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Identification des élements nutritfs majeurs limitants et des stratégies appropriées de fertilisation sous culture de maïs dans l'Ogou-Est de la région de Plateaux

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par Badjissaga MABA
Université de Lomé - TOGO - Ingénieur Agronome 2007
Dans la categorie: Sciences
  

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1.2. Les éléments minéraux du sol

1.2.1. Notion de facteur limitant et loi de Liebig

Le facteur limitant est le facteur qui va conditionner la vitesse ou l'amplitude d'un phénomène plurifactoriel à un moment précis. A ce moment là, tous les autres facteurs permettant la réduction de ce phénomène sont en excès par rapport au facteur limitant. Le concept de quantité est très important, une modification des propriétés peut changer la nature du facteur limitant.

Cette notion semble être apparue en XIXeme siècle dans le cadre des recherches agricoles mais est utilisée dans de multiples domaines (en agriculture, en alimentation, en chimie en écologie etc.). En agriculture, elle désigne les composantes du sol et a été formalisée en 1912 par la loi de Liebig sur le minimum.

La loi du minimum ou loi des facteurs limitants, est l'un des principes les plus importants de l'agronomie pratique. Sous sa forme théorique initiale, donnée par Liebig vers 1850. Dans sa théorie de l'alimentation minérale des plantes, elle énonce que « le rendement d'une culture est limité par celui des éléments fertilisants qui le premier vient à manquer (soit N ou P, K, Mg etc.) et qu'il convient de compenser le manque par un apport, sous forme d'engrais minérale, complétant le ou les éléments en quantité suffisante». La figure 1 montre que l'azote constitue le facteur limitant le rendement des cultures.

Figure 1 : Dessin illustrant la loi de Liebig

1.2.2. Les éléments minéraux et leur importance pour la plante

Pour l'accomplissement de son cycle végétatif, le maïs, aussi bien d'autres plantes a besoin de nombreux éléments nutritifs, mais en proportions variées, comme l'affirme la revue Agromaïs N0 45 (1986).

Selon Aldrich et al, (1975); IFA, (1992); Mengel et Kirkby. (1987); on distingue habituellement seize éléments indispensables aux plantes.

Les éléments absorbés par les plantes ne viennent pas tous du sol (Aldrich et al, 1975 ; Bertrand et Gigou, 2000;) :

- Le carbone (C), contenu dans le CO2, provient de l'air;

- L'hydrogène (H) et l'oxygène (O), principaux constituants de l'eau;

- Une partie de l'azote (N) provenant de la fixation atmosphérique et de quelques apports sur les feuilles par l'air ou l'eau de pluie.

Les éléments nutritifs, sont classés du point de vue agronomique sur l'importance quantitative et leurs rôles en :

- Eléments majeurs : N, P, K

- Eléments secondaires: Ca, Mg, S

- Et oligo-éléments: Fe, Z, Cu, B, Mo, Co

Considérés comme indispensables en quantité importante pour la croissance des plantes, les éléments minéraux sont limités par des quantités disponibles; leur étude dans la gestion et le maintien de la fertilité et par conséquent l'augmentation de la production grainière s'avère nécessaire.

1.2.2.1. Azote (N)

L'azote (N) est le facteur principal de la croissance des plantes et du rendement des cultures (FAO, 1980). En effet la plupart des systèmes de cultures non légumineuses exigent l'apport d'azote, particulièrement les variétés à haut rendement. Sa déficience dans le sol devient un obstacle à la production. C'est ainsi que des études ont été conduites en vue d'une utilisation efficace des engrais azotés, enfin de limiter des pertes en azote sous forme de nitrate et des pollutions des nappes aquifères (Madgoff et al, 1984 ; Roth and Fox, 1990 ; Angle et al, 1996 ; Randall et al, 1997 ; Sogbedji et al, 2000 ; Fofana et al, 2002), mais la gestion efficace de l'azote reste un défit à relever à cause de la complexité associée à la dynamique de l'azote dans le système sol- plante-atmosphère (Kladivko et al, 1991 ; Van Es et al, 1991).

a. Importance de l'azote dans la nutrition des plantes

L'azote est l'un des éléments nutritifs utilisés par les plantes (Bado, 2002). C'est le quatrième constituant des plantes qui est utilise dans l'élaboration de molécules importantes comme les protéines, les nucléotides, les acides nucléiques et la chlorophylle (Epstein, 1972).

L'azote favorise l'utilisation des hydrates de carbone, stimule le développement et l'activité racinaire, favorisant ainsi l'exportation des autres éléments minéraux et la croissance des plantes (Stevenson, 1986). C'est donc le pivot de la fumure (Gros, 1967) Il est essentiel pour la synthèse des enzymes de la photosynthèse (Lamaze et al, 1990).

D'autres rôles lui sont attribués tels que retard de la sénescence et de la maturation ; il contribue souvent aussi à un affaiblissement des résistances mécaniques de la plante (verse des céréales) et leur conférer une plus grande sensibilité à certaines maladies cryptogamiques (Vilain, 1993).

Les plantes absorbent l'azote sous forme de nitrates (NO3-) et d'ammonium (NH4+). L'importance relative de chacune de ces formes dépend de l'espèce végétale et des conditions du milieu (Layzell, 1990 ; Hageman, 1984).

Une carence du sol en azote se traduit chez les plantes céréalières et particulièrement chez le maïs par le jaunissement, signe principal qui apparaît d'abord sur des vieilles feuilles en forme de "V" des extrémités des feuilles qui se dessèchent prématurément ; une taille réduite (Bertrand et Gigou, 2000).

· Action de l'azote sur le rendement des cultures

L'alimentation en azote détermine directement le rendement potentiel. Aussi l'effet de l'azote sur le rendement est spectaculaire et l'azote est considéré comme le pivot de la fertilisation (Bertrand et Gigou, 2000).

En effet l'importance de l'azote pour l'obtention des rendements a été soulignée par plusieurs auteurs. C'est ainsi que des études de l'IRAT (1973 - 1980) souligné par Dossa (1991) portant sur la réponse des céréales à la fertilisation azotée des céréales à la fertilisation azotée à Kitangbao au Togo ont montré qu'un apport croissant de quantité d'azote - engrais de 0 à 90 unités fertilisantes / ha augmente le rendement grain du maïs par unité d'environ 26 kg L'azote constitue de ce fait le facteur limitant le rendement des cultures. Par ailleurs l'action excessivement intense de l'azote sur la plante a des revers : excès de la biomasse, retard des plants à la maturité, une sensibilité plus grande aux maladies cryptogamiques et une tendance à la verse des céréales. C'est pourquoi son emploi est plus délicat que celui des autres éléments ; d'autres auteurs dont Gros (1979) l'ont affirmé qu'au fait :

- Une fumure azotée rationnelle doit tenir compte des reliquats minéraux existant déjà dans le sol; des possibilités de minéralisation de la matière organique évoluée et des résidus de récolte récemment enfouis ;

- Cette fumure doit s'effectuer avant des périodes critiques de la récolte ;

- Le mode d'épandage devra être le plus efficace.

D'une façon générale, il en sort qu'il existe une relation étroite entre l'azote et le rendement des cultures, une relation résumée par la loi énoncée par MITSCHERLICH : En cas d'apports au sol de doses croissantes d'éléments fertilisants, les augmentations des rendements obtenus sont de plus en plus faibles au fur et à mesure que les quantités s'élèvent et que la récolte est proche de son maximum (Gros, 1967).

C'est ainsi que sur une courbe représentative des rendements en fonction des doses d'un élément fertilisant (figure ci-après), on observe que le maximum, une fois dépassé, un apport supplémentaire non seulement provoque une dépression mais n'est pas nécessairement économique.

Figure 2 : Courbe illustrant la loi de MITSCHERLICH.

b. Principales sources d'azote

Ø Le sol

Des expériences réalisées sur le maïs et sur le riz (Chabalier, 1976); sur le sorgho (Gigou et Dubernard, 1979) et sur le mil (Ganry et Guiraud, 1979 ; Ganry, 1990) ont permis d'observer que l'azote du sol est prépondérant dans la nutrition azotée des plantes; soit près de deux fois la part des engrais dont le coefficient réel d'utilisation varie de 30 à 45%.

La première source d'azote organique utilisée par les plantes est l'azote du sol. En absence de tout apport d'engrais, les plantes non fixatrices d'azote utilisent l'azote du sol durant leur cycle physiologique. Chaque type d'amendement influe selon sa nature sur la fourniture de l'azote et sur les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La qualité des amendements organiques et leur capacité à fournir l'azote sont généralement évaluées par leur rapport C/N (Stevenson, 1984).

Ø Les amendements organiques

Les résidus organiques laissés sur le sol après les récoltes constituent une litière temporaire.

Plusieurs études effectuées en Afrique de l'Ouest (Adjetunji, 1997 ; IFDC, 1990,1992 Saragoni et al, 1992) ont montré que l'incorporation des résidus de récolte issus de la culture de maïs ont significativement augmenté les rendements.

Cependant, dans la plupart des pays d'Afrique, les résidus de récolte sont souvent exportés des champs pour d'autres utilisations (Poss et al, 1997).

Ø Les engrais minéraux

L'azote du sol et des amendements organiques ne suffisent pas pour atteindre des rendements optimums (Bado, 2002). Des engrais azotés sont utilisés comme complément d'azote pour augmenter les rendements et intensifier la production végétale.

Cependant leur utilisation est faible à cause de coûts relativement élevés comparativement aux faibles revenus des producteurs. L'engrais enrichit le sol. En effet les sols qui reçoivent régulièrement des engrais permettent d'obtenir des rendements plus élevés et une bonne réponse aux engrais : on parle d'un effet " vieille graisse " (Morel et al, 1994 ; Boniface et Trocmé, 1988 ; Bosc, 1988 ; Bertrand et Gigou, 2000) car souvent sur un sol épuisé, même en apportant de fortes doses d'engrais, on arrive pas à atteindre un rendement aussi élevé que celui obtenu sur les sols régulièrement fertilisés.

Par ailleurs, bien que l'importance des engrais azotés ait été bien établie, leur utilisation reste très limitée en Afrique de l'Ouest à cause du coût élevé de l'azote, l'inefficacité du système de distribution, les politiques agricoles inadéquates, le faible taux de recouvrement des engrais azotés et d'autres facteurs socio-économiques. Ces dernières années, les chercheurs se sont penches sur d'autres moyens moins coûteux pour apporter l'azote dans les systèmes de cultures et notamment sur la rotation légumineuses et céréales. Les légumineuses sont reconnues pour augmenter la fertilité du sol à cause de la fixation symbiotique de l'azote (Bationo et al, 1993 ; Stoop et Staveren, 1981 ; Reddy et al, 1992).

Ø Les plantes fixatrices d'azote : importance des légumineuses dans les systèmes de culture

La plus grande partie de l'azote de la biosphère (79%) se trouve dans l'atmosphère (Haynes, 1986 ; Foth, 1990). Mais, seul un nombre réduit de genres bactériens vivant librement ou en symbiose avec les plantes sont capables de réduire l'azote moléculaire de l'atmosphère. Par la symbiose entre les bactéries réductrices de l'azote atmosphérique, une grande partie des légumineuses utilisent principalement l'azote provenant de l'atmosphère. Dans une revue de littérature, Peoples et al, (1995) donnent le potentiel de fixation de l'azote atmosphérique par les légumineuses. Les légumineuses tropicales comme niébé (Vigna unguiculata), l'arachide (Arachis hypogea) et le soja (Glycine max) peuvent fixer respectivement 32 à 89, 22 à 92 et 0 - 95% de leur besoin en azote dans l'atmosphère (Bado, 2002). Comme on le constate, les quantités d'azote fixé sont très variables d'une espèce à l'autre et pour une même espèce car l'activité symbiotique est influencée par les souches bactériennes, l'espèce végétale et les facteurs du milieu (Wani et al, 1995).

Dans les systèmes de culture utilisant les rotations, l'azote fixé par les légumineuses peut être utilise d'abord par les légumineuses, puis par les cultures suivantes (Bado, 2002).

En effet, les rotations culturales ont des avantages bien connus et ne sont plus à démontrer. Des études réalisées par Bationo au Niger en 1995 sur les effets de l'azote et des systèmes culturaux sur la production du mil (Pennisetum thyphoïdes) a donné des rendements faibles à travers tous les taux d'azote que lorsqu'il était en rotation avec le niébé (Vigna unguiculata) ou l'arachide (Arachis hypogea). D'après les travaux de Bagayoko et al, (1996 et 2000), le niveau de rendement de mil après un précédent niébé est équivalent à celui que produiraient 40 unités fertilisantes d'azote par hectare. Les résultats de recherches réalisés au Nigeria montrent un effet résiduel du niébé, équivalent à 36 kg d'N/ha/an pour la céréale suivante (Eaglesham et al, 1982).

Les mêmes études conduites au Nigeria avec le pois (Cajanus cajan) en rotation avec le maïs ont montré une augmentation de 50% par rapport à une culture pure de maïs (Hulugalle et al, 1986).

Au Togo et au Ghana, le niébé, le pois (Cajanus cajan) et l'arachide, en rotation avec le maïs ont significativement augmenté les rendements de maïs (IFDC, 1990, 1992,1993 ; DRDR, 1987).

Des résultats similaires ont été rapportés par MacColl (1989) au Malawi où les rendements du maïs a augmenté de 2,8 kg / ha en rotation avec le pois par rapport à la continue de maïs.

Par ailleurs les légumineuses de couverture en rotation ou en association avec le maïs ont été conduites en Afrique sub-saharienne dans le but de surmonter la dégradation de la fertilité des sols et d'améliorer le rendement de maïs. Ainsi, les plantes de couverture comme lablab (Lablab purpureus) et mucuna en rotation ou en association avec le maïs (Sanginga et al, 1996 ; Galiba et al, 1998 ; Sedga et Toe, 1998, Mayong et al, 1999) ont amélioré la fertilité des sols ainsi que le rendement du maïs.

Toutefois, le fait que les légumineuses de couvertures produisent une biomasse importante et que celle-ci reste dans les champs expliquent une meilleure restauration de la fertilité des sols que les légumineuses à graines (Sedga et al, 1998). En plus de cela, les légumineuses de couvertures offrent l'unique opportunité de résoudre les problèmes de l'invasion des mauvaises herbes (Carsky et al, 1998 ; Elbasha et al, 1999).

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