Saline water use: effects on soil salinity and alfalfa production under

Saline water use: effects on soil salinity and alfalfa production under date palms in
the Algerian Oasis.
Cherfouh R.
Faculté des Scs Biologiques et des Scs Agronomiques,
University Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou. Algeria.
[email protected],
1. INTRODUCTION
Une eau rare associée à un climat aride sont les facteurs principaux ayant participé à forger une gestion
de l’eau et des techniques d’irrigations spécifiques dans les oasis. Les puits à balanciers, les fougarat et les
ghouts correspondent à une variété de territoires oasiens et de paysages agraires (Bisson, 1983 ; Richter,
1995) et sont autant d’exemples symboliques d’ingéniosité, d’organisation, et d’utilisation rationnelles de
l’eau (Daoud et Halitim, 1994).
L’accroissement des débits fournis et la forte minéralisation des eaux ont eu pour conséquences
directes la disparition de l’artésianisme des forages, la remontée des nappes phréatiques, la salinisation
des sols et la réduction des rendements des cultures. L’aquifère du CT (complexe terminal) très exploité
dans les oasis, englobe un ensemble de nappe constitué dans les formations géologiques (miocène, éocène
et du sénonien) (Dubost, 1991). Le résidu sec varie de 3 à 8,5mg.l-1, le faciès chimique est de type chlorurosodique à sulfato-calcique, et le SAR est toujours inférieur à 10 (Dubost , 1986 ; Durand et Guyot, 1955). En
outre des études notent que le taux de renouvellement des nappes ne dépasse pas 15% en Tunisie (Mtimet
et Hachicha, 1995) et en 5% Algérie (Tesco-Visiterev, 1985). L’augmentation du nombre de forages et
l’extension des périmètres irrigués impose la nécessité d’une analyse des effets sur l’environnement et les
équilibres de l’écosystème oasien (Job, 1993 ; Van Hoor, 1972).
Pour limiter les risques liés à l’utilisation des eaux salées, la maîtrise des irrigations par des doses et des
fréquences adéquates permet d’éviter la salinisation secondaire des sols. Toute élévation de la salinité
entraîne une augmentation du potentiel hydrique total, et l’apparition d’une contrainte hydrique au niveau
de la plante (Ayers et westcot, 1985 ; Maas et Hoffman 1977). La croissance des cultures est plus attaché au
potentiel osmotique et au potentiel matriciel ; le potentiel osmotique peut être contrôlé par la dose et la
qualité de l’eau d’irrigation, tandis que le potentiel matriciel est dépendant d’une fréquence d’irrigation
adéquate (Hamdy, 1999). Le choix des cultures est considéré comme facteur prépondérant pour
l’optimisation de la production en milieu salin (katerji et al., 2003). La luzerne (Médicago sativa L) de la
variété locale Timacine se présente comme une culture adaptée au milieu salin, cultivée sous palmier
dattier, elle participe au sort des élevages (caprin et ovin) des oasis (Mezni, 1999).
Dans la présente étude, notre objectif consiste à mesurer les effets de doses de lessivage et de
fréquences d’irrigation sur la salinité du sol et le rendement de la luzerne cultivée sous palmier dattier. Les
résultats escomptés permettront d’orienter les agriculteurs dans le choix des doses et fréquences
susceptibles d’offrir de meilleures conditions de salinité pour l’ensemble des cultures pratiquées sous
palmier dattier.
2. MATERIEL ET METHODES
L’expérimentation a été conduite dans la station d’El-arfiane située au centre de la vallée d’oued righ,
daïra de djamaa, wilaya d’el oued sur altitude + 25 m, longitude de 6° E et latitude de 33° 37’.
L’évapotranspiration cumulée calculée par la méthode turc est de 1513,22mm (Dubost et Dubost, 1986).
Les sols des palmeraies sont issus de l’altération des affleurements géologiques du quaternaire et du
miopliocène. On admettant que la période d’assèchement du Sahara est survenue après la dernière
glaciation du quaternaire, la mise place des sols serait alors liée à la période du Soltanien (Conrad, 1969).
Un nombre important de classe de sols a été observé dans cette région : minéraux bruts, peu évolués,
hydromorphes, sonlontkhaks et hypersolonstchaks (Halitim, 1985).
Le sol de la station d’el arfiane est caractérisé par une texture sableuse. La solution du sol est faiblement
alcaline, elle est dominée par les cations calcium, sodium et les anions de sulfate et de chlore. Le taux de
matière organique est faible (0,85 %). La CEC est faible (3,8 mé/100g de terre. La densité apparente
déterminée par la méthode du cylindre est comprise entre de 1,18 et 1,25 g.cm-3 (Cherfouh, 2007). La
salure des sols est de type sulfato-calcique à chloruro-sodique. A la profondeur supérieure à 70cm, zone
sous l’influence de la nappe phréatique on constate la présence des encroûtements gypseux ou gypsocalcaires (Durand et Guyot, 1955).
Le tableau 1, montre les caractéristiques des eaux utilisées pour l’irrigation du palmier dattier et la
culture de luzerne et qui proviennent d’un forage creusé dans la nappe du CT dans les couches du
miopliocène. Leur conductivité électrique est de 7,3 ms/cm, le pH=7,6 est faiblement alcalin et le résidu sec
est de 6,8 g.l-1. Le rapport Cl-/SO4- est compris entre 0,2 et 1 donc, le faciès chimique de ces eaux est
sulfaté-chloruré (Servent, 1975). Les anions sont représentés par l’ion SO4--et les cations par l’ion Na+. Ces
eaux renferment des quantités élevées de Ca++ et Mg++et sont dépourvues de carbonates. Le SAR est
inférieur à 10, donc, le risque d’alcalinisation nul. Elles sont classées dans la classe C4S1 par la classification
américaine 1954 et leur utilisation présenterait de sévères problèmes selon classification FAO (Ayers et
Westcot, 1988). Les eaux de drainages circulant dans les drains primaires des parcelles de l’essai ont une
conductivité électrique de 14,8ms.cm-1 et un pH de 7,9. La nappe phréatique est permanente et maintenu à
une profondeur oscillant entre 0,9 et 1m grâce à un réseau de drainage à ciel ouvert lié au collecteur
principal.
-1
Table1. Caractéristiques de l’eau (mg.kg ) d’irrigation et de drainage de Palmeraie d’el arfiane.
pH
Ca++ Mg++
Na+
SO4-
H CO3-
7,6
597
272
1025 21 1738 2265
122
7
7,3
Eau de drainage 7,9
631
832
2150 35 3900 4050
324
00
14,8
Eau d’Irrigation
K+
Cl-
NO3- CE (ms.cm-1)
Le protocole mis en place est composé de 48 parcelles élémentaires avec une surface de 15m2. Deux
facteurs ont été utilisés ; le facteur dose de lessivage ’’D’’ et le facteur fréquence d’irrigation ’’F’’. Les trois
doses de lessivage sont : D0=capacité au champ, D1=1,15 de la capacité au champ, D2=1,30 de la capacité
au champ. Les 4 fréquences d’irrigation sont F1 après évapotranspiration de 0,75 de la capacité au champ ;
F2 après évapotranspiration de la capacité au champ ; F3 après évapotranspiration de 1,25 de la capacité
au champ, F4 après évapotranspiration de 1,50 de la capacité au champ. Les doses de lessivages sont
combinées aux fréquences d’irrigations avec 4 répétitions pour chaque objet expérimental.
Les paramètres étudiés concernent la salinité du sol et la production de la luzerne. Les mesures de
conductivité électrique de l’extrait aqueux (rapport 1/5) sont faites avant chaque coupe. La coupe de la
production fourragère est faite le même jour pour toutes les parcelles et le rendement de 1m2 de chaque
parcelle élémentaire est pesé immédiatement. L’action de la salinité du sol sur le fonctionnement des
plantes s’apparente à celle de la sécheresse du sol. Au fur et à mesure que la teneur en sels augmente, il
résulte une perturbation à court terme de leur état hydrique et de leurs échanges gazeux et à long terme
de leur croissance et de leur rendement (Katerji, 2009). L’objectif est aussi de connaitre le comportement
de la luzerne et de décrire la variabilité spatiale et temporelle des sels et de montrer le rôle des différentes
quantités d’eau à différentes fréquences dans les mécanismes d'équilibre de la salure du sol et la
réalisation des rendements.
3. RESULTATS ET DISCUSSION
3.1 Variabilité de la salinité des sols sous palmier dattier
Une comparaison du profile salinité a été faite selon la profondeur dans le cas de parcelles irriguées et
de parcelles non irriguées. Dans le cas du sol de parcelle irriguée le mouvement descendant des sels
entraînés par les eaux d’irrigation est plus important, ce qui donne une salinité croissante de la surface aux
couches profondes. En absence d’irrigation, la situation dans les parcelles non irrigués est contraire. Le
mouvement ascendant des eaux est dominant, il est stimulé par la forte demande climatique et les
remontées capillaires d’une nappe phréatique salée, permanente et peu profonde.
Ce profil contradictoire présenté à la figure 1, est vérifié pour la profondeur de sol allant de 0 à 60cm.
Au-delà 60cm, la salinité des couches profondes est gouvernée par la salinité des eaux de la nappe
phréatique et les résultats d’analyse de la CE enregistrés sont semblables. Ceci implique que la contribution
des doses d’irrigation à la modification de la salinité du sol ne peut avoir lieu que pour la couche de sol
allant de 0 à 60cm.
Fig.1. Conductivité électrique du sol en fonction de la profondeur des parcelles irriguées et non irriguées.
L’irrigation gravitaire par planche est la technique la plus répondue dans la palmeraie traditionnelle et
moderne. La dimension des planches est généralement de 90m sur 7m pour les plantations de palmier
dattier d’une densité de 100 palmiers par hectare. Le suivi de la salinité le long des planches, a montré
l’existence d’un gradient de salinité variable de l’amont à l’aval. La salinité du sol est croissante de l’amont
vers l’aval de la planche d’irrigation. Selon les données enregistrées au tableau 2, la différence entre
l’amont et l’aval en termes de CE (rapport 1/5) est de l’ordre de 2 à 2,3 ms.cm-1. Cette variation de salinité
est le résultat de la répartition de la main d’eau, du nivellement des parcelles et du fait que la partie amont
reçoit une quantité d’eau supérieure à celle de la partie aval.
Table 2. Le profil de salinité le long des planches d’irrigation.
Soil layer
upstream
middle
downstream
00-30 cm
2,7
3,5
4,7
30-60 cm
2,9
4,5
5,2
60-90 cm
3,7
5,5
6
3.2 Effets des doses de lessivage et fréquences d’irrigation sur la salinité du sol
L’étude de l’impact des doses de lessivages appliquées à travers l’évaluation régulière de la conductivité
électrique de la solution du sol a permis de montrer que l’augmentation de la dose de lessivage améliore
les conditions de salinité du sol. Par ailleurs, les fréquences d’irrigations F1, F2 et F3 ont un effet
perceptible sur la salinité, contrairement à la F4 où les conductivités électriques enregistrées sont
semblables. La réduction de la salinité est aussi nettement constatée dans la couche de sol de 0 à 60cm.
Cette zone, est loin de l’influence directe de la nappe phréatique salée dont le niveau est régulièrement
situé à près de 1m de profondeur.
Dans le cas des fréquences F1, F2 et F3 ; la CE dans la couche de 0 à 60cm des parcelles ayant reçu la
dose D2 est en moyenne de 3,56 ms.cm-1, alors que pour les doses de lessivage de D0 et D1 la CE pour la
même profondeur est respectivement de 5,93 et 4,5 ms.cm-1. Ceci montre qu’une dose de lessivage de 15%
entraine une baisse de salinité de l’ordre de 25%, et celle de 30% réduit la salinité de 40%. Cette réduction
de la salinité affecter positivement le comportement et le rendement des cultures (katerji et al., 2005).
Les conductivités électriques enregistrées au niveau de la profondeur du sol comprise de 60 et 90cm
sont semblables et comprise entre 5,63 et 6,98 ms.cm-1. Ceci qui démontre que l’impact des doses de
lessivage s’amenuise en fonction de la profondeur.
8
F1
F2
F3
F4
EC (ms.cm-1)
6
4
D0
D1
D2
2
0
30
60 90cm
30
60 90cm
30
60 90cm
30
60 90cm
Prospected layers
-1
Fig.2. CE (ms.cm ), des profondeurs de sol prospectées en fonction des doses et des fréquences d’irrigation.
L’analyse des effets des fréquences d’irrigation appliquées (F1, F2, F3 et F4) sur la salinité du sol montre
que l’éloignement des irrigations réduit les effets souhaités des doses de lessivages (voir fig.2.). Les
fréquences F1, F2 et F3 ont un effet perceptible et mettent en valeur le rôle efficace des doses de lessivage.
La couche du sol allant de 0 à 60cm montre une salinité assez réduite pour les fréquences F1, F2 et F3 et
enregistre des CE qui sont respectivement de 3,81 ; 4,66 et 5,47ms.cm-1. Dans ce cas, le nombre de jour
séparant 2 irrigations consécutives correspondrait en période de pointe (période estivale) à un écart de 4 à
8 jours pour une évapotranspiration moyenne de 8 à 14mm/j. La fréquence d’irrigation F4 induit quelque
soit la dose d’irrigation employée une élévation importante de la salinité du sol atteignant une CE de 7
ms.cm-1 qui est une valeur largement répondues dans les sols des palmeraies. En termes pratique si l’écart
entre les irrigations est important la salinisation du sol est inévitable même si une forte dose d’eau est
apportée à chaque irrigation.
3.3 Effets des doses de lessivage et fréquences d’irrigation sur le rendement de la luzerne
L’observation des rendements sur une période de trois années, illustrée à la fig.3, indique que la culture
de luzerne subit une fluctuation de sa production en fonction de la saison. La première année consiste à la
mise en place de la culture et enregistre des rendements annuels faibles équivalents à 2,69 kg.m-2 (26,9
t.ha-1). Les années suivantes (2éme et 3éme année) la luzerne produit un rendement moyen annuel de 3,5
kg.m-2, (35 t.ha-1) réparti sur 5 coupes. Les coupes à rendement important (0,6 à 0,72 kg.m-2) sont situées à
la fin de l’hiver au début du l’été et en automne. Elles correspondent aux conditions climatiques de
températures peu élevées. Quant aux coupes réalisées en été (aout) et en hiver (décembre), elles
obtiennent un rendement faible (0,34 à 0,51 kg.m-2) et correspondent à des périodes où les températures
sont extrêmes (trop élevées ou trop basses).
yield (Kg.m-2)
0,8
0,6
0,4
year 1
year 2
year 3
0,2
0,0
Feb
Apr
Jun
Aug
Oct
Dec
Fig. 3. Variation annuelle du rendement de la luzerne observée durant trois ans.
La deuxième année enregistre des rendements plus importants (voir table 3) et oscillent entre 2 et
5kg.m-2. Les rendements supérieurs à 3,1 kg.m-2 sont obtenus avec les fréquences F1, F2 et F3. Quant à la
fréquence F4 les rendements obtenus sont inférieurs à 2,5 kg.m-2 quelque soit la dose de lessivage
appliquées. Les meilleurs rendements (> 4,5 kg.m-2) de la luzerne sont obtenus dans la dose de lessivage D2
combinée avec les fréquences F1 et F2.
Le classement des rendements obtenus par les différentes parcelles en fonction des doses et fréquences
d’irrigation est comme suit : D2F1 > D2F2 > D1F1 > D2F3 > D1F2 > D0F1 > D1F2 > D1F3 > D0F3 > D2F4 >
D1F4 >D0F4. Cette répartition indique bien que les deux paramètres (dose et fréquence) participent
ensemble, avec une prédominance de l’effet dose, dans la définition des conditions de salinité du sol et la
détermination des rendements de la culture de luzerne.
Table 3. Rendement de la luzerne dans l’essai pour la deuxième et la troisième année
Second year
Third year
F1
F2
F3
F4
F1
F2
F3
F4
D0
3,761
3,400
3,109
2,023
3,749
3,252
2,843
1,851
D1
3,965
3,768
3,275
2,384
3,809
3,542
3,273
2,371
D2
5,049
4,514
3,806
2,527
5,064
3,884
3,348
2,434
Le suivi de la culture pour la troisième année, montre que les rendements obtenus évoluent entre 1,8 et
5kg.m-2 (voir table 3). La chute des rendements par rapport à la deuxième année est comprise entre 0,1 et
0,4kg, ceci correspond à l’élévation des CE enregistrées à la troisième année dans les parcelles. Les
rendements supérieurs à 3,1kg.m-2 sont obtenus avec les fréquences F1, F2 et F3 ; à l’exception de la
parcelle D0F1 qui obtient un rendement de 2,8 kg.m-2. Pour cette troisième année, il est aussi vérifié que la
fréquence F4 est la moins performante quelque soit la dose de lessivage avec laquelle elle est combinée. Le
classement des rendements obtenus par les différentes parcelles en fonction des doses et fréquences
d’irrigation est comme suit : D2F1 > D2F2 > D1F1 > D0F1 > D1F2 > D2F3 > D1F3 > D0F2 > D0F3 > D2F4 >
D1F4 > D0F4. Cette répartition indique bien que les meilleurs rendements sont obtenus avec la
combinaison D2F1, D2F2 et D1F1 et l’effet fréquence d’irrigation est prédominant dans la détermination
des rendements de la culture de luzerne.
L’évolution des rendements pour la deuxième année et troisième année (voir fig. 4) montre la
performance de production de la luzerne est le résultat d’une combinaison parfaite entre la dose de
lessivage et la fréquence d’irrigation. La faiblesse de la dose d’irrigation agit de la même manière qu’un
écart important entre deux irrigations successives et tout les deux agissent par un manque d’eau disponible
à la culture et une salinisation élevée du sol.
6
second year
yield (kg.m-2)
5
third year
4
3
2
1
D0
D1
D2
0
F1
F2
F3
F4
F1
F2
F3
F4
Fig. 4. Evolution des rendements de la luzerne des parcelles de l’essai en fonction des doses de lessivage et fréquences
d’irrigation durant deux années.
CONCLUSION
La sauvegarde du milieu oasien revêt une importance particulière à tout point de vue agricole,
écologique, socio-économique. Le milieu oasien est complexe et menacé. Sa survie dépend d’abord du bon
usage de l’eau dont les ressources sont peu renouvelablesLa gestion des irrigations à la parcelle et la
maitrise des techniques constituent un moyen de résoudre la problématique de satisfaction des besoins en
eaux des cultures et de maintien de condition de salinité des sols optimal. Ainsi nous avons constaté
qu’avec la même eau d’irrigation, le rendement de la culture de luzerne peut être amélioré avec la
variation des doses de lessivage et des fréquences d’irrigations.
Les parcelles irriguées avec une dose D2 et une fréquence F1 réalisent 5 à 6kg/m2. La fréquence
d’irrigation F4 est la moins performante les rendements obtenus sont les plus faibles et proches les une des
autres de l’essai. Ces résultats confortent ceux obtenus dans l’évolution de la salinité du sol. L’analyse des
rendements sur la base des moyennes par parcelle montre que, nous avons une variation du
comportement de la luzerne variable en fonction de l’âge et des conditions de salinité du sol.
La luzerne (Medicago sativa L.) de la variété « timacine » constitue la plante fourragère principalement
cultivée sous palmier dattier qui participe activement au développement de l’élevage grâce à son
adaptation aux conditions de salinité et de sécheresse du milieu. Hors station, les agriculteurs réalisent 3 à
4 coupes par an avec des rendements de l’ordre de 3 Kg.m-2. Les résultats de cette expérimentation
montrent que des conditions de salinité du sol, principale contrainte du milieu, peuvent être affaibli par
l’adoption d’une dose de lessivage et d’une fréquence d’irrigations adéquate.
Les rendements enregistrés de la luzernière sont proportionnels aux doses d’irrigations et inversement
proportionnel aux fréquences. L’évolution des rendements pour la deuxième et troisième année montre
que la performance de production de la luzerne est le résultat d’une combinaison parfaite entre la dose de
lessivage et la fréquence d’irrigation. La faiblesse de la dose d’irrigation agit de la même manière qu’un
écart important entre deux irrigations successives et tout les deux agissent par un manque d’eau disponible
à la culture et une salinisation élevée du sol.
Les doses d’irrigations et les fréquences d’irrigations constituent une part importante du pilotage de
l’irrigation et de la gestion de la ressource en eau. La défaillance de l’un de ces paramètres s’accompagne
dans le sol par une salinisation et pour la culture une baisse des rendements.
BIBLIOGRAPHIE
Ayers R.S. et Westcot D.W., 1988. La qualité de l’eau en agriculture. Bul. FAO d’Irrig. Et de Drain. 29 Rev. 1, Rome, 180 p.
Bisson J., 1983. L’industrie, la ville, la palmeraie au désert. Un quart de siècle d’évolution au Sahara algérien. Maghreb-Machrek.;
99 :5-28.
Cherfouh R., 2007. Exploitation durable des ressources naturelles (eau et sol) dans le système oasien. Séminaire de formation sur la
culture du palmier dattier : production et protection. Edt. OADA - l’ITDAS. Ghardaïa.
Conrad G., 1969. L’évolution continentale post-hercynienne du Sahara Algérien. CRZA-CNRS. 527p.
Daoud Y. et Halitim A., 1994. Irrigation et salinisation au Sahara algérien. Sécheresse. Vol. 5 : 151-160.
Dubost D., 1991. Ecologie, aménagement et dévelppement agricole des pasis Algérienne. Thèse de l’université de Tours
Dubost D., 1986. Utilisation des eaux chaudes au Bas Sahara. Bul. Agro. Sah. N°5. ; 7-33.
Dubost G. et Dubost D., 1986. Méthodes pratiques pour le calcul de l’évapotranspiration au Sahara algérien. Bul. Agro. Sah.
N°5. ;36-52.
FAO. (1988). Qualité de l’eau en agriculture. Ayers,R.S. et Westcot, D.W. irrigation et drainage. Bulletin 29, Rev.1. Rome. P180.
Durand J. H. et Guyot J., 1955. Irrigation des cultures dans l’Oued Righ. Travaux de l’IRS. Tome 13. Univ. d’Alger.
Halitim A., 1985. Contribution à l’étude des sols des zones arides. Morphologie, distribution et rôle des sels dans la genèse et le
comportement des sols.
Hamdy, A., 1999. Use of low quality water for irrigation: Major challenges, Halophyte uses in different climates II, pp 1-18.
Job. J.O., 1993. Les sols salés de l’oasis de Guettar. Thèse Doc., Univ., Montpellier II, 150 p.
Katerji, N., Van Hoorn, J.W., Hamdy, A et Mastririlli, M., 2003. Salinity effect on crop development and yield, analysis of salt
tolerance according to several classification methods. Agri. Water Manage. 62, 37-66.
Katerji, N., Van Hoorn, J.W., Hamdy, A., Mastririlli, M., Nchit, M.M., and Oweis, T., 2005. Analysis of Chickpea faba bean and Durum
wheat varieties II. Durum Wheat. Agri. Water Manage. 72, 195- 207.
Katerji N., 2009. Réponse des cultures a la contrainte hydrique d’origine saline : approche empirique et mécanistes. c.r. acad. agri.
fr.2. 73-82), Dossier de l’INRA. p136-137.
Maas, E.V. et Hoffman, G.J. , 1977. Crop salt tolerance current assessment. J. Irrig. Drainage Div. Am. Soc. Civil. Eng. 103: 115-135.
Mezni M., 1999. Capacité de régénération de la luzerne pérenne (Medicago sativa L.), en condition de stress salin. Comparaison
entre la variété locale Gabès et deux variétés introduites Hunterfield et Hyb.555, Thèse Doc. Biologie, Fac. des Sci. de Tunis.
Mtimet A. et Hachicha M., 1995. Hydromorphie et salinisation dans les oasis tunisiennes. Revue sécheresse, Vol. 6-4 : 319-324.
Richter M., 1995. Les oasis du maghreb : Typologie et problèmes agro-écologiques. In les oasis du maghreb : mise en valeur et
développement. Tunis : CERES, 1995/ 29-56.
Servent J., 1975. Contribution à l’étude pédologique des terrains halomorphes, exemple des sols salés du sud et du sud ouest de la
France, thèse Dr. Sc. ENSA, Montpellier.
Tesco-Visiterev, 1986. Etude agro-économique, réaménagement et extension des palmeraies de la vallée de Oued Righ 1985-1986.
Ed. Budapest.
Van Hoor J. W., 1972. Qualité de l’eau d’irrigation, limites d’utilisation et prévision des effets à long terme. Bul. FAO Irrig. Drainage
7, 117-135.