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Restauration de la productivité des sols tropicaux et méditerranéens

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Éric Roose

Partie 4. Restauration des sols par des techniques complexes

Chapitre 44. Haies vives de légumineuses arbustives et fumures organiques et minérales complémentaires pour la restauration de la fertilité des sols ferrallitiques acides du Rwanda

François Ndayizigiye

Résumé

Traditionnellement, pour maintenir ou restaurer la productivité de leurs champs, les agriculteurs rwandais ne disposaient que de la biomasse produite sur leurs exploitations (fumier, résidus de culture et déchets ménagers), sur les jachères, les côtés des routes et les forêts. Aujourd’hui, face à une forte pression démographique, l’agriculteur se heurte à trois contraintes majeures : l’exiguïté des terres arables, la minéralisation rapide des matières organiques et l’érosion persistante sur les parcelles ayant comme conséquence la destruction de la fertilité du sol et la diminution des rendements des cultures. Pour répondre à la demande croissante des besoins alimentaires, il devient alors indispensable de restaurer la fertilité des sols et intensifier la production des cultures par tous les moyens. Ainsi, compte tenu du contexte physique des exploitations (morcellement et dispersion des parcelles sur fortes pentes) et socio-économique des agriculteurs (main-d’œuvre insuffisante et moyens financiers faibles), une étude comparative des différentes techniques antiérosives combinées avec des méthodes culturales a permis de montrer que des haies vives de Leucaena et Calliandra bien gérées réduisent efficacement le ruissellement et l’érosion, et aident à améliorer la fertilité des sols par l’utilisation, sous diverses formes, de la biomasse produite. Mais malgré une lutte antiérosive efficace et une bonne gestion de la biomasse, l’utilisation raisonnée de fumier et d’engrais chimiques s’avère indispensable pour réussir l’intensification des cultures et nourrir une population en forte croissance.

Traditionally, to maintain or restore the productivity of their fields, the Rwandan farmers had only the biomass produced on their farms (manure, crop residues and household waste), on fallows, sides of roads and forests. Today, with a strong demographic pressure, the farmer faces three major constraints: the smallness of arable land, the quick mineralization of soil organic matters and the persistent erosion on the plots, having as a consequence the reduction of soil fertility and crop yields. And to meet the increasing demand for food needs, it becomes necessary to restore the fertility of the soil and increase the production of crops by all means. Thus, given the physical context of farms (fragmentation and dispersion of the plots on steep slopes) and socio-economic of farmers (insufficient labour force and low financial resources), a comparative study of different conservation tillage techniques combined with farming methods allowed to show that hedges of Leucaena and Calliandra well managed effectively reduce runoff and erosion, and help to improve the soil fertility through the use of biomass produced in various ways. But, despite an effective erosion control and good management of biomass, it is clear that the use of manure and reasonable chemical fertilizers is essential to lead to the intensification of crop.

Texte intégral

Introduction

1Au Rwanda, comme dans toute la région des grands lacs, le problème de diminution de la productivité des sols est, d’une part, fortement lié à l’érosion et à l’exploitation continue des terrains, et d’autre part, au morcellement des parcelles comme conséquence de l’explosion démographique. En 2002, la superficie des exploitations agricoles était réduite à moins d’un demi-hectare pour 43 % des agriculteurs et 33 % possédaient une parcelle comprise entre 0,5 et 1 ha (Minifin, 2002). Pour subvenir aux besoins familiaux sans cesse croissants, les agriculteurs sont amenés à cultiver sans repos le peu de terres disponibles sans amendements suffisants : en conséquence, les rendements de cultures ne font que diminuer.

2Différentes études (König, 1990 ; Ndayizigiye, 1993) ont montré que la dégradation des sols au Rwanda résulte principalement d’une érosion sélective et d’une insuffisance de matières organiques apportées au sol, et que l’intensification de la production nécessite, d’abord une lutte antiérosive efficace, ensuite un apport de matières organiques suffisant et enfin, un complément raisonné d’engrais minéraux appropriés.

3Plusieurs techniques antiérosives ont été identifiées, mais aucune d’elles n’est en mesure d’enrayer complètement l’érosion et de restaurer en même temps la fertilité du sol. Il faut une combinaison de techniques antiérosives et de méthodes culturales pour combattre efficacement l’érosion et restaurer la fertilité des sols. La majorité des paysans étant par ailleurs trop pauvres pour aménager leurs exploitations avec des structures antiérosives onéreuses comme les terrasses radicales et acheter assez d’engrais minéraux pour intensifier la productivité de toutes leurs terres, il faut trouver des techniques antiérosives et des méthodes culturales accessibles aux agriculteurs. Dans un lot de techniques proposées, chaque utilisateur devrait trouver un paquet qui lui est accessible. Un pari pas facile à gagner ! Nous présentons ici différentes façons dont les haies vives d’arbustes peuvent aider à résoudre le problème d’érosion et de fertilité des sols dans les petites exploitations agricoles.

Sur ce versant, les haies vives d’herbes ont permis de transformer la pente homogène en terrasses progressives mais n’ont pas supprimé toute érosion (voir sillons).
© F. Ndayizigiye

Dispositif de mesure du ruissellement et de l’érosion à la station de Rubona sur une pente de 28 % aménagée en terrasses progressives grâce à des haies de Calliandra calothyrsus.
© F. Ndayizigiye

Les haies vives de légumineuses arbustives, le ruissellement et l’érosion

4Installées à des équidistances appropriées (par exemple, une double haie tous les 5 à 10 mètres sur une pente de 15 % à 35 %), les haies d’arbustes comme Leucaena leucocephala et Calliandra calothyrsus permettent, au bout de trois ou quatre années de culture continue, de réduire considérablement le ruissellement d’environ 75-82 %, et l’érosion de plus de 98 % fig. 1 et 2).

Figure 1. Ruissellement sur les parcelles aménagées avec des haies d’arbustes à Rubona.

Figure 2. Érosion (t/ha/an) sur les parcelles aménagées avec des haies d’arbustes à Rubona.

5Notons qu’avec des méthodes culturales appropriées, notamment le labour perpendiculaire à la pente combiné avec les billons, on arrive à former, au bout de 8 à 12 ans, des terrasses d’équilibre où le ruissellement est pratiquement supprimé et ne persiste qu’une érosion sélective qui peut être combattue par l’utilisation de la matière organique.

La production de biomasse par les haies vives arbustives

6La quantité de biomasse produite par les haies arbustives varie selon les espèces utilisées et augmente avec le temps (fig. 3). Un mode de gestion approprié avec des coupes régulières au début, au milieu et à la fin de chaque saison culturale (3 à 5 coupes/an), permet d’obtenir des rendements de biomasse importants et garantit une durée de vie plus longue des arbustes. Ainsi, si l’on met une haie tous les 10 mètres, on arrive à produire en moyenne 4,5 t/ha/an de matière sèche pour le Calliandra et 3,8 t/ha/an de matière sèche pour le Leucaena après 4 ans d’installation (Ndayizigiye, 1993).

Figure 3. Évolution de la production de biomasse par les haies arbustives à Rubona.

7Sur cette figure, on peut noter que l’association de l’arbuste (ici, c’est le Calliandra) avec une herbe (ici, le Setaria sphacelata) permet d’avoir les deux premières années une grande quantité de biomasse, mais l’herbe dégénère très vite et ralentit la croissance et l’épanouissement de l’arbuste qui souffre de sa concurrence surtout en ce qui concerne l’eau. König (2007) déconseille aussi d’utiliser les lignes d’herbes, parce qu’elles perdent leur efficacité et leur vitalité après quelques années de plantation.

L’utilisation de la biomasse produite par les haies vives d’arbustes

8Les arbustes choisis pour les haies antiérosives sont des espèces légumineuses réputées pour leur pouvoir de fixation de l’azote atmosphérique et de recyclage d’autres éléments chimiques du sol (phosphore, potassium, calcium, magnésium assimilables) dont les cultures ont besoin pour leur développement. Ces éléments seront restitués au sol par les différentes voies par lesquelles la biomasse produite pourra être utilisée.

Sédimentation des terres érodées devant une haie double de Sétaria sphacelata et de bananiers formant progressivement un talu.
© IRD/É. Roose

Engrais vert

9L’enfouissement direct de la biomasse constitue la filière courte (1 à 3 mois) qui permet un « turn over » rapide des nutriments contenus dans la biomasse. En général, ce sont les exploitations ne disposant pas d’élevage qui ont recours à cette technique pour restaurer la fertilité du sol. Les enfouissements ont lieu au moment des labours en début de chaque saison culturale. Ils concernent surtout les adventices et les résidus de cultures constitués essentiellement de racines (les parties aériennes ayant été souvent exportées pour d’autres besoins, notamment le paillage, le chauffage, la construction des enclos). La biomasse ainsi constituée n’est pas très importante et est souvent de médiocre qualité. Par contre, la coupe des haies d’arbustes légumineux qui a lieu au début de la saison pourra fournir une quantité non négligeable de biomasse de bonne qualité qui sera enfouie pendant le labour et dont les éléments chimiques seront libérés au fur et à mesure de leur décomposition.

Paillage

10Le paillage est le moyen idéal de conservation du sol. Sur sol perméable fraîchement labouré, il permet de maintenir plus longtemps une bonne infiltration (Mannering et al., 1968 ; Roose, 1975 ; LAL, 1975 ; Ndayizigiye, 1993). En effet, il n’y a pas de formation de croûtes de battance ou de sédimentation qui peuvent réduire l’infiltration, et le paillis s’oppose à la formation du ruissellement et force l’eau à pénétrer dans le sol. Le paillage s’avère d’un grand intérêt au début de la saison de cultures où le sol reste nu pendant 2 semaines à 1 mois et après le premier sarclage des légumineuses et céréales. Ainsi, l’agriculteur peut utiliser la biomasse produite sur les haies vives pour pailler ses cultures. Il va procéder à la coupe des arbustes directement après le semis ou le premier sarclage. Dans les deux cas, le paillis va aider à limiter le ruissellement et l’érosion, mais seulement pendant 15 à 20 jours, suite à leur minéralisation rapide. Le grand avantage du paillage, c’est que les éléments recyclés sont directement restitués au sol, donc disponibles pour les cultures. Car le paillage est une filière courte pour restituer la totalité de la biomasse et les nutriments qui la constituent (K, Ca, Mg, C, d’abord par lessivage, N et P à mesure de la minéralisation et de l’humification à travers la méso et la microfaune) (Roose, 1993).

Compost

11Le compostage constitue une pratique valable pour les agriculteurs n’ayant pas de bétail pour se procurer de la matière organique nécessaire à la restauration de la fertilité du sol. Pour avoir un bon compost, il faut disposer d’une quantité importante de biomasse de bonne qualité. Ainsi, la biomasse produite sur les haies vives d’arbustes au milieu de la saison peut être utilisée pour enrichir le compost en la mélangeant avec les résidus de sarclage ou de récolte et la biomasse produite ailleurs (bords des chemins, boisements). Ce compost sera de bonne qualité et contribuera à la restauration de la fertilité des sols. Cependant, les paysans pauvres disposent rarement de suffisamment de biomasse pour réaliser un bon compost en quantité suffisante pour fertiliser toutes ses parcelles. De plus, le compostage exige beaucoup de travail pour transporter de grandes masses de biomasse, retourner les tas, puis transporter à nouveau aux champs le compost mature. Enfin, il faut disposer de beaucoup d’eau pour maintenir les tas suffisamment humides et favoriser les activités microbiennes.

Fourrage et fumier

12Dans les exploitations disposant d’élevage, une grande partie de la biomasse produite est utilisée comme fourrage pour les animaux. Cette filière est plus ou moins longue, car il faut 3 à 6 mois avant la maturité du fumier. Le rendement de restitution en biomasse et nutriments est généralement faible (30 à 40 %), mais la matière organique produite est de meilleure qualité (C/N = 60 pour la paille, 20 pour le fumier et 10 pour l’humus du sol). Le fumier apporte aussi la microflore indispensable pour mobiliser le stock minéral du sol et le rendre assimilable par la plante. Cependant, il a été constaté que le fumier produit sur la ferme chez les paysans est très pauvre en azote (0,52 % des matières fraîches).

13En comparant les éléments recyclés par les arbustes et ceux fournis par le fumier de ferme produit avec la vache (litière, déjections et urines), nous avons constaté que l’azote recyclé par les arbustes est 2 à 2,5 fois plus élevé que celui qui est présent dans le fumier, et que par contre, par rapport au fumier, le potassium et le phosphore recyclés sont respectivement 5 à 8 et 2,7 à 4 fois inférieurs pour les haies d’arbustes installées à 10 mètres d’équidistance (tabl. 1).

Tableau 1. Comparaison entre les éléments recyclés (kg/ha/an) par les arbustes des haies installées à 10 mètres d’équidistance et ceux fournis par 10 t de fumier de ferme sec.

Objet

Matières sèches (t/ha/an)

Azote (N) (kg/ha/an)

Phosphore (P) (kg/ha/an)

Potassium (K) (kg/ha/an)

Calliandra calothyrsus

4,5

124,2

9,2

27,7

Leucaena leucocephala

3,8

102,3

6,4

17,7

Fumier de ferme

10

52,4

25

142,7

14On remarque ici que les remontées chimiques dues à la biomasse produite par les arbustes sur les haies sont importantes. Dans une étude effectuée sur des sols pauvres à Ruhande, König (1990) a aussi trouvé des données du même ordre : les feuilles produites dans une haie de Calliandra (2 000 m par hectare) coupée trois fois par an contiennent jusqu’à 105 kg de N, 4,7 kg de P2O5 et 26 kg de K2O. La production de Leucaena leucocephala est inférieure à celle de Calliandra, qui est mieux adaptée aux sols acides et aux hautes altitudes.

15Ainsi, pour enrichir le fumier produit sur la ferme, il faudrait incorporer la biomasse produite par les arbustes légumineux dans le fourrage donné aux bétails. Non seulement cette biomasse est nutritive pour les animaux, mais aussi elle améliorera, par les déjections animales et les résidus de fourrage interposés, la qualité du fumier qui sera produit.

Les haies arbustives et la production vivrière

16L’utilisation des haies arbustives dans les exploitations paysannes permet, certes, de lutter contre l’érosion de façon satisfaisante et de produire une quantité non négligeable de biomasse de bonne qualité pour la restauration de la fertilité, mais son influence sur la production vivrière reste faible. Toutes choses étant égales par ailleurs, il n’y a pratiquement pas de différence de production entre les parcelles aménagées avec les haies vives arbustives et celle non aménagée (fig. 4). Malgré un apport constant de 10 tonnes/ha de fumier durant les trois premières années, les rendements sont restés faibles. À la quatrième année, l’application de 2,5 tonnes/ha de chaux, 30 tonnes/ha de fumier de ferme et 300 kg/ha d’engrais minéral (NPK triple 17) a généré des augmentations de rendements de cultures. Mais comme pour les années précédentes, il faut noter que ces rendements restent très voisins (très faible variabilité interparcellaire), ce qui justifie le fait de ne pas avoir de répétition de chaque traitement.

Figure 4. Comparaison de la production vivrière (kg/ha) sur les parcelles aménagées avec les haies d’arbustes à Rubona.

17Cependant, il a été constaté que si les rendements des cultures sur les parcelles aménagées n’ont pas augmenté de manière à dépasser ceux de la parcelle témoin, cela est imputable, d’une part, à une insuffisance d’éléments nutritifs, et d’autre part, à ce que les haies vives arbustives entraînent un appauvrissement en éléments fertilisants dans la partie amont des terrasses progressives (érosion sélective et décapage), et exercent une forte concurrence sur la partie aval des terrasses. En effet, sur la partie médiane de la terrasse où le décapage est moindre et la concurrence des haies faible, les rendements sont de 30 à 50 % supérieurs par rapport au témoin (fig. 5).

Figure 5. Incidence des haies d’arbustes sur les rendements du haricot à Rubona (saison 1992a).

18En utilisant la matière organique et les engrais chimiques, et en réduisant l’effet négatif dû au décapage et à la concurrence des haies par une gestion rigoureuse, on pourrait probablement après 5 ans de bonne gestion de la biomasse produite par les haies améliorer progressivement les rendements si toutefois, les exportations par les récoltes n’augmentent pas aussi vite.

Les haies vives arbustives et les engrais chimiques

19Les haies de Leucaena et Calliandra contribuent au recyclage des éléments nutritifs et à l’approvisionnement du système en C, N, et autres nutriments (fig. 6 et 7).

20Mais les méthodes « biologiques » seules ne peuvent pas rétablir la fertilité des sols déjà dégradés : un apport minéral supplémentaire (P et souvent Ca, Mg et oligoéléments) est nécessaire (Roose et al., 1992).

Figure 6. Évolution des propriétés chimiques du sol sur les parcelles aménagées avec des haies de Calliandra.

Figure 7. Évolution des propriétés chimiques du sol sur les parcelles aménagées avec des haies de Leucaena.

21Une haie d’arbustes légumineux, comme Calliandra ou Leucaena, n’est pas seulement capable d’arrêter le ruissellement et l’érosion, mais elle est aussi très efficace en ce qui concerne la fixation d’azote atmosphérique et le recyclage des éléments nutritifs (voir tableau 1 plus haut). En plus, une fois installée sur 10 à 20 % de la superficie totale de la parcelle, elle peut produire presque autant de biomasse par hectare et par an que des engrais verts qui occupent toute la parcelle (18 à 25 tonnes/ha de matières fraîches) (König, 1992). Néanmoins, une amélioration de la fertilité des sols déjà appauvris en éléments nutritifs ne peut pas être atteinte par des méthodes biologiques seules : sur ces sols pauvres, une application d’engrais minéraux est indispensable. La biomasse produite sur les haies vives servira alors de matière organique pour fixer les éléments chimiques de l’engrais minéral et les rendre disponibles pour les cultures.

Conclusions

22Dans les conditions d’agriculture rwandaise, la lutte contre la dégradation des sols passe d’abord par la maîtrise de l’érosion et l’utilisation de la matière organique. La maîtrise de l’érosion peut être obtenue par plusieurs techniques (terrassement radical ou progressif) et méthodes culturales (billons, planches), mais l’utilisation de la matière organique reste une importante préoccupation. Il faut que l’agriculteur soit en mesure de la produire lui-même vu qu’il n’a pas les moyens financiers de les acheter ailleurs. Ainsi, l’intégration des haies vives d’arbres légumineux dans des systèmes de production vivriers permet non seulement de lutter contre l’érosion, mais aussi de produire de la matière organique. La quantité de biomasse produite va servir de matières organiques et permettre l’utilisation des engrais minéraux. Car ni le fumier ni le compost ou l’engrais vert seuls ne sont en mesure d’améliorer la fertilité du sol. Le recours à l’utilisation d’engrais minéraux est indispensable pour apporter les éléments qui manquent dans ces amendements organiques et pour compenser les pertes dues au lessivage et à l’exportation par les cultures. Ainsi, la maîtrise de l’érosion et la fertilisation tant organique que minérale constituent deux entités qui doivent aller de pair, si on veut accroître durablement la production des cultures.

Bibliographie

Bibliographie

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Lal R., 1975 Role of mulching techniques in tropical soil & water management. Technical Bull. no 1, IITA, Ibadan, Nigeria, 38 p.

Mannering J., Meyer L., Johnson C., 1968 – Effect of cropping intensity on erosion and infiltration. Agronomy J., 60: 206-209.

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Table des illustrations

Légende Sur ce versant, les haies vives d’herbes ont permis de transformer la pente homogène en terrasses progressives mais n’ont pas supprimé toute érosion (voir sillons).© F. Ndayizigiye
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Légende Dispositif de mesure du ruissellement et de l’érosion à la station de Rubona sur une pente de 28 % aménagée en terrasses progressives grâce à des haies de Calliandra calothyrsus.© F. Ndayizigiye
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Légende Figure 1. Ruissellement sur les parcelles aménagées avec des haies d’arbustes à Rubona.
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Légende Figure 2. Érosion (t/ha/an) sur les parcelles aménagées avec des haies d’arbustes à Rubona.
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Légende Figure 3. Évolution de la production de biomasse par les haies arbustives à Rubona.
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Légende Sédimentation des terres érodées devant une haie double de Sétaria sphacelata et de bananiers formant progressivement un talu.© IRD/É. Roose
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Légende Figure 4. Comparaison de la production vivrière (kg/ha) sur les parcelles aménagées avec les haies d’arbustes à Rubona.
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Légende Figure 5. Incidence des haies d’arbustes sur les rendements du haricot à Rubona (saison 1992a).
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Légende Figure 6. Évolution des propriétés chimiques du sol sur les parcelles aménagées avec des haies de Calliandra.
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Légende Figure 7. Évolution des propriétés chimiques du sol sur les parcelles aménagées avec des haies de Leucaena.
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Auteur

Géographe, professeur-chercheur en GCES, département géographie, Massey College, University of Toronto, États-Unis. ndafranco@gmail.com

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