[PDF] Les sols tropicaux et leur dégradation en fonction des types dérosion

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Les solstropicauxet leurdégradation

enfonctiondes typesd'érosion *IRD, BP 54601,F34394Montpellier,France;courriel:Eric.Roose@ird.fr **lRAD,BP 2123,Yaoundé,Cameroun;courriel :z.boli2008(Q{yahoo.fr ***lRAZ,BP 5667Kinindo,Bujumbura,Burundi;courriel :agrobiotec2002@yahoo.fr

Résumé

Le sol, produit del'altérationdes roches en fonction del'atmosphèreet de la biosphère, est un

composé complexe de matières organiques (MO) et minérales ayant des propriétés propres,

très différentes de celles des rochesd'origine.On ditqu'unsol estdégradéquand il a perdu une ou plusieurs de ces qualités. La cause première de cettedégradationest liée

àla

minéralisationdes MO du sol suite audéfrichementet

àla mise en culture entraînant une

faible restitution des MO. Maisl'érosionen nappe sélective desparticuleslégères (MO, argile

et limons) accélère cettedégradationdouze fois plus vite que lesimpledécapage par érosion

(ravinement) en rigole ou en masse (érosion aratoire).

D'oùl'importancede protéger la

surface du sol par une couverturevégétaleabondante qui alimente la surface du sol en MO, élimine labattancedes gouttes de pluie (E. en nappe),maintienune bonne infiltration (ravinement) etaugmentela rugosité de la surface du sol (E. en masse). Motsclés:Afriquetropicale, typesd'érosion,dégradation du sol,matièresorganiques.

Abstract

Soils, produced by rocks alteration in relation to atmosphere andbiosphere,are composedof various organic and mineralcompoundsdeveloping properties verydifferentfrom theseof local stones. A soil is said degraded when it had lost one or sorneofthese properties. The first original cause ofdegradationis related to organic mattermineralisationafter deforestation and cropping. But sheet erosion being selective oflight material (OM, clay, loam) accelerates the soildegradationtwelve times faster than scouring effect(rill-gullyerosion) or mass movements (tillage erosion). Therefore, authors insist on theimportance ofgreen coverage in order to feed the topsoil with OM, toprotectthe surface from the drops energy, to maintain a good infiltration capacity(againstrills) and to increase the soilroughness(Mass movements). Keywords: TropicalAfrica,erosion types, soil degradation,organicmatter 16

1.1.Introduction:ladéfinitiondes sols

Avant deparlerde larestaurationdes sols, il nous fautdéfinirbrièvement les propriétés des sols et lesprocessusqui entraînent leur dégradation. Le sol est un épiderme fragile couvrant la surface de la terre.Contrairementaux êtres vivants, il n'ya pas de sol individuel. Il y a continuité entre un sol et son voisin sur le versant d'unecolline:ondevraitplutôtparlerde couverturespédologiques(Ruellan,2010). Le sol est une mince couche (0,1 à plus de 10 md'épaisseur)dematériauxmeubles qui recouvrent le noyau rocheux de la Terre. Le sol est le fruit de ladésagrégationphysique et del'altérationchimiquedes roches par les agents del'atmosphère(l'alternancegel-dégel, pluie-sécheresse), del'hydrosphère(attaque des acidescarboniquesdes pluies, des acides humiques des eaux de drainage), et de la biosphère(minéralisationpar les microbes, perforation par les racines et par la faune qui y trouvent un habitat très varié). Le sol est un composécomplexed'élémentsminéraux etorganiques.Certains

minéraux sont des résidus de la roche (ex. sables quartzeux, feuillets de micas ou de minéraux

noirs, nodulescalcaires)etd'autressont le produit de ladégradation(par hydratation, oxydation,complexation)oud'unenéogenèse en relation avec lemilieu(les argiles de néoformation:kaolinite, argiles gonflantes, hydroxydes métalliques, etc..). Les sols sont structurés, composés de pores remplis d'airoud'eau,d'agrégats,de mottes etd'horizonsplus ou moins épais et distincts. La densité réelle d'uneroche varie de

2,6 à plus de 13tandis

qu'unsol cultivé a une densité beaucoup plus faible, de 0,8 sur certains sols volcaniques, de 1,3 après labour àplus de 1.5 en fin de saisonculturaleet à plus 1.8 sur certains sols riches en fer. Sous forêts, le sol de surface est souvent plus léger quel'eau "0,9)

tant il est poreux, soulevé par les racines, perforé par lesanimaux,allégé par les matières

organiques:le pieds'enfonced'ailleursdans ce matériaux plus riche en air et en eauqu'en minéraux solides (Roose, 1994). Bref, il y a un monde entre le sol et la roche ou lessédimentsqui lui ont donné naissance.

1.2. Le sol est unmilieutrèscomplexequia despropriétésparticulières.

- C'est un milieuporeuxquifiltreles eauxde drainage, stocke leseauxutiles aux plantes dans les micropores et permet aux eaux excédentaires decirculerrapidementdans les

macropores pouralimenterles nappes phréatiques et bien plus tard, les rivières. Il assure aussi

la continuité et lerenouvellementdel'atmosphèreen son sein.

- C'est un milieu structuréoù lesparticulesminérales de tailles diversess'allientde façon

plus ou moins stable avecl'humus,le calcium et diverscomplexesmétalliquespour former

des agrégats, des mottes qui reflètent les travaux culturaux, des horizons aux propriétés

différentes (couleur, texture, structure, densité, etc.) quirenseignentsur la qualité de l'environnementpédologique. - C'est un habitat très diversifié qui abrite d'innombrables êtresvivants:des microbes, des animaux, des racines quiprofitentd'uneinfinitéd'habitatsdifférents et de surfaces de contact permettant des échanges entre les divers habitants.C'est l'undes refuges de la biodiversité d'oùl'ona tiré denombreusesmoléculesutilisées parl'homme(ex. les antibiotiques, les ferments lactiques, etc.). _C'est un lieu de stockage de l'eau, de métaux et d'autres ressourcesprécieuses:eaux

minérales, terres rares, argiles pour la poterie, minéraux et métauxrecherchésparl'industrie.

C'estun matériau deconstructionisolant qui a été utilisé depuisl'antiquitépour élever des

17 murs en argiletasséeoufabriquerdesbriquesséchéesau soleil. Une fois cuites à haute température,cesargilesformentdesbriqueset des tuilesabritantdurablementlesmasures commeles palais. - C'est un lieu de stockage du carbone et desnutrimentspourlesplantes:azote,phosphore et soufre dans lesmatièresorganiques,cationsetmétauxadsorbésaux argiles et àl'humus, diversnutrimentsconstituantdes limons etcertainssablescapablesderestituer éléments)dontlesplanteset lesanimauxontbesoinpour sedévelopper.

C'estaussi unpiège

1.3.

Ladégradationdes sols

Ce milieucomplexe,fait de solides,

d'airetd'eau,est lesupportde la vie. Mais avec lapressiondémographiqueetl'exploitationintensivedes sols, l'hommenégligeles règles naturellesd'entretien,derepos,deprotectioncontre divers agents dedéstructuration:au bout dequelquesannées,onpeutconstaterque sespropriétéssedégradentainsi que sacapacitéà produiredesvégétauxet ànourrirlesanimauxet leshommes.

Ladégradationsemanifestepar laperte

d'uneouplusieursqualitésdu sol par l'interventionde diversprocessusnaturelsouaccéléréspar lesactivitésdel'homme. La minéralisation des matières organiquesestindispensablepourtransformeren humus les litières, cadavres etdiversdéchetsorganiqueset plus tardpourrestituerprogressivementles nutriments(N, P,oligoéléments,etc.). Maislorsqu'ondéfrichelemilieunaturelet qu'on supprimel'apportrégulierde litière ou de résidusorganiques,lapopulationmicrobiennedu sols'attaqueàl'humus(ensemblecomplexed'acideshumiqueslibéréspar lesmicrobes)et aux matièresorganiquesdu solresponsablesde lastabilitéstructurale.Si en plus on aère le sol par lestravauxculturaux(labour,sarclages,etc.), onaccélèreladégradationdes matières organiqueset de lastructuredescouchessuperficiellesdu sol jusqu'àdescendreen dessous de certains seuils (0,5% de MO pour les sols sableux et 1,2%pourles solsargileux(Feller,

1995 ; Feller,Beare,1997).En-dessousde ces seuils lastructuredu sols'effondre,des croûtes

se forment à lasurfacedu sol quiréduisentl'infiltration,accélèrentleruissellementet l'érosion,l'assèchementduprofilet sonappauvrissementsélectifennutriments(Roose,

1994).

La dégradationparl'érosionen nappe. Lesgouttes depluiespilonnentla surface du sol, détachentlesparticulesetmicro-agrégatsdes mottes,arasentlarugositéde la surface du sol.

Il se forme alors descroûtescompactesquiréduisentsévèrementlacapacitéd'infiltrationdes

eaux de pluie (de 100 à <10mmlheure).L'érosionennappepeutdéplacerentre 0,1 et 2 t/ha/andecarbone,autantque lepouvoirdu sol deséquestrerlecarbonedans seshorizons superficiels(RooseetBarthès,2006). Leruissellementennappesedéplaçantlentementà la

surface du solemportesélectivementlesparticulesles pluslégèreset les plus fertiles (argiles,

limons, matièresorganiquesetnutrimentsqui ysontassociés).Ellelaisseen place des nappes de sables et degraviersstérileset forme de minces croûtesd'érosionet desédimentationqui réduisentdrastiquementl'infiltrationet larespirationdu sol.

L'érosionennappeexportant

sélectivementlesparticuleslégèresprivele sol desnutrimentsconcentrésdans les horizons de surface etappauvritl'horizoncultivédes argiles et del'humus(Roose,1994). 18 Ladégradationpar compaction dusol:les paysans, les animaux et les engins utilisés pour mécaniser les travaux culturaux exercent une pression de 1.5 à 6 kg/cm" à la surface du sol: celle-ci se transmetprogressivementen profondeur(SOcm),écrase les macropores, ralentit la circulation del'eauet del'airindispensable aux racines (manqued'oxygène),empêche la pénétration des racines et rétrécitl'espaceoù les plantes puisentl'eauet les nutriments dont

elles ont besoin. On observe une réduction progressive de la productivité du sol car les plantes

n'ontplus accès aux couches profondes du sol.. La pollution du sol par lesmétauxlourds, les sels calcaires ou sodiquesdéposéspar l'évaporation des eaux de nappe. L'épandagerépété des boues de ville, des eaux usées, des hydrocarbures, de certains produits industriels ou des lisiers des animaux apporte des métaux lourds rapidement absorbés par lesargiles:un excèsd'azotepeut se libérer qui pollue la nappe par les eaux de drainage. Le milieu poreux que constitue le sol accumule ces produits qui deviennent toxiques pour les plantes. De même,l'évaporationdes eaux de nappe riches en sels de sodium ou de calcaire finit par accumuler en surface des croûtes peu perméables ou des horizons à pression osmotique et à pH trop élevés pour que les racines puissent les supporter. Ces pollutions sortent du cadre de cette étude. Dans cet ouvrage, sont prises en compte les dégradations par minéralisation des MO du sol, parl'érosionsélective ou le décapage et la compaction des horizons de surface qui entrainent une réduction importante de la production végétale. Les écologuesparlent de restaurationd'unmilieu dégradé quand ils'agitd'arrêterles

processus'dedégradation et de restaurer àl'identiqueles caractéristiques initiales de la faune,

de la végétation etéventuellementdu sol d'unécosystème. Quand ils'agitde récupérer des

terres dégradées suite aux activités humaines etd'intervenirénergiquementpour transformer

le milieu en terrain de culture rentable, les écologues parlent deréhabilitation(Aronson et al.,

1993). Dans cet ouvrage, les études visent à décrire les méthodes de récupération de la

productivité des sols dégradés par les cultures,l'élevageoud'autresmises envaleur;on parlera plutôt de restauration de la productivité des sols, de leur capacité à produire durablement des récoltes végétales ou des produits animaux.C'estle terme utilisé généralement par les agronomes et pédologues américains.

1.4. Les limitestolérablesdel'érosion.Dans un premier temps, ils'agitde garder

l'épaisseurdu sol constant en acceptant une perte en terre du même ordre de grandeur que l'altérationde la roche sous-jacente, soit environlmmpar an, 10 cm par siècle ou 1 m par

millénaire. Si on choisit une densité apparente du sol de 1,2, cela correspond à 12 t/ha/an.

Mais ce seuil ne tient pas compte de la différence très nette de fertilité entre la couche humifère superficielle qui est érodée et la couche de roche altérée.... Une deuxième approche propose de fixer le seuild'érosiontolérable autours de celui qui correspond au maintien de la productivité du sol:mais cela ne tient pas compte des dégats du aux transports de sédiments dans les drains et les réservoirs d'eau.

En définitive, les spécialistes américains ont proposé une fourchette de 1 à 12 t/ha/an en

fonction de la fragilité des sols et du milieucultivé:1 t/ha/an sur les sols forestiers oùtoute la

fertilité est concentrée sur les premiers cm...etjusqu'à12 t/ha/an sur des vertisols qui peuvent se reconstituer rapidement (10 à 20 mm par an).

1.5.Influencedel'érosionen

ferrallitiqueacideargileux(Rishirumuhirwaet Roose, 2004) 19 AuBurundicentral,sur un solferrallitiqueargileuxacide descollinesprès de Gitega, l'érosiona étémesurée pendanttrois années sur desparcellesd'érosion(300 m 2 et 8 % de pente)soumisesà 4niveauxdepaillage.Les pertes enterrecumuléess'élèventà 154 t/ha/3anssur laparcellenuestandard(mulch=0%), 54 - 17 et 0.15t/ha/3anssur des bananeraiesavec unesurfacecouverterespectivementde 20 - 40 et 100% par le paillage. Sur cesparcellesayantconnuun grandéventaild'intensitéd'érosionen nappe, on a tenté de mesurerl'arrièreeffetde ceprocessus.La 4

èrne

année, aprèsl'arrachagedesbananiers,chaque parcellefutseméeuniformémenten maïs, dont unquartdechaqueparcellesansajouter d'amendement.Lerendementen maïs grain adiminuésignificativement(1,7 - 1,0 - 0,5 - 0

t/ha) sur cesparcellesoùl'érosionen nappe des annéesprécédentesvariaitde 0.01 à 10 mm.

L'horizonsuperficieldu sol a donc unemémoiretrès fine del'érosionennappesélective subie les annéesprécédentes.On verra au §2.1 que cettemémoirea aussi un effet très net sur lespossibilitésderestaurerlaproductivitéde ces parcelles.

1.6.L'érosionen nappesélectiveest douze fois plusdommageablequel'érosionen rigole

ou en masse sur laproductionde maïs d'un solferrugineuxsableux(Boli et Roose, 2004) Sur un solferrugineuxsableuxdespénéplainesduNordCameroun,à la station de Mbissiri,près deTchollire,l'érosionmesuréependant

4annéessur desparcellesd'érosion

(100 m 2 et 2 % depente)aatteint160t/ha/4anssur laparcellenuestandard(équivalenteà 10 mmd'épaisseur),90t/ha/4ans(= 6 mmd'épaisseur)sur desparcelleslabouréeset soumises à unerotationintensivede maïs - coton et 30t/ha/4ans (=2 mm) sur desparcellessoumises aux mêmecultures,maisavec unminimumde travail du sol sur lalignedeplantationet une litièrecouvrantplus de30%de lasurfacedu sol. La5èmeannée,toutescesparcellesfurent semées en maïsuniformément,sansfertilisation.Enmoyenne,lesparcelles "labourées»ont produit10quintauxdemoinsque lesparcellespeutravaillées(2,5t/ha),soit 40 % de moins pour unedifférenced'érosionen nappesélectivede 4 mm. Aproximitéde cesparcellesd'érosion,on adécapémécaniquement30parcellesde 0 -50 -70- 100 et 150 mm del'horizonhumifèrepoursimuleruneérosionen rigole non

sélectivedesparticuleslégères. Après uneplantation uniformeen maïs, lerendementen grain

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