Effet du mode de gestion du sol et des résidus sur la dynamique de l’eau dans le sol 

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Quantification des résidus de culture

Les résidus de culture, ou mulch, ont étés homogénéisés sur les parcelles en SCV. Quatre placettes de 1m2 se trouvant chacune à 1m du périmètre de la parcelle ont été délimitées (Figure 4). Les biomasses dans les placettes ont été fauchées puis pesées pour obtenir leur poids en matière fraiche (MF en g/4m2). Un échantillon composite de 200 g (MFE) a été pris afin de déterminer la teneur en matière sèche des résidus. Le reste de biomasse est remis sur leur placette en veillant à ce qu’elles soient homogénéisées. L’échantillon composite ainsi collecté est passé à l’étuve à 70°C pendant 48h pour avoir le poids de la matière sèche (MSE).
La quantité de résidus de cultures pour chaque parcelle est donnée par la formule.
MS (g/4m2) = (t * MF) / 100 = [(100MSE / 200)*MF]/100 = (MSE* MF)/200.
MS (t/ha) = MS (g /4m2) * (10-2 / 4).
MS= poids de matière sec pour 4m².
t= taux de la matière sèche.
MSE=poids de la matière sèche pour 200g.
MF= poids de la matière fraiche pour 4m2.

Suivi de la dynamique de l’eau dans le sol

L’étude de la dynamique de l’eau dans le sol est réalisée en utilisant un humidimètre « sonde TRIME » (Cliché 2a). La sonde TRIME est un outil pour déterminer l’humidité volumique (Hv) du sol en % par la méthode TDR (Time Domain Reflectrometry). Il s’agit d’une mesure non destructive et continue de la teneur en eau du sol sans utilisation de matériaux radioactifs (User manual of TRIME-FM., 2006). L’emploi de cette sonde TRIME requiert l’installation des tubes d’accès TECANAT sur chaque parcelle (32 tubes). L’installation du tube a été réalisée en mi-octobre 2014 (Annexe 7).
Avant sa première utilisation, la sonde TRIME a été étalonnée afin de fournir des mesures convenables. Cet étalonnage consiste à mesurer l’humidité dans deux seaux remplis des microbilles de verre, dont l’un contient des microbilles de verres sèches, tandis que l’autre renferme des microbilles de verres saturées d’eau (Cliché 2b).

Mesure du rendement

Le rendement a été mesuré en utilisant la méthode de la récolte intégrale, appelée également méthode de surface ou méthode directe ou méthode destructive (Levang & Grouzis, 1980 ; Rasolohery, 2000 ; Ratomaro, 2002). Pour chaque parcelle, cette méthode consiste à faucher au ras du sol l´ensemble des plants de riz sur les cinq placettes A, B, C, D et E de 1 m2 chacune. Ces placettes sont matérialisées par des piquets. 4 d’entre eux sont celles déjà utilisées dans la quantification des résidus de cultures (Figure 4). Pour chaque placette, les parties récoltables (grains) et les parties non récoltables (tiges) sont pesées séparément pour avoir le poids de leur matière fraiche. Des échantillons de 50 g de grains pleins et 50g de grains vides par placette sont prélevés ainsi qu´une composite de 1kg de tige par parcelle et sont passés à l’étuve à 60 ºC pendant 48 h pour déterminer le taux d´humidité. La teneur en matière sèche de ces échantillons est calculée plus tard au laboratoire en adoptant le même procédé que celui dans la quantification des biomasses initiales (Cf. 1.4.2). Le rendement en paddy et en tiges sont obtenu en extrapolant les poids de leur matière sèche respective par parcelle en t/ha.

Stock en eau dans l’horizon 0 à 150 cm

La figure 6 montre l’évolution du stock en eau du sol de 0 à 150 cm de profondeur pour les 8 traitements durant le cycle cultural superposée avec l’évolution de la pluviométrie.
La courbe montre clairement que le stock en eau du sol est en corrélation positive avec la hauteur des pluies. Pour le premier prélèvement réalisé bien avant le semis et les deux premiers mesures hebdomadaires qui suivent le semis correspondant chacun à 2 (JAS), et 9 JAS ; le stock est très faible. Ces 3 mesures coïncident à la période sèche de la campagne, au cours de laquelle la pluviométrie est très basse voire nulle. La période la plus arrosée durant l’expérimentation se situe entre le 72 JAS et 81 JAS (12eme et le13eme prélèvements), avec un pic de stock au 81 JAS, cette date marque le début de l´inondation.
Les résultats obtenus indiquent aussi que d’une manière générale, le stock en eau est plus important sous-système MS/S/R, notamment pour les parcelles NE que sous-système MD/R. Cependant, durant la période à faible précipitation, le stock est plus important sur les parcelles labourées non enherbée quel que soit le système de culture (T6 : MD/R LSR NE et T8 : MS/S/R LSR NE). Mais ces différences ne sont pas significatives (cf. ci-dessous).
L’analyse de la variance sur le stock en eau dans l’horizon 0 à 150 cm au de seuil de 5 % à chaque date de prélèvement montrent une absence de différence significative de stocks en eau entre les 8 traitements étudiés (Annexe 10). Une observation similaire est constatée en faisant varier la profondeur de stock de 0 à 130 cm, 0 à 110 cm, 0 à 100 cm jusqu’à 0 à 50 cm (Annexe 10).
Par contre, dans l’horizon de 0 à 40cm, correspondant potentiellement à l’horizon exploité par les racines, le facteur traitement montre un effet significatif à certain date de prélèvement. Ainsi, le  stock en eau dans l’horizon 0 à 40 cm a fait l’objet d’une étude plus poussée.

Stock en eau dans l’horizon 0 à 40 cm

Le graphe ci-dessous synthétise l’évolution du stock en eau dans les 40 premiers centimètres du sol durant le cycle cultural du riz :
Les courbes d’évolution du stock en eau dans l’horizon 0 à 40 cm et celui de 0 à 150 cm ont presque la même allure. Le stock d’eau du sol est variable suivant la pluviométrie ; le plus faible stock est enregistré durant la période sèche, à 2 JAS et 9 JAS, correspondant au 2e et 3e prélèvement. Le stock le plus élevé a été enregistré à 44 JAS et 81 JAS correspondant respectivement à la 7e et 13e date de prélèvement. Contrairement au stock en eau dans l’horizon 0 à 150 cm, le stock dans l’horizon 0 à 40 cm ne met pas en évidence la différence entre les deux systèmes de culture (MD/R et MS/S/R). Mais, il montre que les parcelles non enherbées sont plus humides que celles enherbées.
L’analyse de la variance du stock en eau dans l’horizon 0 à 40 cm à chaque date de prélèvement a montré un effet significatif des traitements au 5e et 6e prélèvement, correspondant respectivement à 23 JAS et 30 JAS. . Ces deux dates de prélèvements coïncident au début tallage du riz.
Le cumul du stock d’eau sur les 40 premiers centimètres lors de ces 2 prélèvements révèle que les modes de gestion du sol affectent le stock en eau du sol. Le stock est significativement meilleur en SCV qu’en LSR avec un seuil de 5 et 10 % (Figure 8). Pour le prélèvement à 23 JAS, le stock en eau moyen est de l’ordre de 223,25 mm en SCV contre 206, 48 mm en LSR. Pour le cas du prélèvement à 30 JAS, le stock en eau en SCV et en LSR est respectivement de 227,61 mm et 212,96 mm dans les 40 premiers cm du sol.

Variation du stock en eau en profondeur suivant les traitements

Les figures suivantes synthétisent la dynamique en profondeur de l’eau dans le sol en fonction des traitements suivant les stades du développement du riz (la levée, le tallage, l’initiation paniculaire ou IP, et la maturité) :
IP : Initiation paniculaire, P : prélèvement
Dynamique de l’eau en profondeur au moment de la levée (16 JAS= 4eme prélèvement) : les courbes de la dynamique en profondeur de l’eau sous SCV et LSR sont bien distincts. D’une manière générale, l´eau stockée dans le sol diminue en fonction de la profondeur. Le stock le plus faible est enregistré dans l’horizon 130-150 cm. Le stock en eau le plus élevé se trouve dans l’horizon 10-20 cm. En général, le stock en eau est meilleur dans les 40 premiers cm du sol. Une tendance similaire est constatée quel que soit les traitements étudiés.
En comparant les différents traitements, les parcelles conduites en SCV ont une capacité de stock en eau supérieur à celles labourées dans l’horizon 0 à 40 cm.
En ce qui concerne l’horizon 10 – 20cm, dans lequel le stock en eau est la plus importante, le stock en eau le plus élevé est enregistré sous SCV/NE. A titre indicatif, sous cet horizon, le stock est de l’ordre de 64,69 mm sous T4=MS/S/R SCV NE contre 60,75 mm sous T8=MS/S/R LSR NE. Cette quantité devient 61,54 mm sous T2= MD/R SCV NE et 56,59 mm sous T6=MD/R LSR NE. Et sous les parcelles labourées enherbées, le stock en eau la plus faible a été enregistré sous la rotation biennale (MD/R) avec 55,46 mm entre 10 et 20 cm de profondeur.
Cependant, à partir du 80 cm de profondeur, le sol est devenu plus humide en labour, surtout sous la rotation biennale (MD/R).
Dynamique de l’eau au moment de tallage (44 JAS= 7ème prélèvement) : les courbes de la dynamique de l’eau au moment de la levée et du tallage présentent une même allure avec une diminution du stock en eau en profondeur. Toutefois, les différentes courbes suivant les traitements sont presque confondues. Avec le système de culture à base de la rotation biennale (MD/R), le stock en eau sous SCV dans tous les horizons est plus élevé que celui en labour. Cependant sous la rotation triennale (MS/S/R), le stock sur sol nu enherbé dépasse celui sous SCV non enherbé. Par exemple, la quantité d’eau stockée dans le sol dans 10 à 20 cm est de 69,41 mm en T4= MS/S/R SCV NE contre 72,08 mm en T8=MS/S/R LSR NE.
Dynamique de l’eau durant l’initiation paniculaire (72 JAS : 12ème prélèvement) : lors de l’initiation paniculaire, les courbes des différents traitements sont complètement confondues.
Dynamique de l’eau au moment de la floraison (93 JAS= 15èmeprélèvement) : Ce stade a coïncidé aux périodes pendant lesquelles une partie du dispositif a été inondé. Il s’avère ainsi difficile de tirer une conclusion sur la quantité d’eau stocké dans le sol au moment de la floraison.
Dynamique de l’eau au moment de la maturité (18ème prélèvement): l’évolution du dynamique de l’eau en profondeur au moment de la maturité présentent des dynamiques non semblables aux précédentes avec une augmentation du stock en profondeur. Entre 0 à 10 cm de profondeur, le stock en eau est le plus faible. En ce qui concerne le mode de gestion du sol, les systèmes labourés montrent un stock élevé par rapport aux systèmes SCV quel que soit le système de culture à l’exception du stock dans la couche 0 à 10cm sous la rotation biennale (MD/R).

Effet du mode de gestion du sol et des résidus sur la dynamique de l’eau dans le sol

Il a été montré que la période de forte pluie a commencé à partir de 9 JAS, entraînant ainsi la levée des plantules du riz à 16 JAS.
Le stock d’eau est significativement plus important en SCV qu’en labour dans l’horizon superficiel de 0 à 40 cm à 23 JAS et 30 JAS (5emeet 6emeprélèvement), coïncidant au début tallage du riz. Ainsi les effets positifs du non perturbation et la couverture permanente du sol se manifestent seulement durant la phase végétative du riz. Ce qui peut confirmer en partie les effets positifs de l’agriculture de conservation sur le maintien de l’eau dans le sol (Scopel et al.,2004 ; Rakotondramanana, 2011). A ces dates, les résultats sont identiques aux travaux de Rasolofo en 2013 affirmant une augmentation significative du stock en eau sur les parcelles paillés par rapport aux parcelles sans couvertures. Ceci peut s’expliquer par un taux d’infiltration élevé sur les parcelles sous couvertures (Findeling, 2001). De plus, la capacité des résidus à former des barrières pour que la lame d’eau en surface circule plus lentement a été démontrée. Ces résidus créent des petites retenues et augmentent la tortuosité de l’écoulement (Scopel et al., 2001, Findeling, 2001). Ceci donne plus de temps pour que l’eau s’infiltre dans le sol. La couverture du sol assure ainsi la contention continue des eaux de ruissellement et c’est l’effet peigne (Coufourier et al., 1994 ; Roose, 1994). Par ailleurs, la macrofaune dans l’horizon de surface sous SCV assure le développement d’un système macroporal important dans cet horizon. Ainsi, l’eau de la surface circule rapidement vers l’intérieur du sol (Zachmann& Linden, 1989 ; Abrahams & Parsons, 1991a; Carter &Steed, 1992; Mando, 1997; Trojan& Linden, 1998). A moyen terme, la conjonction de ces phénomènes peut contribuer à une forte capacité à l’infiltration des sols couverts d’un paillis de résidus (Rao et al., 1998; Scopel et al.,1998).
Les observations de cette étude confirme l’hypothèse 1 postulant que « le stockage en eau dans le sol est plus favorable en systèmes SCV qu’en systèmes conventionnels de labour ».
A partir du 44JAS (7e prélèvement), le stock en eau dans le sol commence à dépasser la capacité au champ de l’eau dans le sol. Le profil du sol est saturé d’eau, ce qui entraine la stagnation de l’eau en surface via à l’inondation des parcelles expérimentales au 81 JAS.
La couche entre 0 à 150 cm de profondeur est quasi-saturé en eau tant sur sol couvert que sur sol nu. Aucune différence significative de stock en eau du sol n’est alors constatée entre SCV et labour. Cependant, sur sol couvert, la capacité de rétention en eau du sol est accrue par la présence du mulch en surface. C’est pourquoi, lors du 7e prélèvement correspondant au stade tallage, il y un surplus de stock d’eau en SCV qu’en labour. Cette situation permet d’apprécier l’effet physique du mulch sur l’amélioration de l’humidité du sol.
Au moment de la maturité (112 JAS=18e prélèvement), la dynamique en profondeur de l’eau du sol révèle que le sol labouré est plus humide que le sol sous SCV et que le sol est plus imbibé d’eau en profondeur croissante. Ces cas peuvent s’expliquer par le fait que les eaux du sol commencent à être ressuyer en profondeur, c´est à dire drainées après l’inondation coïncidant au moment de la maturité. A cela s’ajoute une pluviométrie faible pendant ce stade de maturité. Et selon Scopel et al., (1998) ; Swella et al(2014), les résidus empêchent l’eau atteignant la terre pendant de basses précipitations. C’est pourquoi, le stockage est meilleur sur sol labouré dans les 40 premiers centimètres du sol pendant ce période.

Effet des systèmes de culture sur le stock en eau du sol

Selon les courbes d’évolution du stock en eau dans l’horizon 0 à 150 cm, quel que soit le mode de gestion du sol, le stock en eau du sol est toujours meilleur au niveau de la rotation triennale MS/S/R que la rotation biennale MD/R.
L’hypothèse pour expliquer ce phénomène est que, le système racinaire du stylosanthes est composé de nombreuses racines, avec un pivot principal et des racines secondaires rondes sur lesquelles se développent des nodosités. Ce système racinaire est puissant pour les légumineuses, et peut descendre jusqu’à plus de 1,5 m de profondeur pour les pivots principaux. Ce qui lui permet d’améliorer progressivement la structure des sols compactés, même en profondeur bien que cette amélioration se fait de manière moins rapide que des Graminées (Husson et al., 2008). Ainsi, en première année, lorsqu’il est associé avec le maïs, il exerce déjà son rôle dans la rénovation des propriétés physique du sol. Et la jachère améliorée de stylosanthes en deuxième année ne fait qu’accentuer davantage les atouts qu’il apporte au sol, Ainsi, la culture du riz en rotation triennale avec le stylosanthes bénéficie d’une bonne structure de sol. Il semble donc normal que l’infiltration soit meilleure sous une rotation triennale que biennale étant donné que l’infiltration est conditionnée par les caractéristiques physiques du sol (Musy & Soutter, 1991).

Effet de type de couverture sur le stock en eau

L’eau stockée dans le sol est meilleure sous couverture de Stylosanthes par rapport à celui couvert avec du mais+dolique. Cela est attribué à la quantité relativement importante de la biomasse produite par le stylosanthes par rapport à l’association maïs +dolique. Ainsi, l´effet de la couverture sur l´infiltration et la rétention de l´eau est plus marqué sous une couverture épaisse de stylosanthes par rapport à celle de la maïs + dolique. Ces résultats rejoignent à celui publié par Yi liu. (2010), il a rapporté qu’il existe une différence significative du stock en eau du sol entre les parcelles à faible et à forte paillages.

Effet de l’état d’enherbement de la parcelle sur le stock en eau du sol

Les parcelles de riz non enherbées retiennent plus d’eau que celles enherbées. La différence est plus marquée sous SCV non enherbé avec la rotation triennale.
Les adventices et les plantes cultivées ont sensiblement les mêmes besoins en élément nutritifs dont l’alimentation hydrique, en lumière, et en espace de développement (Frick & Johnson,2012). Ces adventices peuvent ainsi avoir un effet négatif direct par compétition avec la culture vis-à-vis des éléments sus évoqués pour leur croissance. Par conséquent, l’eau du sol en présence d’une population très dense des adventices comme le cas des parcelles enherbées nues est faible par rapport aux parcelles propres.
D’après ces résultats, le facteur état d’enherbement de la parcelle affecte la quantité de l’eau atteignant et emmagasinée dans le sol. L’hypothèse 2 du départ affirmant que« l’enherbement de la parcelle a des impacts sur la dynamique de l’eau dans le sol est également vérifiée ».

Effet du stock en eau du sol sur le rendement

Le rendement en paddy des parcelles sous système de couvertures végétales est meilleur que ceux des parcelles labourées bien que la différence n’est pas significative. Ce résultat est semblable avec ceux trouvé par des divers auteurs, citons parmi tant d’autres Razafindramanana et al à Andranomanelatra (2012), Ravalisoa (2012), et Rabarison (2014) au Lac Alaotra. Ils avancent une absence de différence significative de rendement entre les systèmes SCV et labour. Cependant, un très grand écart est observé, entre ces deux modes de gestion du sol en matière de production en tige. Cela peut s’expliquer par le fait que l’expérimentation est conduite sans apport de fertilisation ; et sous semis direct sous couverture végétale, la culture bénéficie plus d’apport en azote par les mulch par rapport au labour (Husson et al., 2008). Sous SCV se forme un horizon riche en N et très productif. Or l’azote joue un rôle très important dans le développement végétatif du riz. Il permet une croissance vigoureuse des plants de riz (Lacharme, 2011). Il assure l’augmentation du nombre de talles et de la croissance en hauteur du riz (Tapsoba, 1997).
De plus, pendant la période végétative les besoins en eau de la culture sont parfaitement assurés par la variation du stock disponible dans le sol. C’est pourquoi, il y une bonne production des talles. Cependant, pendant la période de la reproduction et de la maturation, le sol est très saturé. La culture est assujettie à un excès hydrique qui a beaucoup affecté le rendement en grains. En effet, quand l’eau est en excès, elle gène l’activité biologique dans le sol et réduit la disponibilité en éléments nutritifs (Memento de l’agronomie, 2009).
Le rendement varie en fonction de la variabilité du stock. L’hypothèse 3 qui stipule que « le stockage en eau du sol affecte le rendement en riz pluvial est vérifiée».

Table des matières

PARTIE 1 : MATERIELS ET METHODES
1.1. Zone d’étude
1.2. Dispositif expérimental
1.3. Mesures sur terrain et prélèvements
1.4. Traitements des données
PARTIE2 : RESULTATS
2.1. Pluviométrie durant l’expérimentation
2.2. Quantité de mulch et taux de couverture sur les parcelles conduites en SCV .
2.3. Evolution du stock en eau dans le sol durant le cycle cultural
2.3.4. Rendement
PARTIE3 : DISCUSSION
3.1. Effet du mode de gestion du sol et des résidus sur la dynamique de l’eau dans le sol
3.2. Effet des systèmes de culture : rotation biennale MD/R et rotation triennale MS/S/R sur le stock en eau du sol et effet des types de couvertures sur ce stock
3.3. Effet de l’état d’enherbement de la parcelle sur le stock en eau du sol
3.4. Effet du stock en eau du sol sur le rendement
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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