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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 34. Adaptations de l’agriculture à l’aridité dans les îles Canaries

De la collecte du ruissellement au mulch de pierres volcaniques

Marisa Tejedor, Conception Jiménez et Francisco Díaz

Résumé

Dans les régions extrêmement arides (Pluie = 150 mm, ETP = 1 800 mm) des îles Canaries, à l’est de Fuerteventura et de Lanzarote et au sud de Tenerife, l’agriculture a été maintenue depuis des décades par divers systèmes traditionnels de gestion du ruissellement. Ces systèmes ont montré leur efficacité durable pour augmenter la production agricole dans cet environnement peu favorable sans entraîner la dégradation des ressources en eau et en sols. Parmi d’autres, les techniques de capture du ruissellement (gavias) et de mulch de gravier (arenados) jouent encore localement un rôle important dans l’agriculture de certaines îles. Bien que le rôle majeur de ces systèmes est d’augmenter la disponibilité en eau pour les cultures hors irrigation, ces techniques permettent aussi la production agricole sur des sols naturellement salés et, pour certaines d’entre elles, sans apport d’engrais minéraux ou organiques. Dans ce chapitre sont décrits deux de ces techniques montrant leur intérêt pour résoudre certains problèmes de contraintes de l’agriculture en zones arides telles que le manque d’eau, la salinité et la sodicité, la faible fertilité des sols.

In arid lands (Rain = 150 mm, PET = 1 800 mm) of Canary Islands (Fuerteventura, Lanzarote, Tenerife), agriculture has been sustained for decades by several traditional rainfed agricultural systems. These systems have been sustainable as a means to increase the crop production in very unfavourable environment without degradation of soil & water resources. Among these techniques, those based on runoff-capture (gavias) or on lithic-mulch (arenados) remain today a significant component of the agriculture on some islands. Although the primary goal is to increase the water supply for crops, making unnecessary conventional irrigation, equally important factors are that these techniques permit crop production in natural saline soils and sometimes without addition of mineral or organic fertilizers. In this chapter, the main techniques are described and data reported in order to show its efficiency solving environmental constraints such as lack of water, salinity and low fertility.

Texte intégral

Introduction

1Les Canaries (27° 37’ lat. N et 13° 20’-18° 10’ long. W) sont situées à environ 100 km de la côte africaine. L’archipel est formé de sept îles volcaniques de hauteur décroissante : Tenerife (3 718 m), La Palma (2 426 m), Grande Canarie (1 949 m), La Gomera (1 487 m), El Hierro (1 500 m), Fuerteventura (807 m) et Lanzarote (670 m).

2Le climat varie entre le climat tempéré marin et le climat tropical et comprend de nombreux microclimats locaux en fonction de l’altitude, des vents du nord-est et des vents chauds d’altitude, de la proximité de l’Afrique et du courant froid des Canaries. La face nord des zones montagneuses est soumise aux vents humides et froids, tandis que les vents du Sud sont chauds et secs. Fuerteventura et Lanzarote sont trop basses pour profiter des vents humides : leur climat est donc aride. Tenerife montre une série de régimes hydriques du sol en fonction de son altitude : aride, ustic, udic, xeric (N) et aridic au Sud. Le régime thermique varie beaucoup de hyperthermique, isothermique, isomesic, mesic au Nord et hyperthermic et thermique au Sud. Au-dessus de 3 000 m, le régime est cryic. Sous conditions naturelles, les sols de Lanzarote et Fuerteventura ont des régimes aridic et hyperthermic.

3De vieux matériaux Miocène coexistent avec toute une série de matériaux volcaniques. La dernière éruption sur terre eut lieu à La Palma en 1971 et sous la mer en 2012 au large de El Hierro. On trouve aussi des dépôts alluviaux et des sables marins éoliens sur certaines îles.

4Les systèmes de conservation de l’eau et des sols (CES) décrits ici sont pratiqués dans les zones les plus arides et au sud des îles montagneuses. Les précipitations moyennes ne dépassent pas 150 mm/an et sont concentrées en quelques événements avec une grande variabilité interannuelle. La température moyenne varie autour de 20 °C avec de grosses fluctuations entre le jour et la nuit. Le vent souffle constamment. Le soleil luit durant 7 à 8 heures/jour et l’ETP tourne autour de 1 800 mm/an. D’après la convention des Nations unies pour combattre la désertification, la zone court de gros risques de désertification avec un rapport Pluies/ETP de 0,08.

5Les sols les plus anciens sont des Aridisols (Calcid, Argids, Salids) correspondant aux formations paléo-édaphiques qui reflètent les fluctuations climatiques du Quaternaire. Les Entisols sont aussi présents (Psamments, Fluvents, Orthents). Les Andisols et Vertisols sont moins fréquents.

6Les ressources en eau sont extrêmement limitées. Les eaux de surface sont collectées dans des barrages, des réservoirs et des citernes, lesquels sont souvent remplis de sédiments, tandis que les eaux de nappe riches en Na Cl sont tirées des puits. La rareté des eaux a entraîné récemment l’application de méthodes de désalinisation et purification des eaux de mer, de nappes et de puits, ainsi que le recyclage des eaux usées. Aujourd’hui, 100 % des eaux de consommation humaine de Fuerteventura et Lanzarote sont désalinisées. Cependant, l’agriculture pluviale a été pratiquée depuis des lustres, associée à des techniques traditionnelles de CES qui seront décrites ici. Ces systèmes peuvent être classés en deux groupes : la capture du ruissellement et le mulch minéral de graviers volcaniques.

Les pratiques traditionnelles de conservation de l’eau et des sols

L’agriculture sous capture du ruissellement

7Elle a été utilisée depuis des millénaires dans les zones arides et semi-arides en Afrique, Amérique et Asie, là où l’eau est le facteur limitant de la production de cultures (Roose, 1994 ; Doolittle, 2000 ; Tesfai et Stroosnijder, 2001 ; Pandey et al., 2003 ; Prasad et al., 2004 ; Avni et al., 2006 ; Sandor et al., 2007 ; Roose et al., 2011). Malgré une grande diversité de formes, les systèmes de capture du ruissellement appliquent toujours la même stratégie d’amélioration de la disponibilité en eau des cultures en capturant le ruissellement généré durant les averses sur des parcelles planées et damées situées en amont des cultures (Ben-Asher et Berliner, 1994). Une grande quantité d’eau peut être stockée profondément dans le profil du sol cultivé, permettant de produire des cultures sans irrigation malgré le climat aride et sans utiliser d’engrais. En effet, le ruissellement capté apporte non seulement l’eau nécessaire, mais aussi des sédiments fertiles et riches en MO arrachés au sol de l’impluvium, renouvelant ainsi la fertilité du sol cultivé (Tesfai et Sterk, 2002). Dans les îles extrêmement arides de Lanzarote et Fuerteventura, un de ces systèmes connu sous le nom de « gavias » a permis la production agricole durable depuis plus de deux siècles sans irrigation ni engrais organique ou minéral.

8Ce système « gavias » occupe environ 7 300 ha sur les deux îles : il peut être classé comme un système agricole à « macrobassins » (Tauer et Humborg, 1992 ; Lovenstein, 1994) dont le rapport surface impluvium/surface cultivée varie de 8/1 à 50/1. Sur des pentes de 20 à 80 %, la présence de croûtes de battance réduisant l’infiltration ou d’une croûte calcaire et d’une faible couverture végétale (10 à 20 %) tout cela entraîne le ruissellement même à des faibles intensités des pluies considérées comme non érosives. Ainsi, Jiménez et al. (2002), rapportent que l’intensité de pluie de 10 mm/h est suffisante pour déclencher du ruissellement capté par ce système. L’impluvium est aménagé en parcours léger pour des chèvres pour maintenir un couvert végétal faible d’herbes annuelles et de buissons de xérophytes (Lannea arborescens, Salsola vermiculata).

9La configuration des parcelles de « ruissellement-capture » dans les îles est montrée sur la photo a. Le ruissellement pendant les averses est capté par des drains et redistribué dans les zones plates par des canaux de diversion dans les parcelles entourées de murs de terre de 0,5 à 3 m de hauteur. Les parcelles cultivées sur les glacis sont orientées perpendiculairement à la pente : elles peuvent atteindre 600 à 10 000 m². Chaque parcelle a une entrée réglable par des planches pour contrôler le volume d’eau et un seuil pour drainer les excès. Ces parcelles sont généralement groupées en terrasses, appelées « rosas », de telle sorte que chaque parcelle est située un peu en contrebas de la parcelle directement en amont et reçoit de l’eau du drain principal, mais aussi l’excédant ruisselant de la parcelle amont. Généralement, les paysans choisissent quelle parcelle sera inondée lors de chaque averse en jouant sur le seuil de sortie. Par conséquent, avec les années, le taux de sédiment est supposé homogène dans toutes les parcelles d’un groupe. Les sols les plus fréquemment cultivés sont classés en Torrifluvent, Paleargids, Calciargids, Natrargids, Haplocalcids et Petrocalcids : leur texture en surface varie de limons à argile limoneuse (Jiménez et al., 2002).

10Une fois le ruissellement retenu sur les parcelles, l’eau s’infiltre dans le profil permettant la croissance des plantes, mais aussi la recharge des nappes. Les pluies erratiques et peu abondantes arrivent cependant à produire du ruissellement au moins une fois par an. Les cultures doivent donc réaliser tout leur cycle à partir de l’eau stockée dans le profil. Même lors des années les plus sèches (p < 100 mm), le système des « gavias » permet de stocker près de 350 mm dans le mètre supérieur du profil, ce qui correspond à environ 150 mm d’eau disponible pour la culture. Dès que les eaux du gavia sont infiltrées, les champs sont cultivés en céréales (Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Avena sativa, Zea mays) et en légumineuses (Lens esculenta, Cicer arietinum, Phaseolus lunatus, Medicago sativa). Généralement, on observe une rotation avec des légumineuses tous les trois ans. Les rendements dans les gavias sont relativement bas et très variables en fonction des disponibilités en eau : le blé produit en moyenne 1,2 t/ha de grains.

a : exemple de capture du ruissellement (= gavias) dans l’île de Fuerteventura, Canaries, Espagne.
© M. Tejedor
b : type « d’arenados », champs couvert de cendres volcaniques, aménagé en entonnoir planté en vignes ou en figuiers.
© M. Tejedor
c : arenados billonné, irrigué par goutte à goutte et planté en oignons : île de Lanzarote, Canaries, Espagne.
© M. Tejedor

11Le tableau 1 compare les propriétés chimiques et physiques des 25 cm supérieurs des gavias et des sols adjacents non cultivés. La conductivité électrique et le Na échangeable sont significativement plus bas sur gavias cultivés que sur les sols non cultivés, tandis que le pH et Ca + Mg échangeables sont plus hauts sur gavias. Ceci montre le lessivage des sels Na lors de l’inondation des parcelles de gavias : la dissolution des carbonates de calcium apporte probablement le calcium nécessaire pour déloger le sodium. Le pH élevé provient de l’incorporation de sédiments riches en bases des couches voisines du bassin versant. Les sols cultivés sur gavias sont généralement plus riches en argiles et limons, tandis que les parcelles non cultivées sont plus sableuses : cela s’explique par l’apport de particules fines en suspension dans le ruissellement. Cet apport de particules fines entraîne aussi une capacité d’échange de base (CEC) plus élevée. Le taux de carbone, le phosphore assimilable, le K échangeable et le fer extrait au DPTA ne sont pas statistiquement différents. Cependant, le N total, le manganèse, le cuivre et le zinc extraits au DPTA sont significativement supérieurs, ce qui montre qu’ils sont arrachés par l’érosion dans le bassin en amont, et déposés dans les gavias, ce qui équilibre les pertes et exportations de nutriments lors des cultures (Dìaz et al., 2011).

Tableau 1. Propriétés chimiques et physiques de l’horizon superficiel (25 cm) dans des sols aménagés pour capturer le ruissellement et des sols non cultivés ; n = 40-41 ; moyennes ± deviation standard ; l’asterisque derrière les valeurs indique les differences significatives (p < 0,05).

Tableau 1. Propriétés chimiques et physiques de l’horizon superficiel (25 cm) dans des sols aménagés pour capturer le ruissellement et des sols non cultivés ; n = 40-41 ; moyennes ± deviation standard ; l’asterisque derrière les valeurs indique les differences significatives (p < 0,05).

12Grâce à des pièges à sédiments disposés dans 14 parcelles, Díaz et al. (2011) ont observé que l’épaisseur des sédiments déposés varie de 2 à 8 mm, soit en moyenne 46,1 t/ha/an. Cependant, cette épaisseur varie en fonction de l’intensité des pluies, facteur explicatif majeur du ruissellement et de l’érosion. Ces dépôts frais cumulés depuis des années entraînent l’approfondissement des sols cultivés et des profils moins contrastés, moins évolués, car la sédimentation est plus rapide que la formation naturelle du sol. La teneur en argile et limons représente plus de 80 % de la texture des gavias cultivés.

13L’analyse chimique de ces sédiments permet de calculer les apports de nutriments par le ruissellement. On estime à 76,7 kg de C et 8,7 kg de N par mm de sédiment/ha. L’apport annuel de N total varie autour de 33,6 kg/ha/an. L’apport de phosphore assimilable (Olsen) varie de 0,11 à 0,48 kg/ha/mm de sédiment. Le contenu en P total d’un millimètre de sédiment varie de 3 à 16 kg/ha/mm de sédiment, soit une moyenne de 35,3 kg/ha/an de P total. Les sédiments apportés par le ruissellement sont riches en bases, principalement du Ca et Mg. L’apport de calcium varie entre 27,6 et 58,9 kg de Ca et 5,7 à 16,6 kg de Mg par hectare et par millimètre de sédiments. Cet apport de cations bivalents est très important dans ces sols souvent affectés par la sodification, car ils chassent le Na du complexe absorbant. L’apport annuel de K atteint en moyenne 48,8 kg/ha/an. L’apport des micro-nutriments (Fer, Mn, Cu, Zn) s’élève à 0,13-0,18-0,04 et 0,01 kg/mm de sédiments/ha. Tous ces nutriments associés aux sédiments, au ruissellement, à la fixation biologique de N avec les légumineuses et aux dépôts éoliens maintiennent durablement la fertilité de ces sols cultivés malgré la minéralisation des MO, le lessivage dans les eaux de drainage, la dénitrification et l’exportation des nutriments par les récoltes.

L’agriculture sous mulch de cailloux

14C’est une technique agricole qui existe depuis des millénaires dans diverses zones arides et semi-arides du monde. Elle consiste à couvrir la surface du sol par une couche de pierres dans le but principal de conserver l’eau (Modaihsh et al., 1985 ; Nachtergaele et al., 1998 ; Lightfoot, 1994 ; Doolittle, 1998 ; Pérez, 2009). Bien que cette technique ait permis une augmentation du rendement des cultures et une extension à des terres marginales, elle reste confinée à de petites surfaces et est abandonnée après une période relativement courte. Les auteurs pensent que c’est dû à un changement climatique, à une perte de fertilité ou même à l’érosion décapante (Berlin et al., 1990 ; Lightfoot, 1994 ; Doolittle, 1998). Mais certaines de ces techniques subsistent encore dans les îles Canaries. Comme mulch on utilise les produits pyroclastiques volcaniques, basaltiques à Lanzarote et Fuerteventura, des pierres ponces à Ténériffe et des sables marins organiques à Lanzarote.

15À Lanzarote et Fuerteventura, la vieille tradition de l’usage de tephra (pyroclastes basaltiques) comme mulch a permis une certaine extension de la culture pluviale. Grâce à la proximité des carrières de produits volcaniques pyroclastiques et des sols agricoles, 14 214 ha de ce mode de culture sont rentables. Cette technique nommée « arenados » est probablement née à la période 1730-1736, en même temps que les éruptions de Lanzarote. Quintana et de León (2000) ont retrouvé des cultures selon cette technique jusqu’en 1733 (voir photos b, c).

16À Lanzarote, près des cônes volcaniques, on trouve des arenados naturels. Lorsque la couche de cendres est épaisse, les fermiers creusent des trous de 3 m de diamètre jusqu’au sol primitif, ajoutent du fumier avant de planter des vignes ou des figuiers et les entourent souvent de murettes de basalte de telle sorte que la culture est bien ancrée dans le sol et protégée du vent. Ces paysages typiques sont appelés « Geria ».

17À Lanzarote et Fuerteventura, des arenados artificiels sont établis par les fermiers sur des terres qui n’ont pas été recouvertes par les cendres lors des éruptions volcaniques. Il s’agit souvent de champs de capture du ruissellement « gavias » ou des terres trop pauvres qui reçoivent une couche de tephras volcaniques extraits de carrières. L’épaisseur de cette couche varie de 5 à 20 cm, le plus souvent autour de 10 cm. Auparavant, le sol est couvert de 3 cm de fumier. La durée de ce système est de 25 à 30 ans, après quoi le mulch doit être remplacé. Les cultures les plus fréquentes sont : les oignons, les patates, les patates douces, les potirons, le maïs, les haricots et les lentilles. La production est relativement élevée : 10 t/ha/an d’oignons et 7 t/ha de patates.

18Le système du mulch de pyroclaste basaltique améliore les conditions pédologiques en augmentant l’infiltration et en réduisant l’évaporation, la salinisation et la sodification. Des mesures en laboratoire sous simulation de pluies, avec des pyroclastes basaltiques moyens (D médian = 2 à 4 mm) sur un sol argileux ont montré que l’intensité d’infiltration double et que le stock d’eau infiltré triple. Sur le sol non mulché, le ruissellement commence déjà après 3 minutes, mais seulement après 28 minutes sur parcelle mulchée (Tejedor et al., 2003a). En effet, le mulch de tephras réduit l’action directe des gouttes de pluie, la rupture des agrégats, le remplissage des pores et la formation d’une croûte de battance qui réduit considérablement l’infiltration et le temps de la naissance du ruissellement (Valentin, 1991 ; Le Bissonnais et Singer, 1992 ; Roose, 1994).

19Díaz et al. (2005) ont conduit des essais en laboratoire sur l’influence de l’épaisseur (2, 5 et 10 cm) et la texture des mulch sur l’évaporation du sol. Un sol typique de Lanzarote (silty clay Haplocambids) a été choisi. Un mulch de 5 cm fut choisi pour comparer l’effet des pyroclastes basaltiques fins, moyens et grossiers. Le sol a été saturé, drainé jusqu’à 50 % de son poids d’eau, puis soumis à l’évaporation pendant 31 jours à raison de 10 ± 1 mm/j., tenant compte du climat aride. Tous les échantillons couverts de mulch ont réduit l’évaporation de 92 % si leur épaisseur est de 10 cm, de 83 % pour 5 cm, de 52 % pour 2 cm. Tous les mulch de 5 cm, quelle que soit leur texture ont réduit l’évaporation de 81 à 85 %. Ces effets sur l’infiltration et l’évaporation sont reliés aux caractéristiques des pyroclastes utilisés qui ont des particules plus grossières et plus perméables que le sol en place, une très faible capacité de stockage de l’eau et une faible conductivité thermique. Toutes ces propriétés font de ce matériau un excellent mulch pour valoriser les rares averses.

20L’amélioration du régime hydrique du sol a un effet direct sur la salinité au voisinage des racines. Tejedor et al. (2003b) ont montré que les sols couverts de 15 cm de pyroclastes depuis 20 ans montrent des conductivités électriques et des taux de Na échangeables nettement plus faibles que les sols voisins non couverts (EC = 1,5 au lieu de 43 dSm-1 et ESP = 9 au lieu de 44). Ces résultats furent confirmés sur deux sols salés argileux ou limoneux, à partir du moment où ils furent recouverts d’un mulch (Tejedor et al., 2007). Pendant quatre ans, on a suivi l’évolution à court terme de la salinité après couverture des sols par 12 cm de mulch de basalte pyroclastique. La pluviosité annuelle a varié autour de 130 mm/an. La salinité des 40 premiers centimètres a baissé de 76 et 86 % sur ces deux sols. Le mulch a augmenté l’infiltration et réduit l’évaporation et les remontées du Na+ et des autres sels. L’augmentation de la dilution de la solution du sol a favorisé le lessivage du Na+ et la dissolution des sels calciques, ce qui explique la désodisation et la désalinisation du sol.

21Des variantes du système arenados qui utilisent d’autres matériaux minéraux comme mulch sont développées dans le sud de Tenerife et au centre de Lanzarote. Ces jables occupent 3 800 ha à Tenerife et 5 430 ha à Lanzarote : ces sols sont couverts de 20 à 60 cm de pierres ponces : les patates et la vigne sont les principales cultures. À Lanzarote, ces sols sont couverts d’une épaisseur variable de sables éoliens marins : si leur épaisseur est inférieure à 1 m, on y cultive des patates douces et des potirons.

Conclusions

22Les systèmes traditionnels agricoles ont eu un rôle clé dans l’histoire récente des zones arides des Canaries. Pourtant, la grande variabilité interannuelle de la pluviosité et les sécheresses prolongées ont entraîné maintes fois une très basse production des cultures non irriguées. Les systèmes décrits demandent peu de technologie ou de capital, mais beaucoup de main-d’œuvre pour leur construction et leur entretien, surtout pour les gavias. Considérant ces aspects socio-économiques et l’arrivée des touristes, plus de 50 % des surfaces aménagées avec ces techniques ont été abandonnées progressivement durant ces dernières décennies.

23Les systèmes étudiés présentent un haut degré d’adaptation au milieu et conservent bien les sols et l’eau, ressources très limitées en milieu aride. On peut les considérer comme des agrosystèmes durables. Ils ont un intérêt pour la production agricole, mais aussi pour la conservation des sols et contre la désertification. Ces agrosystèmes sont associés à l’identité de ces îles et font partie du paysage et du patrimoine culturel.

24Ces dernières décennies, le tourisme est à l’origine de nouvelles ressources non conventionnelles en eau à travers la désalinisation et le recyclage des eaux usées qui peuvent être utilisées pour irriguer ces zones de culture en sec. Les effets bénéfiques du mulch sur la qualité des sols ont permis le développement d’une agriculture irriguée plus productive qui combine les nouvelles technologies agricoles avec les avantages des techniques traditionnelles.

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Table des illustrations

Légende a : exemple de capture du ruissellement (= gavias) dans l’île de Fuerteventura, Canaries, Espagne.© M. Tejedorb : type « d’arenados », champs couvert de cendres volcaniques, aménagé en entonnoir planté en vignes ou en figuiers.© M. Tejedorc : arenados billonné, irrigué par goutte à goutte et planté en oignons : île de Lanzarote, Canaries, Espagne.© M. Tejedor
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Titre Tableau 1. Propriétés chimiques et physiques de l’horizon superficiel (25 cm) dans des sols aménagés pour capturer le ruissellement et des sols non cultivés ; n = 40-41 ; moyennes ± deviation standard ; l’asterisque derrière les valeurs indique les differences significatives (p < 0,05).
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Auteurs

Agro-pédologue, senior, département des sciences du sol et géologie, faculté de biologie, université de La Laguna, Tenerife, îles Canaries, Espagne. Marisa@lalaguna.univ.es

Agro-pédologue, chercheur, département des sciences du sol et géologie, faculté de biologie, université de La Laguna, Tenerife, îles Canaries, Espagne. conception. jimenez@lalaguna.univ.es

Agro-pédologue, chercheur-enseignant, département des sciences du sol et géologie, faculté de biologie, université de La Laguna, Tenerife, îles Canaries, Espagne. francisco.diaz@lalaguna.univ.es

© IRD Éditions, 2017

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