe binoculaire.

14Le rendement de haricot (en grains secs) cultivé après enfouissement de la biomasse de jachère légumineuse a été mesuré pour évaluer la productivité du sol.

Résultats et discussion

15L’établissement de la relation entre le rendement agricole et les caractéristiques de fertilité du sol (hydriques, physiques et chimiques) permet d’étudier leur influence, ainsi que l’effet des divers dispositifs agroforestiers sur l’amélioration de la productivité du sol.

Influence des caractéristiques chimiques du sol sur la productivité du sol

16D’après les résultats obtenus, le taux de matière organique du sol varie de 4,2 % pour la prairie brûlée dégradée à 8,6 % pour la jachère de Tephrosia de 7 ans et à 13,5 % pour la forêt naturelle. Le rendement en grains d’haricot sec varie de 0,003 t/ha pour la prairie brûlée, à 4,8 t/ha pour la jachère de Flemingia congesta de 5 ans, après enfouissement de la biomasse.

Figure 1. Relation entre le rendement en haricot et les taux de MO et de l’azote du sol.

17La figure 1 montre que le rendement en haricot augmente fortement avec le taux d’azote et le taux de matière organique du sol.

18Ce sont les agrosystèmes enrichissant le sol en matière organique et en azote qui produisent le meilleur rendement de haricot : jachère de Tephrosia vogelii de 7 ans (JT7), jachère de Flemingia congesta de 5 ans (JFP5), jachère de Tephrosia vogelii de 10 ans (JT10). En effet, la caractéristique essentielle des légumineuses est l’aptitude à la fixation symbiotique d’azote (grâce aux bactéries Rhizobium), enrichissant le sol en azote. Young (1989), Tassin (1992) et Razafindrakoto (2004) ont confirmé l’importance de la matière organique et de l’azote produits par les arbres et arbustes légumineux sur l’amélioration de la fertilité des sols.

19La prairie brûlée annuellement (PBA), dont le sol est appauvri en matière organique et en azote, a produit un rendement de haricot quasi nul.

Influence des caractéristiques structurales du sol sur la production en haricot

20D’après les figures 2a et 2b, le rendement en haricot augmente avec la stabilité structurale et la porosité du sol. Ces caractéristiques du sol engendrent une bonne conductivité hydrique du sol et une bonne aération favorisant la pénétration des racines et la croissance végétale rapide. Ainsi, ce sont les sols ayant une porosité et une stabilité structurale élevées qui produisent les meilleurs rendements agricoles : cas des jachères de 7 ans de Tephrosia (JT7), de 5 ans de Flemingia congesta (JFP5) et de dix ans de Tephrosia (JT10).

21La densité apparente du sol sur 10 cm varie de 0,49 pour la forêt ripicole naturelle, à 0,89 pour la jachère de Tephrosia vogelii de 7 ans et à 1,25 pour la prairie dégradée brûlée annuellement. La porosité et la stabilité structurale élevées sont dues à un taux de matière organique élevé du sol.

22Plusieurs auteurs ont affirmé l’influence positive de la matière organique sur la stabilité structurale des agrégats (Le Bissonnais, 1996 ; Amezketa, 1999 ; Roose et al., 2004 ; Razafindrakoto, 2004).

23D’après Guckert (1973), Tisdall et Oades (1982), certains constituants organiques, et notamment les polysaccharides d’origine microbienne ont, par leur structure moléculaire, leur liaison avec l’argile, leur localisation (paroi des plus gros pores), une efficacité spécifique élevée en accroissant la cohésion des agrégats du sol.

24En outre, la richesse du sol en matière organique favorise les activités biologiques qui augmentent la porosité du sol. En effet, la matière organique contribue à la formation d’une structure grumeleuse du sol formée d’agrégats argilo-humiques édifiés par les lombrics. Cette structure confère au sol une bonne porosité (Duchaufour et al., 1994).

Figure 2a et 2b. Relation entre l’instabilité structurale, la porosité du sol et le rendement en haricot.

Influence de la conductivité hydraulique sur la production en haricot

Figure 3. Rendement en haricot en fonction de la conductivité hydraulique du sol (Ks en mm/h).

25La conductivité hydraulique du sol à saturation (K S) varie de 25 mm/h pour la prairie dégradée brûlée annuellement (PBA), à 512 mm/h pour la jachère de Tephrosia vogelii de 7 ans et 719 mm/h pour la forêt naturelle dense humide.

26La figure 3 présente l’effet des jachères légumineuses arbustives sur l’amélioration de la conductivité hydraulique du sol, engendrant l’augmentation du rendement de haricot après enfouissement de la biomasse.

27La conductivité hydrique du sol influence le rendement agricole d’une manière logarithmique croissante. En effet, une bonne capacité d’infiltration de l’eau de pluie par le sol réduit le ruissellement et l’érosion qui causent les pertes d’éléments les plus fertiles du sol et la baisse de la productivité agricole. Ainsi, ce sont les agrosystèmes à meilleure conductivité hydrique du sol qui produisent les meilleurs rendements agricoles : jachère de Tephrosia vogelii de 7 ans (JT7), jachère de Flemingia congesta de 5 ans (JFP5), jachère de Tephrosia vogelii de 10 ans (JT10). Au contraire, la prairie brûlée dégradée (PBA), ayant montré une capacité d’infiltration du sol très faible, présente aussi une productivité médiocre, puisque le sol compact est très susceptible au ruissellement et réduit l’enracinement.

28Le rendement obtenu sur ces jachères légumineuses est très élevé et aurait pu encore être meilleur, mais des maladies cryptogamiques ont attaqué les haricots pendant tout le stade cultural. La jachère de Tephrosia vogelii de 7 ans (JT7) a été affectée gravement par l’Anthracnose, la jachère de Flemingia congesta (JFP5) a été affectée par l’Isariopsis griseola, la jachère de Tephrosia vogelii de 10 ans (JT10) par Phaseoisariopsis griseola.

Évaluation quantitative de la faune fouisseuse du sol

29La pédofaune totale varie de 160 par m ² dans la parcelle de prairie brûlée, à 2 082/m ² dans la jachère de Tephrosia de 7 ans et jusqu’à 2 351/m ² sous la forêt naturelle. Il existe une relation croissante exponentielle entre la conductivité hydraulique du sol et la quantité de lombrics, termites et fourmis.

Lombrics

Y = 20,173 e0,0082x

R2 = 0,833

Termites

Y = 19,087 e0,0081x

R2 = 0,799

Fourmis

Y = 13,575 e0,0021x

R2 = 0,834

30Ces « ingénieurs du sol » contribuent très efficacement à la disparition des litières, au mélange des MO au sol minéral, à la remontée de nutriments en surface, à la production d’agrégats stables (leurs déjections), à la décompaction du sol et à l’augmentation de l’infiltration (Roose, 1976 ; Lavelle et Spain, 2001 ; Blanchart et al., 2004). Ce sont la forêt et la jachère à Tephrosia puis les jachères à Flemingia (5 ans) et à Calliandra (10 ans) qui sont les plus riches en pédofaune, tandis que la parcelle de prairie brûlée ne possède que quelques fourmis.

Conclusions

31Cette recherche a montré l’efficacité des dispositifs agroforestiers (culture en couloir et des jachères légumineuses arbustives) pour l’accroissement de la conductivité hydraulique et de la fertilité des sols très dégradés, ce qui induit l’amélioration de la dynamique d’infiltration de l’eau de pluie, la réduction de la susceptibilité des sols à l’érosion et l’augmentation de leur productivité.

32Les espèces Flemingia congesta, Calliandra calothyrsus, et surtout Tephrosia vogelii paraissent efficaces pour restaurer les propriétés du sol en 7 à 10 ans, jusqu’à un état proche de la forêt naturelle. Ce fait est dû à la meilleure qualité (richesse en azote) et à l’abondance de la biomasse produisant beaucoup d’humus labile de type Mull. En outre, ce milieu agroforestier favorise la prolifération de la pédofaune fouisseuse dont les activités améliorent l’infiltration et la fertilité du sol superficiel. Pour d’autres auteurs, il est préférable de couper la jachère et de semer directement entre les brindilles sous la litière : ce système simplifié réduit considérablement le travail de préparation du sol et se rapproche des conditions forestières.

33La diffusion de ces techniques culturales améliorantes et antiérosives aux paysans pourrait apporter une solution efficace pour augmenter leur production agricole et réduire leur pauvreté. L’application de ces jachères légumineuses arbustives peut être entreprise, avec des variantes, dans les autres zones à sols dégradés de Madagascar et divers pays tropicaux de climat semblable, afin de promouvoir le développement durable.

Bibliographie

Bibliographie

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Duchaufour Ph., Bonneau M., Souchier B., 1994 Pédologie-Constituants et propriétés du sol. T. II. Paris, Masson, 2e édition, 654 p.

Guckert A., 1973 Contribution à l’étude des polysaccharides dans les sols et de leur rôle dans les mécanismes d’agrégation. Thèse de doctorat d’État, université Nancy I, 124 p.

Lavelle P., Spain A., 2001 Soil Ecology. Kluwer Academic Publisher, 654 p.

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Table des illustrations

Légende Figure 1. Relation entre le rendement en haricot et les taux de MO et de l’azote du sol.
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Légende Figure 2a et 2b. Relation entre l’instabilité structurale, la porosité du sol et le rendement en haricot.
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Fichier image/jpeg, 125k
Légende Figure 3. Rendement en haricot en fonction de la conductivité hydraulique du sol (Ks en mm/h).
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Fichier image/jpeg, 70k

Auteur

Agronome, pédologue, enseignante-chercheure, dépt. Eaux et Forêts, École supérieure des sciences agronomiques, université d’Antananarivo, Madagascar. maria-razaf@refer.mg

© IRD Éditions, 2017

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