Memoire Online - Effets de trois systèmes culturaux sur la durabilité de la production de maïs (Zea mays L.) sur sol ferralitique au Togo Méridional

EFFETS DE TROIS SYSTEMES CULTURAUX SUR LA DURABILITE DE LA PRODUCTION DE MAÏS (Zea mays L.) SUR SOL FERRALITIQUE AU TOGO MERIDIONAL

Soutenu publiquement le .....................devant le jury d'examen ainsi composé :

REMERCIEMENT

Si la rédaction de ce mémoire, les analyses et les commentaires sont mes propres oeuvres, il ne saurait voir le jour s'il n'y a pas eu la contribution d'un certain nombre de personnes. Aussi, dois-je une reconnaissance à tous ceux qui de prés ou de loin ont contribué à la réalisation de ce document.

- Dr Jean M. SOGBEDJI, Maître de Conférence, Coordonnateur Ouest Africain des Projets IFAD/IFDC et Chef du Département de Pédochimie de l'Ecole Supérieure d'Agronomie. Il a été pour moi plus qu'un Directeur de recherche, mais un père en matière de recherche scientifique. Ses conseils et ses commentaires d'une rigueur scientifique rare ont fait de moi ce que je suis aujourd'hui.

- Professeur Komla SANDA, Directeur de l'Ecole Supérieure d'Agronomie, Directeur de la formation doctorale Sciences des Agroressources et Génie de l'Environnement (SAGE) de l'Unité de Recherche sur les Agroressources et la Santé de l'Environnement (URASE)-Université de Lomé, pour son éternelle disponibilité.

A tous les autres membres de l'équipe de recherche notamment Messieurs K. L. B. AGBOYI, K. AMOUZOU, B. LAMBONI et A. KAGNISSA et à Messieurs K S. EZUI et K. KOUKOUDE de l'IFDC, j'exprime ma sincère gratitude.

SOMMAIRE

Tableau 3 : Teneurs des grains et des pailles en N et P et leurs exportations par le maïs

Tableau 6 : Bilan de N et P sur une profondeur de 0 à 0,6 m du sol durant la première saison de culture

IFDC : An International Center for Soil Fertility and Agriculture Developement

RESUME

Titre : Effets de trois systèmes culturaux sur la durabilité de la production du maïs (Zea mays L.) sur sol ferralitique au Togo méridional

La présente étude a eu pour objet d'identifier les systèmes culturaux les plus appropriés pour optimiser les rendements du maïs et empêcher l'épuisement des nutriments du sol. Des essais au champ ont été menés dans trois systèmes culturaux incluant les plantes de couverture tel le mucuna (Mucuna pruriens) et le cajan (Cajanus cajan) sur sol ferralitique au Sud Togo dans un dispositif en bloc aléatoire complet avec parcelles divisées : la monoculture du maïs, la rotation maïs - mucuna et la rotation maïs - cajan formaient les parcelles principales et les différents niveaux d'engrais inorganiques (N₀P₀K_60,N₄₀P₀K_60,N₄₀P₃₀K₆₀et N₈₀P₃₀K₆₀) constituaient les sous parcelles. Les résultats révèlent que les rendements varient de 3,00 à 6,83 Mg.ha^-1 durant la première saison (PS) et de 3,02 à 5,85 Mg.ha^-1 durant la seconde saison (SS). Le mucuna engendre une augmentation de rendement du maïs de 38 - 57% par rapport à la monoculture du maïs et permet de produire autant de maïs que l'application des engrais minéraux à des doses de N₄₀P₀K₆₀ et N₄₀P₃₀K₆₀ tandis que le cajan induit une augmentation de rendement de l'ordre de 30 - 49%. La formation du rendement de maïs est déterminée par la productivité de chaque plant de maïs et son indice de récolte. Pour le bilan des nutriments, pendant la PS, le système maïs continu a perdu 93% de N et 10% de P tandis que le système de maïs - cajan ne perd que 28% de N et 11% de P et le système de maïs - mucuna encore moins (26% de N et 7% de P).

Mots clés : Cajanus cajan, Mucuna pruriens, plante de couverture, sol ferralitique, Zea mays.

ABSTRACT

Title : Three cropping systems effects on sustainable maize crop (Zea mays L.) production on Southern Togo Ferralsol.

Identifying appropriate cropping systems which can optimize maize yield and prevent nutrient depletion in soil was the aim of this study. On field trial were conducted on Southern Togo Ferralsol including mucuna (Mucuna pruriens) and pigeon pea (Cajanus cajan) cover crops in three cropping systems on randomize split plot design with three replications. Cropping systems consisted of continuous maize, maize - mucuna relay and maize - pigeon pea relay and represent the mains plot with mineral fertilizer rate (N₀P₀K_60,N₄₀P₀K_60,N₄₀P₃₀K₆₀and N₈₀P₃₀K₆₀) in subdivided plot. Results showed that maize grain yield ranged from 3.00 to 6.83 Mg.ha^-1during first season (FS) and from de 3.02 to 5.85 Mg.ha^-1during second season (SS). Mucuna increased maize grain yield by 38-57% and allowed to attend the same maize grain yield with application of inorganic fertilizers at the rate of N₄₀P₀K₆₀ and N₄₀P₃₀K₆₀. Maize plant productivity and its harvest index were factors that determined maize grain yield. Nitrogen and P budget showed, during FS, a loss of 93% of N and 10% of P in continuous maize system, 28% of N and 11% of P in maize -pigeon pea system and 26% of N and 7% of P in maize - mucuna system.

Keys words : Cajanus cajan, Cover crops, Ferralsol, Mucuna pruriens, Zea mays,.

INTRODUCTION

L'Afrique, en général, dispose de sols pauvres et de climats peu propices à l'agriculture (Breman et al., 2001). La gestion efficace des nutriments pour la meilleure productivité des cultures est une étape importante pour la réalisation des Objectifs du Millénium des Nations Unies notamment les objectifs 1 (éradiquer l'extrême pauvreté et la faim), 7 (assurer la durabilité environnementale) et 8 (développer un partenariat global pour le développement). Dans le cas particulier de l'Afrique Sub-Saharienne où le manque de denrées alimentaires apparaît comme une résultante de la pression démographique et de la continuelle dégradation de la fertilité des sols, de l'aide internationale limitée et les subventions étatiques restreintes pour les intrants agricoles, l'enjeu est d'accroître la productivité des cultures et d'augmenter la teneur des sols en nutriments. Ceci ne peut se faire qu'à travers l'apport d'intrants agricoles localement disponibles, vu les conditions des sols, et la minimisation de la dépendance des engrais minéraux peu disponibles et très coûteux. Cette vision des choses requiert d'autres approches de gestion des sols et des cultures autres que celles usuellement pratiquées, une bonne compréhension et maîtrise de la dynamique des nutriments, et un meilleur suivi de la dissémination des résultats de recherche. L'Afrique de l'Ouest, principalement la zone côtière, est caractérisée par l'existence de sols ferralitiques dont l'infertilité notoire est un phénomène accentué par la pression démographique (Louette, 1988, Poss et al., 1997, Manyong et al., 1999) alors que les activités affiliées à la terre sont essentielles pour l'économie de la région. Plusieurs systèmes de productions agricoles sont identifiables en Afrique de l'Ouest ; mais ils sont très souvent basés sur la culture des céréales comme le maïs, le sorgho, le riz, etc. (Franzluebbers et al., 1998). Le maïs (Zea mays L.) est la principale culture dans la sous région Ouest Africaine et la base alimentaire des populations de la région (IFDC, 2006 ; Sogbedji et al., 2006). Il est produit essentiellement par des ruraux dans des systèmes culturaux plus ou moins complexes allant de la monoculture à l'agroforesterie associant ou non des engrais minéraux. Etudier les possibilités d'amélioration de la fertilité des sols et d'accroissement de la productivité de la culture de maïs sous différents systèmes de production agricole afin d'identifier les systèmes culturaux les plus appropriés pour optimiser des rendements du maïs et empêcher l'épuisement des nutriments du sol, est l'objet de cette étude. Plus spécifiquement, cette étude visait à :

(i) à déterminer les impacts des différents systèmes culturaux sur le rendement et les composantes du rendement du maïs, et

(ii) à établir et à analyser le bilan et les flux de l'azote en présence ou non du phosphore sous ces différents systèmes culturaux.

Le présent document est structuré en trois parties. Après cette introduction, il sera présenté la revue de littérature sur les travaux antérieurs réalisés sur la thématique, ensuite viendront les matériels et méthodes utilisés pour nos propres travaux puis les résultats et discussions suivis de la conclusion.

CHAPITRE I :

REVUE DE LITTERATURE

1.1 Généralités

Une plante de couverture est une espèce végétale qui au cours de son cycle de vie produit de la biomasse qui couvre la surface du sol. On le désigne aussi sous l'appellation d'engrais vert. En réalité, les engrais verts sont des plantes vertes (ou des parties de plantes) non ligneuses qui ont poussé après ou en même temps que la culture principale, une mauvaise herbe provenant de la période de jachère, ou encore des feuilles d'un arbre ou d'une plante d'ombrage qu'on a taillées ou qui sont tombées (van Schöll, 1998). Leur utilisation en élaboration des agroressources d'origine végétale comme source de nutriments et de matière organique est diversement appréciée et a fait l'objet de nombre des études menées pour venir à bout de la dégradation de la fertilité des sols en Afrique Sub-Saharienne (IFDC, 2005, 2006 ; Sogbedji et al., 2006). Dans les conditions socioéconomiques de l'Afrique, il est prôné que la fertilisation des sols soit focalisée sur la technologie de la matière organique où l'on recommande l'usage maximal des nutriments d'origine organique et la minimisation de l'usage d'engrais chimiques qui sont d'ailleurs très coûteux (Smalling et al., 1992) en vue d'améliorer la santé du sol. En substance, ce sont ces aspects de la recherche qui seront développés dans cette partie du document.

Il existe de variables systèmes culturaux qui sont développés suivant la prévalence des conditions climatiques, édaphiques, socioéconomique et ethnologiques (Kang, 1986). Traditionnellement en Afrique de l'Ouest, il est souvent cultivé plus d'une espèce sur de petites parcelles mises en jachère pendant plusieurs années. La culture intercalaire est très commun sous les tropiques et est pratiquée sur 80% des terres cultivées en Afrique de l'Ouest (Steiner, 1984), de même que dans les régions forestières humides (Juo et Ezumah, 1992). En fait, les systèmes culturaux dépendent de la nature et des exigences nutritionnelles des espèces à cultiver. On peut avoir en Afrique de l'Ouest les principaux systèmes culturaux suivants :

La monoculture est l'installation sur la même parcelle exploitée de la même et unique culture pendant plusieurs saisons de culture consécutives. Elle présente l'avantage de limiter les concurrences nutritionnelles (eau, lumière et nutriments) mais pérennise le parasitisme spécifique de la culture. La monoculture du maïs sur sol ferralitique d'Afrique de l'Ouest par exemple, déprécie le rendement de l'ordre de 28,5% (Sogbedji et al., 2006). IFDC (2002) rapporte sur sol ferralitique dégradé une chute de rendement de maïs de 10 - 75% sans apport de matière organique au sol et de 20 - 32 % avec l'usage du mucuna sur deux ans de production. Ceci dénote l'importance du continuel besoin de restauration des sols dans les systèmes de production continue.

L'association culturale consiste à mettre sur la même parcelle deux ou plusieurs cultures en croissance simultanée. Ce système présente l'inconvénient de donner lieu à une compétition interspécifique pour la lumière, l'eau et les nutriments. Il contribue significativement à l'épuisement rapide du sol. Toutefois, l'association culturale permet l'obtention d'une multitude d'agroressources en peu de temps sur un même espace. Elle peut donner lieu à une culture intercalaire si les espèces sont installées suivant un ordre spécifique. Ceci peut engendrer une amélioration de la disponibilité de N dans l'association des céréales avec les légumineuses (Eaglesham et al., 1982).

Ce système consiste à mettre en place deux ou plusieurs cultures dans un ordre donné suivant les saisons ou les années de culture. Il ne présente pas d'inconvénient majeur si l'ordre de succession des cultures est bien choisi. Une rotation culturale bien élaborée permet la discontinuité dans le cycle des agents pathogènes spécifiques des cultures et optimise l'utilisation des ressources nutritionnelles. La rotation céréale - légumineuse est la plus bénéfique à cause de la fixation symbiotique de N₂ atmosphérique. Ce système accroît davantage la disponibilité de N pour la culture subséquente après incorporation et décomposition du mulch de ces légumineuses (Ledgard et Giller, 1995). La plupart du temps, les légumineuses à graines comestibles exportent 60 - 70% de N fixé biologiquement dans leurs gousses et graines. Ceci constitue une perte énorme pour le système sol - plante - atmosphère (Henzell et Vallis, 1977). Le bilan de N dans un tel système peut être négatif. Il serait beaucoup plus intéressant d'utiliser les légumineuses graines non consommables comme le mucuna ou le lablab et d'incorporer au sol la matière organique résiduelle afin d'accroître la teneur du sol en N et en matière organique.

En Afrique de l'Ouest, les besoins d'une grande production réclament l'apport de nutriments aux sols (IFDC, 2007). Ainsi dans les systèmes de production où les cultures sont en rotation avec les légumineuses à graines comme le niébé (Vigna ungiculata L), le pois d'angole (Cajanus cajan L.), le soja (Glycine max L.) ou l'arachide (Arachis hypogaea L.), la fertilité du sol s'améliore (Hulugalle et Lal, 1986 ; Wilson et al., 1982 ; IFDC, 1993).

Plusieurs espèces de légumineuses annuelles à graines non comestibles comme le pois mascate (Mucuna pruriens var utilis), le Kudzu (Puerovia phaseoloïdes) ou le lablab (Lablab purpureus L.) sont utilisées comme plante de couverture pour le contrôle de l'érosion hydrique, la lutte contre les adventices et la restauration de la fertilité du sol (Sanginga et al., 1996 ; Franzluebbers et al., 1998 ; Galaba et al., 1998 ; Sedga et Toe, 1998 ; Manyong et al., 1999).

La fertilité du sol est également améliorée par l'utilisation du mulch des légumineuses pérennes à croissance rapide. Des études menées en Afrique ont montré que l'incorporation dans le sol du mulch provenant de la croissance rapide des légumineuses pérennes comme le leucaena (Leucaena sp.), le cajan (Cajanus cajan L.), le sesbania (Sesbania sesban M.) ou le glyricidia (Glyricidia sepium) ont résulté en une amélioration significative de la fertilité du sol (Barrios et al., 1997 ; Bashir et al., 1998 ; IFDC, 2002, 2005).

Les atouts de l'usage des légumineuses comme engrais verts ou plantes de couverture résident dans le fait qu'elles (1) enrichissent le sol avec le N₂ biologique fixé, (2) conservent et recyclent les nutriments du sol, (3) fournissent une protection du sol favorisant la réduction de son érosion et (4) requiert peu ou pas d'engrais minéraux immédiats. Toutefois, à intervalle planifié, on a besoin de travailler le sol pour favoriser l'établissement, la maintenance et l'incorporation de ces engrais verts (IFDC, 2002 ; Franzluebbers et al., 1998 ; Groot et al., 1998).

Les couvertures de sol par les végétaux aident à diminuer les risques d'érosion du sol dans les cultures arbustives, particulièrement avant la fermeture du couvert arbustif. Parmi les différentes espèces de couverture de sol testées avec le cacao par Fianu (1998) au Ghana, celles qui ont eu le plus de succès sont Centrosema pubescens, Pueraria phaseoloïdes et Flemingia congesta. Ces plantes de couverture de sol ont été aussi efficaces pour le désherbage et l'amélioration de la fertilité des sols épuisés par des cultures de plantation. Le niveau de couverture du sol par ces plantes est un facteur déterminant dans la réduction du ruissellement (Perez, 1994 ; Zougmoré et al., 1998). Ainsi, comme l'ont souligné Roose et al. (1992), la protection de la surface du sol assurée par une litière ou un couvert végétal bien développé permet de diminuer les pertes par ruissellement et de ralentir l'évolution des croûtes. Il faudrait donc favoriser l'implantation rapide des cultures et le développement d'une biomasse apte à intercepter efficacement la pluie. Cela impose d'associer étroitement les techniques de gestion de l'eau et de maintien de la fertilité des sols. Selon les travaux conduits par Zougmoré et al. (1998), l'association culturale sorgho - niébé s'est montrée plus efficace que leurs cultures pures en entraînant une réduction de l'érosion de 80 % par rapport au sorgho seul et de 45 - 55 % par rapport au niébé seul. En réduisant la vitesse des écoulements, la protection de la surface du sol permet une limitation des déplacements solides, notamment des particules grossières (Roose, 1981).

Par ailleurs, plusieurs légumineuses conviennent très bien pour augmenter le statut de bases échangeables du sol et contiennent du P et du Ca disponibles. La grande contribution des plantes de couverture au sol est l'accroissement de sa fertilité par le biais de l'addition annuelle de N. Il a été estimé que les légumineuses (à graines comestibles ou non) peuvent apporté au sol 50 kg N ha^-1.an^-1 (Akobundu et Okigbo, 1984 ; Greenland, 1985). Dans de bonnes conditions de culture (1000 - 2500 mm.an^-1 de pluie, température de 19 - 27°C, pH = 4,5 et une élévation de 0 - 1600 m), le mucuna apporte au sol 7 - 9 Mg.ha^-1.an^-1 de biomasse sèche avec une teneur de 2,96% de N, 0,32% de P et 1,57 % de K. Ce qui représente un apport en nutriments de 207 - 266 kg N ha^-1, 22 -29 kg P ha^-1et de 110 - 141 kg K ha^-1 (FAO, 1990 ; Lal, 1990 ; Vissoh et al., 1998).

Les limites de l'utilisation de plantes de couverture résident dans le seul fait qu'elles empêchent la production de nourritures durant une partie de la saison des pluie (seconde saison dans les zones à pluviométrie bimodale comme en Afrique de l'Ouest) et nécessitent donc une production considérable durant les saisons favorables précédant la période de jachère améliorée avec la plante de couverture (Balasubramanian et Blaise, 1993 ; Sogbedji et al., 2006).

En Afrique de l'Ouest, l'usage des légumineuses à graines en rotation avec le maïs a résulté en une augmentation de 50% du rendement du maïs (Hulugalle et Lal, 1986 ; IFDC, 1993 ; Breman et van Reuler, 2000). Sur sol ferralitique du sud Togo, le mucuna a engendré une augmentation du rendement de maïs de 16 - 67% avec un indice de récolte (IR) de 0,37 - 0,50 et une efficacité agronomique de N (EA-N) de 4 - 17 Mg.ha^-1 (IFDC, 2002). Lamboni (2000) a rapporté une augmentation du rendement du maïs de 25% alors que Sogbedji et al. (2006) parle de 32,1 - 37,5% dans le sud du Togo. Dans cette même région, il a entraîné l'accroissement du rendement du basilic (Ocimum basilicum L.) de 30 - 50% suivant le type de sol et la saison de culture (Adden, 2005). Au Malawi, MacColl (1989) rapportait que le rendement du maïs installé après la culture du cajan a accru de 2,8 Mg.ha^-1 par rapport à la culture du maïs continu recevant 35 kg N ha^-1. Au Burkina Faso, les études ont démontrés que le rendement du maïs a accru de 0,7 à 1 Mg.ha^-1 en utilisant les plantes de couverture comme Calopogonium mucunoides, Mucuna sp., Lablab purpureus et Cajanus cajan. Au Bénin, l'adoption du mucuna a augmenté le rendement du maïs de 0,48 - 1,14 Mg.ha^-1 (Manyong et al, 1999). Galiba et al. (1998) ont rapporté que la biomasse de mucuna a fait croître le rendement du maïs de 0,6 à 2,2 Mg.ha^-1. Des essais menés au Mali ont montré que le rendement du sorgho (Sorghum sp.) a augmenté de 40% en rotation avec le soja (Kouyaté et al., 1998) ou en rotation avec le lablab (Dolichos lablab) (Kouyaté et Juo, 1998). De même, les rendements du coton graine et de l'arachide ont accru de 60% et de 40% respectivement dans la rotation coton - arachide (Kouyaté, 1998).

Plusieurs études menées en Afrique de l'Ouest ont montré que l'incorporation des résidus de maïs dans le sol a amélioré le rendement de la culture. Malheureusement, dans ces pays africains, les résidus de maïs (pailles) ont des utilités traditionnelles et sont souvent exportés du champ (Poss et al., 1997).

La compréhension de la dynamique des nutriments dans le système sol - plante - atmosphère a un intérêt de plus en plus croissant afin de prévenir la dégradation des sols en ressources de base et pour soutenir une production agricole efficiente avec une gestion propre des nutriments (Sogbedji, 2001). L'obstacle majeur pour la production agricole en Afrique est la non maîtrise de la dynamique des nutriments afin de contourner l'infertilité et l'improductivité notoire des sols. La principale voie d'appauvrissement de sols en nutriment est la récolte des cultures (Nair, 1993). En moyenne, les grains des cultures exportent 100 - 150 kg.ha^-1 de N, P et K (FAO, 1990). La dynamique des nutriments absorbés par les cultures est très complexe du fait que la plante absorbe plus de nutriments à certains stades végétatifs que d'autres. Il existe un laps de temps entre la période où les nutriments sont solubilisés et/ou disponibles dans le sol et la période où les racines des cultures s'y approchent et les absorbent ; au cours de ce laps de temps, les nutriments sont susceptibles d'être perdus (Zhang et al., 1996). Stoorvogel et al. (1993) ont trouvé dans leurs recherches qu'en Afrique Sub-Saharienne, en moyenne 22 kg N ha^-1, 2,5 kg P ha^-1et 15 kg K ha^-1 sont perdus chaque année dans les terres arables. L'intensité des pertes de nutriments est fonction du type de nutriment, de la nature des sols, des conditions climatiques et des systèmes de production (Pieri, 1989 ; Christianson et Vlek, 1991 ; Alva et Wang, 1996 ; Sogbedji et al., 2000).

L'azote (N) et le phosphore (P) ont une dynamique très différente dans l'environnement du sol. L'azote est biologiquement très réactif, et après conversion en nitrate (NO₃-N), très mobile dans le sol tandis que le phosphore devient rapidement inaccessible car étant sujet à la précipitation chimique (Sogbedji et al., 2006ab). Ainsi, le P pourrait avoir des effets résiduels sur la culture subséquente alors que le N mis à disposition d'une culture est rarement accessible à la culture subséquente (Randall et al., 1997).

Cette vision panoramique sur l'impact des systèmes culturaux associés aux plantes de couverture sur la production d'agroressources permet de mieux comprendre l'approche méthodologique utilisée pour la réalisation de cette étude.

CHAPITRE II :

MATERIELS ET METHODES

2.1 Site d'expérimentation

L'étude a été conduite à la Station d'Expérimentations Agronomiques de l'Ecole Supérieure d'Agronomie de l'Université de Lomé, Togo (6°22'N, 1°13'E ; altitude = 50 m, pente <1%). Le sol en place est de type ferralitique appelé localement «Terre de Barre» qui s'est développé à partir des dépositions continentales (Saragoni et al., 1992). Ce type de sol couvre 47% de la Région Maritime du Togo (Worou, 2002) et se retrouve également en Côte d'Ivoire, au Ghana, au Bénin et au Nigeria (Raunet, 1973 ; Louette, 1988). Dans les horizons de culture, le sol est bien drainé, la teneur en matière organique (<1%) et en K (<0,2 cmol.kg^-1) sont faibles, le P total est autour de 250 - 300 mg.kg^-1, le N total est de 0,05 - 0,1% avec un rapport C/N de 7 - 11, la somme des bases échangeables est entre 2,82 - 3,92 méq/100g, la capacité d'échange cationique (CEC) est entre 3 - 4 méq.kg^-1 et un pH de 5,2 - 6,8 (Tossah, 2000 ; Worou, 2002 ; Struif Bontkes et Wopereis, 2003). Les précipitations annuelles varient de 800 à 1200 mm et la température moyenne annuelle est entre 24 à 30°C (Somana et al., 2001 ; Worou, 2002). Le climat du site est équatorial de type guinéen, bimodal et permet d'avoir deux saisons de culture de maïs, l'une d'avril à juillet et l'autre de septembre à décembre. La végétation en place est une savane herbeuse. C'est une parcelle de terrain ayant abrité de longues années de culture continue de maïs sans engrais ; mais a abrité depuis 2002 des essais sur la monoculture du maïs et sa culture en relais avec les plantes de couverture (mucuna et cajan).

2.2 Essais agronomiques

Les essais ont été conduits dans trois systèmes culturaux. Dans chaque système cultural, le dispositif expérimental était en bloc aléatoire complet avec parcelles divisées et en trois répétitions afin de prendre en compte les variabilités spatiales (van Es et van Es, 1993 ; van Es et al., 2004). Il y avait 9 parcelles principales de 12,5 m x 10 m contenant au total 36 sous parcelles de 6 m x 5 m. Les trois systèmes culturaux étudiés sont basés sur deux systèmes de production usuels en Afrique de l'Ouest : la monoculture et la rotation culturale.

A la saison précédant la période des essais, la parcelle abritant le système maïs continu a reçu la culture du maïs, celle du système maïs - mucuna a reçu la culture du mucuna et celle du système maïs - cajan a reçu la culture du cajan. Tous les résidus de récolte sont laissés sur place et sont incorporés au sol.

Le maïs (Zea mays L.) a été choisi comme plante test à cause de ses propriétés à mettre en évidence les carences du sol et était semé à une densité de 50 000 plants.ha^-1 le 17 avril 2006 et le 01 septembre 2006 respectivement dans le compte de la première saison (PS) et de la seconde saison (SS). La variété de maïs utilisé était IKENNE (une variété de 90 jours localement très utilisée). Dans chaque agroécosystème ayant une gestion particulière de la matière organique résiduelle, les traitements d'engrais minéraux suivants y étaient associés pour le maïs : N₀P₀K₆₀, N₄₀P₀K₆₀, N₄₀P₃₀K₆₀, et N₈₀P₃₀K₆₀. Les doses de N, P et K étaient appliquées en un seul apport entre deux et trois semaines après le semis suivant la pluviométrie. Dans les systèmes de rotation culturale, le mucuna (Mucuna pruriens var utilis) a été semé à une densité de 35 000 plants.ha^-1 tandis que le cajan (Cajanus cajan) a été semé à une densité de 42 000 plants ha^-1. Les biomasses produites après la période de végétation ont été incorporées au sol après la récolte des graines. Tous les travaux agricoles ont été réalisés manuellement. La récolte de la PS a été réalisée le 31 juillet 2006 et pour la SS le 19 décembre 2006. La récolte a été faite sur les sous parcelles utiles centrales (2,4 m x 3 m) en éliminant les plantes de bordure.

2.3 Collectes des données

En début et en fin des essais, des échantillons composites de sol ont été prélevés dans chaque système à des intervalles de profondeur de 0 - 30 cm et 30 - 60 cm. Sur ces échantillons, les analyses chimiques ont porté sur le N organique, le N total, le N nitrique (NO₃-N), le C total, le P total et le P assimilable. Des échantillons ont été pris également en fin de la PS et on y a déterminé le N nitrique (NO₃-N) et le P assimilable.

A chaque saison de culture du maïs, il a été déterminé des paramètres agrotechniques permettant de réaliser l'étude. A cet effet, sur chaque parcelle expérimentale, des échantillons de plant entier de maïs ont été prélevés à la maturité de récolte (teneur en eau des grains comprise entre 18 - 23%) (Witt et al, 1999) pour déterminer la quantité totale de matière sèche. Chaque échantillon de plante a été séché à l'étuve à 40 - 60°C pendant trois jours pour déterminer leur teneur en eau ; leurs matières sèches ont été analysées au laboratoire pour déterminer leur teneur en N et en P.

2.4 Analyse des données

Les rendements et les composantes du rendement ont été comparés pour chaque système cultural par rapport à la saison et sur toute l'année. Les bilans partiels de N et de P ont été établis dans la couche de sol de 0 - 0,60 m correspondant à la profondeur moyenne racinaire du maïs. Pour chaque système, les entrées du bilan sont constituées de la teneur initiale du sol en NO₃-N, du P assimilable, les dépositions atmosphériques de N et des engrais inorganiques apportés. Les sorties sont constituées de l`exportation en N et P du maïs, et la teneur résiduelle du sol en NO₃-N et en P assimilable. La balance entre les entrées et les sorties a été attribuée à la résultante du lessivage, de la percolation, de la dénitrification de N, et de la minéralisation de N et de l'immobilisation et de la minéralisation de P. Le choix de NO₃-N s'explique par le fait qu'il est plus stable dans le sol que NH₄⁺ qui se nitrifie très rapidement (Hofman et Cleemput, 2004).

Les analyses chimiques ont été réalisées au Laboratoire d'ICRISAT au Niger en suivant les méthodes standard d'analyses chimiques. Les différences entre les moyennes et leur ségrégation ont été effectuées en utilisant le logiciel d'analyse statistique STATISTICA (á = 5%).

Les variables prises en compte pour la détermination des paramètres techniques ont été calculées de la manière suivante :

· Productivité en grains (g.plant^-1) : masse de grains récoltés sur la parcelle utile / nombre de plants récoltés (économique -teneur en eau de 14%- et en matière sèche) ;

· Rendement en grains (Mg.ha^-1) : (productivité en grains x densité de peuplement) / 1 000 000 (économique -teneur en eau de 14%- et en matière sèche) ;

· Rendement en biomasse (Mg.ha^-1) : (masse d'échantillons composites de la production aérienne totale de plantes en matière sèche / nombre de plantes échantillonnées) x densité de peuplement ;

· Rendement en paille (Mg.ha^-1) : rendement en biomasse - rendement en grains (en matière sèche) ;

· Indice de récolte (IR): rendement en grains en matière sèche (ms) / rendement en biomasse ;

· Ratio grain/paille (RGP) : rendement en grains en ms / rendement en paille ;

· Masse de 1000 grains (g): ?(masse de 100 grains / nombre de lots de 100 grains) x 10 ;

· Efficacité agronomique d'un nutriment (Mg.kg^-1) : (rendement économique en grains avec apport du nutriment - rendement économique en grain sans ce nutriment) / dose du nutriment appliqué à l'hectare ;

· Absorption d'un nutriment (kg.ha^-1) : rendement en ms x teneur du nutriment dans la ms ;

· Taux de recouvrement d'un nutriment (%) : [(absorption d'un nutriment spécifique sur une parcelle avec apport de ce nutriment) - (absorption d'un nutriment spécifique sur une parcelle sans apport de ce nutriment)] / dose de ce nutriment appliqué à l'hectare ;

· Efficacité interne pour un nutriment (kg.kg-¹) : Rendement économique / Absorption de ce nutriment par la plante. L'efficacité interne traduit la capacité d'une espèce végétale à convertir en un rendement économique les nutriments mis à sa disposition. Dans le cas du maïs, on s'intéresse à la quantité de grains produits par rapport à la quantité de nutriments absorbés (kg de grains par kg de nutriment).

· Efficacité d'utilisation de l'eau (kg.m^-3) : Rendement économique / Quantité d'eau reçue durant le cycle de végétation de la plante cultivée par hectare.

CHAPITRE III :

RESULTATS ET DISCUSSIONS

3.1 Rendements et composantes du rendements

3.1.1 Rendements en grain du maïs

Les rendements moyens en grains de maïs varient suivant tous les systèmes culturaux de 3,00 à 6,83 Mg.ha^-1 durant la première saison (PS), de 3,02 à 5,85 Mg.ha^-1 durant la seconde saison (SS) et sur toute l'année on a eu un cumul qui varie de 6,02 à 12,66 Mg.ha^-1 (Tableau 1). On constate une dépression du rendement au cours de la SS due probablement à la différence de la pluviométrie entre la PS (504 mm) et la SS (115 mm). Ceci confirme la différence du potentiel de rendement entre la grande saison et la petite saison des pluies déjà observée par DRA (1985) et Sogbedji (1986).

Dans le système de maïs continu, durant la PS, le traitement N0P0 donne le plus faible rendement en grain de maïs (3,00 Mg.ha^-1) tandis que le meilleur rendement provient de l'application de N80P30 (6,16 Mg.ha^-1). Au cours de la SS, le traitement N40P30 donne le meilleur rendement (4,61 Mg.ha^-1). En terme de production annuelle, le traitement N80P30 donne le meilleur rendement (10,58 Mg.ha^-1).

Dans le système maïs - mucuna, on constate que durant la PS, le traitement N40P30 s'impose avec un rendement de 6,83 Mg.ha^-1 alors que le traitement N0P0 donne le plus faible rendement (5,06 Mg.ha^-1). En SS, le traitement N80P30 s'est montré supérieur avec un rendement de 5,85 Mg.ha^-1 et le plus faible rendement est fourni par N0P0 avec un rendement de 4,84 Mg.ha^-1. Sur toute l'année, il est à noter que N40P30 et N80P30 donnent les meilleurs cumuls de rendements (12,66 et 12,53 Mg.ha^-1 respectivement). Le traitement N0P0 génère toujours le plus faible rendement (9,89 Mg.ha^-1). Le faible rendement obtenu aussi bien en PS (5,06 Mg.ha^-1) qu'en SS (4,84 Mg.ha^-1) dans ce système est nettement supérieur au rendement obtenu au Malawi (1,2 Mg.ha^-1) dans la rotation maïs - mucuna (IFDC, 2005 ; Murwira et al., 2005).

Traitements

ET- PS

ET- SS

Total

PS+SS

ET-

PS+SS

MaN₀P₀

3,00 e

0,37

3,02 e

1,28

6,02 e

1,62

MaN₄₀P₀

4,98 cd

0,75

3,72 de

0,49

8,70 d

0,94

MaN₄₀P₃₀

5,35 cd

0,34

4,61 bcd

0,70

9,97 bcd

0,49

MaN₈₀P₃₀

6,16 abc

0,27

4,42 cd

0,67

10,58 abc

0,63

Mu N₀P₀

5,06 cd

1,00

4,84abcd

0,69

9,89 bcd

0,95

Mu N₄₀P₀

5,61 bc

0,90

5,83 ab

0,27

11,43 ab

1,04

Mu N₄₀P₃₀

6,83 a

0,26

5,83 ab

0,57

12,66 a

0,60

Mu N₈₀P₃₀

6,68 ab

0,34

5,85 a

0,58

12,53 a

0,58

Ca N₀P₀

4,31 d

0,25

5,26 abc

0,64

9,57 cd

0,57

Ca N₄₀P₀

5,64 bc

0,69

5,38 abc

0,44

11,01 abc

1,11

Ca N₄₀P₃₀

5,73 abc

1,05

5,42 abc

0,28

11,15 abc

1,26

Ca N₈₀P₃₀

5,92 abc

0,51

5,45 abc

0,38

11,37 ab

0,59

PS : première saison, SS : seconde saison, ET : Ecart-type ; a, b, c, d, e indiquent les classes de moyennes issues la ségrégation statistiques des moyennes avec á = 5%.

Dans le système maïs - cajan, les faibles rendements proviennent du traitement N0P0 en considérant la PS et le cumul de l'année (4,31 et 9,57 Mg.ha^-1 respectivement). Durant la SS, il n'y pas de différence significative entre les rendements issus des quatre traitements. Ce qui voudrait dire qu'on n'ait pas besoin d'apporter de l'engrais en SS pour obtenir cette production. Les traitements N40P30 et N80P30 se rivalisent toujours les meilleures places au cours de la PS (5,73 et 5,92 Mg.ha^-1 respectivement) alors que le cumul annuel fait état d'une similarité entre les traitements N40P0, N40P30 tandis que N80P30 s'impose avec un rendement de 11,37 Mg.ha^-1.

La remarque triviale issue de la comparaison du système de maïs continu avec le système de maïs - mucuna est que quelque soit la période de culture, l'utilisation du mucuna comme plante de couverture engendre une augmentation de rendement de l'ordre de 38 à 57%. Le traitement sans engrais (N0P0) dans le système maïs - mucuna donne un rendement statistiquement identique à l'utilisation d'engrais (N40P0 et N40P30) dans le système de maïs continu.

On note de façon générale que le système maïs - cajan engendre une augmentation de rendements de l'ordre de 30 à 49% par rapport au système de maïs continu. Sans apport d'engrais (N0P0), le système maïs - cajan présente un rendement s'apparentant à certains traitements avec apport d'engrais du système de maïs continu (N40P0 et N40P30). Mais ceux-ci demeurent toutefois inférieurs aux rendements obtenus dans le système maïs - mucuna dans les mêmes conditions.

Une comparaison des deux systèmes utilisant les plantes de couverture fait remarquer que, par rapport au système maïs - cajan, au cours de la PS il y a une augmentation de rendement de 12% en moyenne alors que la SS révèle seulement un accroissement de rendement de 4% en moyenne avec un accroissement annuel du rendement de 8% (3 à 14%). Cette différence de performance au cours du temps pourrait s'expliquer par le fait que le mucuna produit une biomasse en quantité plus grande et plus facilement décomposable par les microorganismes telluriques que celle du cajan. Avec le temps, la cajan a commencé par se décomposer et à libérer davantage de nutriments et à compenser le déficit de prime abord.

En définitive, à la fin de l'année de production, on constate que le système maïs - mucuna produit beaucoup plus de maïs que les autres systèmes et est potentiellement utilisable pour soutenir une production maïsicole durable. L'augmentation du rendement du maïs (38-57%) engendrée par l'usage du mucuna comme plante de couverture confirme la tendance générale à la hausse des rendements observée déjà par certains auteurs comme Hulugalle et Lal, (1986), IFDC (1993) et Breman et van Reuler (2000) qui parlent de 50% ; IFDC (2002) donne 16 - 67%, Lamboni (2000) fait état de 25% et Sogbedji et al. (2006) révèlent 32,1 - 37,5%.

3.1.2 Composantes du rendement du maïs

La productivité de plants de maïs (teneur en eau de 14%) varie suivant les systèmes culturaux de 51 - 141 g.plant^-1 durant la PS et de 35 - 182 g.plant^-1 durant la SS. La variabilité statistique de la productivité du maïs est identique à celle des rendements suivant les systèmes et les traitements décrite précédemment (Tableau 2). On note par ailleurs que la masse de 1000 grains de maïs est invariable suivant les traitements ni suivant les systèmes et est en moyenne de 282 (#177;23) g. Ceci montre que le rendement du maïs est beaucoup plus influencé par la quantité ou le nombre de grains formés par épis que la masse spécifique d'un grain. Le rendement en paille sèche est en moyenne de 7,3 Mg.ha^-1 (2,5 - 18,0 Mg.ha^-1) pour PS et de 7,7 Mg.ha^-1 (1,6 - 15,6 Mg.ha^-1) pour SS. Ces rendements de la biomasse sèche représentent une importante biomasse sèche pour une typologie d'utilisation non alimentaire telle la production d'énergie et autre.

Les traitements d'engrais et les systèmes culturaux n'ont pas une influence significative sur l'indice de récole et le ratio grain - paille. Le ratio grain - paille (RGP) est en moyenne de 0,71 (0,31 - 1,39) pour PS et de 0,65 (0,38 - 1,23) pour SS tandis que l'indice de récolte (IR) est en moyenne de 0,40 pour PS et de 0,37 pour SS. Le RGP semble être identique au cours des deux saisons de culture (0,71 et 0,65 respectivement pour PS et SS). Ceci entre en contradiction avec les résultats de Hay (1995) qui montrent que la durée de la végétation pendant la PS et pendant la SS influençait le RGP des céréales.

Le IR présente une plus grande variabilité pendant la SS (0,17 - 0,72) que durant la PS (0,24 - 0, 58) mais en moyenne, il n'y pas une différence notoire entre IR de PS (0,40) et IR de SS (0,37). Ces IR sont conformes à ceux déjà trouvé par IFDC (2002) qui donne une marge de 0,37 - 0,50 pour le maïs. Il a été constaté qu'il y a une corrélation positive (p = 0,000234) entre IR et la productivité du maïs. Ceci indique que IR et la productivité ont une influence notoire sur la formation du rendement de maïs.

Traitements	Première saison						Seconde saison									Masse 1000 grains
	Prodté 14%	Rdt paille	IR		RGP		Prodté 14%			Rdt paille	IR			RGP
Unités	g.plt^-1	Mg.ha^-1			/1			g.plt^-1		Mg.ha^-1			/1		g

MaN0P0	60	4,6		0,32	0,47			60		5,3		0,34	0,57		250
MaN40P0	100	5,2		0,48	0,93			74		6,0		0,35	0,55		279
MaN40P30	107	6,7		0,39	0,75			92		5,3		0,48	1,23		267
MaN80P30	123	6,8		0,44	0,82			88		6,7		0,38	0,63		281

MuN0P0	101	6,5		0,46	0,88			97		11,1		0,27	0,38		262
MuN40P0	112	10,6		0,30	0,43			117		9,0		0,36	0,56		286
MuN40P30	137	6,1		0,42	0,79			117		9,7		0,37	0,62		300
MuN80P30	134	8,9		0,37	0,59			117		9,7		0,34	0,52		299

CaN0P0	86	6,2		0,35	0,54			105		7,0		0,43	0,84		271
CaN40P0	113	8,5		0,32	0,47			108		8,4		0,36	0,55		299
CaN40P30	115	8,0		0,37	0,59			108		7,4		0,39	0,63		293
CaN80P30	118	9,5		0,40	0,66			109		6,5		0,42	0,73		299


Minimum	51	2,5		0,24		0,31			35	1,6		0,17	0,21			230
Moyenne	109	7,3		0,40		0,71			99	7,7		0,37	0,65			282
Maximum	141	18,0		0,58		1,39			128	15,6		0,72	2,53			327

Prodté : productivité, Rdt : rendement, IR : indice de récolte, RGP : Ratio grain - paille

3.2 Utilisation des ressources

La présente analyse est focalisée sur la dynamique de N et P. L'élément K, un des trois macronutriments des plantes, n'est pas pris en compte à cause de sa chimie plutôt favorable dans le sol. Les sols ferralitiques sont généralement pauvre en K (les données sur notre site d'essai révèle un K total de 0,83 - 0,93 g.kg^-1) mais en apportant les engrais potassiques, leur utilisation est très efficace par rapport à N et P du fait de la chimie affectée à K dans le sol (Dobermann et al., 1998 ; Adden, 2005).

3.2.1 Efficacités d'utilisation des nutriments et de l'eau

L'analyse de la concentration (teneur ou absorption) en nutriments se limite à la PS. La teneur en nutriments N et P dans les grains de maïs est en moyenne de 15,6 g N kg^-1et de 6,3 g P kg^-1 tandis que la concentration dans les pailles est de 6,4 g N kg^-1 et de 3,0 g P kg^-1(Tableau 3). Reflétant la large gamme de variabilité des conditions environnementales de production, la concentration en nutriments varie considérablement aussi bien dans les grains (13,2 - 18,4 g N kg^-1et 4,9 - 7,8 g P kg^-1) que dans les pailles (3,7 - 10,7 g N kg^-1 et 1,7 - 4,7 g P kg^-1). Dans les grains, la teneur en N est faible dans le système maïs continu (15,0 g N kg^-1), modérée dans le système maïs - cajan (15,7 g N kg^-1) et forte dans le système maïs - mucuna (16,2 g N kg^-1) tandis que la teneur en P est faible dans le système maïs continu et dans le système maïs - cajan (6,2 et 6,1 g P kg^-1 respectivement) et forte dans le système maïs - mucuna (6,7 g P kg^-1). Dans les pailles, la teneur en N est faible dans le système maïs continu (5,8 g N kg^-1), modérée dans le système maïs - cajan (6,4 g N kg^-1) et forte dans le système maïs - mucuna (7,1 g N kg^-1) tandis que la teneur en P est faible dans le système maïs - cajan (2,3 g P kg^-1) et forte dans le système maïs continu et dans le système maïs - mucuna (3,4 g P kg^-1).

En moyenne, l'absorption ou l'exportation des nutriments par les plants de maïs est de 121 kg N ha^-1 et de 51 kg P ha^-1 produisant un rendement moyen de 5,4 Mg.ha^-1.

L'absorption est faible dans le système maïs continu (96 kg N ha^-1 et 45 kg P ha^-1), intermédiaire dans le système maïs - cajan (125 kg N ha^-1 et 49 kg P ha^-1) puis forte dans le système maïs mucuna (142 kg N ha^-1 et 48 kg P ha^-1). L'absorption de N dans ce dernier système est nettement supérieure à celle trouvée au Malawi (28-29 kg N ha^-1) dans un système typique (IFDC, 2005 ; Murwira et al, 2005).

L'indice de récolte de nutriment (IRN) comme étant la proportion des nutriments accumulés dans les grains par rapport aux nutriments totaux cumulés par la matière sèche de la plante, est très peu variable suivant les systèmes culturaux. L'indice de récolte de nutriment de N (IRN-N) est similaire dans les trois systèmes (0,59 pour maïs - cajan, 0,61 pour maïs - mucuna et 0,66 pour maïs continu) de même que celui de P (0,63 pour maïs - cajan, 0,56 pour maïs - mucuna et 0,58 pour maïs continu). On remarque que dans tous les systèmes de production confondus, l'IRN-N (0,62) et l'IRN-P (0,59) sont statistiquement identiques entre eux. Ceci voudrait dire que la plante répartie proportionnellement N et P aussi bien dans la biomasse résiduelle que dans les grains. La plante aurait donc besoin de N et de P dans toutes ses parties et cela traduit l'importance de ces deux nutriments dans la production et reflète ce qui adviendrait en cas de carence en ces nutriments. Les concentrations des nutriments dans la biomasse de maïs de même que les absorptions de N et de P démontrent à quel point l'usage des plantes de couverture améliore la richesse en nutriments des agroressources et optimisent la production agricole.

Tableau 3 : Teneurs des grains et des pailles en N et P et leurs exportations par le maïs

Traitements	Concentration en nutriments (g.kg^-1)				Exportations (kg.ha^-1)
	Grains		Pailles
	N	P	N	P	N	P

MaN0P0	14,5	6,0	6,8	3,6	112	56
MaN40P0	15,3	6,4	5,2	3,5	85	37
MaN40P30	14,7	6,2	6,6	3,7	78	36
MaN80P30	15,5	6,3	4,7	2,7	108	53
Moyenne	15,0	6,2	5,8	3,4	96	45

MuN0P0	15,7	6,1	6,5	4,1	115	45
MuN40P0	16,3	6,2	5,9	3,0	143	65
MuN40P30	16,3	5,7	7,6	3,1	128	54
MuN80P30	16,5	6,2	8,4	3,3	180	69
Moyenne	16,2	6,1	7,1	3,4	142	58

CaN0P0	15,5	6,7	5,9	2,6	128	48
CaN40P0	16,1	7,2	6,0	2,0	98	40
CaN40P30	15,7	6,4	7,0	2,7	137	57
CaN80P30	15,3	6,5	6,8	2,0	137	53
Moyenne	15,7	6,7	6,4	2,3	125	49

Moyenne Générale	15,6	6,3	6,4	3,0	121	51

3.2.1.2 Efficacités d'utilisation des ressources

L'efficacité d'utilisation de l'eau (EUE) dans le système maïs continu varie de 0,5 - 1,0 kg.m^-3 pour la PS et de 2,3 - 3,5 kg.m^-3 pour SS (Tableau 4). Pour le système maïs - mucuna, l'EUE varie entre 0,9 - 1,2 kg.m^-3 pour la PS et de 3,6 - 4,4 kg.m^-3 pour la SS. Pour le système maïs - cajan, l'EUE varie entre 0,7- 1,0 kg.m^-3 pour la PS et de 4,0 - 4,1 kg.m^-3 pour la SS.

Durant la PS, l'EUE est faible dans le système de maïs continu (0,82 kg.m^-3), modérée dans le système maïs - cajan (0,91 kg.m^-3) et forte dans le système maïs - mucuna (1,02 kg.m^-3). De même durant la SS, l'EUE est faible dans le système de maïs continu (2,99 kg.m^-3), modérée dans le système maïs - cajan (4,06 kg.m^-3) et forte dans le système maïs - mucuna (4,21 kg.m^-3). On note qu'il y a une meilleure utilisation de l'eau en SS (3,8 kg.m^-3) qu'en PS (0,9 kg.m^-3). Cette différence pourrait s'expliquer par la pluviométrie élevée en PS (504 mm) qu'en SS (115 mm) ; les disponibilités en eau étant restreintes en SS, la plante a mieux utilisé cette ressource qu'en PS. Par ailleurs, on note que le mucuna améliore l'utilisation de l'eau aussi bien en PS qu'en SS.

L'efficacité agronomique de N (EA-N) dans le système maïs continu varie de 49 - 79 Mg.ha^-1 pour la PS et de 17 - 40 Mg.ha^-1 pour SS. Pour le système maïs - mucuna, l'EA-N varie entre 14 - 40 Mg.ha^-1 pour la PS et est de 25 Mg.ha^-1 pour la SS. Ces données sont inférieures à celles publiées par IFDC (2002) où on décrit une EA-N variant de 4 - 17 Mg.ha^-1 pour la culture du maïs en rotation avec le mucuna. Pour le système maïs - cajan, l'EA-N varie entre 33 - 40 Mg.ha^-1pour la PS et de 3 - 5 Mg.ha^-1 pour la SS. Durant la PS, l'EA-N est de faible dans le système de maïs - mucuna (33 Mg.ha^-1), modérée dans le système maïs - cajan (36 Mg.ha^-1) et forte dans le système maïs continu (62 Mg.ha^-1).

Traitements	Première saison			Seconde saison
	EUE	EA-N	EA-P	EUE	EA-N	EA-P
*Unités*	kg.m^-3	Mg.ha^-1	Mg.ha^-1	kg.m^-3	Mg.ha^-1	Mg.ha^-1
MaN0P0	0,5			2,3
MaN40P0	0,8	49		2,8	17
MaN40P30	0,9	59	78	3,5	40	53
MaN80P30	1,0	79	105	3,3	35	47

MuN0P0	0,9			3,6
MuN40P0	0,9	14		4,4	25
MuN40P30	1,2	44	59	4,4	25	33
MuN80P30	1,1	41	54	4,4	25	34

CaN0P0	0,7			4,0
CaN40P0	0,9	33		4,1	3
CaN40P30	1,0	36	48	4,1	4	5
CaN80P30	1,0	40	54	4,1	5	6

Minimum	0,4	-25	10	1,3	-16	-21
Moyenne	0,9	44	66	3,8	20	30
Maximum	1,2	90	120	4,8	56	75

EUE : efficacité d'utilisation de l'eau, EA-N (P) : efficacité agronomique de N (de P),

De même durant la SS, l'EA-N est de faible dans le système de maïs - cajan (4 Mg.ha^-1), modérée dans le système maïs - mucuna (25 Mg.ha^-1) et forte dans le système maïs continu (31 Mg.ha^-1). On note qu'il y a une meilleure efficacité agronomique de N en PS (44 Mg.ha^-1) qu'en SS (20 Mg.ha^-1). Ceci dénote le fait que la PS favorise une meilleure utilisation de N que la SS car les conditions pédoclimatiques sont beaucoup plus favorables à la production en PS qu'en SS.

L'efficacité agronomique de P (EA-P) dans le système maïs continu varie de 78 - 105 Mg.ha^-1 pour la PS et de 47 - 53 Mg.ha^-1 pour SS. Pour le système maïs - cajan, l'EA-P varie entre 48 - 54 Mg.ha^-1 pour la PS et est de 5 - 6 Mg.ha^-1 pour la SS. Pour le système maïs - mucuna, l'EA-P varie entre 54- 59 Mg.ha^-1 pour la PS et de 33 - 34 Mg.ha^-1 pour la SS. Durant la PS, l'EA-P est faible dans le système maïs - cajan (51 Mg.ha^-1), modérée dans le système maïs - mucuna (57 Mg.ha^-1) et forte dans le système maïs continu (92 Mg.ha^-1). De même durant la SS, l'EA-P est faible dans le système de maïs - cajan (6 Mg.ha^-1), modérée dans le système maïs - mucuna (33 Mg.ha^-1) et forte dans le système maïs continu (50 Mg.ha^-1). On note qu'il y a une meilleure EA-P en PS (66 Mg.ha^-1) qu'en SS (30 Mg.ha^-1). On constate que la PS favorise une meilleure utilisation de P que la SS.

La différence entre les efficacités d'utilisation de l'eau et les efficacités agronomiques de N ou de P confirment la différence du potentiel de production des deux saisons de pluie en Afrique sub-humide à caractère bimodale déjà décrite par Sogbedji (1986), Adden (2005) et Sogbedji et al. (2006).

Le taux de recouvrement (TR) et l'efficacité interne (EI) concernent uniquement la PS. Le taux de recouvrement de N (TR-N) dans le système maïs continu varie de 14 - 56 % tandis que celui du système maïs - mucuna et du système maïs - cajan varie de 8 - 86% et 9 - 45% respectivement. Le taux de recouvrement de P (TR-P) dans le système maïs continu varie de 44 - 46 % alors que celui du système maïs - mucuna et du système maïs - cajan varie de 34 - 44% et 36 - 42% respectivement. Le TR-N est faible dans le système maïs - cajan (24%), intermédiaire dans le système maïs continu (41%) et fort dans le système maïs - mucuna (55%). Ce TR-N trouvé dans le système maïs - mucuna est nettement supérieur à celui trouvé au Malawi (3 - 11%) dans la rotation maïs - mucuna (IFDC, 2005 ; Murwira et al., 2005).

Le TR-P est fort dans le système maïs continu (63%) et faible dans les deux autres systèmes (48-49%). L'apport de 30 kg P ha^-1 en complément à 40 kg N ha^-1 fait chuter le TR-N de 60% en moyenne dans tous les systèmes. Mais un supplément de 40 kg N ha^-1 améliore le TR-N qui s'accroît de 49% en moyenne par rapport à l'état initial. La disponibilité de P influence donc notablement l'utilisation de N. Par ailleurs, l'accroissement de la dose de N (de 40 à 80 kg N ha^-1) fait augmenter le TR-P aussi de 39% en moyenne dans tous les systèmes. Cette augmentation est beaucoup plus forte dans le système maïs - mucuna (74%), intermédiaire dans le système maïs continu (33%) et faible dans le système maïs - cajan (11%). Ceci dénote l'impact de la présence de N sur la consommation de P par les plantes. Ce sont donc des nutriments dont l'utilisation par les cultures dépendrait de leur disponibilité mutuelle dans des proportions bien requises.

L'efficacité interne de N (EI-N) dans le système maïs continu varie de 44 - 46 kg.kg^-1 tandis que celle du système maïs - mucuna et du système maïs - cajan varie de 34 - 44 kg.kg^-1 et 36 - 42 kg.kg^-1 respectivement (Tableau 5). L'efficacité interne de P (EI-P) dans le système maïs continu varie de 92 - 94 kg.kg^-1 alors que celle du système maïs - mucuna varie de 91 - 106 kg.kg^-1 et celle système maïs - cajan est entre 90- 92 kg.kg^-1.

L'EI-N est faible (38 - 39 kg.kg^-1) dans les systèmes contenant les plantes de couvertures et est forte dans le système de maïs continu (45 kg.kg^-1). Quant à l'EI-P, elle est faible dans le système de maïs continu et dans le système de maïs - cajan (91 et 93 kg.kg^-1 respectivement) et forte le système de maïs - mucuna (98 kg.kg^-1). Ces efficacités internes s'inscrivent parfaitement dans les limites d'accumulation et de dilution décrites par Jansen (1998).

Traitements	Taux de recouvrement (%)		Efficacité interne (kg.kg^-1)
Traitements	N	P	N	P

MaN40P0	53		46
MaN40P30	14	54	44	92
MaN80P30	56	72	46	94
*Moyenne*	41	63	45	93

MuN40P0	86		35
MuN40P30	8	35	44	106
MuN80P30	70	62	34	91
*Moyenne*	55	48	38	98

CaN40P0	17		42
CaN40P30	9	47	38	92
CaN80P30	45	51	36	90
*Moyenne*	24	49	39	91

Minimum	8	35	26	46
Moyenne	40	54	40	94
Maximum	86	72	54	117

3.2.2 Bilan des nutriments

Le bilan de nutriments N et P est basé sur l'estimation des entrées et de sorties dans la couche de sol de 0 à 0,6 m durant la première saison.

Les exportations de N dépassent largement la quantité de fertilisant inorganique apportée dans tous les systèmes culturaux. Dans le système de maïs continu, les exportations de N varient de 78 à 112 kg N ha^-1; de 115 à 180 kg N ha^-1pour le système maïs - mucuna et de 98 à 137 kg N ha^-1pour le système maïs - cajan. On constate qu'il y a eu une consommation luxuriante de N en observant les traitements de 40 kg N ha^-1 et de 80 kg N ha^-1 dans le systèmes de maïs continu et de maïs - mucuna car les rendements en grains qui en est issus sont statistiquement identiques (Tableau 6).

Par ailleurs, on note que dans la plupart des cas, les exportations de N excèdent la teneur initiale du sol en N et la dose de N apportée. Dans le système maïs continu, ces excédents vont jusqu'à 67 kg N ha^-1, entre 8 et 24 kg N ha^-1 dans le système maïs - mucuna et entre 13 et 45 kg N ha^-1 dans le système maïs - cajan. Ceci démontre que la quantité de N pour satisfaire ces rendements n'est pas disponible dans le sol de culture. Ce qui induit le fait que le bilan de N minéral soit négatif dans presque tous les systèmes culturaux. On se pose alors la question d'où provient le N complémentaire dans la mesure où ces rendements ont été acquis. L'explication plausible de cette situation est que le complément en N proviendrait des dépositions atmosphériques de N et de la minéralisation du N organique (matière organique).

Les dépositions atmosphériques de N (13,9 kg.ha^-1) ne sont pas négligeables devant la minéralisation de la matière organique du fait des conditions pédoclimatiques de l'Afrique de l'Ouest. En moyenne, ces gains de N provenant de la minéralisation du N organique sont fort dans le système maïs continu (56 kg N ha^-1), intermédiaire dans le système maïs - mucuna (38 kg N ha^-1) et faible dans le système maïs - cajan (31 kg N ha^-1).

Ceci démontre que le système de maïs continu appauvrie davantage le sol que les autres systèmes de production car il favorise une plus grande minéralisation de la matière organique du sol entraînant la chute de son taux dans le sol ; ce qui conduit à un sol minier très peu productif. Cela explique aisément les conditions de production d'antan ayant conduit à l'état actuel de l'agriculture en Afrique de l'Ouest (agriculture minière). Les plantes de couverture utilisées (mucuna et cajan) ont permis non seulement d'augmenter la teneur du sol en matière organique mais aussi de temporiser sa minéralisation et l'enrichir en N tout en produisant mieux du maïs. Par rapport à la teneur du sol en NO₃-N, le système maïs continu a perdu 93% de son NO₃-N tandis que le système de maïs - mucuna et le système de maïs - cajan en n'ont perdu que 26% et 28% respectivement. Ceci traduit encore la potentialité des plantes de couverture à soutenir la production de maïs. Sogbedji et al. (2006) ont trouvé que l'utilisation du mucuna et du cajan comme plantes de couverture à une fréquence de 1 sur 4 saisons de pluie augmente, par rapport à la teneur initiale, le taux de NO₃-N du sol de 39% et 3,6% respectivement tandis que la culture continu du maïs fait perdre au système jusqu'à 57,8% de NO₃-N. Ce qui confirme le potentiel des plantes de couverture à restaurer et/ou conserver les sols et la capacité de la monoculture de céréales à appauvrir davantage le sol.

Tableau 6 : Bilan de N et P sur une profondeur de 0 à 0,6 m du sol durant la première saison de culture

	Azote (N)				Phosphore (P)
Paramètres	N0P0	N40P0	N40P30	N80P30	N0P0	N40P0	N40P30	N80P30
	__________________________Kg.ha^-1__________________________
Teneur initiale du sol (+)	45,2	45,2	45,2	45,2	262,1	262,1	262,1	262,1
Engrais appliqués (+)	0,0	40,0	40,0	80,0	0,0	0,0	30,0	30,0
Déposition atm. de N (+)	13,9	13,9	13,9	13,9	0,0	0,0	0,0	0,0
Teneur finale du sol (-)	59,9	19,5	20,3	26,0	251,1	218,6	221,4	254,8
Exportations (-)	112,2	85,1	78,0	108,4	55,9	36,8	35,8	52,7
Solde inexpliquée	-140,7	-33,3	-27,0	-23,1	-44,9	6,7	34,9	-15,4

Système Maïs - Mucuna
Teneur initiale du sol (+)	91,5	91,5	91,5	91,5	278,0	278,0	278,0	278,0
Engrais appliqués (+)	0,0	40,0	40,0	80,0	0,0	0,0	30,0	30,0
Déposition atm. de N (+)	13,9	13,9	13,9	13,9	0,0	0,0	0,0	0,0
Teneur finale du sol (-)	13,3	4,8	16,2	20,6	247,4	196,0	266,4	208,5
Exportations (-)	115,2	142,7	128,5	179,8	45,2	65,1	53,9	69,1
Solde inexpliquée	-51,0	-30,0	-27,1	-42,9	-14,6	16,9	-12,3	30,4

Système Maïs - Cajan
Teneur initiale du sol (+)	83,5	83,5	83,5	83,5	279,9	279,9	279,9	279,9
Engrais appliqués (+)	0,0	40,0	40,0	80,0	0,0	0,0	30,0	30,0
Déposition atm. de N (+)	13,9	13,9	13,9	13,9	0,0	0,0	0,0	0,0
Teneur finale du sol (-)	12,2	12,0	9,4	27,8	233,9	310,5	306,8	256,0
Exportations (-)	128,0	97,6	136,9	137,1	47,8	39,8	56,7	53,2
Solde inexpliquée	-70,6	0,1	-36,6	-15,3	-1,9	-70,5	-53,7	0,7

Les exportations de P sont excédentaires par rapport aux doses de P appliquées lors des essais. Mais le bilan de P est notablement influencé par la teneur initiale du sol en P assimilable. En début d'expérimentation, les teneurs du sol en P assimilable sont en moyenne de 262 kg.ha^-1, 278 kg.ha^-1 et 280 kg.ha^-1 respectivement dans le système maïs continu, le système maïs - mucuna et le système maïs - cajan (Tableau 7). Dans le système de maïs continu, les exportations de P varient de 36 à 56 kg P ha^-1, de 45 à 59 kg P ha^-1pour le système maïs - mucuna et de 40 à 57 kg P ha^-1pour le système maïs - cajan. En moyenne, les résultats du bilan de P sont négatifs dans le système de maïs continu (-5 kg.ha^-1) et dans le système de maïs - cajan (-31 kg.ha^-1) mais sont positif dans le système de maïs - mucuna (5 kg.ha^-1). Ce qui signifie que dans ce dernier système le P est toujours présent dans la couche du sol et représente la fraction de P assimilable issue de la minéralisation qui est restée dans le sol après sa précipitation chimique par les sesquioxydes de fer et d'aluminium du sol. Dans les autres systèmes, le complexe organique a dû se minéraliser pour fournir du P pour la production. Ce qui appauvrit le sol. Les pertes de P assimilable par le sol sont fortes dans le système maïs continu et dans le système maïs - cajan (10% et 11% respectivement) et faible dans le système maïs - mucuna (7%). Ces résultats traduisent le fait que la cajan requérait beaucoup plus de P pour croître ou que la biomasse de cajan n'est pas riche en P pour améliorer le statut du sol en P. Ce qui a exigé la minéralisation de P organique (matière organique) et a appauvri davantage le sol. Le mucuna se présente, dans ces conditions, plus favorable pour l'amélioration du statut de P du sol. Ceci confirme les trouvailles de Sogbedji et al. (2006) qui indiquent qu'en moyenne le système de maïs - mucuna favorise une augmentation du taux de P assimilable résiduel de 50% et 53% par rapport au système maïs continu et au système maïs - cajan respectivement.

Dans tous les systèmes, on remarque que l'évolution des exportations de N n'est pas proportionnelle aux doses de N apportées mais semble suivre la disponibilité de P. Dans les systèmes de maïs continu et de maïs - cajan, lorsque l'on augmente la dose de N de 40 kg N ha^-1, les exportations de N et de P chutent et avec l'apport de 30 kg P N ha^-1, les exportations de P sont stagnantes mais celles de N chute davantage. Cependant, l'apport supplémentaire de 40 kg N ha^-1 dans ces conditions augmente les exportations aussi bien de N que de P. Dans le système de maïs - mucuna, lorsque l'on augmente la dose de N de 40 kg N ha^-1, les exportations de N et de P s'augmentent et avec l'apport de 30 kg P N ha^-1les exportations de P et de N chutent mais sont supérieures aux états initiaux. L'apport supplémentaire de 40 kg N ha^-1 dans ces conditions augmente davantage les exportations aussi bien de N que de P.

De tout ce qui précède, on constate aisément que durant la PS, le mucuna favorise l'amélioration du statut nutritionnel du sol en N et en P que le cajan. Ceci a induit un intérêt pour la dynamique de N et P dans le système maïs - mucuna en seconde saison (SS) face à la monoculture du maïs en appliquant les doses extrêmes d'engrais de l'étude (N₈₀P₃₀K₆₀).

CONCLUSIONS

La présente étude a eu pour objet de rechercher les possibilités d'amélioration de la fertilité des sols et d'accroissement de la productivité de la culture de maïs sous différents systèmes de production agricole afin d'identifier les systèmes culturaux les plus appropriés pour l'optimisation des rendements du maïs et empêcher les pertes de nutriments du sol. Des essais au champ ont été menés dans les systèmes culturaux incluant les plantes de couverture (mucuna et cajan) sur sol ferralitique d'Afrique de l'Ouest. Au terme des travaux, les principales tendances sont les suivantes :

- Pendant la première saison, les rendements varient de 3,00 - 6,16 Mg.ha^-1dans le système de maïs continu, de 4,31 - 5,92 Mg.ha^-1 dans le système maïs - cajan et de 5,06 - 6,68 Mg.ha^-1dans le système maïs - mucuna. Au cours de la seconde saison, les rendements varient de 3,03 - 4,61 Mg.ha^-1dans le système de maïs continu, de 5,26 - 5,45 Mg.ha^-1 dans le système maïs - cajan et de 4,84 - 5,85 Mg.ha^-1dans le système maïs - mucuna.

- L'incorporation de la biomasse du mucuna au sol de culture sans apport d'engrais minéraux permet de produire autant de maïs que l'application des engrais minéraux à des doses de N₄₀P₀K₆₀ et N₄₀P₃₀K₆₀. Le mucuna seul engendre une augmentation de rendement du maïs de l'ordre de 38 - 57% par rapport à la monoculture du maïs tandis que le cajan induit une augmentation de rendement de l'ordre de 30 - 49%.

- La masse de 1000 grains est invariante (282 #177; 23 g) et la formation du rendement de maïs est déterminée par la productivité de chaque plant de maïs et l'indice de récolte correspondant.

- La concentration en nutriments varie considérablement dans les grains de même que dans les pailles. Dans les grains, la teneur en N et en P est forte dans le système maïs - mucuna (16,2 g N kg^-1 et 6,7 g P kg^-1) de même que dans les pailles (7,1 g N kg^-1et 3,4 g P kg^-1).

- L'absorption des nutriments par les plants de maïs est en moyenne de 121 kg N ha^-1 et 51 kg P ha^-1 produisant un rendement moyen de 5,4 Mg.ha^-1dans tous les systèmes culturaux. L'indice de récolte du nutriment N (0,62) et l'indice de récolte du nutriment P (0,59) sont similaires dans les trois systèmes.

- L'efficacité d'utilisation de l'eau est meilleure dans le système maïs - mucuna durant la première saison (1,02 kg.m^-3) de même durant la seconde saison (4,21 kg.m^-3). On note qu'il y a une meilleure utilisation de l'eau en seconde saison (3,8 kg.m^-3) qu'en première saison (0,9 kg.m^-3).

- Les efficacités agronomiques de N et de P sont meilleures dans le système maïs continu (62 Mg N ha^-1et 92 Mg P ha^-1) en première saison de même qu'au cours de la seconde saison (31 Mg N ha^-1 et 50 Mg P ha^-1). On note qu'il y a une meilleure efficacité agronomique de N en première saison (44 Mg.ha^-1) qu'en seconde saison (20 Mg.ha^-1). Le taux de recouvrement de N est meilleur dans le système maïs - mucuna (55%) tandis que le taux de recouvrement de P est plus fort dans le système maïs continu (63%).

- Les bilans de N et de P dans les systèmes sont en général négatifs sauf pour le P dans le système maïs - mucuna où il est positif. Pendant la première saison, le système maïs continu a perdu 93% de N et 10% de P tandis que le système de maïs - cajan ne perd que 28% de N et 11% de P et le système de maïs - mucuna encore moins (26% de N et 7% de P).

Somme toute, la continuité de cette étude sur une plus longue période est indispensable pour confirmer ou infirmer ces conclusions. L'approche de la modélisation semble être utile à cet effet.

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