Impact du changement d usage des sols sur la biodiversité : Conséquences sur l érosion des sols

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1 Impact du changement d usage des sols sur la biodiversité : Conséquences sur l érosion des sols Pascal JOUQUET 1,2,*, P. PODWOJEWSKI 2,3, N. BOTTINELLI 1,2, J. MATHIEU 1, D. ORANGE 2,3, TRAN Duc Toan 2, C. VALENTIN 3 1 Lab.Ecologie des Sols Tropicaux, IRD, UMR 137 Biosol, 32 Avenue H. Varagnat, Bondy Cedex, France 2 Soils and Fertilizers Institute, Dong Ngac, Tu Liem, Hanoï, Vietnam 3 UR176 SOLUTIONS, IRD, 32 Avenue H. Varagnat, Bondy Cedex, France pascal.jouquet@ird.fr Abstract This study deals with the influence of land use change on earthworm diversity on the one hand and the consequences of these modifications on soil erosion on the other hand. This work has been realized in the Northern Vietnam, in the Dong Cao experimental watershed (average slope ~40%). Our work shows that endogeic earthworms are associated to agrosystems with low vegetation cover (or low litter content) while agrosystems with high vegetation cover are characterized by anecic earthworms that create casts on the soil surface. The quantity of soil accumulated on the soil surface by earthworms can be very important (10-20kg m - ²). A simulation of water runoff associated to the annual measurement of soil erosion from 1m² plots shows that casts deposited on the soil surface lead to a better infiltration of water but do not increase soil erosion. This study highlights that other biological factors than the vegetation must be considered for a sustainable management of steep slope agro-ecosystems in the Northern Vietnam. Key-words: Erosion; biodiversity; earthworms; Vietnam Problématique De nombreux travaux portent sur l effet de la macrofaune des sols (termites et vers de terre) sur les propriétés des sols et le fonctionnement des écosystèmes (Lavelle et Spain, 2001). Ces organismes sont le plus souvent considérés comme jouant un rôle majeur dans la dynamique de la matière organique des sols (MOS) et le cycle des nutriments, ainsi concentrant les nutriments minéraux et organiques au sein de leurs structures biogéniques (turricules, placages, galeries ) et favorisant la croissance et la diversité des plantes (Brown et al., 1999). Ils sont également considérés comme indicateurs de la qualité des sols et différents travaux ont montrés qu ils pouvaient, selon les milieux, augmenter ou diminuer l érosion des sols (Blanchart et al., 2004 ; Shipitalo et Le Bayon, 2004). Cependant, aucune étude du rôle de ces organismes n a jusqu à présent été réalisée dans les écosystèmes tropicaux à fortes pentes. Cette étude a été conduite dans la cadre du projet MSEC (Management of Soil Erosion Catchments), qui a pour ambition d étudier les effets des changements d usage des sols sur 1

2 l érosion à l échelle régionale du Sud-Est Asiatique. L objectif de cette étude est de déterminer l influence d un changement d usage des sols sur (i) les populations de vers de terre, en terme d abondance et de diversité, et (ii) les conséquences de ces modifications sur l infiltration de l eau et l érosion des sols, dans un bassin versant expérimental du Nord- Vietnam (Dong Cao village, Hoa Binh Province) où les pentes sont d environ 40%. Résultats et discussion Le passage d une culture de manioc («CAS») à des cultures pérennes (Bracharia («BRA»), jachère avec pâturage («FAL»), jachère protégée du pâturage («EUC»), plantation d Acacia Mangium et Venitia Montana («FOR») a un effet majeur sur l abondance et la diversité des vers de terre. Les agrosystèmes avec une forte couverture végétale (EUC et FOR) sont caractérisés par des populations de vers de terre du type «anécique» (espèce de vers de terre se nourrissant de sol et de litière et formant des galeries verticales ouvertes en surface du sol) alors que les parcelles à faible couverture végétale (CAS, BRA et FAL) sont caractérisés par des vers de terre de type endogés (vers se nourrissant de sol et formant des galeries horizontales non connectées à la surface du sol). Des analyses de type cluster permettent d identifier Pheretima leucocirca (espèce anécique) et Metaphire californica (espèce endogée) comme étant respectivement indicateurs des milieux EUC et FOR d une part et CAS, BRA et FAL d autre part (Figure 1) (Mathieu et al., 2007). Nous expliquons ces différences par la quantité et qualité de litière ainsi que par les conditions environnementales spécifiques (humidité du sol). Alors que M. californica n affecte pas l état de surface des sols, Ph. leucocirca produit des turricules en surface du sol qui se fragmentent en macroagrégats biogéniques libres >5cm (Figure 2a,b). Figure 1 : Analyse en Cluster. La valeur entre parenthèse est la valeur du test Indval. Plus la valeur est élevée et plus l espèce est considérée comme indicatrice d un milieu donné. 2

3 Les agrégats produits en surface du sol par Ph. leucocirca ont une très forte stabilité structurale à l eau du fait d une forte teneur en argile et en matière organique (Jouquet et al., submitted). Cette accumulation de turricules et d agrégats biogéniques libres en surface des sols conduit à augmenter la rugosité des sols. Dans CAS, la surface du sol est caractérisée par des agrégats d aspect angulaires, appelés physicochimiques, vraisemblablement d origine humaine (labour ) (quantité : 1kg m - ²). Dans les autres cultures, les agrégats libres de surface sont essentiellement d origine biologique (turricules) avec une quantité estimée à <3kg m - ² en FAL et BRA, 8 kg m - ² en FOR et 22 kg m - ² en EUC. Figure 2a (gauche) : Turricules de vers de terre formés par Pheretima leucocirca. 2b (droite) : Les turricules peuvent se fragmenter et former un tapis d agrégats biogéniques libres en surface du sol. Deux expérimentations ont été mises en place afin de déterminer les conséquences de ces modifications de l état de surface des sols sur l infiltration et le détachement des sols : (i) Une simulation du ruissellement de la pluie à l échelle du cm² a mis en évidence le rôle important que jouent les turricules dans l infiltration de l eau (Figure 3). Une étude comparative entre les turricules, les agrégats biogéniques libres (macro-agrégats clairement identifiés comme provenant des turricules) et les agrégats physicogéniques (agrégats d aspect angulaires d origine anthropique : labour ) ont également mis en évidence le rôle plus important que jouent les turricules par rapport aux agrégats biogéniques ; les agrégats physicogéniques ne pouvant être significativement être associés avec une meilleure infiltration de l eau. Le rôle des galeries dans l infiltration est proposé pour expliquer cette différence. (ii) Une étude à l échelle du m² à ensuite été menée afin d estimer l impact du changement d usage des sols sur le ruissellement de surface et l érosion des sols. Des parcelles d infiltration de 1m² ont été installées dans les différentes plantations et la quantité de sédiment et d eau ruisselée a été suivie après chaque événement pluvieux durant la saison des pluies en Les résultats obtenus confirment le rôle primordial que jouent les agrégats produits par les vers de terre (turricules + agrégats biogéniques) mais met aussi clairement en évidence un effet «site» (Figure 4). Alors que la corrélation entre la quantité d agrégat de 3

4 surface et le ruissellement de l eau est significative en plantation de manioc, culture de Bracharia et dans deux types de jachère (y= -4.07x , R²=0.922), cette corrélation n est pas valable dans le cas de la plantation d arbre (FOR). Dans ce milieu, la couverture végétale joue un rôle plus important en modifiant l écoulement et la cinétique des gouttes de pluie. Figure 3 : Analyse en composante principale (ACP) à partir de la simulation de ruissellement. Paramètres associés à l écoulement ( Runoff ), aux agrégats biogeniques ( Bio. Aggregates ) et aux agrégats physicogeniques ( Physic. Aggregates ). Sols témoins sans agrégat libre en surface des sols: CAS, FAL, BRA; Sols avec des turricules («casts») et agrégats biogéniques libres («Agr.») en surface des sols. Par ailleurs, une mesure en continue de la quantité de sédiment détachée et transportée avec les eaux de ruissellement ne permet pas de conclure à un effet des vers sur l érosion des sols (absence de relation entre la quantité d agrégats de surface et le détachement des sols). Par conséquent, bien que les vers produisent des agrégats en surface des sols, leur forte stabilité structurale empêche leur désagrégation par effet «splash» et leur déplacement avec les eaux de ruissellement. En conséquence, l activité des vers de terre permet une meilleure infiltration de l eau, une diminution de la vitesse de ruissellement et un moindre détachement des sols. 4

5 Figure 4 : Relation entre les agrégats de surface (turricules + agrégats biogéniques libres) (% couverture au sol), and le ruissellement de l eau (L m - ² an -1 ) et le détachement des sols (g m - ² an -1 ) en : CAS, : FAL, : BRA, : EUC, : FOR La relation linéaire décrit la relation entre le ruissellement et la quantité d agrégats (y= -4.07x , n=11, R²=0.922, P<0.001). Les données de ruissellement en FOR n ont pas été incluses dans cette régression linéaire. Conclusion Bien que la couverture végétale joue un rôle indiscutable dans la protection des sols contre l érosion, nos travaux montrent clairement que d autres paramètres biologiques, et en particulier l activité des vers de terre anéciques, ne doit pas être négligée dans l étude des déterminants de l érosion des sols. 5

6 Bibliographie Blanchart, E., Albrecht, A., Brown, G.G., Decaëns, T., Duboisset, A., Lavelle, P., Mariani, L., Roose, E., Effects of tropical endogeic earthworms on soil erosion: a review. Agriculture, Ecosystems and Environment, 104: Lavelle, P., Spain, A.V., Soil Ecology, Dordrecht, Netherlands, Kluwer Academic Publishers. Mathieu, J., Jouquet, P., Bottinelli, N., Podwojewski, P., Thanh Binh, T.T., Tran Duc, T., Duy Phai, D., Anh Huong Cua Canh Tac it tham Den he dong vat dat O mien bac Viet Nam. Soil Science Journal in Vietnam Shipitalo, M. J., Le Bayon, R.C., Quantifying the effects of earthworms on soil aggregation and porosity. Earthworm Ecology, second edition. C. A. Edwards. Boca Raton, London, New York, Washington, CRC Press. 10: