Analyse et modélisation de l'évolution des indicateurs de la fertilité des sols cultivés en zone cotonnière du Togo

Analyze and simulation a dynamic of soil indicators fertility under different agricultural management practices in cotton area of Togo

• Auteur / Autrice : Kokou Kintche
• Direction : Jean Lévêque, Jean Sogbedji
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 24/11/2011
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon ; ....-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biogéosciences (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Curmi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Chenu, Hervé Guibert, Safya Menasseri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martial Bernoux, Sylvie Dousset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Engrais et amendements

Sols -- Minéralogie

Sols -- Teneur en carbone

Togo

Fertilité des sols

Mots clés libres

Fertilité sols tropicaux

Afrique sub-saharienne

Expérimentations de longue durée

Modèles évolution stock C

Modèle QUEFTS

Carbone résistant

Pratiques culturales

Tropical soil fertility

Sub-Saharan Africa

Long-term experiment

Soil C models

Model QUEFTS

Resistant C

Agricultural management practices

Résumé

Des données synchroniques de sols observées pendant 20 à 40 ans dans différentes zones agro-écologiques du Togo ont été utilisées pour analyser l’évolution de la fertilité du sol sous différentes pratiques culturales. Trois modèles de complexité croissante d’évolution du stock de C du sol ont été testés et le plus performant a été couplé au modèle QUEFTS pour apprécier l’effet des pratiques culturales sur l’évolution de cette fertilité. Bien que la fertilisation NPK ait été continuellement appliquée à la dose recommandée par la recherche (RR) ou à cette dose augmentée de 50% (1.5RR), les rendements initiaux de 1,5 à 2 t ha-1 pour le coton et 2 à 3 t ha-1 pour les céréales ont baissé pour ne représenter qu’environ 1 t ha-1 après 20 années de culture. L’alternance de 2 ou 3 années consécutives de jachère à la rotation culturale n’a pas amélioré le rendement des cultures, mais tend à stabiliser la production dans le long terme. Les stocks initiaux de C de 15 à 39 t ha-1 ont fortement baissé durant les premières années et ont atteint un équilibre après seulement 10 à 15 ans de culture. La baisse du stock de C a été peu dépendante de la quantité de C retournant au sol et a été mieux décrite avec le modèle à deux compartiments de C. Le taux de minéralisation de la fraction labile de C varie entre 0,15 et 0,24 et le stock de C stable représente 33-67% du stock initial ; pour une quantité de C ayant résisté à l’hydrolyse acide de 30% du stock initial. Les stocks de N du sol ont fortement baissé et cette baisse a été peu dépendante de la dose de fertilisation minérale. L’apport NPK à 1.5RR pendant 20 ans a contribué significativement à la baisse du pH du sol, puis a accentué de 20 et 40% les baisses respectives des concentrations de Ca et Mg. Nous avons conclu que l’apport de Ca/Mg couplé à celui de NPK à la dose RR serait (plus que le surdosage de P et K) une meilleure option pour gérer la fertilité minérale de ces sols. Le labour minimum, associé aux apports externes de C, devrait permettre de mieux gérer leur fertilité organique.

Using data observed during 20 to 40 years in different agro-ecosystems of Togo, we analyzed soil fertility dynamic under different agricultural management practices. Tree soil C models of varying complexity were tested, and the most accurate in terms of soil C dynamics description in these tropical soils was associated with the QUEFTS model and with nutrient partial balance to analyze the effect of each agricultural management practice. Results indicated that, although fertilizers N, P and K were continuously applied at a recommended rate by the research (RR) or at this rate increased in 50% (1.5RR), initial cotton and cereals yields of 1.5 to 2 t ha˗1 and 2 to 3 t ha˗1, respectively, decreased to around 1 t ha-1 after 20 years of soil cultivation. Alternation of 2 or 3 consecutive years of fallow plot with 3 years cropping did not improved crops yields as compared with continuous cropping system, but tends to stabilize crops production in the long-term. In the upper soil 20 cm, soil C stock of 15 to 39 t ha˗1 after vegetation clearance dropped faster during the first years to reached equilibrium after only 10 to 15 years of soil cultivation. Such a decrease was less depended on soil C input and was accurately descried with a two-pool C model, running on an annual time step basis. Calibrated decomposition rate of labile soil C ranged between 0.15 and 0.24, and stable soil C pool represented 33 to 67% of initial total C; while soil C that was resistant for hydrolyze acid was about 30% of initial total C. Soil N stock was also decreased faster and less associated with a rate of N input to soil. Application of NPK at 1.5RR during 20 years contributed significantly to soil pH decrease and pronounced soil Ca and Mg decreases, which respectively were 20 and 40% more than in plots that were not fertilized. We concluded that, association of Ca/Mg and NPK at a recommended rate would be (more than over-dosage of P and K) a promising option to achieving a sustainable management of mineral fertility of these soils. Minimum tillage, associated with external C input, would be an asset to a sustainable management of organic fertility of these soils.