Soutenance mémoire
INTRODUCTION
Le riz est l’aliment de base des malagasy. La consommation de riz par habitant est parmi les plus élevée au monde. Elle est de 170kg/personne/an (GRISP1, 2013). Environ 80% des paysans cultivent du riz. Deux millions de familles paysannes et au moins 10 millions de personnes fondent leur économie sur le secteur rizicole (GRISP, 2013). Or, la progression de la production, de 1,2 % par an ne suit plus la croissance démographique s’élevant à 2,8% par an (Ralison et Goossens, 2006). De ce fait, la production en riz devrait être améliorée afin de subvenir au besoin de la population. La première zone rizicole de Madagascar, la région du Lac Alaotra se situant à environ 250 km au Nord-Est d’Antananarivo assure en moyenne 40% de cette production et approvisionne les deux villes les plus peuplées du pays dont la capitale et Toamasina (Chabierski et al., 2005). Les rizières de bas fond assurent la principale de cette production. Pour la campagne 2012-2013, avec 114.050 ha de superficie en riz irrigué, la production moyenne s’élève à 328.700 t (DRDR Alaotra Mangoro2, 2015). Cependant, une baisse significatif de 29% par rapport à la campagne précédente (2011-2012) a été constatée à cause de la pluviométrie défavorable couplée à un mauvais fonctionnement des infrastructures hydro-agricoles dans cette région (Badjeck et al., 2013). De plus, les bas-fonds sont saturés en raison de la forte pression foncière sur les terres inondées. Tous ceux-ci, afin d’améliorer cette production de 300.000 t en moyenne, ont favorisé le développement des pratiques culturales sur les baiboho3 et les tanety notamment avec la riziculture pluviale. Cependant, ce système de culture adopté par les paysans pour valoriser leur terrain est dans la majorité des cas un système extensif, peu productif et peu respectueux de l’environnement. L’absence d’apport d’engrais avec les pratiques culturales sur ces tanety accentuent la baisse de fertilité des sols et provoquant ainsi une baisse de rendement (BRL, 2010 ; Ramahatoraka et al., 2011). Ainsi, il faut donc changer de comportement, innover en proposant une autre façon de produire, de nouveaux systèmes de culture fondés plus sur les processus naturels, pour répondre à la fois au besoin de sécurité alimentaire et une gestion plus équilibrée des ressources naturelles. Dans cette optique, des systèmes de culture tels que les semis directs sur couverture végétale permanente (SCV), aussi dénommés Agriculture de Conservation (AC) ont été mis au point.
1 Global Rice Science Partnership
2 D’après la statistique de la Direction Régionale pour le Développent Rural Alaotra Mangoro (2015)
3 Bas-fonds exondés
4 Versants de colline : partie sommitale ou glacis.
Le SCV se repose sur trois principes à savoir la minimisation de la perturbation du sol, la couverture permanente du sol et les successions culturales diversifiées selon la définition de l’Organisation Mondiale pour l’Alimentation et l’Agriculture (www.fao.org, 2015). Par le biais du minimum de perturbation du sol, l’AC assure une minéralisation plus lente et progressive de l’azote organique du sol permettant ainsi d’augmenter significativement les stocks de carbone et azote organique du sol par rapport aux systèmes avec travail du sol (Six et al., 2002 ; Bayer et al.,2006 ; Matlas, 2007). En effet, le système de culture conventionnel stimule la minéralisation du N organique du sol: par un effet direct sur l’oxygénation du sol qui accélère la minéralisation (Balesdent et al., 2000) et par un effet indirect sur la diminution de la stabilité des agrégats (Balesdent et al., 2000 ; Paustian et al. ,2000 ; Six et al., 2002 ; Matlas, 2007). De plus, l’enracinement rapide et profond des plantes de couverture introduites dans les rotations culturales diversifiées, comme le cas du stylosanthes sont capables de prélever une partie de l’eau drainée et des nitrates lixiviés en profondeur du profil cultural. Ceux-ci permettent une amélioration de la production agricole par l’optimisation des ressources naturelles disponibles sur le court et le long terme. Les plantes de couverture se voient donc conférer différents rôles de recyclage de l’eau, de divers éléments nutritifs solubles et de la matière organique du sol à travers les mécanismes et les facteurs de la décomposition des paillis (Scopel et al., 2005). Sans oublier aussi que les légumineuses en tant que plantes de couvertures sont fixatrices d’azote atmosphérique par le biais des nodosités entrainant ainsi une évolution positive des stocks d’azote total pour la culture suivante. Et enfin, le mulch ou couverture permanente du sol, par un effet à long terme du SCV, a une plus grande protection pour l’azote organique du sol. En ce qui concerne la couverture permanente du sol, la minéralisation des résidus de la plante de couverture est relativement lente et limitée de par leur localisation en surface. Ce qui permet de maintenir une biomasse importante sur le sol plus longtemps et une alimentation continue des plantes cultivées (Husson et al., 2008 et 2010). Ainsi, les systèmes en SCV augmentent la fourniture d’azote à la culture commerciale sur le long terme grâce à la minéralisation lente des mulch et à l’augmentation du pool d’azote organique dans le sol sans immobilisation notable par les microorganismes (Balesdent et al., 2000; Maltas et al., 2009 ; Krishna et al.,2012).
Dispositif « CALA »
Le dispositif expérimental a été mis en place depuis 2009 et est situé à environ 2km du (CRR-ME Ambohitsilaozana. Il a fait l’objet de suivi des processus biophysique avec des facteurs contrôlés dans le cadre de l’étude des systèmes en Agriculture de Conservation. C’est un dispositif à 4 blocs de répétition avec :
2 systèmes de culture caractérisés par des rotations culturales:
Une rotation biennale caractérisée par une association de Maïs + Dolique suivie du Riz (M+D//R) et
Une rotation triennale dont l’association de Maïs + Stylosanthes suivie d’une jachère améliorée de Stylosanthes puis le Riz (M+Stylo //Stylo//R) ;
3 modes de gestion de sol et de couvertures : Labour sans restitution des résidus (LSR), labour avec restitution des résidus (LR) et le système SCV ;
2 niveaux de fertilisation : pas de fertilisation (F1) et avec apport de 5T/ha de Fumier + 100kg/ha de NPK + 100kg d’Urée en deux apport (F2); et
2 niveaux d’enherbement de la parcelle : une parcelle maintenue propre en terme d’adventice (NE) et une parcelle enherbée (E) sur laquelle on va laisser les adventices se développer avant de les sarcler. Ces facteurs étudiés représentés par des modalités sont totalement randomisés dans le dispositif. Soit au total 240 parcelles de 10m X 5m chacune. La délimitation a été faite en fonction des modes de gestion des sols, des systèmes de culture et des niveaux de fertilisation et d’enherbement des parcelles.
Suivi de la dynamique de l’azote minéral dans le profil cultural
Cette partie de l’étude consiste à évaluer la disponibilité de l’azote minéral entre l’horizon de surface et l’horizon de profondeur suivant le système de culture, la mode de gestion du sol et le niveau d’enherbement de la parcelle à différentes stades du riz.
Méthodes de prélèvement
Le prélèvement de sol a été réalisé à cinq stades du riz dont la levée, le stade tallage, le stade initiation paniculaire, le stade floraison et à la maturité du riz La dynamique de l’azote a été évalué sur un profil allant de la surface jusqu’à 90 cm de profondeur. Ainsi, le sol a été prélevé à 5 horizons du sol : 0 à 10 cm, 10 à 20 cm, 20 à 30 cm, 30 à 60 cm et 60 à 90 cm à l’aide de 3 tarières à gouge de différentes dimensions A chaque date, 5 prélèvements élémentaires par profondeur sont réalisés par parcelle en utilisant les placettes d’observation comme repère (figure 5). Ainsi, une carotte de sol est d’abord prélevée successivement sur les cinq points repérés par sondage à la tarière. Les carottes de sol prélevées pour le même horizon en chaque point sont recueillies dans un seau métallique. Elles sont mélangées puis un échantillon moyen de 150 à 300 g est prélevé dans un sachet portant une étiquette (numéro et enherbement de la parcelle + profondeur du prélèvement).
Travaux de laboratoire : Extraction dans le laboratoire de CRR-ME du FOFIFA Ambohitsilaozana et dosage de l’azote minéralA partir de l’échantillon mis en sachet depuis le dispositif expérimental, une aliquote de 50g est passée à l’étuve à 105°C pendant 24 heures pour avoir la teneur en matière sèche du sol. Une autre aliquote de 30g précis sera prélevé de l’échantillon et mise directement dans 100 ml de solution de chlorure de potassium (KCl 2N). Ensuite, le mélange est agité à l’aide d’un caisson en bois pendant une heure. Après une décantation d’au moins une heure, la solution surnageante est récupérée à l’aide d’une seringue et d’une aiguille à usage unique puis injectée au travers d’un filtre « minisart 0,2µm » de porosité et conditionnée dans un tube stérile (cliché 5) de 10 ml pour un dosage colorimétrique automatique selon la réaction de Berthelot pour l’azote ammoniacal N-NH4+ et celle de Griess après réduction des nitrates en nitrites sur colonne de cadmium pour l’azote nitrique N-NO3-.
Dégradation du mulch suivant les modes de gestion du sol
D’après nos résultats, les résidus de culture enfouis dans le sol se dégradent plus rapidement que ceux laissés à la surface du sol comme paillages mortes. . En effet, les résidus enfouis perdaient beaucoup plus rapidement leurs matières sèches initiales. Ces résultats peuvent s’expliquer par les activités des microorganismes du sol dans la dégradation et la minéralisation des résidus.En SCV, cette minéralisation est réduite du fait de l’accumulation des résidus de cultures à la surface du sol. Effectivement, la surface de contact entre les substances organiques et les particules minérales du sol est ainsi limitée. Ce faible contact entre le sol et le résidu entraine une colonisation microbienne plus faible que celle des résidus enfouis (Maltas, 2007 ; Rakotoarisoa, 2011). De plus, Dayegamiye et al. (2007) ont affirmé que la réduction du travail du sol permet de conserver la matière organique du sol, car celle-ci ainsi que les résidus organiques se minéralisent plus lentement. On peut alors assisté à une immobilisation plus importante d’azote. Mais soulignons qu’en SCV du fait de cette minéralisation lente et progressive, l’immobilisation de l’azote minéral par les biomasses microbiennes est généralement plus faible (Corbeels et al., 2003 ; Coppens et al., 2006 et Maltas, 2007). Tandis qu’en labour, les sols sont dominés par des espèces microbiennes aérobies avec une haute activité métabolique (Spedding et al., 2004). En effet le labour, d’après Balesdent et al. (2000) ; Paustian et al. (2000) ; Six et al. (2002) et Maltas (2007), est un stimulateur de la minéralisation du N organique du sol par un effet direct sur l’oxygénation du sol et par un effet indirect sur la diminution de la stabilité des agrégats. Ainsi, les résidus de culture incorporés dans le sol se décomposent plus rapidement que ceux restés en surface. Cette incorporation dans le sol augmente ainsi la surface d’attaque des microorganismes responsable du processus de décomposition.
Stock en azote minéral dans le sol à différents stades du riz
L’allure générale des courbes d’après nos résultats a montré une diminution entré la levée des plants jusqu’à l’initiation paniculaire. Puis à la floraison, tous les stocks ont augmenté et finissaient par décroitre à la maturité. La quantité pluviométrique à différentes stades phénologiques du riz permet d’expliquer en partie cette évolution du stock en azote minéral.En fait, d’un côté, le processus de minéralisation intensifié lors de l’apparition de la première pluie le 19 novembre 2013 se poursuit de la levée à l’initiation paniculaire. Cette situation favorisait la disponibilité de l’azote minéral du sol (N’Dayegamiye et al., 2007). Et de l’autre côté, le riz est en pleine croissance végétative et prélevait ainsi l’azote minéral du sol. Kirk et Kronzucker (2000) montrent que le riz absorbe 50% de son azote entre 35 et 45 jours après repiquage. Ce qui explique la diminution du stock de la levée à l’initiation paniculaire quelque soit le traitement. Et après, la plante favorisait la formation des grains et a de ce fait un besoin moindre en azote par rapport à la phase végétative (Kirk et Kronzucker, 2000). Mais les pluies élevées après ce stade ont favorisé l’activité biologique dans le sol. Ce qui peut expliquer la hausse du stock en N minéral entre le stade initiation paniculaire et le stade floraison.Et enfin, depuis la floraison, les pluies sont devenues rares. Celles-ci ne sont plus favorables à de nouveau processus de minéralisation. C’est pourquoi, le stock d’azote minéral continuait par la suite de décroître jusqu’à la récolte. Cette évolution du stock a été également démontré dans les travaux de Rakotoarisoa (2011) et ceux de Maltas et al. (2009).En ce qui concerne l’évolution du stock en N minéral selon le mode de gestion du sol, nous avons démontré que l’azote minéral du sol sous SCV avait un stock supérieur au stade levée du riz par rapport à une parcelle labourée. Or au stade initiation paniculaire, ce stock a remarquablement diminué par rapport à celui de labour. Cela nous indique durant la phase de végétation, l’azote minéral du sol est plus efficient en SCV qu’en labour. Coppens (2005) affirmait que la minéralisation nette de l’azote disponible pour une plante est beaucoup plus élevée en SCV grâce à l’humidité procurée par les mulch.Enfin, concernant l’évolution du stock en N minéral selon le type de résidus au stade de la levée, à la floraison et à la maturité, les parcelles ayant le stylosanthes comme mulch ont eu des stocks supérieurs par rapport à celles avec l’association M+D quelque soit le mode de gestion du sol et le niveau d’enherbement de la parcelle. Cette différence peut s’expliquer par la différence sur la vitesse de dégradation des résidus. Le stylosanthes se dégradant lentement par rapport au M+D assure une offre continue en N minéral. Elle peut aussi être due à la différence de la teneur en N des résidus. D’après les études réalisées par Naudin et al. (2012) dans la région du lac Alaotra, les teneurs moyens de l’azote dans les résidus sont respectivement 2,7% et 1,8% de matière de sèche pour le Stylosanthes et pour l’association maïs+dolique. En calculant la teneur en N issus de la dégradation des résidus à partir de la perte en masse, le stylosanthes en SCV donne en moyenne 29,40kgN.ha-1 contre 24,87kgN.ha-1 en maïs+dolique. Tandis qu’en labour, le stylosanthes donne en moyenne, 41,02kgN.ha-1 contre 27,82 kgN.ha-1 en maïs + dolique. Cependant au stade de tallage et l’initiation paniculaire, les types de résidus utilisés n’influent pas sur ce stock en N minéral dans l’horizon 0-90cm. En effet, Maltas et al. (2009) ont trouvé qu’en général, les traitements avec les couvertures en SCV ont peu d’effet significatif sur la dynamique de l’azote minéral dans l’horizon (0-120 cm) durant la saison de croissance du maïs. Appuyé par Franzluebbers et Stuedemann (2013), la couverture permanente du sol a un effet neutre sur l’accumulation de l’azote nitrique du sol.
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Table des matières
Remerciement
Résumé
Abstract
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des clichés
Liste des acronymes
INTRODUCTION
Partie 1. MATERIELS ET METHODES
1.1 Zone d’étude : La zone du lac Alaotra
1.1.1 Climat
1.1.2 Relief
1.1.3 Sol
1.2 Dispositif expérimental
1.2.1 Dispositif « CALA »
1.2.2 Les traitements étudiés
1.3 Conduite de l’expérimentation
1.3.1 Mesures et prélèvements sur terrain
1.3.1.1 Mesure journalière de la pluviométrie
1.3.1.2 Evaluation de la biomasse résiduelle
1.3.1.3 Suivi de la dégradation des mulch avec la méthode Litter Bag (LB)
Description des LB
Remplissage des LB
Mise en place et prélèvement des LB
Perte en masse
1.3.1.4 Suivi de la dynamique de l’azote minéral dans le profil cultural
Méthodes de prélèvement
Travaux de laboratoire : Extraction et dosage de l’azote minéral
1.3.1.5 Mesure du rendement en riz
1.3.2 Traitement des données
Partie 2. RESULTATS ET INTERPRETATION
2.1 Variation de la pluviométrie durant l’expérimentation
2.2 Quantité de la Biomasse résiduelle de la campagne 2012-2013
2.3 Dynamique de la dégradation des résidus durant le cycle cultural
2.3.1 Relation entre la vitesse de dégradation des résidus et le cumul de pluie à chaque prélèvement
2.3.2 Selon les modalités testées
2.4 Dynamique de l’azote minéral dans le profil cultural
2.4.1 Stock en azote minéral dans le sol à différents stades du riz
2.4.1.1 Stade levée (P1)
2.4.1.2 Stade tallage (P2)
2.4.1.3 Stade initiation paniculaire (P3)
2.4.1.4 Stade floraison (P4)
2.4.1.5 Stade maturité (P5)
2.4.2 Stock en azote minéral dans le sol à différents horizons
2.5 Rendement en paddy
Partie 3. DISCUSSIONS
3.1 Dégradation des résidus
3.1.1 Dégradation du mulch suivant les modes de gestion du sol
3.1.2 Dégradation des résidus suivant le type utilisé
3.1.3 Dégradation des résidus suivant les conditions climatiques
3.2 Dynamique de l’azote minéral dans le profil cultural et son effet sur le rendement
3.2.1 Stock en azote minéral dans le sol à différents stades du riz
3.2.2 Stock en azote minéral dans le sol à différents horizon
3.2.3 Rendement en riz
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
LISTE DES ANNEXES
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