FLUX DES ELEMENTS NPK DANS DES SYSTEMES PLURISPECIFIQUES A BASE DE CULTURES PERENNES DANS LES FORETS HUMIDES DU SUD OUEST CAMEROUN

FLUX DES ELEMENTS NPK DANS DES SYSTEMES PLURISPECIFIQUES A BASE DE CULTURES PERENNES DANS LES FORETS HUMIDES DU SUD OUEST CAMEROUN 1 E. E. EHABE 1, P. SAMALANG 1, A. BIKOI 1, I. de BARROS 2, F. ENJALRIC 3 1 Institut de Recherche Agricole pour le Développement (IRAD), Centre Régional de Recherche d Ekona, B.P. 25 Buea, Cameroun. e_ehabe@yahoo.com 2 INRA Antilles-Guyana, URAPC, Guadeloupe (FWI). indebarros@antilles.inra.fr 3 Unité Mixte de Recherche Système, CIRAD Cultures Pérennes, 2 Place Viala, 34 Montpellier, France. enjalric@cirad.fr RESUME La gestion de la fertilité des sols est devenue cruciale dans les exploitations paysannes plurispécifiques où certains processus influençant leur durabilité sont ignorés. Une étude a été menée dans certaines parcelles à base de cultures pérennes implantées dans la forêt humide du sud ouest Cameroun afin de mieux comprendre la gestion de cette fertilité et identifier les facteurs qui contribuent à l épuisement des macros éléments. Les données collectées ont été modélisées avec l outil NUTMON. Les résultats ont montrés que les systèmes de cultures influencent les stratégies globales d exploitation. Tandis que le flux des éléments nutritifs dans les parcelles est confirmé, les mouvements en N, P et K étaient différents selon la culture pérenne principale. Le bilan complet en élément nutritif moyen de chaque parcelle a été négatif largement pour l azote et positif pour potassium et phosphore. Le bilan partiel, ignorant les flux biophysiques (fixation d azote, lessivage, érosion), était positif pour les trois éléments, indiquant ainsi que ces facteurs étaient responsables en majeure partie pour l épuisement en N. Mots clés : sols fertilité épuisement - NUTMON forets humides Cameroun ABSTRACT Soil fertility is a survival issue in multi-cropped peasant farms where long-term processes affecting sustainability are often ignored. A study was conducted in some perennial crop-based farms in the humid forests of South West Cameroon to better understand soil fertility management in such cropping systems and identify factors contributing to major nutrient depletion trends. Collected data were modelled using the farm NUTrient MONitoring (NUTMON) tool. Results showed that the farming systems played key roles in the overall exploitation strategies. Whereas nutrient flows in separate farm units and between associated crops were confirmed, the net flows in soil N, P and K nutrient balances differed with the main perennial crop. The average nutrient balance of each farm was markedly negative for N but positive for P and K. The partial balance, ignoring biophysical flows (N-fixation, leaching, erosion), was however positive for the three nutrients indicating that N depletion was mostly as a result of biophysical flows in these farming systems. Key words : soils fertility depletion - NUTMON humid forests Cameroon

2 Introduction Les pratiques de production au sein des exploitations paysannes en Afrique sub-saharienne progressent au dépend de leur durabilité puisque les planteurs sont plus concernés par la production dans le court terme (de la saison actuelle et suivante). Les processus influençant la production à long terme, tels que la diminution des stocks d éléments nutritifs, sont peu visible et reçoivent ainsi une faible priorité. Ces sols sont donc progressivement dépourvus de leurs éléments nutritifs [1]. Afin de sécuriser la productivité actuelle et assurer la durabilité des systèmes de productions, ces planteurs gèrent la fertilité des sols en manipulant les mouvements des éléments nutritifs à l entrée, à l intérieur et à la sortie de leurs exploitations. Les décisions sur la gestion de la fertilité des sols sont conditionnées par les objectifs du ménage (sécurité alimentaire, maximisation du revenu, diminution des risques, etc.), les ressources disponibles (main d œuvre, argent, outils, ressources naturelles, etc.) et l environnement socio-économique. La fertilité des sols est devenue une affaire de survie, surtout dans les exploitations paysannes plurispécifiques à base de cultures pérennes dans les forets humides du Cameroun. Sans un contrôle adéquat pour maintenir cette fertilité à travers des pratiques actuelles de gestion de l exploitation, la sécurité alimentaire et l importance économique du secteur agricole dans cette région seront menacés [1]. Cependant, la complexité de l exploitation paysanne ne facilite pas la quantification des entrées, sorties et stocks. La méthode NUTMON (NUTrient MONitoring) est une approche multi-échelle qui permet d évaluer les fluxes de N, P et K dans une unité géographique donnée et cela sur la base des intrants (engrais minéraux, fumures, dépôts atmosphériques, sédimentation) et sorties (récoltes, résidus, lessivage, dénitrification, érosion) [2]. Ce logiciel contient quatre modules donnent les directives pour la collecte et saisie des données, le calcul et interprétation du bilan des fluxes d éléments nutritifs, stocks et des indicateurs de performance économique des exploitations. Le logiciel permet donc d obtenir une analyse complète des éléments nutritifs entre les différentes activités au sein d une exploitation ainsi qu entre l exploitation et ses environs. Ce projet a été mené pour assurer une meilleur compréhension et amélioration de la gestion de la fertilité des systèmes d exploitations et à déterminer le rôle d une gestion intégrée des éléments nutritifs pour renverser les tendances actuelles d épuisement au sein de chaque parcelle. Les objectifs spécifiques ont donc été d évaluer les variations des stocks d éléments nutritifs des sols, et identifier les facteurs clés influençant la gestion de la fertilité des exploitations agricoles afin d identifier certains causes fondamental de l épuisement de la fertilité des sols des parcelles à base des cultures pérennes dans les forets humides du sud ouest du Cameroun. 1. Méthodologie 1.1. Localité de l étude L étude a été menée sur des exploitations agricoles mixtes mais à base de cultures pérennes. Ces exploitations étaient situées dans deux localités de la forêt humide du sud ouest du Cameroun (Figure 1). Cette zone est caractérisée par des températures moyennes à élevées (~ 23 C) uniformément reparties toute au long de l année, d humidité relative élevée (76-9%), de pluviométrie annuelle élevée (> 25 mm) repartie dans deux saisons pluvieuses et sèche distinctes, et des sols fertiles et profonds avec des poches de sols ferrugineux et volcaniques très fertiles [3]. La région est également caractérisée par différents types d exploitations agricoles allant de petites exploitations paysannes avec essentiellement des cultures vivrières (banane-plantain, macabo, manioc, igname, maïs, etc.), des plantations industrielles pour la production des cultures de rentes (palmier à huile, Hevea, cacaoyer, caféier, etc.), et des champs mixtes avec différentes combinaisons de cultures pérennes et vivrieres [4].

3 Figure 1. Carte du Cameroun montrant les grandes zones agro-écologique et les forets humides du sud ouest du Cameroun 1.2. Caractérisation des parcelles L inventaire et données quotidiennes ont été collectées sur 19 exploitations à base de cultures pérennes (Table 1) situées dans les localités de Bombe Bakundu et Malende, lesquelles ont été préalablement jugée suffisamment homogènes en termes des activités agricoles et non-agricoles ainsi que la présence des plantations de petites et moyennes tailles sur lesquelles étaient cultivées l hévéa (Hevea brasiliensis), le palmier à huile (Elaeis guineensis) ou le cacaoyer (Theobroma cacao) comme culture principale en association avec d autres cultures vivrieres ou de rentes. Deux approches ont été adoptées pour identifier les exploitations («farm section units» ou FSU) une basée sur l évaluation traditionnelle des terres et l autre sur l analyse statistiques multi-variées des données de chaque parcelle : localité, altitude, pluviométrie, superficie, topographie, morphologie du sol (profondeur, texture ou teneur en argile, couleur, roche mère) et sa composition (humidité, état des racines, etc.). Les détails de cette méthodologie qui ont menée à la définition des FSUs sont d une légère modification de celles proposées par de Jager et al. [5] déjà décrites ailleurs [6].

4 Plot Localité Teneur en argile (%) Roche mère Pente (%) FSU 23 Bombe 4 5 Volcanique/Base complexe 5 (a) 25 Bombe 4 5 Volcanique/Base complexe 5 (a) P 26 Bombe 4 5 Volcanique/Base complexe 5 (a) 38 Bombe 4 5 Volcanique/Base complexe > 1 (c) 27 Bombe 4 5 Volcanique/Base complexe > 1 (c) R 18 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 21 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 3 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 31 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 32 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 33 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 34 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) J 35 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 36 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 37 Bombe 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 22 Malende 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 24 Malende 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 29 Malende 2 35 Volcanique/Base complexe 5 (a) 28 Malende 2 35 Volcanique/Base complexe > 1 (c) L Table 1. Exploitations agricoles couvertes par cette étude 1.3. Analyses des éléments nutritifs du sol Les échantillons de sol ont été analysés pour leurs propriétés physiques et chimiques en utilisant des techniques standards : La texture a été déterminée par la méthode de pipette, la teneur en phosphore disponible par la methode de Bray-2, l azote total avec la methode semi-micro de Kjeldahl, des bases échangeable (K, Ca, Mg) avec de l acétate d ammonium neutre à ph de 7, acidité échangeable (AlH + ) par de KCl normal, le carbone organique par la technique de Walkley- Black et le ph dans de l eau. La densité de masse a été déterminée par la méthode du cylindre [7]. Cela a impliqué l utilisation des noyaux cylindrique en acier (~ 75 mm de long, 75 mm diamètre interne, 3 mm d épaisseur du mur, biseauté d un bout à 15 mm) lubrifié à l intérieur et à l extérieur en essuyant avec un chiffon contenant un filme mince d huile végétale pour diminuer la friction et l adhésion sans pour autant affecter de façon significative la précision de la mesure [8]. Des échantillons acceptables ont été séchés à 15 C et puis pesé. La densité de masse a été enregistrée comme étant le rapport entre la masse du sol séché (en mg) au volume interne du noyau cylindrique (en cm 3 ). 1.4. Collection des données et analyse avec la méthodologie Nutmon Le logiciel Nutmon, appliqué aux niveaux de l exploitation et des activités, a inclus un questionnaire structuré, une base de données, et deux modèles statiques simples - NUTCAL pour le calcul des flues d éléments nutritifs et ECCAL pour le calcul des paramètres économique. Une interface facilite la saisie des données, leur manipulation et l extrait des données pour produire des intrants pour les deux modèles [9]. Un inventaire initial de la composition du ménage, la disposition de l exploitation, les activités agricoles et éléments nutritifs a été complété pour chaque exploitation. Cet inventaire a été

succédé par un suivi mensuel des activités agricoles affectant le mouvement des éléments nutritifs. Les activités des individus du ménage, leurs revenues et la répartition du temps de travail ont été également étudié. Le bilan en éléments nutritifs (intrants moins sorties) a été calculé pour toutes les exploitations ainsi que pour leurs champs séparés. La sortie d éléments nutritifs a inclue les produits récoltés et résidus, les éléments lessivés en dessous de la zone des racines, des pertes gazeuses de la surface des sols, l érosion et les excréta humains perdues qui se termine dans les latrines profonds hors de la zone des racines. Les entrées étaient des engrais minéraux, intrants organiques (fumure, résidus des plantes importées et aliments), déposition aérienne, fixation biologiques d azote par les plantes, sédimentation et éléments extraits du sous sol par les racines profondes. 2. Résultats et discussion 2.1. Caractérisation des unités d exploitation («farm section units») L évaluation initial, présentée dans la Figure 2, montre que le banane-plantain et le manioc ont été les cultures vivrières (annuelles) les plus intercalées tandis que le cacaoyer, et à une moindre mesure le palmier à huile ont été les cultures pérennes les plus intercallees dans la zone de l étude. En effet, ces deux cultures respectives dans chaque catégorie ont été impliquées a plus de 5% des fréquences observées d intercalée. Des interviews ont confirmés que les planteurs étaient conscients du déclin progressif de la productivité des terres au cours des ans, un phénomène attribué à l utilisation continuelle des mêmes champs, l érosion des sols et surtout la baisse des apports en fumure. Ils n étaient pas, cependant, conscients du rôle majeur que joue les éléments nutritifs dans ces processus ou comment ils affectent la productivité des sols. 5 5 4 a 5 4 b Frequency (%) 3 2 1 Figure 2. Plantain Cassava Pumpkin Maize Maize Rice Pineapple Taro/Cocoyam Yam Banana Bean Frequency (%) 3 2 1 Fréquence d apparition des principales (a). cultures annuelles et (b). cultures pérennes associées dans les exploitations agricoles à base des cultures pérennes Cocoa Oil palm Rubber Avocado Njansang Papaya Cashew Guava Mango Oranges Plum 2.2. Fluxes d éléments nutritifs dans les exploitations agricoles Le flux complet de N-P-K a montré que ces mouvements ont variés avec les éléments nutritifs et les facteurs de distribution considérés (Figure 3). L entrée des éléments N, P et K a paru uniformément repartie entre l engrais organique importé (IN1a), la déposition atmosphérique humide et sèche (IN3), la fixation d azote (IN4) et a une moindre mesure les minéraux dans les produits récoltés. Ceci, cependant, n était pas le cas avec les sorties puisque les proportions variaient de façon considérable avec les éléments nutritifs

considérés. Premièrement, l élément le plus grandement perdu a été l azote, et cela a été attribué essentiellement au lessivage (~7%), pertes gazeuses (~2%), et aux produits et résidus exportés. En ce qui concerne les autres minéraux, très peu de P et K ont été perdus des exploitations. Au lieu de cela, les éléments nutritifs ont été obtenus des engrais organiques importés et la déposition atmosphérique. Ces chiffres ont confirmés par les plutôt différents bilans complets d azote, négatif pour l azote et positif pour le phosphore et le potassium (Figure 3a). En ignorant toutes pertes dûes au lessivage (bilan nutritif partiel), les chiffres globaux deviennent positif pour les trois éléments, surtout pour l azote (Figure 3, insérer). Ceci, en général, les planteurs arrive à compenser cet épuisement provoqué par l export des produits récoltés. 6 2 3 25 2 15 1 5 Mineral fertiliser, IN1 Imported organic fertiliser, IN2a Imported manure, IN2b Atmospheric deposition, IN3 N-fixation, IN4 Harvests, OUT1 Exported crop residues, OUT2a Manure excretion outside farm, OUT2b Quantity of nutrients transferred, g Nutrients transferred (kg/ha) Leaching, OUT3 Gaseous loss, OUT4 Erosion, OUT5 1-1 -2-3 -4 Full balance Partial balance N P K Figure 3. Flux globaux de N-P-K pour les exploitations étudiées, ainsi que les bilans complets et partiels spécifiques des N-P-K transférés (insert) 2.3. Flux d éléments nutritifs entre exploitations agricoles Des bilans complets et partiels des éléments nutritifs ont montré des différences énormes entre les unités d une exploitation (Figure 4). Tandis que toutes les exploitations ont présentées des bilans complets négatifs pour l azote (Figure 4a), seul environ un quart de ces exploitations ont présentées des bilans partiels négatifs for cet élément (Figure 4b). Cette situation était légèrement différent pour le K transféré, mais beaucoup plus différent pour P. En effet, presque toutes les unités d exploitation ont présentées des bilans complets et partiels positif pour P tandis qu une petite proportion de ce dernier ont continué à avoir des valeurs négatives pour K pour les bilans complets et partiels. Ces résultats indiquent clairement que le lessivage est le facteur le plus important contribuant à l épuisement des éléments nutritifs des sols, surtout l azote.

7 Full balance of nutrients transferred, kg/ha Partial balance of nutrients transferred, kg/ha 6 3-3 -6-9 8 6 4 2-2 -4 a - N - - P - - K - 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 32 33 34 35 36 37 38 b - N - - P - - K - 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 31 32 33 34 35 36 37 38 Figure 4. Bilans spécifiques complets et partiels des N-P-K globaux transférés pour les différentes exploitations agricoles En considérant toutes les exploitations agricoles comme une FSU, la contribution des différents facteurs modelés au statut global d éléments nutritifs (Figure 5) ainsi qu aux bilans complets et partiels (Figure 5, insérer) ont considérablement changé. De ceux-ci, on trouve que la déposition atmosphérique a été responsable pour la plupart d azote transféré dans le FSU, suivi par la fixation d azote et d engrais organique importés. Une fois de plus, le lessivage et la perte gazeuse ont contribué pour la plupart d azote perdus tandis que les produits récoltés et leurs résidus exportés ont contribués pour les pertes de P et K.

8 3 Nutrient balance, g/ha -15-3 -45-6 -75 N P K Full Partial N K P 75 N and P transferred, g/ha 24 18 12 6 6 45 3 15 K transferred, g/ha Mineral fertiliser, IN1 Imported organic fertiliser, IN2a Atmospheric deposition, IN3 N-fixation, IN4 Harvests, OUT1 Exported crop residues, OUT2a Leaching, OUT3 Gaseous loss, OUT4 Erosion, OUT5 Figure 5. Contribution de divers facteurs aux bilans en N-P-K dans le FSU et leurs contributions au bilan nutritif total (insérer) Les pertes nettes du sol en N, P et K ont été plus prononcées dans les exploitations à base de cacaoyer et palmier à huile que dans les exploitations d hévéa. Ceci serait certainement lié à la multiplicité des produits récoltés des deux premières cultures pérennes. L analyse économique, qui formait une partie de cette étude mais présentée ailleurs, a montré que les cultures de rente peut être plus profitable que les cultures vivrières et pourtant souvent associée avec les bilans nutritifs moins négatifs (Table 3). Au niveau de l exploitation, une perte plus sérieuse a été enregistrée pour les parcelles qui ont été lourdement intercalées (plus de cultures) notamment le palmier à huile et le cacaoyer. En effet, ces parcelles ont subi le plus grand épuisement d éléments nutritifs à cause des formes multiples des produits récoltés. Comme le montre le Tableau 2, les champs d Hevea ont perdus les éléments nutritifs par la saignée et le drainage du latex tandis que le palmier à huile perdait par les régimes récoltés (graines et feuilles). Les fluxes par unité à l extérieure des exploitations pour toutes les FSUs a). Champ d hévéa Mouvement Matériel Fraiche, kg/ha Sèche, kg/ha N, kg/ha P, kg/ha K, kg/ha OUT Caoutchouc coagulé 737 295,8,3,8 OUT Fruits d ananas 4 1,,, IN Acide formique 4 4,,, IN Ethrel 1 1,,,

9 b). Champ de palmier à huile Mouvement Matériel Fraiche, kg/ha Sèche, kg/ha N, kg/ha P, kg/ha K, kg/ha OUT Tubercules manioc 467 177,7,1,7 OUT Fruits palmier à huile 459 459 1,7 15,6 2,9 OUT Huile de palme 356 356 12,1 16,2 12,7 OUT Graines de pumpkin 8 72,6,1,2 IN Fongicides 1 1,,, IN Engrais 2/1/1 5 5 1,,2,4 IN Graines de maïs 4 3,1,, IN Graines de gombo,,, IN Rejets de plantain 7 7,3,3,1 IN Rejets d ignames 23 6,,, IN Graines de pumpkin 11 1,1,, IN Insecticides 1 1,,, IN Régimes de plantain 23 4,,, IN Epis de maïs 3 26,4,1,1 IN Tubercules macabo 15 15,1,1,2 c). Champ cacaoyère Mouvement Matériel Fraiche, kg/ha Sèche, kg/ha N, kg/ha P, kg/ha K, kg/ha OUT Fèves/graines cacao 122 122 4, 5,6,4 OUT Fruit d ananas 3 1,,, OUT Régime de plantain 3681 626,8,2 2,8 OUT Graines de riz 6 54,6,2,2 OUT Manioc transformé 7 27,1,,1 OUT Graines d arachides 22 29 7,8 1,3 1,7 IN Tubercules de patates 1 2,,, IN Plantules de cacao 45 45 9, 2,1 1,5 IN Grains de riz 68 61,7,2,2 IN Tubercules manioc 78 29,1,,1 IN Epis maïs 338 294 4,9 1,2 1,4 IN Rejet de plantain 395 395 1,4 1,8,7 IN Graines de cacao 56 56 18,5 25,8 2, IN Tubercules macabo 5 5,2,3,6 3. Conclusions La majorité des sols dans les tropiques humides du Cameroun sont en train de perdre de façon progressive leurs éléments nutritifs, compromettant ainsi leur productivité dans l avenir et la survie de ces systèmes d exploitation, surtout dans des exploitations mixtes des paysannes à base de cultures pérennes. Cette étude a été menée pour mieux comprendre la gestion de la fertilité dans ces systèmes de cultures et d identifier les facteurs clés qui influencent les fluxes en elements nutritifs N-P-K dans ces exploitations. Les fluxes N-P-K globaux ont variées avec les éléments nutritifs et des facteurs de distributions considérées. Les entrées d éléments a été uniformément reparties entre des engrais inorganiques importées, les dépôts atmosphériques secs, la fixation d azote et les produits récoltées. L azote a été l élément épuisé dans les plus grandes quantités, essentiellement a cause du lessivage, pertes sous forme gazeux, et aux produits et déchets des récoltes. Les quantités moins importantes de P

et K ont été perdues puisqu il y a eu des apports substantielle des engrais organiques importes et les dépôts atmosphériques. Des grandes écarts ont été observés entre les exploitations agricoles, en termes leur bilans nutritifs pleins et partiels. Toutes les exploitations ont présentées des bilans négatifs pour N et presqu aucune pour P, et a une moindre ampleur, le K. Le lessivage a été le facteur le plus important contribuant à la perte des elements nutritifs, surtout d azote. Les pertes nettes des sols en N, P et K ont été plus prononcées dans les exploitations à base des cacaoyers et palmier à huile que dans les champs à base d hévéa. Ceci serait probablement dû à la multiplicité des produits récoltés dans les palmiers. 4. Remerciements Ce travail a été mené dans le cadre du Projet ATP CARESYS financé par le Centre International de Coopération en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD). Le soutien logistique de la Direction Régionale du CIRAD pour l Afrique Central est hautement apprécié. 1 5. Références [1] Kanmegne, J. (24). Slash and Burn Agriculture in the Humid Forest Zone of Southern Cameroon: Soil Quality Dynamics, Improved Fallow Management and Farmers' Perceptions. PhD thesis Thesis, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, The Netherlands, 18 pp. [2] Bosch, H. V. d., de Jager, A. and Vlaming, J., Agriculture, Ecosystems and Environment, 71, 49 (1998). [3] Ehabe, E. E., Besong, M. T. and Almy, S. W., Trop Sci, 41, 137 (21). [4] Plaza, C. (23). Situation de l'hévéaculture villageoise dans une filière en évolution : Cas de la région d'ekona, province du Sud-Ouest Cameroun. M.Sc. Thesis, Universite Montpellier I, France, Montpellier, 8 pp. [5] De Jager, A., Nandwa, S. M. and Okoth, P. F., Agriculture, Ecosystems and Environment, 71, 39 (1998). [6] Ehabe, E. E., Gobina, S. M., Samalang, P., Bikoi, A. and Enjalric, F. (27). Statistical validation of traditional land evaluation for definition of farm section units in perennial cropbased farm holdings,. Technical Report, Institute of Agricultural Research for Development (IRAD), Ekona, Cameroon. [7] Tisdall, A. L., Australian Journal of Agricultural Research, 2, 349 (1951). [8] Brasher, B. R., Franzmeier, D. P., Valassis, V. and Davidson, S. E., Soil Science, 11, 18 (1966). [9] Envista, L. E. I. and Alterra (26). Nutmon Toolbox - Data Background, Data Entry, and Data Processing Modules, v3.5-1. "Atambua". Downloadable at http://www.monqi.org/.