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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 21. Rôle des cultures associées pour restaurer la productivité des sols du nord-ouest du Cameroun

Serge Valet

Résumé

Le XXIe siècle doit faire face au grand défi d’alimenter à moyen terme 9 milliards d’humains, tout en réduisant la dégradation de sols. Cette étude, basée sur des essais et des enquêtes en milieu paysan des montagnes de l’Ouest du Cameroun, explique comment les cultures associées peuvent restaurer la productivité des sols tropicaux et assurer une production soutenue supérieure de 10 à 200 % aux monocultures intensifiées, tout en réduisant l’utilisation des engrais minéraux. L’agriculture agroforestière (AF) consiste à prendre la nature comme modèle : les arbres recyclent les nutriments récupérés en profondeur et leur litière protège la surface du sol de l’agression des gouttes de pluie. Elle renforce les systèmes de cultures associées traditionnelles (3 à 47 espèces concernées) et innovantes par des techniques biophysiques pour atteindre de façon plus efficace et durable la résilience des agroécosystèmes aux effets du changement climatique et de la baisse de la ressource hydrique et nutritionnelle. En augmentant le couvert végétal et en diversifiant l’enracinement, elle exploite mieux le sol, l’eau et la lumière, produit plus de biomasse et protège mieux le sol de l’érosion, des adventices et des attaques des insectes et des maladies. Les Indices d’efficience d’équivalence (IEE) du N varient de plus de 2,5 à plus de 3,6 pour le maïs des associations bi et trispécifiques. Elle table sur les services écosystémiques fournis par ces associations plurispécifiques.

The 21th century has to face big problems: how to feed 9 billions of humans and simultaneously improve the soil qualities. This study, based on trials and inquirement with the farmers of the NW Cameroon mountains, explains how mixed/intercropping can restore the tropical soil productivity and ensure a sustainable production superior (10 to 200 %) to the same pure cultures. The agroforestry tries to copy the nature: the trees recycle nutrients that their roots catch in the deep soil horizons and their litter protects efficiently the topsoil against erosion. This complex system reinforces innovative mixed peasant cropping systems by biophysical techniques to reach with the most sustainable and efficient manner the resilience of the climatic change, the water and nutritional resource falling. Developing a larger canopy and a deep rooting system mixed-cropping exploits better soil nutrients, water and light, products more biomass and protects more efficiently the soil against erosion and invaded weeds, insects and diseases. The Efficiency Equivalent Ratio of N varies about 2.5 to 3.6 for tri and bispecific associations. Mixed cropping produced security and numerous ecosystemic services.

Texte intégral

Objectifs

1Le xxie siècle doit faire face au défi d’alimenter à moyen terme 9 milliards d’humains, tout en améliorant la productivité des sols. Pour cela, il faut pallier la dégradation des sols due à l’intensification agricole qui a été imposée au début du xxe siècle. L’échec de l’intensification de la monoculture vivrière, récemment reconnue, est expliqué en partie par quelques agronomes (Valet, 1980, 2004) : « Les agronomes ont été formés pour éradiquer les écosystèmes pour créer un système artificiel, simplifié et forcé par l’introduction d’une grande quantité d’engrais et de pesticides » (Griffon, 2007). Il faut également prendre en compte le renchérissement du prix des engrais minéraux, la spéculation sur les produits alimentaires, la location de longue durée des terres aux multinationales et la mondialisation de la politique, qui créent un nouveau contexte remettant en cause les pratiques agricoles actuelles. De plus en plus, des chercheurs se penchent sur les cultures associées traditionnelles innovantes dont la supériorité par rapport aux mêmes monocultures semble ne plus faire contestation. En effet, les associations représentent des systèmes agroforestiers et sylvo-pastoraux tant recherchés par certains agronomes (Valet, 2004 ; Roose et Ndayizigyie, 1994 ; Baldy et Stigter, 1993 ; Dupriez et De Leener, 2003). Les associations culturales produisent une biomasse plus importante que les monocultures dont une très grande partie reste au sol. Elle assure un « turn over organique » facilité par la prolifération de la microfaune/flore. Les hauts plateaux et montagnes de l’Ouest-Cameroun, entièrement colonisés par les cultures associées traditionnelles et innovantes, offrent le meilleur exemple de la variété des combinaisons possibles d’écosystèmes empiriquement utilisés par les paysans.

a : cultures associées dans une forêt galerie du Cameroun.
© S. Valet
b : cultures associées sur un versant du Cameroun : bananiers, maïs, caféiers, divers légumes, arbustes, etc.
© S. Valet

2Pour comprendre et vérifier comment les cultures associées peuvent restaurer la productivité des sols tropicaux et assurer une production soutenue supérieure aux monocultures, l’étude a porté sur : 1) des essais de fertilisation minérale et organique comparée sur les principales cultures vivrières en monocultures et en association ; 2) les services écosystémiques qui expliquent les réponses obtenues et 3) les conséquences socio-économiques.

Milieu et méthodes

Localisation

3Les essais ont été conduits dans l’Ouest-Cameroun, en régions Bamiléké et Bamoun, sur deux axes, de Dschang à Foumban et de Dschang à Bambui et sur un site de moyenne altitude à Kondjock sur quatre zones homo-climatiques (Valet, 2004).

Le climat

4L’Ouest-Cameroun forme un groupe de régions très diversifiées à climats variés et souvent contrastés (Valet, 1980). La pluviosité moyenne annuelle diminue du sud au nord de plus de 2 500 mm à 1 450 mm (1921-1968), mais augmente au voisinage des massifs montagneux (tabl. 1). L’ETP moyenne annuelle augmente de 1 120 mm à 1 445 mm. L’insolation augmente de 1 650 h à 2 400 h à l’inverse de la pluviosité. Ainsi, les régions les moins arrosées correspondent à celles qui sont les plus chaudes, à plus fort pouvoir évaporant, ce qui conduit à des risques de sécheresse climatique, voire édaphique en sol peu profond, sur pente forte. Les températures moyennes annuelles diminuent avec l’altitude (tabl. 1).

Tableau 1. Zonation géoclimatique (1921-1968).

Tableau 1. Zonation géoclimatique (1921-1968).

Source : Valet, 1980.

La géologie

5La variabilité pétrographique (roches volcaniques acides et basiques, roches métamorphiques et sédimentaires) conduit à une différentiation, tant géomorphologique que pédologique, par suite des réponses différentes des roches à l’altération et à l’érosion.

Les sols

6Les formations géologiques les plus anciennes (socle et basalte ancien) portent des sols ferrallitiques (rouges et jaunes) les plus altérés, alors que les plus récentes ont donné des sols faiblement ferrallitiques brun-rouge sur la série éruptive moyenne et des sols jeunes noirs et bruns sur la série supérieure. La fertilité des sols varie pour le C % de 9 et 9,8 (Kondjock, Bambui), 2,8 et 8,8 (Dschang P2, P5), 2,4 (Babungo), 7,4 (Bansoa), 10 (Galim) et 7,8 (Foumbot) et pour la somme des cations échangeables (méq/100 g) : de 1,8 (Kondjock, Bambui), 8,8 et 10,8 (Dschang P2, P5), 10 (Babungo), 17,3 (Bansoa), 22 (Galim) et 31,5 (Foumbot). Presque tous ces sols étant bien structurés, à forte porosité (de 50 à 70 % en surface et encore de 40 à 50 % dans l’horizon B) et à capacité d’infiltration satisfaisante, ils sont considérés comme ayant une sensibilité faible à moyenne à la dégradation.

Traitements

7Les essais de fertilisation minérale et organique à doses croissantes ont été réalisés sur les quatre principales cultures vivrières gérées en cultures pures et en associations bi et tri-spécifiques. (Valet, 2004).

Variétés

8Maïs : variétés locales et hybrides (Mexican5, Cuban yellow) ; soja : Coker240 et Z290 ; soja (Cola), taro, macabo et haricot de variétés locales.

Densité et indice d’occupation des sols (IOS)

9La densité du maïs est de 40 000 pieds/ha, 10 000 pour les tubercules et pour les légumineuses de 125 000 à 250 000 pieds/ha. Les IOS (IOS = densité de la 1re culture en association : densité de la monoculture + densité de la 2e culture en association/densité de la monoculture + etc.) sont de 1,49 pour les associations bi et tri-spécifiques. Les semences sont traitées à l’aldrigranox.

Fertilisation minérale

10Les 28 essais « courbe de réponse » ont reçu des doses de fertilisation minérale (urée ou sulfate d’ammonium ; phosphate bicalcique ; chlorure de potassium) à des doses variant de 0 à 200 U/ha pour le N et de 0 à 400 U/ha pour le P2O5 pour les monocultures et de 0 à 80 ou 120 U/ha pour les associations. Les essais, en sols riches, ne recevaient qu’un apport complémentaire de K. Le nombre de répétitions varie de 4 à 8 (Valet, 2004).

Fertilisation organique

11– Fumier de bovins : essai à doses croissantes (0 à 150 U/ha) comparé aux mêmes doses d’un engrais minéral sur maïs.

12– Écobuage traditionnel : enfouissement de résidus végétaux dans une grosse butte et combustion lente. Essai à doses croissantes (0 à 200 U/ha) de P2O5 appliqué sur maïs. L’écobuage ne doit être réalisé que tous les cinq ans minimum.

13– Bois raméal fragmenté (BRF) : les émondes de Cassia stipulata, siamea & spectabilis des haies sont épandues sur niébé local sur 5 cm d’épaisseur.

Résultats

Fertilisation minérale

Association tri-spécifique (maïs-macabo-taro)

14Les rendements du maïs augmentent avec les doses de N et de P2O5 pour atteindre des maxima plus rapidement, donc à plus faibles doses, en association qu’en cultures pures (fig. 1A, B et C). Ces doses de N sont de 80 U/ha environ contre 150 U/ha respectivement en association et en cultures pures et de 80 contre 120 à 300 U/ha de P2O5 en cultures pures (Valet, 2007). Les rendements sont plus faibles en associations de 1 à 40 % environ selon la fertilité des sols. Pour les tubercules en association les doses maxima de N varient de 30 à 60 U/ha contre 100 U/ha en pure avec des rendements de 40 % inférieurs pour une baisse moyenne de 50 % de N.

Figure 1. Comparaison des rendements du maïs en monoculture et en association avec macabo + taro sur des sols de faible à très forte fertilité pour différentes doses d’engrais azoté et phosphaté.

Association bi-spécifique (maïs-haricot et maïs-soja)

15Pour le maïs associé au haricot, les doses maxima de N sont inférieures à 80 U/ha, alors qu’elles dépassent 80 U/ha en culture pure. Pour le haricot, les doses dépassent 80 U/ha pour les deux systèmes culturaux.

16L’association maïs-soja montre pour le maïs une réponse linéaire à l’azote et avec un maximum de 40 à 80 U/ha pour P2O5. Les rendements moyens du maïs en association sont de 5 t/ha et en pur de 7,1 t/ha, soit une différence de 25 % ; ceux du soja sont de 1 t/ha et en pur de 2,4 t/ha, soit une baisse de 60 %. Ceci est obtenu avec des baisses de fertilisant de 30 %.

17L’association maïs-soja, en mélange et interligne, montre un effet antagoniste, à l’exemple de l’association maïs-arachide (fig. 2A) (Valet, 2004). Mais les rendements restent toujours supérieurs de 30 % aux cultures pures. L’association maïs-haricot montre une bonne facilitation des deux espèces (fig. 2B). Cette forte baisse de N diminue ses pertes par lessivage et pollution des sols et des eaux.

Figure 2a. Corrélation des rendements du maïs et des rendements du soja en association.

Figure 2b. Corrélation des rendements du maïs et des rendements du haricot en association. Lieux = D : Dschang ; Ba : Bansoa ; Bu : Bamendjou ; Bdou : Bamendou ; Bjou : Bandjou.

Fertilisation organique

Fumier de bovins

18En monoculture, la réponse à la fumure organique et minérale, au même niveau de N, donne des rendements identiques en maïs jusqu’à 150 U/ha. L’ajout de 10 t/ha de matière organique déplace la dose maximum de N à 200 U/ha avec une augmentation minime du rendement.

Écobuage traditionnel

19Pratiqué seulement tous les cinq ans, l’écobuage maximise les apports de P2O5 et fournit une augmentation spectaculaire de 3 à 5 t/ha du maïs-grain pour une dose de 200 unités/ha.

Bois raméal fragmenté

20Kalemba et Ndoki (1995) ont démontré que l’épandage d’émondes de Cassia stipulata, siamea & spectabilis fournissait des rendements en niébé de même valeur que la dose de 50 unités/ha de NPK. Le meilleur rendement (406 kg/ha) résultait de l’association BRF de C. stipulata avec l’engrais minéral.

Discussion

Indice d’équivalence de l’efficience de la fertilisation (IEEF)

21La création d’un Indice d’équivalence de l’efficience de la Fertilisation ou IEEF [(IEE (N-P) = Efficience de N et de P de la culture associée 1/Efficience de N et de P de la monoculture 1 + Efficience de N et de P de la culture associée 2/Efficience de N et de P de la monoculture 2 + Efficience de N et de P de la culture associée 3/Efficience de N et de P de la monoculture 3)] permet de porter un jugement objectif et quantifié de l’effet des engrais minéraux sur le système cultural des associations. L’efficience de la fertilisation représente le rendement par unité de fertilisant (N et P2O5). Pour les taros et macabos non testés, une estimation moyenne (Taro = 15 t/ha et macabo = 20 t/ha) a été utilisée pour le calcul de l’IEEF. Cette estimation est pour certains sites bien supérieure aux résultats que l’on aurait pu avoir. Les IEE sont de 2,4 à 3,5 fois plus importants pour le N et de 1,4 fois plus importants pour le P2O5 en associations qu’en monocultures (tabl. 2).

Tableau 2. Indice d’équivalence de l’efficience de N et P 2 O 5 des associations.

Tableau 2. Indice d’équivalence de l’efficience de N et P 2 O 5 des associations.

* (9) nombre d’essais.

22Ces résultats s’expliquent par certains services écosystémiques que les plantes s’échangent entre elles et qui sont maximisés par le travail cultural manuel. En effet, les gros billons favorisent l’installation et le développement des systèmes racinaires et de la symbiose microbienne grâce à leurs exsudats. Ils assurent un meilleur ameublissement du sol avec l’accroissement de la porosité totale sur une plus grande profondeur (75 cm au lieu de 45 cm sous labour/billonnage mécanisé) et évitent l’engorgement du sol (Valet, 2004).

Services écosystémiques

23Le concept de services écosystémiques (SES) (processus par lesquels les agroécosystèmes produisent des bénéfices pour la société) fournit un cadre analytique plus complet pour comprendre le fonctionnement des cultures associées.

Le foisonnement racinaire (Root Equivalent Ratio)

24Il varie de 1,2 à 1,6, voire plus (Balde, 2011), fonctionnant à des échelles de temps et d’espace différentes, il assure une utilisation plus efficace des nutriments et de l’eau du sol. L’association d’espèces différentes peut stimuler le développement fongique intra-racinaire qui favorise la nutrition minérale et hydrique (Derelle, 2012).

Le contrôle des maladies et parasites

25L’association culturale a beaucoup d’avantages sur le contrôle des maladies et parasites grâce à l’effet de barrière horizontale et verticale : il permet de masquer les plantes aux insectes, de diluer le vecteur, de modifier les températures et l’insolation favorables à la montée dans la tige (Altieri et al., 1978 ; Baldy et Stigter, 1993). Ainsi dans l’association maïs-soja, l’attaque du soja en pur a provoqué l’augmentation du IEEF à 10 à Foumbot et à 4 à Bansoa. La multiplicité des pollens et des nectars attirerait les prédateurs des parasites (Bukovinszky et al., 2005).

L’asphyxie des adventices

26Elle est d’autant plus efficace que la densité des cultures est plus élevée.

L’accroissement de la fourniture en N et P

27L’accroissement de la fourniture en N et P grâce à l’augmentation des résidus agricoles, des remontées profondes par les arbres, de l’atmosphère et la baisse de sa lixiviation expliquent les rendements en maïs en association identiques à ceux de la monoculture avec deux fois moins d’engrais minéral ou organique environ (Roose et Ndayizigyie, 1994 ; Njoku et al., 1984). En systèmes agroforestiers, on observe une stabilisation, voire une augmentation de la somme de la matière organique (Kowal et Tinker, 1959). La symbiose des bactéries et microchampignons favorise une exploitation améliorée du sol avec optimisation de la productivité (Derelle, 2012).

28Pour le phosphore, l’association culturale a un meilleur accès aux différentes formes de P, notamment la forme organique du P par suite de la baisse du pH (Betencourt et al., 2010). De plus, une part du léger apport de P serait stockée par des bactéries ; elle est ensuite récupérée suite à leur prédation. Le résultat global est une lutte plus efficace qu’en monocultures contre l’érosion et l’effet de serre, aboutissant à la régénération des sols par des éléments organo-minéraux simples ou complexés stables (Barthès et Roose, 2002 ; Peichl et al., 2006). Concernant les sols peu fertiles, minces, pentus, l’association culturale peut assurer une meilleure protection et une utilisation efficacement soutenue. L’effet des bactéries et des mycorhizes explique ainsi la possibilité de réduire drastiquement les intrants de synthèse (Gianinazzi, 2012). Ce système cultural de maximisation des services écosystémiques permet donc, avec moins d’intrants, de produire plus par unité de surface.

Conséquences socio-économiques

29Dans le cas du système agraire des associations multiétagées, l’économie en intrants (fertilisation, biocides) et en équipement agricole, l’utilisation supérieure du sol en temps et en surface, la variété des sous-systèmes agraires et la souplesse dans le choix des cultures expliquent les meilleurs bénéfices obtenus. Valet (2007) a démontré que la monoculture de maïs, de soja et arachide sont majoritairement déficitaires au contraire de la monoculture de tubercules (fig. 3). Les bénéfices augmentent avec le nombre de plantes. Avec 12 plantes les bénéfices atteignent 132 500 CFA (cours 1970 : 1 CFA = 200 F), soit 406 euros. Dans les associations, les cultures de cycle court permettent de financer des cultures de cycle plus long selon les potentiels climatiques, topographiques et géo-pédologiques. Ces associations culturales, plus riches en protéines et vitamines, offrent des solutions innovantes pour remplacer ces intrants de plus en plus coûteux et fortement polluants par des mécanismes d’amplification des processus écologiques gratuits et sains.

Figure 3. Évolution des pertes et des bénéfices (CFA-1970) en fonction des systèmes de culture : monoculture, bi-tri et multispécifique traditionnel, raisonné et intensifié au Cameroun (1970).
Source : Valet, 2007.

Conclusions : perspectives

30Ainsi, face aux défis nouveaux que l’agriculture, l’élevage et la forêt doivent relever, Griffon (2007) indique que l’agriculture doit effectuer une nouvelle révolution technologique dans ses systèmes et ses modes de culture et d’élevage. Les associations multiétagées traditionnelles innovantes, grâce à la maximisation des processus biophysiques, offrent les meilleures chances pour assurer l’alimentation de 9 milliards d’humains en 2050. Car ces cultures associées traditionnelles sont capables d’assurer une résilience satisfaisante éco(agro) systémique qui leur assure une durabilité réelle face à une perturbation ou à une série de perturbations naturelles et anthropiques. En effet, les différents services qu’apportent les associations par rapport aux monocultures contrecarrent les risques climatiques, parasitaires, érosifs, qui entraînent l’épuisement organo-minéral du sol, de la société et de l’économie. Ils assurent efficacement non seulement l’alimentation familiale, mais aussi des revenus durables. L’amélioration des systèmes traditionnels sera aisée, car cela ne perturbera absolument pas les paysans puisqu’il y a continuité de leurs principales pratiques. Ces systèmes traditionnels multispécifiques permettent de contrer les variations des cours des matières premières en bourse grâce à leur souplesse. Ils auront aussi l’avantage essentiel de maintenir les jeunes, diplômés ou non, au pays et de baisser la pression démographique dans les villes : ceci assurera le maintien de la cohésion sociale (Lamanda, 2005). L’un des enjeux de cette intensification écologique des éco-agrosystèmes est la nécessité de renforcer la recherche agronomique sur ces systèmes multispécifiques, combinant des concepts et des outils à la fois écologiques, microbiologiques, géographiques, agronomiques, agro-pédologiques et socioéconomiques pour arriver à la connaissance la plus fine de leurs multiples interactions. L’innovation, déjà entreprise par les paysans depuis 1950, peut se continuer en favorisant les interactions incessantes entre les « savoirs empiriques » traditionnels innovants, logiques et stratégiques des paysans et les « savoirs savants », analytiques et prédictifs des scientifiques.

Bibliographie

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Table des illustrations

Légende a : cultures associées dans une forêt galerie du Cameroun.© S. Valetb : cultures associées sur un versant du Cameroun : bananiers, maïs, caféiers, divers légumes, arbustes, etc.© S. Valet
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24312/img-1.jpg
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Titre Tableau 1. Zonation géoclimatique (1921-1968).
Légende Source : Valet, 1980.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24312/img-2.jpg
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Légende Figure 1. Comparaison des rendements du maïs en monoculture et en association avec macabo + taro sur des sols de faible à très forte fertilité pour différentes doses d’engrais azoté et phosphaté.
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Légende Figure 2a. Corrélation des rendements du maïs et des rendements du soja en association.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24312/img-4.jpg
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Légende Figure 2b. Corrélation des rendements du maïs et des rendements du haricot en association. Lieux = D : Dschang ; Ba : Bansoa ; Bu : Bamendjou ; Bdou : Bamendou ; Bjou : Bandjou.
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/24312/img-5.jpg
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Titre Tableau 2. Indice d’équivalence de l’efficience de N et P 2 O 5 des associations.
Légende * (9) nombre d’essais.
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Légende Figure 3. Évolution des pertes et des bénéfices (CFA-1970) en fonction des systèmes de culture : monoculture, bi-tri et multispécifique traditionnel, raisonné et intensifié au Cameroun (1970).Source : Valet, 2007.
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© IRD Éditions, 2017

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