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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

 | 
Éric Roose

Partie 3. Restauration des sols par les techniques culturales dans les agrosystèmes tropicaux

Chapitre 27. Le semis direct sous couverture végétale, une voie de restauration durable de la productivité des sols semi-arides du Maroc

Rachid Mrabet

Résumé

La dégradation de la qualité des sols et l’érosion hydrique sont des sujets de préoccupation croissante dans la région méditerranéenne. En effet, la mauvaise gestion des résidus de récolte et les faibles quantités restituées aux sols se traduisent par un appauvrissement de la matière organique, une détérioration de la fertilité physique et chimique des sols et des niveaux d’érosion supérieurs aux taux de tolérance. Le semis direct sous couverture végétale (SD/CV) a des conséquences favorables sur ces phénomènes en réduisant l’efficacité érosive des pluies. En effet, la suppression des labours et le maintien du couvert végétal permettent de dissiper l’énergie des pluies et du ruissellement et de diminuer les pertes en sédiments et nutriment. SD/CV favorise l’infiltration de l’eau dans le sol. En plus de l’effet protecteur du SD/CV, les recherches entreprises aussi bien en station expérimentale que chez des agriculteurs ont permis de conclure que généralement ces systèmes améliorent les taux et la qualité des matières organiques des sols, particulièrement en surface. Ces augmentations de stocks organiques des sols sous SD/CV ont été liées aux réductions des pertes de CO2. Ces mêmes recherches ont montré que les propriétés physiques (agrégation, porosité) hydrodynamiques et chimiques (teneurs en éléments nutritifs) s’améliorent progressivement au cours du temps et en fonction des apports de résidus de récolte. De nombreux essais mis en place dans différentes conditions pédoclimatiques ont permis des améliorations substantielles des productivités et des efficiences d’utilisation de l’eau de plusieurs cultures stratégiques pour le pays. L’augmentation de rendement du blé varie de 2,4 à 146 % selon la rotation, le type de sols et la durée d’installation du SD/CV.

Moroccan drylands are characterized by an unfavorable climate, marked by spatiotemporal irregularities, coupled with growing tensions on soil and water resources, which stresses the importance of a progressive orientation towards an economically feasible and environmentally viable agriculture. Rational use of no-tillage (NT) technologies, conservation cropping systems and crop residue management have noticeable impacts on crops and soils. Agronomic benefits from no-tillage systems compared to traditional and conventional tillage systems are well shown from research sites, either at the experimental or farmer level. There is an increase in wheat yield under no-tillage systems varying from 2.4 to 146 % depending on NT history, cropping system and soil type. The efficiency of a no-till system for carbon sequestration is enhanced when used in combination with high intensity wheat rotation and maintenance of residue cover. In other terms, while soil organic matter (SOM) levels in Morocco are low, i. e. <1 – 2 %, conservation cropping systems managed under no-tillage technologies caused sustainable increases in crop yields associated with higher SOM. No-tillage system increased organic matter labile fraction and soil pool in nitrogen, phosphorus and potassium. Water conservation and soil quality improvements were found proportional to residue cover level under no-tillage. As an important option for implementing no-tillage in farmer’s system, combining partial straw exportation and elimination of tillage practices was found to satisfy both water storage for stabilizing wheat yield and enhancement of soil organic matter. Reductions in soil erosion and carbon emissions under no-tillage systems were obvious from recent research studies.

Texte intégral

Introduction

1Au Maroc, les défis de la sécurité alimentaire et de la pauvreté sont exacerbés par un accroissement permanent de la population. Les pratiques traditionnelles agricoles affectent les ressources naturelles, l’environnement et la durabilité des agroécosystèmes. Les terres agricoles marocaines présentent des formes de dégradation structurale qui ont miné la productivité des sols et menacent à long terme l’industrie agricole (Ghaname, 2003). Les travaux de recherche, initiés en 1982, confirment la nécessité de faire évoluer les pratiques actuelles des systèmes d’exploitation agricole pour permettre aux agricultures marocaines de gagner en efficience sociale, économique et écologique (Mrabet, 2008). Les systèmes de semis direct avec couverture végétale (SD/CV) sont basés sur quatre principes fondamentaux : 1) supprimer les labours ; 2) couvrir en permanence le sol par une couverture morte constituée de résidus de récolte (paillis) ou vivante sous forme de couvertures végétales ; 3) semer directement à travers cette couverture protectrice (mulch) à l’aide d’outils appropriés et 4) contrôler les mauvaises herbes sans retourner le sol. Le paillis est stratégiquement situé à l’interface du sol-atmosphère dans SD/CV et agit d’une part, comme protecteur, et d’autre part, comme amendement des sols.

Semis direct de soja dans les résidus de culture du blé, Maroc.
© IRD/É. Roose

Effets du semis direct sur couverture végétale : résultats et discussion

Atténuation des processus d’érosion

2Les sols marocains sont vulnérables à l’érosion du fait des forts contrastes climatiques, des faibles couvertures végétales au moment des premières pluies, du faible taux de matières organiques dans les horizons labourés et de leur stabilité structurale réduite.

3La suppression des labours et le maintien du couvert végétal permettent de dissiper l’impact des pluies, de ralentir les processus de ruissellement et de diminuer les pertes en sédiments. Par conséquent, le système SD/CV favorise l’infiltration de l’eau dans le sol. Selon Nouira et al. (2007), l’emploi du7 Be pour le court terme a révélé que le semis direct conduit à des taux d’érosion plus faibles que le labour conventionnel d’un vertisol dans le Maroc central. Ces résultats ont été confirmés par Moussadek et al. (2011a) en utilisant la simulation de pluies (fig. 1). Le SD/CV agit sur l’agrégation du sol à travers son action sur les agents d’agrégation : la matière organique, les microorganismes, l’aération, la circulation de l’eau et les réactions physico-chimiques. À ce système est souvent associé un état physique du sol qui ne pénalise pas les cultures et qui est efficace à réduire le développement des croûtes de battance et du compactage (fig. 2).

Figure 1. Effet de deux intensités de pluie sur le ruissellement cumulé sous semis avec travail conventionnel (SC), semis direct sans résidus de culture (SD0) et sous semis direct avec 50 % des résidus retournés à la surface du sol (SD50). Pour chaque intensité de pluie, les traitements ayant la même lettre ne sont pas significativement différents selon le test de Tukey (P < 0,05).
Source : Moussadek et al., 2011a.

4La même étude de Moussadek et al. (2011a) a montré que le semis direct avec résidus se distingue nettement du labour conventionnel (SC) et du semis direct sans couverture végétale (SD0) avec une lame infiltrée significativement plus élevée (23,7 mm, contre 13,2 mm et 9,7 mm respectivement pour SC et SD0). Par ailleurs, la concentration des sédiments s’est avérée aussi significativement plus élevée sous SC et SD0 (2,8 g/l et 2,4 g/l, respectivement) par rapport au SD50 (1,45 g/l). Les taux d’érosion mesurés ont été minimums sous SD50 (8,8 g/m2) et nettement plus élevés sous SD et SC (49,9 g/m2 et 47,9 g/m2, respectivement). Ceci indique que la présence des résidus en surface du sol est indispensable pour réduire les pertes en terres sur les Vertisols en SD/CV.

5La résistance à la pénétration du Vertisol soumis au semis direct est plus forte dans l’horizon 5 à 15 cm que sous le système associé au labour : on pourrait donc s’attendre à une moindre infiltration des eaux de pluie, mais celles-ci ont la possibilité de pénétrer à l’intérieur du profil par les fissures laissées par le dessèchement des argiles gonflantes, du moins au début de la saison humide.

Figure 2. Profils d’impédance d’un Vertisol soumis aux systèmes de semis direct (SD/CV) et de travail du sol conventionnel (CT).
Source : Mrabet, 2008.

6Ces mêmes auteurs ont montré l’effet positif du SD/CV sur la qualité du sol en augmentant son taux de matière organique et en stabilisant sa structure (fig. 3). Ces résultats ont été confirmés précédemment par Mrabet et al. (2001a) et par Lahlou et Mrabet (2001) sur un sol calcimagnésique dans la Chaouia. À long terme, le semis direct assure une stabilité structurale des sols à tout agent dégradant et la matière organique reste le facteur déterminant de cette agrégation et de la stabilité de l’agroécosystème (tabl. 1).

7Lahlou et al. (2005) ont montré que l’effet combiné du SD/CV et de la rotation céréalière a largement modifié la distribution de la taille des pores. En effet, l’augmentation de la teneur en matière organique améliore la porosité structurale du sol. Kay et Vandenbygaart (2002) ont rapporté que les différentes formes de matière organique stabilisent les pores et augmentent leurs résistances aux différentes formes de stress.

Tableau 1. Effets du système de travail du sol sur l’agrégation du sol.

Sols

Années

SD/CV

Travail du sol

Références

Calcimagnésique

4

65a

48

Lahlou et Mrabet (2001)

Vertisol

4

3,40b

2,90

Kacemi et al. (1992)

Calcimagnésique

11

3,78b

3,21

Mrabet et al. (2001a)

a = Hydrostabilité des agrégats (% agrégats de 1-2 mm).
b = Diamètre moyen pondéré des agrégats (mm).

Figure 3. Effet des modes du travail du sol (travail conventionnel [SC], semis direct sans résidus de culture [SD0] et semis direct avec 50 % des résidus retournés à la surface du sol [SD50]) sur le diamètre moyen pondéral (DMP). Pour les trois types de mesure du DMP (humectation rapide, test à l’éthanol, humectation lente) et pour la moyenne de ces trois tests, les traitements ayant la même lettre ne sont pas significativement différents selon le test de Tukey (P <0,05).
Source : Moussadek et al., 2011a.

Entretien et amélioration de la fertilité des sols

8En plus de l’effet protecteur du SD/CV, les recherches entreprises aussi bien en station expérimentale que chez des agriculteurs ont permis de conclure que ces systèmes améliorent les taux et la qualité des matières organiques des sols, particulièrement en surface ou zone de semis. En effet, les recherches ont montré que les propriétés physiques (i. e. agrégation, porosité), hydriques, hydrodynamiques et chimiques (i.e. teneurs en éléments nutritifs, pH, CEC) s’améliorent progressivement au cours du temps et en fonction des apports de résidus de récolte (Ibno-namr et Mrabet, 2004 ; Mrabet et Ibno-namr, 2008). Le semis direct affecte la dynamique de la matière organique à travers une modification de la localisation des matières organiques. Généralement, le semis direct cause une stratification de la matière organique en surface du sol, associée à un appauvrissement ou non en ces matières en profondeur (Mrabet, 2002). Le maintien du tapis protecteur à la surface du sol a permis l’approvisionnement de ce dernier en éléments nutritifs par séquestration de la matière organique (tabl. 2 et 3).

Amortissement des effets de sécheresse

9Le paillis sous SD/CV modifie le bilan radiatif au niveau du sol et les échanges turbulents entre le sol et l’atmosphère. Ces actions se traduisent par la réduction de l’évaporation du sol et des amplitudes thermiques en son sein en présence d’un paillis.

Tableau 2. Effets des systèmes de travail du sol sur les niveaux de matières organiques du sol dans différentes régions agricoles du Maroc.

Tableau 2. Effets des systèmes de travail du sol sur les niveaux de matières organiques du sol dans différentes régions agricoles du Maroc.

Source : Mrabet, 2011b.

Tableau 3. Effets du système de travail du sol sur le niveau d’azote, de phosphore et de potassium dans les horizons de surface d’un sol calcimagnésique (11 ans d’expérimentation).

Horizons (mm)

SD/CV

Labour conventionnel

Azote Total (g kg-1)

0-25

1,84

1,33

25-70

1,49

1,34

70-200

1,20

1,20

P Olsen (mg kg-1)

0-25

29,9

18,0

25-0

19,3

16,5

70-200

8,7

10,9

K échangeable (mg kg-1)

0-25

476

284

25-70

292

257

70-200

149

178

Source : Mrabet, 2011b.

10Mrabet (1997) a rapporté que la couverture du sol par les résidus de récolte baisse la température du sol, diminue l’évaporation et augmente la teneur en eau dans les horizons de surface, permettant des semailles précoces qui valorisent mieux les chutes de pluie. Pour des profondeurs de 10 à 15 cm, une diminution de température de 1 à 5 ° C a été observée durant le cycle du blé sous semis direct par rapport au travail du sol conventionnel. Toutes ces améliorations hydrothermiques (augmentation de l’infiltration, diminution de l’évaporation) entraînent une amélioration du stockage de l’eau dans le sol. Cette situation améliore la résilience des cultures aux effets des stress hydriques et thermiques associés à la sécheresse.

11En régime humide, le semis direct (SD/CV) a permis de maintenir l’humidité du sol au-dessus du point de flétrissement 8 jours de plus par rapport au travail du sol au chisel (avec 40 % de couverture par les résidus) et 23 jours par rapport à la charrue à disques. Par contre en régime sec, cette période était de 14 jours par rapport au chisel et de 25 jours par rapport à la charrue à disques : pour les autres types de travail du sol, les périodes étaient intermédiaires.

Mitigation des émissions de carbone

12L’agriculture est directement impliquée dans la production et la régulation de la concentration atmosphérique des trois principaux gaz à effet de serre uniformément mélangés à la troposphère (GIEC, 2007). La respiration (minéralisation de la matière organique et libération de CO2) excessive des sols agricoles par les labours et les préparations de lits de semences constitue une source très importante d’émission de carbone (Reicosky et al., 1997). Selon la figure 4, SD/CV réduit significativement les émissions du dioxyde de carbone vers l’atmosphère par rapport aux pratiques de travail du sol.

Figure 4. Effet du travail du sol et du SD/CV sur l’évolution de l’émission du CO2.
Source : Moussadek et al., 2011b.

Productivité des cultures

13Dans le bassin Méditerranéen, et particulièrement au Maroc, les systèmes actuels, déjà peu productifs et non durables dans les situations climatiques que nous connaissons, le seront probablement encore moins au cours du XXIe siècle (GIEC, 2007). La construction d’une fertilité durable sous SD/CV se traduit par l’obtention de productions supérieures à celles des situations antérieures, et surtout, avec une faible variabilité d’une année à l’autre (Mrabet, 2011a).

14De nombreux essais mis en place dans différentes conditions pédoclimatiques ont permis des améliorations substantielles sous SD/CV des productivités et des efficiences d’utilisation de l’eau de plusieurs cultures stratégiques pour le pays (orge, blé, maïs, tournesol, fève, lentille, pois chiche). Ainsi, selon le tableau 4, SD/CV permet en moyenne une augmentation du rendement du blé de 31 % avec une variation allant de 2,4 % à 146 %.

Tableau 4. Rendements du blé (Mg ha-1) sous semis direct et travail conventionnel du sol dans plusieurs régions agricoles du Maroc (compilés par Mrabet, 2011b).

Tableau 4. Rendements du blé (Mg ha-1) sous semis direct et travail conventionnel du sol dans plusieurs régions agricoles du Maroc (compilés par Mrabet, 2011b).

SD/CV = semis direct sur couvert végétal.
TC = travail du sol conventionnel.

Conclusions

15La couverture du sol par les résidus de culture sous SD/CV, l’accumulation de carbone lié dans les premiers centimètres du sol et l’augmentation de la cohésion du sol sont favorables à la lutte contre l’érosion hydrique.

16En plus de la réduction des pertes de sol, d’eau et de nutriments par érosion, l’autre raison souvent associée à l’augmentation de l’adoption du SD/CV est son impact sur le stockage du carbone dans le sol. Sous SD/CV, la production de matière organique est continue et elle conduit à un sol biologiquement actif.

17L’expérimentation sur les systèmes de cultures et de travail du sol a montré que le SD/CV améliore le rendement des cultures et la conservation de l’eau même en années sèches. Par conséquent, les labours et les préparations des lits de semences ne sont plus des garanties pour obtenir des rendements durables en milieux semi-arides et subhumides marocains, comme le prétendaient les études agronomiques antérieures.

18En plus de l’élimination de la perturbation du sol, une gestion appropriée des résidus de récolte en SD/CV augmente l’infiltration de l’eau et réduit les pertes d’eau par évaporation et par conséquent, améliore l’efficience d’utilisation de l’eau et des éléments nutritifs par la culture. Si les SD/CV présentent de nombreux avantages agronomiques et environnementaux, comme nous venons de le voir, les conditions de sa faisabilité en milieu agricole peuvent constituer un frein à son adoption. L’application du semis direct dans les zones semi-arides peut aussi se heurter à des résistances culturelles et historiques dues à une très ancienne pratique du labour et du pâturage des chaumes en été. En semis direct, la suppression du travail du sol nécessite une utilisation renforcée des herbicides. L’emploi des herbicides exige un coût initial plus élevé, et surtout, une bonne connaissance des produits et de leur utilisation. Cette maîtrise de la lutte chimique n’est pas acquise par tous les agriculteurs, et les parcelles en SD/CV peuvent être envahies par les adventices. Les activités d’élevage au Maroc constituent une autre contrainte souvent mentionnée à l’adoption de ce système. Ainsi, les systèmes de SD/CV peuvent être difficiles à utiliser lorsqu’il y a une très grande pression du bétail sur les résidus de récolte. Cela a une importance particulière dans les secteurs semi-arides où la subsistance repose sur la production de grains et sur le bétail consommateur de paille.

Bibliographie

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Table des illustrations

Légende Semis direct de soja dans les résidus de culture du blé, Maroc.© IRD/É. Roose
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Légende Figure 1. Effet de deux intensités de pluie sur le ruissellement cumulé sous semis avec travail conventionnel (SC), semis direct sans résidus de culture (SD0) et sous semis direct avec 50 % des résidus retournés à la surface du sol (SD50). Pour chaque intensité de pluie, les traitements ayant la même lettre ne sont pas significativement différents selon le test de Tukey (P < 0,05).Source : Moussadek et al., 2011a.
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Légende Figure 2. Profils d’impédance d’un Vertisol soumis aux systèmes de semis direct (SD/CV) et de travail du sol conventionnel (CT).Source : Mrabet, 2008.
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Légende Figure 3. Effet des modes du travail du sol (travail conventionnel [SC], semis direct sans résidus de culture [SD0] et semis direct avec 50 % des résidus retournés à la surface du sol [SD50]) sur le diamètre moyen pondéral (DMP). Pour les trois types de mesure du DMP (humectation rapide, test à l’éthanol, humectation lente) et pour la moyenne de ces trois tests, les traitements ayant la même lettre ne sont pas significativement différents selon le test de Tukey (P <0,05).Source : Moussadek et al., 2011a.
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Titre Tableau 2. Effets des systèmes de travail du sol sur les niveaux de matières organiques du sol dans différentes régions agricoles du Maroc.
Légende Source : Mrabet, 2011b.
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Légende Figure 4. Effet du travail du sol et du SD/CV sur l’évolution de l’émission du CO2.Source : Moussadek et al., 2011b.
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Titre Tableau 4. Rendements du blé (Mg ha-1) sous semis direct et travail conventionnel du sol dans plusieurs régions agricoles du Maroc (compilés par Mrabet, 2011b).
Légende SD/CV = semis direct sur couvert végétal.TC = travail du sol conventionnel.
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Auteur

Agro-pédologue, enseignant-chercheur, Inra, Tanger, Maroc. mrabet@inra.org.ma

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