Correction de l acidité des sols sableux de la zone côtière de la province de Thua Thien Hue (Centre Vietnam) : mesure du pouvoir tampon et calcul des besoins en chaux adaptés aux caractéristiques des sols TRAN Thanh Duc, J. E. DUFEY 2 Université agronomique et forestière de Hue, 2 Phung Hung, Hue city, Vietnam 2 Université catholique de Louvain, Croix du Sud 2/, 348 Louvain- la-neuve, Belgique E-mail : tranthanhducdhnl@yahoo.com, <dufey@sols.ucl.ac.be> Abstract The sandy soils of the coastal zone in Central Vietnam are generally acid. The organic resources whose alkalizing capacity is well established are limited in this area by the low production of crops, so that liming constitutes a current practice; however a uniform lime rate is generally recommended without taking into account the specific characteristics of each soil. The present study aims at determining the ph buffering capacity of the soil in order to personalize the liming recommandations to farmers. To this purpose, a collection of 24 agricultural soils of the Thua Thien Hue province was made up. A development of the protocol for buffering capacity measurement by the establishment of neutralization curves resulted in rather recommending the use of CaCO 3 than of Ca(OH) 2 in order to ensure a fast stabilization of the ph (h) in soil suspensions in contact with the ambient air. The buffering capacity is highly correlated with the content of organic carbon of the soils, which made it possible to establish pragmatic equations of lime requirements on the basis of the initial ph of the soil, of the targeted ph and of the C content. Keywords: sandy soils, ph buffering capacity, lime requirement, soil organic carbon, Thua Thien Hue. Introduction Les sols sableux occupent près des deux tiers de la superficie agricole dans la zone côtière de la province de Thua Thien Hue au Centre Vietnam. Outre les contraintes liées à la texture légère de ces sols (faible capacité à retenir les bases échangeables, forte perméabilité), leur ph souvent acide nécessite l apport d amendements basiques en vue d optimiser la disponibilité en éléments nutritifs. Les apports de matière organique (résidus de culture, fumiers) contribuent également, à terme, à la correction de l acidité, mais les faibles rendements sur ces sols naturellement peu fertiles limitent la disponibilité des ressources organiques. Il est dès lors préconisé d apporter régulièrement des amendements basiques minéraux, le Vietnam disposant d une importante réserve de roches calcaires. La présente recherche vise à relier le pouvoir tampon et les besoins en chaux de ces sols à leurs autres caractéristiques physicochimiques en vue d adapter le chaulage à chaque cas particulier. Matériels et méthodes Une sélection de 24 sols sableux a été effectuée au départ d une collection de 3 sols représentatifs de la zone côtière prélevés dans le cadre d une étude plus large sur l amélioration de la production vivrière dans cette région (Dufey et al., 25 ; Hoang Thi
Thai Hoa, 26). Les prélèvements ont été effectués dans la couche -2 cm. La texture et les caractéristiques physico-chimiques de base ont été déterminées par les méthodes classiques. Le pouvoir tampon a été établi à partir de la courbe de neutralisation de l acidité des sols par des amendements basiques (ph en fonction de la quantité de base ajoutée), cette courbe faisant l objet d un ajustement par une régression polynomiale d ordre 2 dont la pente représente l inverse du pouvoir tampon. Celui-ci a été mesuré en référence au ph H2 et au ph KCl. Une mise au point de la technique a été effectuée en vue de fixer le type d amendement basique le plus adéquat pour les mesures en laboratoire (Ca(OH) 2 ou CaCO 3 ) et de définir le temps d équilibrage nécessaire pour une stabilisation du ph. Dans tous les cas, les doses d amendement basique ajoutées étaient de -,3 -,6 -,9 et,2 cmolc kg - au rapport sol/eau /5. Après une nuit d agitation en fioles fermées, les suspensions ont été ouvertes à l air ambiant, agitées de façon intermittente et le ph a été mesuré après divers temps d équilibrage avec le CO 2 de l air (ces temps sont mentionnés dans la section suivante). Les besoins en chaux ont été calculés à partir du pouvoir tampon, du ph initial, du ph visé et de la masse de terre approximative de l horizon cultural. Résultats et discussion Caractérisation physico-chimique des sols Les teneurs moyennes en argile et en sable de notre collection de sols sont de 3,% et 92% respectivement. La teneur moyenne en C est de,46%. Il en résulte une CEC moyenne faible de,77 cmolc kg -. Une régression double entre ces paramètres donne la relation suivante : CEC =,44 +,4 C% +,66 Argile% (r 2 =,78). Les ph H2O et ph KCl varient de à 6,3 et de à 5,8 respectivement. Comme déjà montré par Hoang Thi Thai Hoa (26), on note des différences significatives entre les sols de riziculture et les autres sols (cultures principales : arachide, patate douce, manioc). Les sols rizicultivés sont plus argileux, moins sableux, plus riches en C organique et plus acides. Ces sols présentent donc une économie en eau moins défavorable et leur teneur en C plus élevée résulte vraisemblablement d un ralentissement de la minéralisation de l humus et de la présence de résidus non encore humifiés dans le pool de matière organique du sol en conditions submergées. Pouvoir tampon ph des sols sélectionnés Mise au point de la mesure du pouvoir tampon La mesure du pouvoir tampon a fait l objet d une mise au point préalable en vue de fixer le type d amendement basique et le temps d équilibrage avant la mesure du ph. Quatre sols contrastés ont été sélectionnés pour cette mise au point. Ainsi, lorsque Ca(OH) 2 est utilisé comme amendement basique, un équilibrage avec l air ambiant d une heure conduit à des valeurs de ph H2O nettement supérieures à 9 dans certains sols pour les doses de chaux les plus importantes. Ceci témoigne d un non équilibrage des carbonates suite à la non neutralisation d une quantité excédentaire de Ca(OH) 2 : la calcite devrait précipiter et le ph ne devrait pas dépasser des valeurs de l ordre de 8 à l équilibre avec le CO 2 de l air ambiant. Après une nuit, ces valeurs sont, de fait, redescendues à près de 8. Ce problème de stabilisation du ph nous a amenés à tester un autre amendement basique, le CaCO 3, qui en cas d excès par rapport à la capacité de neutralisation du sol, ne nécessiterait pas une incorporation de CO 2 dans la suspension à partir de l air ambiant, avec l inconnue 2
cinétique que cela suppose. La figure présente les valeurs de ph mesurées pour les 4 sols testés avec 5 doses de CaCO 3. ph H2O nuit ph KCl nuit y =,9243x +,3242 R 2 =,994 y =,985x +,393 R 2 =,9833 ph H2O h ph KCl h Figure. Valeurs de ph mesurées après heure ou nuit d équilibrage à l air, après agitation d une nuit en fioles fermées avec addition de CaCO 3 On remarque que le ph n évolue pas entre les deux mesures et qu une stabilisation est donc atteinte dès que la suspension a été exposée une heure à l air ambiant. La dissolution du CaCO 3 est donc assurée très rapidement par les protons de la suspension de sol et l excès éventuel fixe dès le début le ph à des valeurs caractéristiques d un milieu saturé en CaCO 3. Au vu de ces résultats, nous avons choisi le CaCO 3 comme amendement basique pour tous nos autres sols. Le temps d équilibrage avec l air ambiant a été fixé à heure et 3 heures, cette deuxième mesure ayant été programmée par sécurité au cas où un cas exceptionnel serait apparu, non détecté par nos mesures sur les 4 sols prétestés. Résultats des mesures du pouvoir tampon avec CaCO 3 La figure 2 montre que les valeurs de ph mesurées après h et 3h se distribuent sur la diagonale des diagrammes comparatifs. En conséquence, vu la redondance des mesures, nous nous limiterons dans la suite de la discussion aux résultats obtenus après une heure d équilibrage, ce qui permet par ailleurs d intégrer les données obtenues sur les 4 premiers sols sur la même base de temps d équilibrage. ph H2O 3 h ph KCl 3 h y =,997x +,956 R 2 =,9933 y =,86x -,32 R 2 =,9969 ph H2O h ph KCl h Figure 2. Valeurs de ph mesurées après une et trois heures d équilibrage avec l air ambiant pour 2 sols et 5 doses de CaCO 3 3
En complément à la figure 2, la figure 3 présente toutes les mesures de ph réalisées sur les 2 échantillons dont il est question ici après un temps d équilibrage d une heure. On note une similitude des valeurs de ph H2O et ph KCl au-delà de ph 7, alors que, comme attendu pour des sols à charge nette négative, les valeurs de ph KCl sont plus faibles que les valeurs de ph H2O dans la zone acide. ph KC l h ph H2O h Figure 3. Relation entre le ph H2O et le ph KCl de 2 échantillons après un temps d équilibrage d une heure à l air ambiant pour 5 doses de CaCO 3 Comme mentionné plus haut, les courbes de neutralisation ont été ajustées par une régression polynomiale d ordre 2, l inverse de la pente à l origine (dose nulle de CaCO 3 ) représentant le pouvoir tampon au ph initial du sol. Le tableau présente une synthèse des résultats obtenus pour le pouvoir tampon en référence au ph H2O et au ph KCl. Tableau. Pouvoir tampon (PT, cmolc.kg -.ph - ) calculés aux ph H2O et ph KCl initiaux (ph ) ph,h2o PT,H2O ph,kcl PT,KCl moyenne 5,29,6 7,56 écart-type,66,36,65,39 minimum 4,25 3,6,9 maximum 6,65,6 6,43,39 Relation entre le pouvoir tampon et les propriétés des sols Le pouvoir tampon en référence au ph H2O est le plus fortement corrélé à la teneur en carbone (r=,83) et à la CEC (r=,82), cette dernière caractéristique étant elle-même essentiellement fonction de la teneur en matière organique. Le pouvoir tampon en référence au ph KCl est quant à lui bien corrélé non seulement à la teneur en C (r=,74), mais également à la teneur en Al extrait au KCl (r=,78) et en argile (r=,75). Il est vraisemblable que ceci résulte du relâchement de protons induit par l extraction au KCl et à la solubilisation subséquente d Al 3+, elle-même tributaire de la teneur en argile. La relation entre le pouvoir tampon au ph initial et la teneur en C est présentée à la figure 4. Cette corrélation est cohérente avec le pouvoir tampon développé par les mélanges d acide faible et de sels d acide faible. Dans le cas des sols, les acides faibles sont représentés principalement par les substances humiques carboxylées, sources de charges variables plus ou moins déprotonées selon le ph et la force ionique. Des régressions présentées à la figure 4, on peut estimer que le pouvoir tampon s accroît d environ cmolc.(kg sol) -.(unité ph - ) par pourcent de C dans le sol. En d autres termes, le pouvoir tampon lié aux composés carbonés serait de l ordre de cmolc.(kg C) -.ph -. Cette valeur est du même ordre de grandeur que celles citées dans la littérature ( à 4
2 cmolc.(kg C) -.ph - ) et la valeur moyenne de 5 cmolc.(kg C) -.ph - relevée en France par Ciesielski et Sterckeman (997).,8,6,4 y =,297x +,425 R 2 =,6837,8,6,4 y =,992x +,36 R 2 =,5532,2,2 PTo H2,8,6 PTo KCl,8,6 7,4,4,2,2,2,4,6,8,2 C,%,2,4,6,8,2 C, % Figure 4. Relations entre le pouvoir tampon au ph initial (PT ) et la teneur en carbone Pouvoir tampon à un ph commun de référence Les résultats et la discussion ci-dessus portent sur le pouvoir tampon mesuré au ph initial du sol. Il a paru aussi intéressant d examiner le pouvoir tampon à un ph commun de référence pour tous les sols, à savoir ph H2O et ph KCl 5. On note en effet que dans cette gamme de ph, les valeurs mesurées au KCl sont inférieures d environ une demi-unité aux valeurs mesurées dans l eau. Le calcul s effectue facilement à partir des équations polynomiales des courbes de neutralisation. Les coefficients de détermination pour les relations entre PT et teneur en C sont plus élevés à ph fixé qu au ph initial propre à chaque sol comme montré à la figure 5. Il est vraisemblable que ce soit dû à un état de protonation-déprotonation des acides carboxyliques relativement constant pour tous les sols, le pouvoir tampon étant naturellement lié à ce facteur.,5 y =,9788x +,639 R 2 =,7452 y =,6288x +,829 R 2 =,6675 PT ph H2O=,5 PT ph KCl=5,5,2,4,6,8,2 C, %,2,4,6,8,2 C, % Figure 5. Relation entre le pouvoir tampon et la teneur en C des sols à ph fixé (ph H2O = à gauche et ph KCl = 5 à droite) Calcul des besoins en chaux D après Dufey et Delvaux (999), la quantité de chaux à appliquer en champ peut être calculée de la façon suivante : Q CaO (kg ha - ) = 2,8. h. ρ b. PT. (ph s - ph ) 5
où h (m) est la profondeur de sol considérée (épaisseur de la couche arable), ρ b est la masse volumique apparente (kg m -3 ), PT est le pouvoir tampon (cmolc.kg -.ph - ), ph s est le ph souhaité et ph est le ph de départ. Considérant des valeurs indicatives de h =,2 m (profondeur d échantillonnage et ordre de grandeur de la profondeur du travail du sol) et ρ b = 3 kg m -3 (pas de données mesurées disponibles), on obtient les valeurs de besoins en chaux présentées au Tableau 2. Les besoins en chaux ainsi calculés sont très variables, de à plus de 2 tonnes par hectare (pour deux valeurs de ph visé, 6 et pour le ph H2O, et et 6 pour le ph KCl ), et le conseil d appliquer une dose uniforme ne se justifie pas, même si l ordre de grandeur moyen est conforme à la dose souvent préconisée de 5 kg CaO ha -. Tableau 2. Besoins en chaux (kg CaO ha - ) en fonction du ph souhaité, ph s ph s,h2o 6 ph s,h2o ph s,kcl ph s,kcl 6 moyenne 37 562 459 645 écart-type 53 6 5 645 minimum maximum 2443 294 86 2283 D un point de vue pragmatique, en considérant la teneur en C comme la plus indicative du pouvoir tampon (équations de régression présentées à la figure 4), les équations suivantes permettraient une certaine personnalisation des conseils de chaulage sur la base du ph et de la teneur en C, paramètres mesurés en routine : - en référence au ph H2O : Q CaO 2,8. h. ρ b. (ph H2O,s - ph H2O, ). (,3 C +,4) - ou en référence au ph KCl : Q CaO 2,8. h. ρ b. (ph KCl,s - ph KCl, ). (,99 C +,) avec Q CaO en kg ha -, h en m, ρ b en kg m -3, C en % ; les indices s et du ph font référence au ph visé et au ph actuel du sol respectivement. En considérant h,2 m et ρ b 3 kg m -3, ces deux équations s écrivent : Q CaO (75 C + 2). (ph H2O,s - ph H2O, ) et Q CaO (72 C + 73). (ph KCl,s - ph KCl, ) Conclusion La variabilité des niveaux d acidité et de teneur en matière organique relevés dans les sols sableux de la province de Thua Thien Hue impose une adaptation des conseils de chaulage à chaque cas particulier, adaptation qui peut être basée sur des analyses de routine. Des études ultérieures sont nécessaires pour tenir compte du type de culture et, dans le cas des sols rizicultivés, de l effet de la submersion régulière sur l acidité. L impact des retours organiques doit aussi être pris en compte et c est à ce titre que cette recherche s inscrit dans un cadre plus large dont le fil conducteur est l optimisation du cycle du C dans les systèmes d exploitation en vue d une amélioration de la production agricole. Bibliographie Ciesielski H. et Sterckeman T., 997. A comparison between three methods for the determination of cation exchange capacity and exchangeable cations in soils. Agronomie 7 : 9-6. Dufey J., Delvaux B., 999. Science du sol, volume 2, Diffusion universitaire Ciaco, Louvain-la-Neuve Dufey J.E., Pham Khanh Tu, Pham Quang Ha, Lebailly Ph., Haubruge E., Maraite H., Bragard Cl., Chiang N.Cl., Delvaux B, 25. Optimisation du cycle du carbone sur sols pauvres du Centre Vietnam. In : «Gestion environnementale de l agriculture». Soudi, Debouche, Krim, Vanoverstraeten, Ettalibi (Eds.). Actes Editions. Institut agronomique et vétérinaire Hassan II, Rabat : 77-86. Hoang Thi Thai Hoa, 26. Characterization of soils and organic amendments in farming systems of the coastal sandy zone in Thua Thien Hue province, Central Vietnam. Master thesis, Université catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve. 9 p. 6