Variabilités spatiale du pH et de la CEC suivant le type de sols

Des informations ont été récoltées pour chaque parcelle de prélèvement suivant une fiche d’enquête préétablie (Annexe 3). Ces informations ont été obtenues suite à des entretiens avec les paysans et les techniciens du FIFAMANOR couplés avec des observations sur le terrain. Elles englobent les précédents culturaux, la fertilisation (intrants utilisés), les espèces de plantes fourragères cultivées, la durée d’installation des cultures fourragères, la position topographique des parcelles.

Soulignons que les informations sur les coordonnées géographiques des parcelles ont été effectuées par les agents du FIFAMANOR. Ces données fournissent une guide permettant de localiser les parcelles sur lesquelles les prélèvements devraient s’effectuer. Seules les informations les plus fiables ont été retenues pour les analyses.

Au final, 100 parcelles de cultures fourragères ont été choisies pour les prélèvements de sol. Elles sont situées dans 11 communes allant le long des routes nationales N°7 (Antanifotsy jusqu’à Manandona) et N°34 (Bifurcation vers Belazao). Les points des prélèvements des échantillons sont présentés sur la figure 2.

Les prélèvements d’échantillons de sols ont été réalisés en trois missions : du 29 novembre au 06 décembre 2013, du 13 au 24 janvier 2014 et du 08 au 18 avril 2014. Lors de ces trois périodes de prélèvements 2800 échantillons de sol ont été collectés. .

Au milieu de chaque parcelle, un carré de 20 m² (10x10m) est délimité. Les prélèvements sont réalisés sur quatre coins (notés A, B, C, D) de ce carré à l’aide d’un carottier monté sur un marteau piqueur motorisé, Atlas Copco Cobra TT jusqu’à 1m de profondeur (Cliché 1). Sur chaque point, cinq prélèvements ont été réalisé de 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 50-60 cm et 80-90 cm de profondeur selon le modèle de prélèvement proposé par Razafimahatratra (2011).

Pour les points A, B et C, des aliquotes des sols prélevés sur un horizon identique ont été mélangés pour obtenir un échantillon composite. Ces échantillons composites sont utilisés en laboratoire pour les analyses physiques et chimiques du sol.

Pour le point D, le mode de prélèvement est différent, puisqu’il s’agit des échantillons collectés pour mesurer la densité apparente du sol. Il est effectué à l’aide d’un cylindre métallique de 8,1 cm de diamètre et 10 cm de profondeur (Cliché 2). Les prélèvements ont été effectués jusqu’à 30 cm de profondeur, soit trois profondeurs : de 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm. Ce cylindre métallique est sollicité puisque le carottier motorisé risque de perturber et tasser le sol en surface par sa vibration, ce qui pourrait biaiser le résultat sur la densité apparente.

Les échantillons composites ont été séchés à l’air libre et bien ventilés durant une quinzaine de jours. Une fois séché, ils ont été ensuite tamisés à l’aide d’un tamis à maille de 2 mm. Un échantillon de 50 g environ est broyé et tamisé à 0,2 mm pour analyser la capacité d’échange cationique, des cations échangeables (Cliché 4).

Les échantillons composites de surface (0-10 cm et 10-20 cm de profondeur) ont fait l’objet d’analyses au laboratoire. Au total, 200 échantillons (100 échantillons par horizon de surface) de sols composites ont été utilisés pour l’analyse de la CEC, des cations échangeables, du pH-eau et du pH-KCl et de l’aluminium échangeable au Laboratoire des Radio Isotopes (LRI).

La mesure du pH a été réalisée à l’aide d’un pH-mètre à électrode en verre et un système à lecture directe. Le pH a été mesuré avec des échantillons composites préparés et tamisés à 2 mm selon le rapport de mélange de sol et de solution 1/2,5 : eau distillée pour le pH-eau.

L’analyse de la capacité d’échange cationique a été réalisée par la méthode au chlorure de cobaltihexamine (Ciesielski et Sterckeman, 1997) (Annexe 4). Le calcul de CEC est donné par la formule suivante. CEC =([  ℎ  ]   −[  ℎ  ]    )× 100 100−  %

Avec : [Cohex] : concentration du chlorure de cobaltihexamine dans l’extrait;

H% : Humidité de l’échantillon d’analyse en %.

Les données après analyses des échantillons du sol au laboratoire ont été traitées à l’aide du Microsoft Excel et du XLSTAT 2008 au seuil de risque α=0,05 et ont été organisées par horizon d’analyse. Les données sont soumises au test de normalité pour valider si elles suivent la loi normale. Lorsque les données suivent la loi normale, le test paramétrique « Test de Tuckey » a été employé. Dans le cas contraire, le test non paramétrique est utilisé. Pour cela, le test de Mann-Whitney a été opté pour comparer deux variables et le test de Kruskal-Wallis couplé avec le test de comparaisons multiples de Dunn pour comparer plus de 2 variables. La règle de décision est dictée à partir de la valeur p-value calculée qui indique le risque d’erreur encourue en rejetant l’hypothèse nulle ou 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.

Le logiciel QGIS Dufour 2.8.9 a été exploité pour la confection des cartes des données obtenues aux laboratoires afin d’avoir un aperçu de la spatialisation de ces données dans la zone d’étude. Cette cartographie des données analysées au laboratoire est mise en relation avec la carte morphopédologique ( réalisé à 1:1 000 000 par M. Delenne et F. Pelletier) de la zone d’étude pour savoir lesquels des types de sols présents ont une faible ou forte capacité d’échange cationique et des teneurs an bases échangeables.

En effet, QGIS permet à l’utilisateur de définir un système de coordonnées de référence (SCR) par défaut et pour l’ensemble des projets, pour les couches démunies de SCR prédéfini. Il lui permet également de définir des systèmes de coordonnées de référence personnalisés et autorise la projection à la volée de couches vecteur et raster. Toutes ces fonctionnalités permettent à l’utilisateur d’afficher des couches avec différents SCR et de les superposer correctement.

 Carte par type de sols

A partir du format de fichier vecteur standard utilisé par QGIS dans le BD 200 FTM, on a construit la carte de la région de Vakinankaratra.

Puis avec les fichiers dans la carte morphopedologique combinés avec le fichier de la carte de Vakinankaratra obtenue, on peut en isoler une carte de pedologique uniquement pour la région de Vakinankaratra. Puis à partir des coordonnées GPS des points de prélèvements, les points de prélèvement ont été localisés sur cette carte pédologique de Vakinankaratra. Ensuite, les données obtenues après analyses des sols au laboratoire ont été importées sur cette carte pédologique de Vakinanakaratra obtenue. Enfin, les points de prélèvement ont été catégorisés et gradués en couleur par leur teneur en CEC et la valeur de pH du sol.

Dans l’horizon 10-20cm : par ordre croissant, la moyenne de la CEC va dans le sens de sols ferralitiques fortement rajeunis (2,84 cmol+.Kg-1), les sols ferralitiques rajeunis (4,27 cmol+.Kg– 1), les sols ferralitiques indure (4,94 cmol+.Kg-1) et les andosols (8,40 cmol+.Kg-1). Par rapport à ces résultats une différence significative est constatée entre les sols ferralitiques et les andosols. Une observation similaire est constatée entre les sols ferralitiques fortement rajeunis et sols ferralitiques indures (Annexe 5)

Concernant, la distribution spatiale des CEC des parcelles étudiées dans les deux horizons (0-10cm et Horizon 10-20cm) de surface sur les différents types de sol sont présentés dans la carte 3. Pour les deux horizons, la parcelle ayant une CEC supérieure à 15 cmol+.Kg-1 se concentre surtout dans la zone sud-ouest, sur des andosols. Celles ayant des CEC comprises entre 10 à 15 cmol+.Kg-1 se trouvent sur les sols ferralitiques indures. Enfin, Les parcelles ayant des CEC inférieure à 5 cmol+.Kg-1 se répartissent dans les parties centre et Est de la zone d’études et se trouve exclusivement dans les sols ferralitiques rajeunis et fortement rajeunis (Carte 3 et Carte 4).

Valeur de pH eau dans les deux horizons de surfaces suivant la toposéquence

Pour l’horizon 0-10cm, la moyenne pH eau du sommet de la colline, de haut-versant, du miversant et du bas-versant sont respectivement 4,79, 4,80, 5,12 et 5,12. Selon les analyses statistiques, le pH des bas-versant est supérieur significativement à ceux des haut-versant et sommet de colline. Par contre, aucune différence significative n’a pas été observée entre le pH des haut-versant et mi- versants.
Pour l’horizon 10-20cm, les pH des sommets de colline, haut-versant, mi- versant et bas versant s’élèvent respectivement à 4,83, 4,91, 5,03, 5,23. D’après les analyses statistiques, le pH des sommets de colline est significativement inférieur à celui des bas-versant. Cependant, aucune différence significative n’a été constatée entre les trois derniers séquences topographiques ni entre les trois premiers séquences topographiques (Annexe 6).
Pour tous l’ensemble des données traités pour comparer les résultats par toposéquence, les pH des deux horizons de surfaces ne sont pas différents significativement (Figure 5). Pour tous l’ensemble des résultats traités suivant les toposéquences, 24 parcelles se situent dans les sommets de colline, 12 parcelles dans les haut-versant, 15 dans les mi- versant et 23 dans les bas-versants. La répartition spatiale de ses parcelles suivant la toposéquence se trouve dans la carte 5.
La carte 6 montre clairement que les pH eau dans l’horizon 0-10cm des parcelles qui se trouvent sur les sommets de collines varient entre 4 à 5,5 tandis que ceux qui se situent sur les parcelles en bas versants sont compris entre 4 et 6. Cette observation est valable pour toutes les parcelles étudiées.
Pour la spatialisation des pH eau des horizons 10-20cm (Carte 7), les pH eau des parcelles en partie sommitale et en versant varient entre 4 à 5,5 et ceux en bas versant se situent entre 4,5 et 6 (carte 7). Parmi les 23 parcelles en bas-versant, 17 ont un pH eau supérieure à 5, et parmi les 24 en sommet de la colline, 15 ont un pH eau inférieure à 5.

Capacités d’échange cationique échangeable dans les deux horizons de surface

Suivant la toposéquence, la figure 6 et la carte 8 et 10 montrent la variabilité de la valeur de CEC des points de prélèvements.
Pour l’horizon 0-10cm, la moyenne de la CEC dans les sommets de colline est de 3,72 cmol+.Kg– 1, 3,36 cmol+.Kg-1 dans les haut versant, 4,37cmol+.Kg-1 dans les mi-versants et s’élèvent à 6,14 cmol+.Kg-1 dans les bas-versant (Figure 6). Après les analyses statistiques, il n’y a pas de différence significative entre les CEC des deux horizons de surface dans tous les profils de toposéquence étudiée. De même, aucune différence significative n’est détectée entre les CEC des parcelles dans les sommets de colline, haut-versant et mi- versant. Par contre, une différence significative est observée entre la CEC des sommets de colline et celle des bas versants (Annexe 6).

La fertilité répresente un indicateur d’aptitude de la terre pour une exploitation agricole (Berner A. et al., 2013). De ce fait, elle peut mettre en évidence les différentes mesures qui méritent d’être prises pour une zone donnée. Tenter d’évaluer l’évolution de l’état de fertilité chimique des sols dans la zone de Vakinankaratra est un processus assez complexe. Les principales données antérieures en 2014 souffrent d’un manque d’harmonisation dans l’analyse. Il est donc très délicat de les utiliser si ce n’est pour mettre en évidence de grandes tendances générales. La principale lacune de cette analyse de données antérieure réside dans la précision du référencement des échantillons que nous avons essayé de combler dans cette étude. En effet, ce référencement par GPS ajouté à l’intégration de la carte des principaux types de sols a permis de disposer tous les outils pour envisager, à moyen terme, de réels progrès dans le suivi de la fertilité des sols dans zone de Vakinankaratra et aussi de bien mettre en évidence le type de sol où on a effectué le prélèvement de sol.
Le couplage des résultats analytiques du pH eau et de la capacité d’échange cationique avec les données de la carte numérique des sols BD 200 permet de disposer de paramètres précieux pour affiner les conseils de fumure aux agriculteurs éleveurs de la zone de Vakinankaratra pour améliorer la fertilité du sol.

Au niveau de Madagascar, la majeure partie des sols ferralitiques du socle cristallin s’appauvrit chimiquement ou se dégrade physiquement. Les pratiques culturales préconisées par le système traditionnel n’arrivent pas à maintenir le niveau de fertilité des sols, les épuisent au contraire car il n’y a plus de restitution satisfaisante tant du point de vue minéral qu’organique. L’utilisation des fumures, notamment organiques, est généralement limitée aux cultures des bas-fonds aux dépens des cultures de versants (tanety). Les doses appliquées ne sont pas optimales. Les techniques culturales ne sont pas efficaces pour une bonne gestion de la fertilité des sols (Ratsivalaka R.S. et al., 2007). Les travaux sur l’état de fertilité des sols à Madagascar apparaissent donc tout à fait pertinents pour apporter des réponses au problème de lutte contre la pauvreté à Madagascar dans la mesure où la restauration et une bonne gestion de la fertilité des sols pourraient contribuer à améliorer les rendements. Par ailleurs, comme la plupart des zones des hauts-plateaux de Madagascar, l’accès à des bas-fonds devient de plus en plus limité pour ces derniers du fait de la forte croissance naturelle de la population (Penot E. et al., 2009). Ainsi, la connaissance et spatialisation de l’état de fertilité du sol dans les profils topographiques fertilité des versant est nécessaire pour appuyer ces agriculteurs.

Fertilité chimique du sol et les types de sol

Les moyennes globales des pH eau des sols ferralitiques fortement rajeunis, ferralitiques rajeunis et ferralitiques indure concrétionné sont respectivement : 4,7 ; 5,08 ; 5,03. Ces valeurs sont relativement donc dans la fourchette normale pour les sols ferralitiques qui est de 3 à 5 (Razafimahatratra H. 2010). Dans les andosols, le pH moyen global est de 5,37. Ceci rejoint relativement le pH eau trouvés dans les andosol par Guicharnaud R. (2006), qui est de 5, 27 en moyenne.
Un sol est fortement acide si son pH eau est inférieur à 5,3 et acide si son pH eau est compris entre 5,3 et 5,8 (Sinaj S. et al., 2009). Dans cette étude, les parcelles sur les sols ferralitiques sont donc fortement acides et celles sur andosols sont acides. Ils ont tous d’une correction d’amendement basique. Les moyennes globales (dans les deux horizons de surface) de capacité d’échange cationique des sols ferralitiques fortement rajeunis, ferralitiques rajeunis et ferralitiques fortement indures concrétionnés sont respectivement de 3,13 ; 4,41 ; 5,46 cmol+.Kg-1. Les résultats obtenus rejoignent à ceux rapportés par Rabeharisoa (2004). D’après le rapport publié par le même auteur, la capacité d’échange effective des sols ferralitiques dans les Hautes-Terres malgache varie entre 3 à 5 cmol+.Kg-1 (Rabeharisoa, 2004). Mais la moyenne obtenue au niveau des sols ferralitiques indures concrétioné ne se trouve pas dans cette fourchette. Cette différence de résultats pourrait être attribuée au fait que les prélèvements ont été faits sur des parcelles de divers propriétaires qui peuvent apporter des matières organiques de nature et d’origine différentes (fumier de bœuf, compost etc.) en quantité variable en fonction de leurs disponibilités des éléments sur place. Concernant les parcelles sur des Andosol, la moyenne globale de la CEC s’élève à 9,00 cmol+.Kg– 1 . D’après Chesworth (2008), les CEC des andosols se situent généralement entre 10-40 cmol+.Kg– 1 . Ces résultats sont sensiblement supérieurs à ceux trouvés dans les andosols. Par ailleurs en se référant aux études rapportées par Razafimbelo (2005) à Betafo dans les andosols, sous couvertures végétales (29,59 cmol+.Kg-1 avec un pH de sol de 6,05), cette valeur est vraiment faible. Plusieurs hypothèses et conclusions pourront être avancées pour expliquer ces différences. D’après la plupart des auteurs, la capacité d’échange cationique des andosols est une valeur très aléatoire : elle varie suivant l’état d’hydratation du sol, le taux de saturation en anions (notamment en phosphates), et même suivant leur teneur en hydroxydes de fer et d’aluminium non cristallisés (Quentin, 1971). Plus particulièrement, la diminution de la valeur de la capacité d’échange mesurée sur sol séché à l’air par rapport à celle mesurée sur sol humide, qui avait été remarquée par Sherman et Kanehiro (1953), ils ont rapporté une diminution de la capacité d’échange allant de 30 à 91 % par simple dessiccation à l’air. Ceci pourrait s’expliquer par l’observation de Colmet Daage et Lagache (1965) sur la diminution irréversible de la surface active des allophanes contenus dans les andosols par suite du phénomène de déshydratation irréversible de ces substances (Quentin, 1971). Cette diminution est due probablement aux habitudes d’effectuer des labours avec renversement de bloc de terres sur les parcelles où l’horizon de surface subit des déshydratations. Ces résultats permettent d’en déduire que la CEC des sols ferralitiques est significativement inférieure à celle des andosols. Les sols ferralitiques admettent une fertilité chimique faible que les sols andosols. Etant donné que l’accumulation d’humus est plus consistante au niveau des andosols que dans d’autres types de sols dépendant de la lithologie, cette richesse en humus est liée à certaines capacités d’échange cationique élevées des allophanes et leur capacité d’attirer et de fixer les composants humiques. Les allophanes sont abondants dans les sols dérivant des dépôts de cendre volcaniques (Rusu, 2005). Les résultats sur les sols ferralitiques pourront aussi être expliqués par les caractéristiques des minéraux constituants les sols ferralitiques et leur évolution (Annexes 11, 12 et 13). La Capacité d’Echange Cationique (CEC) correspond à la capacité d’un sol à piéger ou libérer les cations (Schvartz et al., 2005). Ce paramètre est un indicateur de la qualité et de la fertilité des sols. Ainsi, lorsque la CEC est faible, le potentiel du sol l’est également. Dans ce cas, la réserve en cations du sol est peu importante. Cela a comme conséquence, d’un point de vue agronomique, de devoir privilégier un fractionnement des apports d’engrais dans ces sols.

Par rapport à ces informations, la première hypothèse du départ « les capacités d’échange cationique et le pH varient suivant le type de sol dans la zone de Vakinankaratra » est confirmée.

Fertilité chimique du sol et les positions topographique des parcelles

Sur les parties sommitales, le pH moyenne globale est de 4,81 et les haut-versants ont un pH moyen de 4,86, celui sur les mi- versants est de 5,07, celui sur les bas-versants est de 5,18. En ce qui concerne la valeur moyenne globale de de CEC , celle du sommet de colline est de 3,59 cmol+.Kg-1, celle de haut-versant est de 3,34 cmol+.Kg-1, celle de mi- versant est de 4,23 cmol+.Kg– 1 et celle de bas-versant s’élève à 5,74 cmol+.Kg-1. Par ailleurs, le pH et la CEC des parcelles sur les sommets de colline et haut-versants sont relativement faibles par rapport à ceux des basversants. Ces constatations confirment bien que topographie est généralement considérée comme à l’origine d’un gradient de fertilité. Plus on descend de sommet de colline vers les bas-versant, plus la valeur du pH et de la CEC augmentent.

En effet les sols représentent la partie superficielle et meuble de la croûte terrestre. Ils proviennent de l’altération et de la transformation d’une roche mère originelle par les agents climatiques et les activités biologiques. Au final, ils constituent un complexe organo-minéral, plus ou moins structuré et développé, capable de fixer les éléments nutritifs nécessaires au développement de végétation et par là même à celui de la vie sur terre. Comme tous les éléments constitutifs de l’écorce terrestre, les sols sont soumis à l’érosion qui conduit progressivement à leur différenciation en fonction de leur position sur le versant. Ainsi, où que l’on se place à la surface de la Terre, exception faite – peut-être – des régions polaires et des grands déserts, il est possible de constater une étroite relation entre les sols et la topographie. Généralement, cette relation s’exprime au travers de l’épaississement et de la simplification des profils pédologiques à mesure que l’on se rapproche des talwegs et inversement, par l’amincissement et la diversification des profils de sols à proximité des lignes de crêtes (Carrega , 2008).

Dans le contexte étudié, l’effet de la topographie a été bien mis en évidence. Quelques explications peuvent être avancées pour comprendre cette variabilité suivant la topographie. Dans les Hautes Terres Centrales de Madagascar sont très vulnérables à diverses formes d’érosion. Les principaux facteurs de leur développement tel que le climat, la morphologie, le type de sol et la végétation dominante y sont favorables. De plus, les bilans des études sur l’érosion des HautesTerres malgaches montrent que les pertes en terres sur les sols cultivés sans dispositif antiérosif varient, à l’échelle de la parcelle, de 4 à 24 t/.ha/.an, avec une moyenne de 6,7 t/ha/an et une médiane de 4 t/ha/an (Ratsivalaka et al., 2007).
La deuxième hypothèse émise au départ que « la position topographique des parcelles influencent sur les capacités d’échange cationique et pH du sol dans la zone de Vakinanakaratra » est également confirmée.