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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 10. Influences de l’écobuage sur la restauration de la productivité des sols argileux acides de la vallée du Niari (Congo RDC)

Jean de Dieu Nzila

Résumé

L’écobuage de type maala est une variante de la culture sur brûlis qui consiste à façonner de longs billons (10 à 20 mètres) dans lesquels sont enfouies des herbes de savane entrelacées, préalablement séchées et entassées en andains, soumises par la suite à une combustion à l’étouffée. Sur le plan morphologique, les températures observées à l’intérieur du billon pendant la combustion (variant entre 95 et 418 ° C) ont permis de définir quatre principales phases homogènes qui se distinguent par leurs couleurs (brun, rouge ou noir) et les particules qui les constituent (agrégats intacts, terre cuite, cendres, charbon ou débris végétaux). Sur le plan minéralogique, l’élévation des températures à l’intérieur du billon conduit à des agrégats très consistants formant des pseudosables et l’amorce d’une amorphisation de la kaolinite. Sur le plan chimique, on note une baisse globale de 30 % de la matière organique dans le billon écobué après la combustion. Les pertes d’azote total sont moins importantes (20 %) ; elles seraient compensées par une augmentation d’azote ammoniacal. Par ailleurs, on observe dans les billons écobués une nette augmentation des cations échangeables (4,86 à 8,29 cmol. kg-1 de sol), du taux de saturation du complexe absorbant (35 à 65 %) et du pH (de 5,1 à 6,5), réduisant ainsi la toxicité manganique observée sur ces sols. Les teneurs en phosphore total sont peu variables dans tous les échantillons (voisines de 3 ‰), alors que celles du phosphore assimilable augmentent progressivement dans les phases soumises à des fortes élévations de température (de 0,44 à 1,47 ‰). Les rendements des cultures de manioc et d’arachide sur les champs écobués sont nettement supérieurs à ceux obtenus par d’autres systèmes de culture sur brûlis ou en culture mécanisée. La durée de la période cultivée est prolongée.

The maala burn beating is a variant of shifting cultivation which is to shape long ridges (10 to 20 meters) in which are buried the grass savanna interlaced, previously dried and piled in windrows, subsequently submitted to combustion stifled. Morphologically, the observed temperatures inside the ridge during combustion (ranging between 95 and 418° C) have identified four main homogeneous phases which are distinguished by their color (brown or black) and the particles (intact aggregates, cooked clay, ash, coal or plant debris). In the mineralogical terms, rising temperatures inside the ridge lead to stable aggregates forming pseudosand and the beginning of amorphization of kaolinite. In chemical terms, there is an overall decrease of 30 % of the organic matter in the ridge weeding party after combustion. The total nitrogen losses are less important (20 %), they would be offset by an increase of ammonia nitrogen. Instead, we see in the burned logs a net increase of exchangeable cations (4.86 to 8.29 cmol. kg-1 soil), the saturation rate of the absorbing complex (35-65 %) and pH (5.1 to 6.5) reducing manganese toxicity observed in these acid soils. The total phosphorus contents are constant in all samples (adjacent to 3 ‰), while those available phosphorus increase gradually in phases subject to high elevations in temperature (from 0.44 to 1.47 ‰). Crop yields of cassava and groundnuts on burn beating fields are higher than those obtained by other systems of shifting cultivation or mechanical cultivation. The cultivation period is prolonged.

Texte intégral

Introduction

1L’écobuage est une pratique culturale qui consiste à brûler les végétaux enfouis sous une mince couche de terre rassemblée en billons ou en buttes. Longtemps pratiquée, puis abandonnée en Europe dans la première moitié du XIXe siècle, cette pratique culturale est encore utilisée dans les pays tropicaux, notamment en Afrique où diverses variantes existent en fonction des conditions locales.

2Au Congo, cette pratique est utilisée dans les départements des Plateaux, du Pool et de la Bouenza qui est traversée par la vallée du Niari (Sautter, 1955). La vallée du Niari est un vaste géosynclinal dont le soubassement est constitué de formations sédimentaires précambriennes carbonatées surmontées par des formations gréseuses dont l’altération a conduit à des sols ferrallitiques fortement désaturés remaniés (Ferralsols, Acrisols, Nitisols) qui sont caractérisés par une altération complète des minéraux primaires, une texture argileuse (40 à 70 % d’argile en surface), une structure fragile sous cultures, un complexe d’échange pauvre en bases, une forte acidité (pH < 5) et des toxicités manganique et aluminique (Prevot et al., 1955 ; Martin, 1963, 1970). Abandonnés par les compagnies concessionnaires au cours de la première moitié du XXe siècle, ces sols continuent à être exploités par des agriculteurs qui ont mis en place un système de culture performant appelé maala. Ce système associe différentes cultures vivrières : maïs, igname, courge, pois d’Angole la première année, arachide et manioc, la deuxième année. Après la récolte du manioc en troisième année, s’installe une jachère naturelle de 4 à 6 ans (Nzila, 1992).

3Au Congo, les études consacrées à l’écobuage sont rares (Nzila, 1992 ; Nzila et Nyété, 1996 ; Mboukou-Kimbatsa, 1997 ; Moreau et al., 1998).

4Les résultats présentés ici portent sur les modifications morphologiques, physiques, chimiques et biologiques du sol qui résultent de l’écobuage au moment de l’installation des cultures de la première année.

Matériel et méthodes

5Les sols ferrallitiques acides occupent près de 90 % de la superficie de la république du Congo. Ce sont souvent des sols profonds qui sont dotés, selon la nature de la roche-mère, des textures sableuses ou argileuses. Ils sont tous caractérisés par une pauvreté chimique et une dégradation rapide lors de leur mise en valeur mécanisée pour la plupart des cultures (arachide, manioc, maïs, coton).

6L’étude est réalisée dans une savane arbustive à Hyparrhenia diplandra, près de Tenzi, dans la vallée du Niari, sous climat équatorial de transition (pluviosité 1 200 mm/an en 8 mois). Le sol est de type ferrallitique, fortement désaturé, sur calcaire marneux. C’est un sol argileux profond, acide, avec des teneurs en aluminium échangeable notables au-dessous de 5 cm de profondeur (TSA > 50 %). De petites concrétions manganiques y sont fréquemment observées. La fraction argileuse est principalement constituée de kaolinite, avec de la goethite alumineuse et du quartz. L’écobuage est étudié sur un champ de mise en culture traditionnelle d’environ 400 m2. Au cours de la combustion finale, les variations de température sont mesurées toutes les 3 heures pendant 78 heures, avec des thermocouples placés verticalement tous les 5 cm, jusqu’à 50 cm et reliés à un thermomètre de lecture Eirelec Ltd Beta.

7Les analyses sont réalisées sur le sol tamisé à 2 mm : granulométrie au Sédigraph 500 ET après dispersion à l’hexamétaphosphate ; minéraux argileux par diffractiométrie Rx (Siemens 500) ; stabilité structurale d’après l’indice Is de Hénin (Hénin, 1956) ; carbone et azote total par l’analyseur élémentaire CHN 600-LECO ; N-NH4 et N-NO3 respectivement extraits par NaCI 10 % à pH 2,5 et par CuSO4, 5H2O, dosages par spectrométrie d’absorption ; pH (H2O) sur suspension sol/solution = 2,5 ; bases échangeables extraites par CH3 CO2 NH4M à pH7, dosages par spectrométrie d’émission et d’absorption atomique ; CEC par saturation avec CaCl2 tamponné à pH 7 (Pelloux et al., 1971) ; Al échangeable extrait par KCI N, dosage colorimétrique ; Mn facilement réductible extrait par CH3 CO2 NH4M avec 0,2 % de ClH, NH2OH, dosage par absorption atomique (Gambell et Patrick, 1982) ; P total extrait par KCIO4 concentré (Olsen et Dean, 1965) et P assimilable par FNH4 et CO3 HNa (Dabin, 1967), dosage colorimétrique (Murphy et Riley, 1962).

Résultats et discussion

8La savane à Hyparrhenia diplandra est dense et haute de plus de 2 mètres.

9La préparation du terrain de culture est réalisée au début juillet (confection des andains et séchage des herbes) et en septembre, à la fin de la grande saison sèche (recouvrement des andains par une mince couche de terre raclée entre les andains et mise à feu).

Élévation de température et différenciation morphologique du sol

10En fonction des températures maximales atteintes, quatre phases (P1, P2, P3 et P4) constituent le billon d’écobuage, au-dessus du sol en place (fig. 1). La phase P1 est une couche de terre motteuse, peu épaisse (1-2 cm), à la surface du billon. Les températures maximales y ont été modérées (95-150 °C) et le sol a été peu affecté par l’écobuage. P2 est la phase la plus importante à l’intérieur du billon, avec des températures maximales variant de 225 à 305 °C. Il n’y a pas de débris végétaux ; la couleur noire traduit une combustion incomplète. La phase P3 correspond aux plus fortes températures maximales (325 à 420 °C) et marque les endroits où la concentration de végétaux et les conditions de combustion étaient optimales. Une subdivision a été réalisée pour l’échantillonnage : P3a sans présence de cendres, P3b avec des cendres blanchâtres accompagnant la terre rougeâtre. La phase P4 est un matériel végétal charbonneux mélangé à de la terre noire. La structure initiale des tiges de Hyparrhenia carbonisées y est conservée. Parfois, les végétaux sont restés intacts au contact du sol ou des cendres sombres peuvent être présentes. Les caractères charbonneux, mais hétérogènes de P 4 résultent du mélange des végétaux et de la terre qui s’est effectué avant et au cours du brûlage ; la carbonisation des végétaux est associée à une aération réduite à ce niveau. Sous la phase P4, les températures maximales n’ont pas atteint 100 ° C et le sol en place (A11) ne paraît pas modifié. La terre rassemblée dans les billons provient de A11 qui disparaît plus ou moins régulièrement entre les billons (fig. 1).

11Les échantillons de sol ont été prélevés dans les différentes phases constitutives du billon d’écobuage (P1, P2, P3 a, P3b, et P4) et dans l’horizon de référence A11 du sol en place sous le billon (SE 0-5) et du sol non écobué sous savane (SAV 0-5).

3a : formation d’un andain d’herbes entrelacées (Hyparhenia diplandra) de la savane.
© J.D. Nzila
b : recouvrement des andains avec une couche de terre raclée entre les andains.
© J.D. Nzila
c : coupe d’un andain après brûlis : vallée du Niari, Congo, Brazzaville.
© J.D. Nzila

Figure 1. Schéma d’un profil représentatif du sol après écobuage.

Modifications physiques et chimiques

12En P2 et surtout en P3, on perçoit un caractère plus sableux de la texture du sol avec l’élévation de la température, ainsi que l’augmentation de la stabilité structurale. Ces modifications résulteraient d’une pectisation des particules argileuses (tabl. 1) devenant difficilement dispersables (pseudo-sables) (Nishita et Haug, 1972 ; Giovannini et al., 1988).

13Les valeurs de l’indice d’instabilité (Is) de Hénin (1958) diminuent fortement dans les phases écobuées, à l’exception de la phase 1 (P 1) qui a une valeur plus élevée (Is = 0,5). Les valeurs Is sont de 0,32 sous savane (SAV 0-5) et sous le billon écobué (SE 0-5), alors qu’elles sont inférieures ou égales à 0,1 dans les phases P2 et P3. L’écobuage contribuerait ainsi à améliorer la stabilité du sol en donnant aux agrégats du sol une meilleure résistance à la dispersion.

14La transformation de la goethite en hématite (rouge) mal cristallisée débute à partir de 250 ° C en P2 et devient plus accomplie en P3 où l’hématite est l’oxyde de fer prépondérant (tabl. 1). La dégradation de la kaolinite n’apparaît qu’en P3 à partir de 300 °C : cette valeur relativement faible pourrait traduire l’existence d’impuretés et de défauts de cristallisation fragilisant la kaolinite du sol étudié.

15Le carbone et l’azote diminuent dans des proportions différentes (tabl. 2). Le bilan global apparent au niveau des billons écobués (P1, P2, P3 et P4) aboutit à une perte de C total de l’ordre de 30 % par rapport à l’horizon A11 du sol en place. Les pertes en N total du sol écobué sont plus réduites (- 20 %) et le rapport C/N diminue fortement en passant de P1 à P2 et P3 : ces pertes, qui ne dépassent pas 50 % pour les températures maximales les plus élevées en P3, sont aussi plus faibles que dans le cas du sol calciné où l’azote disparaît totalement à 300 ° C. Le sol écobué s’enrichit par contre en N minéral sous forme de N-NH4, résultant de la décomposition thermique des acides aminés du sol (Juste et Dureau, 1967 ; De Bano et al., 1979).

Tableau 1. Modification des caractères minéralogiques et physiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).

Tableau 1. Modification des caractères minéralogiques et physiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).

* K : Kaolinite ; G : Goethite ; H : Hématite ; 1 < 5 % ; 2 : 5-10 % ; 3 : 10-20 % ; 4 : 30-40 % ; 5 : 50-80 %.
SAV = sol sous savane ; SE = sol sous billon écobué.

Tableau 2. Variation des caractères chimiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).

Tableau 2. Variation des caractères chimiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).

* en mg/g de sol ; ** en cmol (+) kg-1. SAV = sol sous savane (sol témoin) ; SE = sol sous billon écobué ; P1 à P4 = phases constituant le billon écobué ; P3a sans cendre et P3b avec cendres.

16Le pH (H2O) s’accroît de plus d’une unité en P2 et davantage en P3 et P4 : ces phases s’enrichissent aussi en bases échangeables (tabl. 2). Les valeurs les plus élevées en P3b sont liées à la présence de cendres. En P4, les valeurs de Mg et K échangeables atteignent des ordres de grandeur supérieurs, marquant l’influence prépondérante de l’apport végétal dans cette phase. La CEC diminue avec l’élévation de température, en rapport avec la diminution du taux de carbone : la phase charbonneuse P4 se distingue par une valeur de CEC de près du double de celle du sol superficiel (SE 0-5).

17Le manganèse facilement réductible décroît en fonction de l’élévation de température particulièrement dans P2 et P3 (tabl. 2), réduisant les risques de toxicité manganique qui peuvent apparaître sous culture mécanisée sur ce type de sol (Martin, 1970). Le billon écobué reste exempt d’aluminium échangeable de même que l’horizon A11.

18La teneur en phosphore assimilable et le rapport P assimilable/P total augmentent dans les phases P2, P3 et P4, en fonction de l’élévation de température et de l’importance du matériel végétal présent ; ce dernier facteur étant prépondérant en P3b et surtout en P4.

19Les rendements des principales plantes cultivées avec le système de culture comportant l’écobuage sont nettement plus élevés que ceux obtenus avec le brûlis à feu courant. Pour les cultures du manioc et de l’igname, principaux aliments de base dans la région, la pratique de l’écobuage paraît la technique la mieux adaptée en donnant des rendements plus importants que la culture mécanisée (tabl. 3).

Tableau 3. Rendements (t/ha) des principales plantes cultivées avec la pratique de l’écobuage comparée au brulis à feu courant et au système intensif.

Système de culture

Arachide en gousse (t/ha)

Maïs en grains (t/ha)

Manioc en tubercules (t/ha)

Igname

Brulis à feu courant

1,20

0,72

11,1

-

Écobuage

1,70

2,88

22,0

5,6

Culture mécanisée

2,01

3,30

19,0

-

Tableau 4. Biomasse (g/m²) des peuplements de macro-invertébrés dans différents systèmes de culture de la vallée du Niari.

Système de culture

1re année

2e année

3e année

Écobuage maala

74

14

9

Brûlis à feu courant

11

-

-

Savane

8

-

-

Plantation de canne à sucre

3

1

-

Source : Mboukou-Kimbatsa, 1997.

20Sur le plan biologique, l’écobuage maala favorise l’activité des macro-invertébrés du sol (vers de terre, termites, fourmis) qui restent abondants dans les sols écobués jusqu’à la troisième année après écobuage (tabl. 4), alors que dans les champs ayant subi le brûlis à feu courant, les peuplements de macro-invertébrés sont proches des faibles valeurs de la savane (Mboukou-Kimbatsa , 1997).

Conclusion

21Malgré une réduction du stock carboné et azoté et de la capacité d’échange qui lui est liée, les effets de l’écobuage s’avèrent bénéfiques pour le développement des cultures, en particulier pour les plantes à tubercules : élévation du pH et des teneurs en nutriments (N, P et bases), réduction des risques de toxicités manganique et aluminique, préservation des qualités structurales du sol. Ces modifications restent appréciables après 3 à 4 années de culture, tandis que l’appauvrissement en carbone n’est plus mis en évidence. Bien qu’étant très contraignant, le maala reste le système d’exploitation le plus performant, accessible à l’agriculture familiale dans la région de la vallée du Niari et sur les sols sablo-argileux des plateaux Batéké. C’est une forme traditionnelle d’intensification culturale n’impliquant pas de transfert de fertilité à l’échelle du terroir villageois et qui est digne d’intérêt pour conduire une évolution raisonnée des pratiques existantes, en recherchant des systèmes de culture mieux adaptés aux conditions actuelles. En effet, l’écobuage permet d’améliorer les propriétés physiques (stabilité structurale, structure, porosité), les propriétés chimiques (augmentation du pH, enrichissement du complexe absorbant, réduction des toxicités manganique et aluminique) et les propriétés biologiques (minéralisation de l’azote, biomasse des macro-invertébrés) des sols.

22Par ailleurs, cette pratique permet une succession de plusieurs cultures (maïs, igname, pois d’Angole, légumes divers, manioc, arachide) sur un même champ pendant 3 à 4 ans d’exploitation.

23L’évolution du système maala doit forcément conduire à l’allègement du travail pénible nécessaire pour la préparation du terrain et à l’augmentation de la productivité sur les espaces cultivés. Dans cette perspective, différentes améliorations peuvent s’envisager, portant notamment sur l’adoption d’un outillage mieux adapté (éventuellement avec une motorisation légère), sur l’efficacité des opérations d’écobuage (homogénéité des billons) et d’entretien des cultures (démariage, désherbage) et sur la prolongation de la période de culture (succession culturale, gestion des résidus de culture, fertilisation d’appoint). Il convient aussi d’améliorer l’efficacité de la jachère : gestion des feux et de la biomasse, semis de légumineuses et gestion de la jachère à Chromolema odorata.

Bibliographie

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Table des illustrations

Légende 3a : formation d’un andain d’herbes entrelacées (Hyparhenia diplandra) de la savane.© J.D. Nzilab : recouvrement des andains avec une couche de terre raclée entre les andains.© J.D. Nzilac : coupe d’un andain après brûlis : vallée du Niari, Congo, Brazzaville.© J.D. Nzila
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24231/img-1.jpg
Fichier image/, 600k
Légende Figure 1. Schéma d’un profil représentatif du sol après écobuage.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24231/img-2.jpg
Fichier image/, 143k
Titre Tableau 1. Modification des caractères minéralogiques et physiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).
Légende * K : Kaolinite ; G : Goethite ; H : Hématite ; 1 < 5 % ; 2 : 5-10 % ; 3 : 10-20 % ; 4 : 30-40 % ; 5 : 50-80 %.SAV = sol sous savane ; SE = sol sous billon écobué.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24231/img-3.jpg
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Titre Tableau 2. Variation des caractères chimiques du sol sous l’effet de l’écobuage (intervalle de confiance à 95 %).
Légende * en mg/g de sol ; ** en cmol (+) kg-1. SAV = sol sous savane (sol témoin) ; SE = sol sous billon écobué ; P1 à P4 = phases constituant le billon écobué ; P3a sans cendre et P3b avec cendres.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24231/img-4.jpg
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Auteur

Agro-pédologue, chercheur-enseignant, École normale supérieure (ENS), Brazzaville, Congo. jddnzila@yahoo.fr

© IRD Éditions, 2017

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