Contrôle physique de la dynamique de la matière organique du sol 

Principaux SCV

Selon les caractéristiques des couvertures végétales utilisées, trois types de systèmes SCV peuvent être considérés : à couvertures mortes, à couvertures vivantes et mixtes (Séguy et Bouzinac, 1996, in Razafimbelo, 2005).
Les SCV avec couverture morte : la couverture ou mulch est issue des résidus de récolte et d’une culture ou interculture de renfort fournissant une importante masse végétale, implantée avant ou après la culture principale ; elle est totalement desséchée aux herbicides totaux avant le semis direct de la culture. Le paillage est soit produit par les résidus de récolte de la culture principale, soit importé d’une autre parcelle ou encore provenant d’une culture secondaire de couverture (espèce à croissance rapide) implantée avant ou après la culture principale. Dans ce type de système, le contrôle de l’érosion, de l’enherbement, l’activité biologique dépendent de la quantité de paille produite (Chabanne, 2003).
Les SCV avec couverture vivante : la couverture est assurée par une plante de couverture ayant un système racinaire puissant et profond, pouvant recycler les nutriments des horizons profonds vers la surface, où ils seront utilisés ultérieurement par les cultures principales. Cette couverture est une espèce fourragère pérenne dont la seule partie aérienne a été desséchée aux herbicides tout en préservant les organes de reproduction végétatifs souterrains. La culture principale est donc implantée sur la couverture dont on a seulement desséché la partie aérienne.
Les SCV mixtes : ce système comporte des successions annuelles avec une culture principale et une seconde culture avec minimum d’intrants (apportant une récolte de grains et une masse végétale importante), associée à une espèce fourragère. Les cultures sont récoltées à la saison des pluies et la culture fourragère permet une production animale en saison sèche.

SCV et propriétés du sol

Lutte contre l’érosion des sols

Les systèmes SCV contribuent à la diminution des pertes en sol et en éléments nutritifs. En effet, la surface du sol, sans labour, couverte par un mulch, est protégée contre les phénomènes d’érosion hydrique et éolienne. Parmi les différents paramètres déterminant l’érodibilité des sols, la couverture du sol est le plus important. La présence d’une couverture herbacée continue sur le sol permet un contrôle total de l’érosion. Elle protège les agrégats en surface de l’action déstabilisante des gouttes de pluies et diminue très fortement le transport de particules solides (Chabanne, 2003).

Conservation de l’eau

La suppression totale du travail du sol et la présence permanente d’un paillis protecteur de résidus modifient les équilibres « infiltration/ ruissellement » ainsi que l’évaporation directe du sol (Scopel et al., 2005). La couverture végétale permanente du sol crée un microclimat régulateur par la diminution de l’évaporation et les amplitudes de température et d’hygrométrie du sol (Séguy et al., 2001).

Amélioration des propriétés physiques et biologiques du sol 

Les SCV permettent l’amélioration de la stabilité structurale grâce à la colonisation profonde du sol par des systèmes racinaires puissants, augmentant ainsi les réserves en eau et en éléments nutritifs accessibles aux plantes (Séguy et al., 2001). La décomposition des couvertures par les organismes vivants du sol favorise la formation d’humus dont le rôle est important dans la stabilisation de la structure. Les plantes de couverture à systèmes racinaires puissants permettent une « décompaction » du sol (Groupe AFD, 2006). L’importante biomasse produite (résidus de la plante cultivée et de la plante de couverture) avec les systèmes SCV permet d’augmenter la teneur en matière organique (MO) (Séguy et al., 2001; Six et al., 2002). En SCV, il y a une réactivation de l’activité biologique grâce aux apports en matière organique fraîche, à la régulation des flux thermiques et hydriques et à la diminution de l’utilisation d’intrants chimiques (Chabanne, 2003). Cette réactivation de la vie biologique est liée à la fois à la présence du mulch et au non travail du sol. Du fait de la décomposition lente et permanente des couches inférieures du mulch, la vie microbiologique est également intense (Séguy et al., 2001).

Restauration de la fertilité des sols 

Les couvertures mortes participent à la restauration de la fertilité des sols grâce à la fourniture au sol de résidus organiques qui favorisent l’activité microbienne et la minéralisation (Chabanne, 2003). Les plantes de couverture permettent également, par leurs systèm es racinaires, de recycler les éléments nutritifs lixiviés dans les couches profondes du sol pour les rendre accessibles aux prochaines cultures (Groupe AFD, 2006).
Les cations échangeables (Ca, Mg, K), le taux de saturation en cations échangeables, le phosphore extractible, le carbone organique et l’azote total en semis direct sont significativement plus élevés qu’en labour conventionnel jusqu’à 10 cm de profondeur (Oliveira et Pavan, 1998, in Raherinindrainy, 2007).

Le développement du SCV à Madagascar

Les premiers tests de Semis direct sur Couverture Végétale permanente du sol (SCV) datent des années 1990 et se sont inspirés de l’expérience brésilienne pour répondre à la nécessaire modernisation des systèmes de production de céréales à grande échelle. Les SCV sont implantésdans la Grande-Ile dans l’objectif d’améliorer la fertilité des tanety, de limiter le phénomène d’érosion hydrique et d’augmenter l’efficience en eau du sol dans la région semi-aride du sudouest de Madagascar. Ils ont débuté sur les Hautes Terres (Antsirabe) avec la mise en place de sites de références ayant pour objectifs de créer, de maîtriser et de reproduire une gamme de systèmes SCV qui sont comparés au système traditionnel sur labour, en termes de performances techniques et économiques.
La création de l’ONG TAFA en 1994, avec l’appui du CIRAD, est à l’origine de la mise au point d’une large gamme de SCV et des zones d’essais pour la mise au point de ces systèmes de culture se sont progressivement élargies : dans le Sud-Ouest (Tuléar et Morondava) sous climat semi-aride et sur sol fersialitique, puis le Moyen-Ouest sous climat tropical d’altitude et sur sol ferrallitique sur basalte (Ivory), au Lac Alaotra dans des situations de moyenne altitude et dans le Sud Est sous climat tropical humide et sur sols hydromorphes (Ankepaka) sur basalte (Andasy II) et sur sol ferrallitique hydromorphe à jachère à Aristida (Farao-ny) à partir de 1998 suite à un projet financé par l’AFD « Diffusion de systèmes de gestion agrobiologique des solset des systèmes cultivés à Madagascar » (AFD,2006).
Un réseau national d’institutions, le Groupement Semis direct de Madagascar ou GSDM, a été créé pour coordonner les actions en matière d’agro-écologie et promouvoir une offre technologique adaptée aux grandes zones écologiques de l’île.
Les SCV ne couvrent encore qu’une faible partie du territoire national. Leur introduction dans les systèmes de production agricole du Lac Alaotra vise à diminuer la forte érosion des versants ou tanety et donc à limiter l’ensablement des rizières. Dans les Hautes Terres et la région du Sud Est, il s’agit d’accroître la fertilité des tanety cultivés et dégradés. Dans le Sud-Ouest, où la pluviométrie est très faible, ces systèmes, grâce au paillage, permettent d’améliorer l’efficience de l’eau (Razafimbelo, 2005).

MATÉRIELS ET MÉTHODES

Présentation de la zone d’étude

Localisation géographique

La zone d’étude se trouve dans la région du Vakinankaratra, sur les Hautes-terres centrales malgaches. La région de Vakinankaratra est située entre 18° 59’ et 20° 03’ de latitude Sud et 46° 17’ et 47° 19’de longitude Est. Elle est composée de six districts : Ambatolampy, Antanifotsy, Antsirabe I, Antsirabe II, Betafo et Faratsiho dont la capitale administrative est Antsirabe, située à 168 km au sud d’Antananarivo sur la RN7. Elle s’étend sur une superficie de 19.205 km².
L’étude a été effectuée dans le moyen ouest de la région de Vakinankaratra, dans le district de Betafo limité au Nord par les districts de Tsiroanomandidy, de Soavinandriana et de Faratsiho, à l’Est par les districts d’Antsirabe I et d’Antsirabe II, au Sud par les districts d’Ambositra et d’Ambatofinandrahana et à l’Ouest par le district de Miandrivazo. Il comprend dix-huit communes dont trois d’entre elles constituent les zones d’étude : la commune rurale d’Ankazomiriotra, située entre 19° 39’Sud et 46° 30’ Est, aux bords de la RN 34 ; la commune rurale de Vinany, située entre 19° 30’ Sud de latitude et 46° 28’ Est de longitude ; la commune rurale d’Inanantonana située entre 19°38’ Sud de latitude et 46° 37’ Est de longitude.

Relief

L’altitude du district est en moyenne de 1 250 m. La partie orientale est caractérisée par de nombreux cônes volcaniques et des collines et une altitude plus élevée (plus de 1200m). La partie occidentale a une topographie généralement accidentée avec l’alternance de plateaux caractéristiques du Moyen ouest à une altitude moyenne de 940 m et des massifs granitiques ou quartziques culminant à plus de 1000m. Le relief accidenté et les feux de brousse répétés favorisent la formation de « lavaka » dans beaucoup d’endroits.

Végétation et cultures

Les feux de brousse répétés ont fait disparaître les forêts. Les couvertures forestières sont alors réduites à des forêts galeries et des forêts intra-montagnardes, ainsi que de la végétation arborée près des lieux habités. Partout ailleurs, la végétation se présente sous forme d’une savane herbeuse basse dominée essentiellement par Acteropogon casturtus (danga) ou Hyparrhenia ruffa (vero) et autres graminées et herbacés tels que Pennisetum pseudotriticoïdes, Trachypogon spicatus ou Aristida rufescens sans grand intérêt fourrager (Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979). Cette savane herbeuse est communément appelée « bozaka ».
Les cultures les plus répandues sont, jusqu’à une altitude de 1800-1900m, le riz et le maïs. En culture traditionnelle, le maïs est souvent associé à une légumineuse telle que le haricot ou l’arachide. Aux altitudes supérieures à 1900m, la température limite l’extension des cultures de riz et de maïs, c’est le domaine de la pomme de terre.

Sols

D’après Zebrowski et Ratsimbazafy (1979), les sols de la région peuvent être classés en quatre types selon l’ancienne classification française des sols (CPCS, 1967) : sols minéraux bruts : d’origine non climatique d’érosion. Ces sols sont composés de lithosols sur socle cristallin, sur roche volcanique et sur cuirasse ferrugineuse ; sols peu évolués : tronqués par l’érosion. Ces sols possèdent un profil A -C, et même si les horizons C présentent souvent une altération de type ferrallitique, l’absence d’un horizon B, ne permettait pas de classer ces sols parmi les sols ferrallitiques. Suivant la teneur en matière organique de l’horizon A, on distingue les sols peu évolués humifères et les sols peu évolués non climatiques ; andosols : riches en produits amorphes silico-alumineux. Ces sols sont observés dans les régions volcaniques sur des matériaux pyroclastiques basiques datant des émissions les plus récentes du volcanisme de l’Ankaratra. On peut distinguer, dans la région, des andosols peu différenciés et des andosols différenciés ; sols ferrallitiques : caractérisés par un profil A-B-C, l’horizon B de ces sols ne dépasse pas les 150 cm d’épaisseur, alors que l’horizon d’altération C peut atteindre quelques mètres d’épaisseur. Ces sols ont été différenciés en groupe et sous-groupes suivant l’intervention de processus physico-chimiques ou mécaniques (accumulation humifère, allitisation, rajeunissement, remaniement et l’hydromorphie) accompagnant le processus de ferrallitisation.
On peut distinguer alors dans la région, les sols ferrallitiques moyennement et fortement désaturés, avec des sous-groupes : humifères, allitiques, rajeunis ou hydromorphes.
La Figure 2 présente une carte pédologique de la zone d’étude.

Les systèmes de culture étudiés

Le système conventionnel

Pour ce système, les terrains de culture sont labourés manuellement avec une angady, un outil à percussion lancée, ou avec une charrue attelée, sur une profondeur de 25cm. Le labour est effectué soit en fin du cycle cultural c’est-à-dire après récolte (vers les mois de juin à juillet) soit au début de la saison de pluies (mois de novembre). Le semis se fait généralement par poquets distants d’environ 20cm. La fertilisation se limite à l’utilisation de fumier de bovin à raison de 5T/ha. Les résidus de récolte sont exportés de la parcelle pour l’alimentation animale.
Les systèmes observés dans la zone d’étude sont :

Travaux de terrain

Inventaire et localisation des parcelles

Les coordonnées géographiques des parcelles ont été obtenues par relevés GPS. Ces coordonnées ont permis de localiser les parcelles sur lesquelles les prélèvements ont été effectués. Elles permettent également de faire une représentation sur une carte des points de prélèvements afin d’avoir une idée de leur distribution spatiale.

Echantillonnage 

Les prélèvements d’échantillons de sol ont été réalisés sur 100 parcelles paysannes (Figure 2), dont 46 sous SCV et 54 sous système conventionnel de labour, ceci pour pouvoir faire une comparaison des stocks de C et N du sol en fonction des modes d’usage des terres.
Les points de prélèvements ont été choisis de manière à ce qu’ils soient représentatifs des zones d’étude en termes de distribution spatiale. En d’autres termes, les points de prélèvements sont éloignés les uns des autres et sont répartis de façon homogène dans les trois communes afin de pouvoir établir une représentation cartographique des données sur les stocks de C et N de ces zones d’étude.

Prélèvements d’échantillons composites

Les prélèvements de sol sur chaque parcelle ont été effectués à l’aide d’un carottier à moteur (Atlas Copco Cobra TT de diamètre intérieur 8,9 cm) sur une profondeur de sol de un mètre. Pour chaque parcelle, quatre répétitions ont été effectuées sur chaque extrémité d’un carré de 10m de côté. Les cinq horizons prélevés sont 0-10cm, 10-20cm, 20-30cm, 50-60cm et 80-90cm. Les sols prélevés sur un horizon identique ont été mélangés pour avoir des échantillons composites sur lesquelles les analyses en laboratoire ont été effectuées. Les aliquotes, non mélangées, sont gardées séparément.
Pour notre étude, nous n’avons analysé que les échantillons de surface 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm. L’horizon 0-30 cm est considéré comme la couche de référence par le GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) pour suivre l’évolution des stocks de C des sols (IPCC, 2007).

Travaux d’analyses en laboratoire 

Séchage, tamisage et broyage

Les échantillons composites ont été séchés sous serre pendant environ 15 jours avant d’être tamisés à 2mm.Les refus (cailloux et autres matières inertes) ont été éliminés du lot. A partir des échantillons tamisés à 2mm, une aliquote d’environ 30g a été broyée à 0,2 mm et a été mise en sachet étiqueté pour le dosage de C et N totaux.

Dosage du carbone et de l’azote

Les teneurs en azote (N) et en carbone (C) totaux ont été déterminées sur l’aliquote des échantillons broyés à 0,2 mm. La détermination se fait par un microanalyseur élémentaire CHN (Carlo Erba NA 2000) après combustion par voie sèche. Il s’agit d’une méthode d’analyse de C et N par chromatographie en phase gazeuse. Des échantillons, de poids inférieur à 100mg, sont pesés au 1/10 de mg, mis dans des capsules en étain et passés dans un four (à 1050°C) en condition oxydante. Le carbone et l’azote des échantillons sont transformés respectivement en CO2 et divers oxydes d’azote réduit en azote moléculaire. Les gaz ainsi obtenus sont dosés par chromatographie en phase gazeuse. Les éléments carbone et azote sont dosés simultanément et rapidement.

Détermination de la densité apparente

La densité apparente est obtenue par le rapport entre le poids sec net de l’échantillon et son volume, exprimée en g cm -3.

Analyses statistiques des données

Les résultats d’analyses au laboratoire sur les teneurs en carbone et azote des échantillons ainsi que les stocks calculés ont été traités et analysés pour l’interprétation. Les résultats ont été évalués par mode de gestion de sol, par horizon et par type de sol. Ces données sont analysées par des tests non paramétriques afin de s’affranchir de l’hypothèse de normalité des données : test de comparaison de deux échantillons de Mann-Whitney et test de Kruskal-Wallis couplé avec le test de comparaisons multiples de Dunn. La règle de décision est dictée par la valeur p-value calculée qui désigne le risque d’erreur encourue en rejetant H0 alors qu’elle est vraie. Si p-value est inférieure à la valeur de α alors, au moins une différence significative existe au niveau des résultats.
Les résultats sont présentés sous forme de « Box plot » afin de présenter tous les paramètres calculés : moyenne, médiane, les valeurs minimale et maximale, quartiles des variables étudiées.
Tous les traitements statistiques des données ont été effectués sous XL STAT 2008 au seuil de risque α=0,05.

Table des matières

LISTE DES ABREVIATIONS 
UNITES ET SYMBOLES CHIMIQUES
LISTE DES EQUATIONS 
LISTE DES CLICHES 
LISTE DES TABLEAUX 
LISTE DES FIGURES 
LISTE DES ANNEXES 
INTRODUCTION 
I. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1 La matière organique du sol : conséquences de sa diminution
I.1.1 Contrôle physique de la dynamique de la matière organique du sol
I.1.2 Les modes d’usage des sols et les pertes en matière organique
I.1.3 Pertes de matière organique par érosion du sol
I.1.4 Conséquences de la diminution de la matière organique du sol
I.2 Agriculture de conservation
I.3 Le système de culture sous couverture végétale permanente (SCV)
I.3.1 Définition et principes fondamentaux
I.3.2 Principaux SCV
I.4 SCV et propriétés du sol
I.4.1 Lutte contre l’érosion des sols
I.4.2 Conservation de l’eau
I.4.3 Amélioration des propriétés physiques et biologiques du sol
I.4.4 Restauration de la fertilité des sols
I.5 Le développement du SCV à Madagascar
II. MATÉRIELS ET MÉTHODES 
II.1 Présentation de la zone d’étude
II.1.1 Localisation géographique
II.1.2 Climat
II.1.3 Relief
II.1.4 Végétation et cultures
II.1.5 Sols
II.2 Les systèmes de culture étudiés
II.2.1 Le système conventionnel
II.2.2 Les systèmes de culture sous couverture végétale permanente ou SCV
II.3 Travaux de terrain
II.3.1 Inventaire et localisation des parcelles
II.3.2 Echantillonnage
II.3.3 Prélèvements d’échantillons composites
II.3.4 Prélèvement d’échantillon pour la densité apparente
II.4 Travaux d’analyses en laboratoire
II.4.1 Séchage, tamisage et broyage
II.4.2 Dosage du carbone et de l’azote
II.4.3 Détermination de la densité apparente
II.4.4 Méthode de calcul des stocks de carbone et d’azote du sol
II.5 Analyses statistiques des données
III. RÉSULTATS ET INTERPRÉTATIONS
III.1 Les densités apparentes du sol
III.2 Teneurs en carbone et en azote du sol
III.2.1 Teneur en carbone du sol
III.2.2 Teneur en azote du sol
III.3 Stocks de carbone et d’azote du sol
III.3.1 Stock de carbone du sol
III.3.2 Stock d’azote du sol
IV. DISCUSSIONS 
IV.1 Variabilité des densités apparentes du sol
IV.2 Teneur et stock de carbone du sol
IV.3 Teneur et stock d’azote du sol
IV.4 Effets du système de culture sur le stockage de carbone et azote dans le sol
IV.5 Effets du type de sol sur le stockage de carbone et azote du sol
CONCLUSION ET PERSPECTIVES D’AVENIR 
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES