Par: Ibrahima Diedhiou, Univ. de Thiès, Sénégal Nathan Bogie, Univ. de Californie, Merced, Etats-Unis Teamrat Ghezzehei, Univ. de Californie, Merced, Etats-Unis Amanda Davey, Université d'État de l'Ohio, États-Unis Richard Dick, Université d'État de l'Ohio, États-Unis
Publié: 29/01/2019


Plus de 4 millions de personnes dans le Sahel ouest-africain font face à des difficultés suite à des périodes de sécheresse et à la hausse des prix des denrées alimentaires. En juin, la FAO a envoyé près de 10 millions de dollars d'aide aux agriculteurs de la région frappés par la sécheresse, qui dépendent de l'agriculture pluviale. La sécheresse récurrente, la croissance démographique et la dégradation des paysages sont des menaces permanentes pour la région semi-aride. Dans l'ensemble du Sahel, la production totale a considérablement diminué au cours des 50 dernières années, entraînant une perte de résilience des communautés agricoles. La terre est constituée de sols pauvres en éléments nutritifs et à faible apport en engrais. Les agriculteurs ont désespérément besoin de systèmes agricoles capables d'améliorer les rendements et de conserver les sols en utilisant des ressources disponibles localement.

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Figure 10. Mil intercalé avec Guiera senegalensis. Source: Matthew Bright

Heureusement, un système de culture intercalaire avec des arbustes a été scientifiquement validé pour répondre aux défis écologiques et de sécurité alimentaire du Sahel. Le système est basé sur deux arbustes qui dominent et coexistent avec les cultures dans tout le Sahel (bien que leur densités soient faibles): Guiera senegalensis et Piliostigma reticulatum. Bien que les agriculteurs reconnaissent la valeur des arbustes, ils les taillent généralement au printemps pour nettoyer les champs, puis brûlent les résidus, privant les sols des intrants biologiques nécessaires. Notre recherche, financée par la National Science Foundation, a montré de nombreux avantages d’un système d’arbustes optimisé  (SAO; Figure 10) dans lequel la densité des arbustes est augmentée par rapport à leurs niveaux actuels (<200-350 arbustes/ha) à environ 1500 arbustes/ha, et dans lequel la biomasse des arbustes taillés est incorporée chaque année dans le sol. Avec le SAO, nous avons constaté une amélioration de la qualité du sol, une séquestration du carbone (C), une augmentation de la diversité et de l'activité microbiennes, une plus grande disponibilité des éléments nutritifs, une amélioration de la disponibilité de l'eau et des rendements multipliés par trois (28 articles évalués par des pairs [ Voir la section Lectures complémentaires pour des publications contenant de plus amples informations sur l’intégration des arbustes dans les cultures céréalières]). Une découverte tout à fait remarquable, et qui est le but de cet article, est que les arbustes «bio-irriguent» les cultures via un levage hydraulique la nuit; en combinaison avec une amélioration de la qualité de sol, cela réduit considérablement le stress hydrique des cultures en période de sécheresse.

Le processus appelé levage hydraulique (également connu sous le nom de redistribution hydraulique) se produit lorsque les arbustes déplacent l'eau du sous-sol humide jusqu'à leurs systèmes racinaires. Les racines libèrent de l'eau dans les couches supérieures sèches du sol la nuit lorsque les stomates des feuilles se ferment et que la photosynthèse s'arrête. Le levage hydraulique a été constaté dans des milieux soumis à des sécheresses périodiques. Il a été démontré qu’il augmentait la capacité des racines peu profondes à absorber les éléments nutritifs et à maintenir des niveaux plus élevés de transpiration et de photosynthèse.

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Figure 11. Mil cultivé pour une étude sur traceur à levage hydraulique sous irrigation en mi-saison 2014. Notez le contraste entre le mil cultivé sans arbustes (gauche) et avec des arbustes (à droite). Source: Nathaniel Bogie

Nous avons émis l’hypothèse que chaque jour, les cultures voisines de mil (Pennisetum glaucum) tirent parti de l’eau ramenée à la surface par les arbustes. Pour tester notre hypothèse, nous avons mis en place une expérience au Sénégal pendant la saison sèche. Cela nous a permis de simuler des conditions de sécheresse et, en l'absence de précipitations, de contrôler avec précision le calendrier et les quantités d'eau distribuées par l'irrigation à faible volume (Figure 11). Nous avons fait le suivi de l'humidité du sol avec des capteurs. Une fois que nous avons observé le séchage quotidien et le mouillage nocturne du sol, caractéristiques du levage hydraulique, nous avons commencé notre étude. Tout d'abord, nous avons attaché des bouteilles – avec de l'eau marquée au deutérium – aux racines profondes de l'arbuste, comme illustré à la figure 12. Le deutérium («hydrogène lourd») présent dans l'eau pouvait ensuite être mesuré dans les tissus végétaux pour suivre le mouvement de l'eau marquée. Ensuite, sur une période de cinq jours, nous avons recueilli des échantillons de feuilles au-dessus du sol de l’arbuste et des plants de mil adjacents. Les feuilles ont été analysées pour y détecter le traceur (deutérium). Nous avons trouvé des traces du traceur dans un arbuste le premier jour après l’injection de l’eau marquée, et un jour plus tard, nous avons trouvé le traceur dans le mil adjacent. Cette découverte confirme que l'eau élevée par un système hydraulique par les arbustes peut être transférée à la culture de mil adjacente. Nous ne connaissons pas encore le parcours exact de l’eau à partir des racines de l’arbuste jusqu’à la culture, mais nous sommes convaincus qu’il existe un chemin. Bien que le levage hydraulique ait été documenté dans de nombreux écosystèmes, cette étude a été la première à montrer que des espèces ligneuses plantées dans un champ agricole pourraient «irriguer» les cultures adjacentes avec de l'eau obtenue par le levage hydraulique.

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Figure 12. Schéma montrant le levage hydraulique et le transfert sur des plants de mil, de l'eau marquée au deutérium à partir d'un flacon fixé aux racines des arbustes à environ 1 m sous la surface du sol. Source: Bogie et al. 2018

Nous avons mené des études à long terme sur Guiera senegalensis et Piliostigma reticulatum intercalées avec une rotation de l’arachide et du millet perlé. Les cultures intercalées avec des arbustes ont montré des augmentations de rendement spectaculaires, avec ou sans engrais ajoutés. Le système a également aidé à réhabiliter les sols dégradés, comme en témoigne le doublement de la quantité totale de carbone dans la couche supérieure avec 10 années de culture intercalaire d'arbustes. La séquestration du carbone dans le sol est un mécanisme important pour capter le dioxyde de carbone atmosphérique afin de contrer les effets du changement climatique planétaire. 

Nous comprenons maintenant de nombreux mécanismes fondamentaux de l'hydrologie de la rhizosphère et de la microbiologie des sols du SAO. Avec cette base de connaissances, nous sommes prêts à piloter et à commencer à faire évoluer le système. À cette fin, nous avons créé I'Agro-Shrub Alliance, une organisation à but non lucratif qui offre aux familles de petits exploitants agricoles du Sahel ouest-africain une recherche technique et une formation technique sur l'agriculture basée sur les arbustes. Notre alliance de chercheurs, de spécialistes de la vulgarisation, et d’agriculteurs s’emploie actuellement à concevoir des écoles pratiques d'agriculture avec le SAO,  des premiers essais du genre à la ferme. Parallèlement à ces formations initiales, nous effectuerons les analyses socio-économiques nécessaires et intégrerons les connaissances locales aux SAO adaptés aux conditions locales. Notre objectif ultime est de travailler en collaboration avec les agriculteurs pour développer des plates-formes de sensibilisation qui permettent une adaptation et une adoption généralisées des SAO depuis le Sénégal jusqu’au Tchad, avec le potentiel d'atteindre 5 millions de familles de petits exploitants et de régénérer la base de ressources naturelles pour les générations futures. Veuillez visiter notre site Web et les ressources ci-dessous pour en savoir plus sur le SAO.

Lectures complémentaires:

Bogie, N.A, R. Bayala, I.Diedhiou, M.H. Conklin, M.L. Fogel, R.P. Dick, et T.A. Ghezzehei. 2018. Hydraulic Redistribution by Native Sahelian Shrubs: Bioirrigation to Resist In-Season Drought [La redistribution hydraulique par les arbustes indigènes sahéliens: la bio-irrigation pour résister à la sécheresse en cours de saison]. Front. Environ. Sci. 6:98. Bright, M., I. Diedhiou, R. Bayala, K.

Assigbetse, L. Chapuis-Lardy, Y. Ndour, et R.P. Dick. 2017. Long-term Piliostigma reticulatum intercropping in the Sahel: Crop productivity, carbon sequestration, nutrient cycling, and soil quality [Cultures intercalaires à long terme de Piliostigma reticulatum au Sahel: productivité des cultures, séquestration du carbone, cycle des éléments nutritifs et qualité du sol]. Agriculture, Ecosystems and Environment 242:9–22. Dossa, E.L., I.

Diedhiou, M. Khouma, M. Sene, A. Lufafa, F. Kizito, S.A.N. Samba, A.N. Badiane, S. Diedhiou, et R.P. Dick. 2012. Crop Productivity and Nutrient Dynamics in a Shrub (Guiera senegalensis)–Based Farming System of the Sahel [Productivité des cultures et dynamique des éléments nutritifs dans un système agricole basé sur un arbuste (Guiera senegalensis) dans le Sahel. Agron. J 104:1255–1264.