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2Les systèmes de production à rotation culture-jachère. Matière organique et biofonctionnement des sols


Dans les régions soudaniennes et soudano-sahéliennes d’Afrique de l’Ouest, la gestion de la fertilité est traditionnellement basée sur l’alternance d’une phase de culture suivie d’une période de jachère plus ou moins longue. Ces jachères reconstituent la fertilité chimique, physique et biologique des sols et assainissent les sols des adventices des cultures ou autres phytopathogènes. Ces jachères ont également un rôle de production de diverses ressources pastorales, médicinales ou autres produits de cueillette. Elles interviennent également dans la gestion foncière des terroirs agricoles et peuvent avoir un rôle socio-culturel (Floret & Pontanier, 2000a). Dans un premier temps, le programme « les jachères en Afrique de l’Ouest » (encadré 2) a développé des recherches sur les différents variables biotiques et abiotiques au cours de la jachère après abandon culturale. Une attention particulière a été portée sur le rôle de la biodiversité végétale. Dans des conditions de pression foncière, les jachères ont été confrontées à un raccourcissement de leur durée. Une des voies d’amélioration des systèmes de production agricole était alors d’accélérer les processus de modifications des déterminants de la fertilité biophysiques et chimiques des sols sur des jachères de courte durée. Pour cela, on a émis l’hypothèse que l’introduction d’espèces végétales dites amélioratrices dès l’abandon cultural permettait de diminuer le temps de jachère et un retour à une période de culture plus rapide.

Dans cette partie, je présenterai une synthèse des résultats sur l’évolution de la matière organique et sur le biofonctionnement des sols au cours de la période de jachère, les études sur l’amélioration des jachères de courte durée et enfin je terminerai par les options alternatives aux jachères de longue ou de courte durée dans les systèmes de production soudaniens ou soudano-sahéliens.

2.1Matière organique et fonctionnement biologique des sols au cours du temps de jachère.

2.1.1La matière organique des sols dans les systèmes de production à rotation culture-jachère.


La Error: Reference source not found présente une synthèse des teneurs en carbone total des sols (0-10 cm) mesurées sur des parcelles de jachère de durée variable sur trois sites d’étude (Encadré 1). Ces teneurs sont représentées en fonction de la teneur en éléments fins des sols. Si on observe les teneurs en carbone des sols des jachère de longue durée (>10 ans) des trois sites tous les types de sol confondus, on distingue deux droites de régression entre carbone et éléments fins du sol. Par l’analyse de l’occupation des parcelles, Ouattara et al. (1997) corrèlent ces droites à deux séries de parcelles agro-écologiques distinctes : l’une correspondrait à des parcelles proches de formations forestières et qui subissent peu de périodes de culture (« droite des forêts »), l’autre indiquerait un équilibre de savanes où la culture itinérante a été largement pratiquée (« droite des savanes »).





Si on représente les teneurs en carbone des jachères d’âge inférieur à 10 ans et des parcelles cultivées, on remarque que les points se répartissent autour de ces deux droites de régression. En revanche, les parcelles cultivées ou jachère ne présentent pas de teneur en carbone significativement différente (relativement à leur teneur en éléments fins). Si on se concentre sur les sols à faible teneur en éléments fins, qui sont les plus représentés dans la zone étudiée, il apparaît que les différences sont peu significatives entre les différents modes d’occupation culture ou jachère. Seules deux points se distinguent avec des teneurs en carbone relativement élevées. Ils représentent des champs dits de case (à proximité des lieux d’habitation) et qui ont des sols fortement amendés en matière organique d’origine domestique.

Ces résultats indiqueraient la mise en place d’un équilibre du statut organique des sols largement tributaire d’un passé cultural et écologique assez lointain, mais beaucoup moins influencé par le passé cultural récent (10-15 ans). Cette différence serait d’autant plus importante que les teneurs en argile et limon fin seraient élevées. Le retour d’un sol, qui a subit de nombreux cycles culturaux et qui se situerait dans un système de savane, à un équilibre originel semblerait alors extrêmement difficile qui ne pourrait pas être atteint après des jachères de moyenne durée (10-20 ans). Ces hypothèses restent à vérifier, de même qu’une caractérisation plus précises des formes de ces matières organiques dans les deux systèmes décrits. L’autre interprétation de ces résultats est que les matières organiques dans les sols sableux étant peu protégées de la minéralisation (notamment physiquement), les sols de ces agro-systèmes ne sont pas en mesure de stocker de la matière organique. Les flux des matières dans les sols sont extrêmement rapides, et par conséquence fortement tributaire des entrées (en quantité et en qualité), et des acteurs biologiques de la décomposition.

2.1.2Les flux de carbone dans les terroirs agricoles


Des observations sur le système complet sol-plante par classe d’âge de jachère montre que la succession post-culturale est avant tout un processus cumulatif de biomasse d’origine végétale ; des 26 tCha-1 accumulées dans les jachères de longue durée, seule une tonne se situe dans le sol (Error: Reference source not found). La défriche, durant laquelle les herbes, les rameaux et les feuilles sont brûlés et les troncs exportés au village, entraîne une perte de plus de 50 % du capital minéral accumulé dans la biomasse (Manlay et al., 2002a ; Manlay et al., 2002b ; Manlay et al., 2002c). Les jachères ont donc un rôle majeur à l’échelle du terroir comme zone de production de matières organiques (production primaire) qui seront transférées soit spatialement (transfert par les animaux domestiques, l’homme) soit temporellement (rotation culture jachère) (Manlay, 2000). La Error: Reference source not found résume les différents flux de carbone organique dans un système à rotation culture-jachère.

Une étude menée entre 1994 et 1999 sur le terroir de Sara Yorobana en Haute Casamance au Sénégal a permis d’établir les flux de carbone à l’échelle d’un agro-système. Ce terroir agro-sylvo pastoral présente une organisation en auréole autour du village, assez classique en zone soudanienne et soudano-sahélienne.







A partir des mesures des stocks de matières organiques (sol, végétation) dans les différentes parcelles selon leur mode d’occupation, et une évaluation des transferts de matières organiques entre les différentes parcelles ou village, Manlay et al. (2002a ; 2002b ; 2002c ; 2004a ; 2004b) ont pu établir un bilan de carbone, d’azote et de phosphore à l’échelle du terroir (Figure 3). L'auréole de brousse est la principale source de carbone du terroir sous la forme de biomasse (production agricole, bois, fourrage). Dans cette auréole, les sorties de carbone sont élevées dans les champs cultivés (75 % du carbone dans la biomasse aérienne BA) et faible dans les jachères (3,2 % de carbone dans la BA). Des valeurs élevées ont aussi été enregistrées pour les cultures vivrières des champs de case (65 %) et des rizières (68 %). Mais la redistribution du carbone est bénéfique à l'auréole de case aux dépens des autres auréoles. La même observation est faite sur l’azote et le phosphore où seuls les champs de case présentent un bilan positif principalement du fait des apports en provenance des autres auréoles notamment par l’élevage (Figure 2). Les apports en carbone dans les cultures vivrières de cette auréole (3,8 tCha-1an-1) sont plus importants que les quantités généralement préconisées pour compenser la minéralisation du carbone organique du sol. Ainsi, l’organisation du terroir de Sare Yorobana agit comme un impluvium pour le carbone et les nutriments drainant les ressources organiques des zones périphériques vers les cultures vivrières pluviales des champs de case qui assurent l’essentiel de la production agricole. Ce modèle d'organisation en auréole permet ainsi de produire des céréales (principale culture vivrière) de façon permanente et durable avec des rendements relativement élevés sur 7% de la surface gérée par le village.


Figure 2 : Bilan (Bal.) des entrées (+) et sorties (-) d’azote et de phosphore dans les parcelles de jachère et cultivées dans les différentes auréoles d’occupation du sol du terroir de Saré Yorobana, Haute Casamance, Sénégal, d’après Manlay (2000).






Les flux liés au bétail concernent la saison sèche uniquement. La largeur des flèches est proportionnelle à la valeur du flux. (d’après Manlay, 2000)

Figure 3 : Flux anthropogéniques de carbone (tonnes) établis de novembre 1996 à novembre 1997 à Sare Yorobana (Haute Casamance, Sénégal).

2.1.3Le fonctionnement biologique dans les sols des systèmes à rotation culture-jachère.


L’activité biologique des sols est un paramètre déterminant des cycles biogéochimiques des écosystèmes. Sur les différents sites d’étude du programme jachère, différents groupes biologiques du sol ont fait l’objet d’investigations.

2.1.3.1Macrofaune du sol


Sur les sites expérimentaux de Sonkorong et Sare Yorobana au Sénégal, la macrofaune totale des sols de jachères d’âge différent a été évaluée selon la méthode TSBF (Sarr et al., 1998 ; Chotte et al., 2000 ; Fall et al., 2000 ; Lavelle et al., 2000). La Figure 4 montre la forte variabilité de la densité totale de la macrofaune qui semble toutefois se stabiliser avec la durée de la jachère. Les groupes les plus abondants sont les termites et les fourmis. La densité des termites, ainsi que celles de la plupart des groupes, ont tendance à augmenter avec l’âge de jachère ainsi qu’avec la mise en défens des parcelles. Les groupes fonctionnels définis à l’intérieur des différents groupes taxonomiques présentent des dynamiques plus marquées par rapport au temps de mise en jachère (Figure 5). Ainsi, les vers endogés géophages apparaissent plus abondants dans les jachères anciennes avec toutefois une tendance à la diminution dans les jachères plus anciennes (30 ans). En revanche, les vers épigés qui vivent et se nourrissent principalement dans la litière sont plus présents dans les anciennes jachères comparativement aux jachères plus jeunes. De même pour les termites, la dynamique des groupes trophiques diffère selon l’âge de jachère. Alors que les champignonistes, tel que Microtermes hollandei sont les plus abondants principalement dans les jachères de courte durée, les humivores comme Ancistrotermes crucifer, second groupe par leur abondance, sont particulièrement fréquents dans les jachères de longue durée (Figure 5).

2.1.3.2La diversité des nématodes dans les jachères au Sénégal


Les jachères ont également un rôle d’assainissement des sols cultivés après une période de culture. Les adventices sont éliminées dès les premières années de jachère (Fournier et al., 2000). Les nématodes phytoparasites évoluent après la mise en jachère (Cadet & Floret, 1995 ; Cadet et al., 2000b ; Cadet et al., 2005). Au Sénégal, aucune variation significative du nombre totale de nématodes phytoparasites n’est enregistrée entre les différentes situations (culture ou jachère). En revanche la diversité spécifique s’accroît avec l’âge de jachère et surtout la structure spécifique des nématodes phytoparasites est profondément modifiée (Figure 6). Des espèces pathogènes dominantes dans les parcelles cultivées, telle que Scutellonema cavenessi, sont toujours présentes dans les jachères de longue durée mais elles sont toutefois nettement moins abondantes. D’autres espèces dominent la population des nématodes dans les jachères à l’image de Helicotylenchus dihystera. Des essais ont permis de montrer que les cortèges d’espèces que l’on retrouve dans les jachères âgées sont beaucoup moins pathogènes que les populations des parcelles cultivées ou de jeunes jachères (Villenave & Cadet, 2000). L’accroissement de la diversité spécifique et le changement dans la composition spécifique sont synonymes de baisse de l’effet pathogène, indépendamment du nombre de parasites présents. Les résultats obtenus indiquent qu’il suffirait de maîtriser la composition spécifique d’un peuplement de nématodes pour diminuer son effet pathogène plutôt que de chercher par des moyens chimiques à éradiquer totalement les nématodes phytoparasites (Cadet et al., 2000a).


Figure 4: Diversité et densité de la macrofaune totale en fonction du temps de jachère sur les terroirs de Sare Yorobana (rond noir) et Sonkorong (carré noir) évaluée par la méthode TSBF. Ter termites ; Myr myriapodes ; Four fourmis ; VdT vers de terre ; Coleo coleoptères d’après Fall et al. (2000) et Lavelle et al. (2000).



Figure 5: Densité des groupes biologiques de vers de terre (graphe de gauche) et de termites (graphe de droite) en fonction de l’âge de jachère sur le terroir de Sara Yorobana (Sénégal) d’après Fall et al. (2000), Sarr et al. (2000), Lavelle et al. (2000).



Figure 6: Structure du peuplement de nématodes phytoparasites dans différentes jachères de différents âges et dans une formation forestière au Sénégal d’après Cadet et al. (2000b).





Figure 7 : Analyse en composantes principales des activités enzymatiques sur des sols prélevés dans des jachères de Sonkorong, Sine Saloum (Ndour et al., 2001).



Figure 8 : Profils de réponse catabolique des sols en présence de divers composés organiques dans des sols de jachère et cultivés à Sonkorong, Sine Saloum, Sénégal (Sall et al., 2006).


2.1.3.3Activité et diversité microbienne


Des mesures dans les sols de Sonkorong et de Sare Yorobana au Sénégal indiquent peu de variation dans les premiers centimètres de sol de modification majeure de la biomasse microbienne en fonction de l’âge de la jachère. Toutefois, une mise en défens total pendant plus de 10 ans révèle une augmentation de la biomasse microbienne. Cet effet de la jachère relativement faible peut être attribué, corrélativement à l’évolution de la matière organique des sols, à la nature sableuse des sols étudiés (N'Dour et al., 2000). L’activité enzymatique mesurée sur ces mêmes sols révèle une augmentation des activités phosphatases, β-glucosidases et polysaccharidases en fonction de l’âge de la jachère (Figure 7). L’effet est nettement plus important dans les sols prélevés sous la canopée des arbres dans les jachères anciennes (Ndour et al., 2001). L’activité potentielle de fixation d’azote a été comparée entre des jachères de 3 ans et des jachères de longue durée (19 ans). Le gain enregistré sur la durée de la jachère serait de l’ordre de 90% ; cette amélioration serait le fait d’une augmentation de l’activité potentielle de fixation de l’azote pour l’essentiel dans les fractions plus grossières de ces sols (>50µm) (Chotte et al., 2000).

La diversité microbienne a été évaluée sur des sols (0-10cm) de jachère (21 ans) et de culture (4 ans de culture après 17 ans de jachère) par la diversité catabolique (Sall et al., 2006). Cette dernière méthode définit une diversité fonctionnelle des microorganismes du sol par la mesure d’un profil de réponses cataboliques du sol en présence de divers composés organiques simples (Degens & Harris, 1997). Les sols de jachère présente une plus grande diversité catabolique (Figure 8). Les profils cataboliques (réponse de 21 substrats organiques) sont différents entre les deux sols. Les dégagements de CO2 sont significativement supérieur pour l’ensemble des substrats organiques appliqués sur les sols de jachère (p<0,05). L’indice de Simpson-Yule, définissant la diversité catabolique, est significativement supérieur sur ces sols de jachère (E= 18,6) par rapport au sol cultivé (E= 16,5).

2.1.3.4Champignons mycorhiziens


Dans les sols des différentes jachères du site de Sonkorong, le genre Glomus, dont les spores sont marron à marron foncé, est le plus abondant ; il représente plus de 93% du nombre total moyen de spores (116,4 spores 100g-1 dans la jachère de douze ans anthropisée et de 418,8 spores 100g-1 dans la jachère de quatre ans protégée) (Duponnois et al., 2000). Pour Glomus, le nombre moyen de spore le plus élevé a été enregistré dans les jachères de 4 ans (de 224 à 382,4 spores.100 g-1 de sol) et le plus bas dans la jachère de 12 ans (110,4 spores.100 g-1 de sol). Scutellonema verrucosa a été détectée en abondance dans le sol de la jachère protégée la plus ancienne (20 ans, protégée). L’abondance des spores est fortement corrélée à la texture et aux caractéristiques chimiques du complexe d’échange des sols des différentes jachères ; la présence de S. verrucosa est liée aux sols à texture grossière alors que les glomales sont observées dans des sols les plus argileux. L’abondance de ces groupes est aussi liée à certains éléments chimiques du sol ; la présence des glomales est corrélée positivement aux teneurs en magnésium, en calcium et en phosphore, alors que celle de S. verrucosa est corrélée positivement à la teneur en phosphore. De longues périodes d’abandon des cultures aboutissent généralement à une diminution de la présence et de l’activité de la symbiose mycorhizienne.




Les résultats obtenus dans ce programme indiquent que le nombre de spores est maximal dans les jachères de moins de cinq ans. Cela suggère que le phénomène symbiotique peut être optimisé sur une courte période lorsque la végétation est protégée de l’impact des populations (feux de brousse, passage de troupeaux, etc.).

La biodiversité des organismes vivants dans le sol évolue au cours de la période d’abandon cultural dans les systèmes de rotation culture jachère. Si, spécifiquement peu de changement significatif apparaissent, il semble bien que, pour la plupart des taxons, la structure des peuplements à l’image des nématodes soit modifiée et fasse apparaître la domination de certains groupes fonctionnels ou trophiques. Ces évolutions sont déterminées par la nature des sols. En ce sens, la dominance de sols sableux dans les régions soudaniennes et soudano-sahéliennes limite l’effet des jachères sur les modifications de la qualité biologique des sols. Enfin, les arbres ont un rôle important dans les transformations des sols notamment à travers la litière et le système racinaire qui créent des conditions favorables à une amélioration de la diversité et l’activité biologique ; les espèces herbacées ayant moins d’effets sur les sols (Masse et al., en préparation). Il apparaît donc que la gestion et l’amélioration des jachères passent par une manipulation de la végétation ; c’est ce que nous avons tenté dans le cas des études sur le raccourcissement du temps de jachère et l’amélioration par l’introduction d’espèces végétales améliorantes dés les premières années de mise en jachère.
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