ZONGO Nongma1, GNANKAMBARY Zacharia1, LOMPO Jean-Pascal Désiré2
1Centre National de la Recherche Scientifique et Technologique / Institut de l’Environnement et de recherches Agricoles / Laboratoire des Ressources Naturelles et Innovations Agricoles, Ouagadougou, Burkina Faso
2Université de Dédougou, Laboratoire d’Etude et de Recherche sur la Fertilité du sol, Burkina Faso. BP 176 Dédougou.
Auteur correspondant : ZONGO Nongma ; E-mail : arnozo2000@gmail.com

1. Introduction

L’irrigation des cultures par les eaux usées est une pratique courante et commune aux villes de l’Afrique Sub-Saharienne, confrontées à la rareté de l’eau, à l’aridité du climat et aussi à la précarité d’infrastructures d’assainissement et de traitement des eaux usées. Ces eaux usées contiennent des valeurs fertilisantes qui améliorent parfois les rendements des cultures. Toutefois, des risques sanitaires dus aux germes pathogènes (coliformes fécaux) et des risques environnementaux comme l’accumulation des résidus de produits chimiques, des métaux lourds et des sels alcalins ont été constatés.

Ces contaminants affectent directement la santé des populations et des animaux et aussi, réduisent la qualité des sols et les rendements des cultures. L’accumulation des sels alcalins dans les sols constitue le stress abiotique le plus sévère qui limite la production végétale et affecte plus de 20 % des terres irriguées dans le monde (Qadir, 2016). Remédier à la fertilité des sols salins et ou sodiques, requière plusieurs techniques dont les principales sont les amendements minéraux et chimiques (gypse et acide sulfurique) et le drainage à l’eau propre, qui consistent en la lixiviation des sels.

Ce document propose des critères d’amélioration de la qualité d’un Lixisol alcalinisé-sodique en remédiation avec l’amendement de gypse combiné à l’irrigation avec de l’eau propre à l’intention des producteurs maraichers urbains.

2. Matériel et Méthodes

2.1. Dispositif expérimental et pratique culturale

Le dispositif expérimental est un split-split plot à quatre répétitions.

Premier facteur : est le niveau de dégradation du sol (NDS) avec trois degrés classés en fonction du pH du sol (Zongo et al., 2021) : Faible (6 < pH ≤ 7), Moyen (7 < pH ≤ 8) et Fort (pH > 8).

Deuxième facteur : est la dose d’apport de gypse avec deux niveaux : 0 t ha-1 et la dose requise de gypse (12 t ha-1 pour les sols fortement dégradés ou 8 t ha-1 pour les sols moyennement dégradés ou 4 t ha-1 pour les sols faiblement dégradés).
Troisième facteur : est la qualité de l’eau d’irrigation avec deux niveaux : eaux usées prétraitées et eau propre.

L’eau propre est issue du système de distribution de l’Office National de l’Eau et de l’Assainissement (ONEA). Elle a été utilisée pendant la campagne agricole sèche (octobre 2015 à avril 2016) pour produire des épinards. Elle a servi comme moyen de lixiviation des sels de sodium. La quantité d’eau propre utilisée est de 420 l appliquée au m2 pendant 81 jours soit trois (03) irrigations par semaine à raison de 12 l d’eau par m2. Les eaux usées prétraitées sont issues des canaux aménagés à ciel ouvert du système d’irrigation du site. Elles ont subi un recyclage primaire par lagunage dans la Station de Traitement et d’Epuration d’eaux Polluées (STEP) de Kossodo. Les eaux usées prétraitées comparativement à l’eau propre sont riches en nutriments et en sodium (Dao et al., 2019).

Les échantillons de sol ont été prélevés sous culture de maïs (Zea mays L,) en septembre 2016. Sur toutes les parcelles, un labour d’environ 15 cm de profondeur avec application de fumier de bovins (10,24 t ha-1) a été réalisé. L’engrais NPK-SB (14-23-14-6-1) à raison de 150 kg ha-1 et l’urée (46 % N) à la dose de 100 kg ha-1 ont été appliqués sur toutes les parcelles. Le traitement des plants au 44èm jour après le semis avec l’insecticide D-Cis a permis de maîtriser l’attaque des chenilles défoliatrices et foreuses des tiges de maïs.

2.2. Analyses chimiques et microbiologiques

Le carbone total (C-total), l’azote total (N-total), le phosphore total (P-total) et le phosphore disponible (P-Olsen), le potassium total (K-total), la Capacité d’échange Cationique effective (CEC effective), le rapport de la concentration en calcium échangeable sur la concentration en magnésium échangeable (rapport [Ca2+] / [Mg2+]) et la somme des bases échangeables (SB) ont été déterminés. Pour les paramètres microbiologiques, il s’agit de la respiration basale du sol (SBR), de la biomasse microbienne C (SMB-C) et de la biomasse microbienne N (SMB-N) par fumigation extraction et leur rapport (SMB-C/N) ainsi que de la teneur en ergostérol du sol.

Les méthodes standards d’analyse ont été utilisées.

3. Résultats

3.1.1. Le pH et la concentration en Na+ échangeable du sol

L’application du gypse baisse le pH et la concentration en sodium échangeable du sol. Cette baisse est fonction du niveau de dégradation du sol et de la qualité de l’eau d’irrigation. Cette baisse du pH du sol augmente avec celle du niveau de dégradation du sol quelle que soit la qualité de l’eau d’irrigation utilisée. Les fortes baisses du pH obtenues avec l’apport du gypse sont enregistrées avec l’utilisation des eaux usées. La baisse de la concentration en sodium échangeable du sol avec l’apport du gypse est importante dans les sols fortement dégradés (50 %). En revanche, dans les sols faiblement et moyennement dégradés, l’apport du gypse n’a pas varié significativement la concentration en sodium échangeable.

Dans les sols moyennement et fortement dégradés irrigués avec les eaux usées, l’apport du gypse entraine de fortes baisses de la concentration en sodium échangeable (respectivement de 55,6% et 48,8%). Des fortes baisses (52,9%) ont été constatées dans les sols fortement dégradés irrigués à l’eau propre et amendés par le gypse. Ces résultats montrent que le gypse est efficace pour réduire le sodium échangeable et le pH du sol du site maraicher de Kossodo et peut ainsi limiter la dégradation par alcalinisation.

3.1.2. Les teneurs en C-total, en nutriments totaux (N, P et K) et en P-Olsen du sol

Les teneurs en C-total et en N-total du sol n’ont pas été influencées significativement par la dose d’apport de gypse. Cependant, l’application du gypse dans les sols moyennement dégradés a induit une baisse du C-total de quelle que soit la qualité de l’eau d’irrigation. L’application du gypse a augmenté le P-total et le P-Olsen du sol. L’augmentation du P-total est plus importante dans les sols fortement dégradés. Cette augmentation du P-total du sol à la suite de l’application du gypse dépend de la qualité de l’eau d’irrigation. En effet, l’application du gypse dans les parcelles irriguées par l’eau propre, a augmenté le P-total de 27,1 % dans les sols fortement dégradés et de 14,6 % dans les sols faiblement dégradés.

En revanche, l’application de ces doses de gypse dans les parcelles irriguées par les eaux usées a induit une légère augmentation du P-total de 4,0 % dans les sols faiblement dégradés contre une baisse de 14,8 % dans les sols moyennement dégradés. Pour le P-Olsen, l’augmentation est importante avec l’élévation de l’alcalinité et du niveau de dégradation du sol. L’apport du gypse aux parcelles irriguées par les eaux usées a augmenté le P-Olsen de 40,7 % dans les sols faiblement dégradés, 32,4 % dans les sols moyennement dégradés, et de 66,3 % dans les sols fortement dégradés. En revanche, l’application du gypse aux parcelles irriguées à l’eau propre a induit une augmentation du P-Olsen de 23,1 % et de 37,7 % respectivement dans les sols faiblement et fortement dégradés.

L’apport du gypse a baissé les teneurs en K-total du sol. Cette baisse s’accroit avec le niveau de dégradation du sol, quelle que soit la qualité de l’eau d’irrigation. Pour les parcelles irriguées par les eaux usées et amendées avec le gypse, le K-total a baissé de 41,5 % dans les sols faiblement dégradés, 57,8 % dans les sols moyennement dégradés, et de 45,9 % dans les sols fortement dégradés. Sur les parcelles irriguées à l’eau propre et amendées avec le gypse, une baisse du K-total de 34,7 % dans les sols faiblement dégradés, de 37,6 % dans les sols moyennement dégradés, et de 42,7 % dans les sols fortement dégradés a été enregistrée.

3.1.3. La CEC effective, la SBE et le rapport [Ca2+] / [Mg2+] du sol

L’application du gypse a entrainé une augmentation de la CEC effective, de la SB et du rapport [Ca2+] / [Mg2+] avec le niveau de dégradation du sol.

L’augmentation de la CEC effective du sol avec l’application du gypse a été constatée uniquement dans les sols fortement dégradés et a varié suivant la qualité de l’eau d’irrigation. Elle a été de 21,6 % avec l’apport du gypse aux parcelles irriguées avec les eaux usées, et de 31,8 % avec l’apport de la même dose de gypse aux parcelles irriguées à l’eau propre. Pour l’augmentation de la SB du sol à la suite de l’application du gypse, elle a été fonction du niveau de dégradation du sol et de la qualité de l’eau d’irrigation. De faibles augmentations ont été observées dans les sols faiblement dégradés et dans les sols moyennement dégradés, tant avec l’irrigation par les eaux usées (16,1 % et 9,6 %) qu’avec celle par l’eau propre (19,7 % et 20,2 %). Cependant, dans les sols fortement dégradés, des augmentations importantes de 44,8 % et de 31,4 % à la suite de l’application du gypse ont été enregistrées avec l’utilisation respective des eaux usées et de l’eau propre.

Quelle que soit la qualité de l’eau d’irrigation dans les sols fortement dégradés, l’application du gypse a augmenté le rapport [Ca2+] / [Mg2+] de 2,4 unités avec les eaux usées et de 2,1 unités avec l’eau propre. Dans les sols moyennement dégradés, l’application du gypse a induit une augmentation de 1,37 unité dans les parcelles irriguées à l’eau propre. Dans les sols faiblement dégradés, l’application du gypse a augmenté le rapport [Ca2+] / [Mg2+] de 0,97 unité sur les parcelles irriguées par les eaux usées et de 1,16 unités sur celles irriguées par l’eau propre. L’augmentation du rapport [Ca2+] / [Mg2+] du sol montre une forte efficacité des apports de gypse dans la réduction de l’alcalinité du sol.

3.2. Variations des propriétés microbiologiques du sol sous irrigation avec l’eau propre et amendement de gypse

3.2.1. La respiration basale du sol

Les plus faibles valeurs de la SBR à la suite de l’application du gypse sont enregistrées sur les parcelles irriguées par des eaux usées dans les sols faiblement dégradés, et également sur les parcelles irriguées par l’eau propre dans les sols fortement dégradés. L’apport du gypse diminue la SBR. Cette diminution dépend du niveau de dégradation du sol et de la qualité de l’irrigation. Dans les sols fortement dégradés, la SBR a été de 67,87 µgCO2-C g-1 de sol sans application de gypse et de 62,16 µgCO2-C g-1 de sol avec l’application du gypse. Cependant dans les sols faiblement dégradés, l’apport du gypse n’a pas fait varier significativement la SBR. Elle a baissé de 20,6% avec l’apport du gypse dans ces sols faiblement dégradés et irrigués par les eaux usées. La baisse de la SBR à la suite de l’apport du gypse s’expliquerait par une diminution de la disponibilité du carbone organique du sol (COS), renforcée par une forte activité des ions Ca2+ résultant de la dissolution du gypse appliqué. En effet, l’augmentation de l’activité des ions Ca2+ dans la solution du sol réduit la disponibilité du COS pour la minéralisation microbienne en la stabilisant, ce qui induit la faible libération de la quantité de CO2.

3.2.2. La biomasse microbienne du sol

Pour la SMB-C, la non-application du gypse entraîne une diminution de 12,8 % dans les sols fortement dégradés par rapport aux sols faiblement dégradés. Par ailleurs, l’application du gypse diminue la SMB-C de 36,8 % dans les sols fortement dégradés par rapport aux sols faiblement dégradés. Cela montre que l’application du gypse baisse davantage la SMB-C jusqu’à 2,9 fois la baisse due à l’absence d’utilisation de gypse dans les sols fortement dégradés. Par contre, la SMB-C obtenue dans les parcelles irriguées à l’eau propre par rapport aux parcelles irriguées par les eaux usées montre une augmentation allant à 53,75 µg C g-1 de sol avec l’application du gypse.

Quant à la SMB-N, l’apport du gypse a entrainé une augmentation de 42,4 % uniquement dans les sols faiblement dégradés. La variation de la SMB-N a été également fonction de la qualité de l’eau d’irrigation. L’application du gypse a baissé la SMB-N dans les sols fortement dégradés irrigués avec des eaux usées. Cela pourrait résulter d’une quantité insuffisante de la dose de gypse à neutraliser la concentration élevée de sodium échangeable du sol induite par l’utilisation des eaux usées dans ces sols déjà fortement dégradés (alcalinisés). Par conséquent, l’utilisation de la dose requise de gypse associée à une irrigation par les eaux usées, serait une pratique inappropriée pour la restauration microbienne du sol. Dans ces sols faiblement dégradés et irrigués avec des eaux usées, l’application du gypse a diminué le rapport SMB-C/N de 33,33 % par rapport à l’absence d’application de gypse. Dans les sols fortement dégradés, quelle que soit la qualité de l’eau d’irrigation, l’application du gypse n’a aucun effet significatif sur le rapport SMB-C/N.

Quel que soit le niveau de dégradation du sol, la teneur en ergostérol a augmenté de 48,4 % et de 32,4 % avec l’apport de gypse. L’apport du gypse augmente ainsi la biomasse fongique du sol, un paramètre clé de la chaîne trophique du sol. Cette augmentation dépend de la qualité de l’eau d’irrigation. Une forte augmentation de 95,9 % de la teneur en ergostérol a été observée dans les sols faiblement dégradés et irrigués avec des eaux usées à la suite de l’application du gypse. Dans les sols fortement dégradés et irrigués avec l’eau propre, une augmentation moyenne de 51,5 % de la teneur en ergostérol du sol a été observée avec l’application du gypse. Les plus faibles valeurs moyennes du rapport SMB-C/N dans chacun des deux niveaux de dégradation du sol coïncident avec les forts effets stimulants sur la biomasse fongique du sol et également avec les valeurs moyennes les plus élevées de la SMB-N observées après l’application du gypse. Ces résultats montrent que les faibles rapports SMB-C/N observés indiqueraient un changement dans la composition des champignons vers des espèces copiotrophes, moins spécialisées dans la décomposition de substrats riches en C et ayant un faible rapport C/N par rapport aux espèces fongiques oligotrophes plus enclines à la décomposition des substrats carbonés.

4. Conclusion

L’application du gypse est plus efficace pour corriger l’alcalinité du sol, augmenter sa richesse en P disponible et maintenir le C-total et le N-total. Elle doit être raisonnée et suivie par une fertilisation potassique judicieuse en raison des pertes en K du sol. Sur les propriétés microbiologiques du sol, les effets de l’application du gypse dépendent du niveau de dégradation du sol et de la qualité de l’eau d’irrigation. La SBR diminue à la suite de l’amendement de gypse, tandis que des modifications de la composition microbienne du sol s’opèrent chez les champignons.

5. Références bibliographiques

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2. QADIR M., 2016. Reversing salt-induced land degradation requires integrated measures. Water Economics and Policy, 2 (1), 1671001–1671008. https://doi.org/10.1142/S2382624X16710016
3. ZONGO N., LOMPO J-P. D., DAO J., SEDOGO P. M. & NACRO H. B., 2021. Effets du gypse et de la qualité de l’eau d’irrigation sur les propriétés chimiques d’un Lixisol affecté par la pollution saline-sodique Abstract. Afrique SCIENCE, 19 (4), 174–188.
4. ZONGO N., DAO J., LOMPO, J-P. D., STENCHLY K., STEINER C., MANKA’ABUSI D., SEDOGO P. M., BUERKERT A., & JOERGENSEN R. G., 2023. Microbial biomass activity of a sodic Lixisol reclaimed with gypsum and clean water irrigation in urban vegetable systems of Burkina Faso. Abstract. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 1–8. https://doi.org/10.1002/jpln.202200418