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. 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