Déterminants physiques et biologiques de l’infiltration

EFFET DES INGENIEURS DU SOL SUR L’INFILTRATION 

L’objectif du travail présenté au chapitre 4 est d’évaluer l’impact des ingénieurs du sol sur l’hydrodynamique et le détachement de particules de sols. Le terme ingénieur du sol recouvre l’ensemble des invertébrés du sol, du nématode, aux acariens et collemboles, et enfin, des organismes de grande taille comme les coléoptères fouisseurs, les vers de terre, les termites et l’essentiel des larves d’insectes. L’action importante, cumulée et répétée de ces ingénieurs du sol participe ainsi à la mise en place des services écosystémiques du sol. En modifiant l’agrégation et la porosité du sol, en décomposant la matière organique, ces organismes participent à l’infiltration et au stockage de l’eau dans les sols, au recyclage des nutriments, à la régulation du ruissellement de l’eau, au stockage du carbone. Ces processus sont à la base des services écosystémiques du sol (Poss et al., 2000). Nous avons eu l’opportunité de travailler sur 3 catégories d’ingénieurs du sol au sein de deux écosystèmes contrastés par leur climat ; humide au Vietnam et subhumide en Afrique du Sud. Deux articles structurent cette partie de la thèse : 1) Le premier étudie le rôle sur l’infiltration des vers de terre et des termites dans des jachères sur des versants à forte pente au Nord du Vietnam (cf. Jouquet P., Janeau JL, Pisano A., Tran Sy Hai., Orange D., Luu Thi Nguyet Minh, Valentin C., 2012. Influence of earthworms and termites on runoff and erosion in a tropical steep slope fallow in Vietnam: A rainfall simulation experiment. Applied Soil Ecology 61: 161-168) ; 10  Les vers de terre jouent un rôle clé dans le fonctionnement des sols. Ils construisent et maintiennent la structure du sol en creusant des galeries et en modifiant l’agrégation du sol (Cisneros, 1997; Lavelle et al., 1997; Lavelle et al., 1998; Blanchart et al., 2004; W.R.B, 2006). Dans les zones tropicales, ce sont les vers de terre endogés qui dominent les peuplements (Figure 4). Ces organismes sont capables d’ingérer de grandes quantités de terre. Ainsi, un individu peut consommer jusqu’à 35 fois son propre poids de terre (Lavelle et al., 1997; Lavelle et al., 1998). Ces vers de terre sont donc en grande partie responsables de la formation et du maintien de la structure observée dans les sols de différents écosystèmes (Blanchart, 1992). Figure 4. Turricules de vers de terre Amynthas khami.  Les termites sont d’une importance majeure de l’évolution des sols (Figure 5). Ils participent notamment à la restauration des sols encroûtés augmentant l’infiltration de l’eau et l’apport de matière organique au sol (Lavelle et al., 1993; Mando et al., 1996; Cisneros, 1997; Mettrop et al., 2013). A l’inverse, les termites peuvent aussi dans certains cas générés des croûtes de surface, (Janeau and Valentin, 1987). Figure 5. Placage de récolte de termite produit entre deux cultures. Les termites et les vers de terre sont donc des ingénieurs du sol très abondants en milieu tropical où ils jouent un rôle clef dans la dynamique hydrique des sols par leurs influences sur la structure des sols (Lavelle et al., 1997; Lavelle et al., 1998; Jouquet et al., 2006). L’amélioration de l’infiltration et la réduction de risques érosifs par présence de ces 11 ingénieurs du sol a été maintes fois mis en évidence (Mando et al., 1996; Leonard and Rajot, 2001; Leonard et al., 2004) mais curieusement peu d’études ont été menées sur forte pente. 2) Le second article porte sur l’influence des coléoptères fouisseurs (bousiers) sur l’infiltration des sols de pâturages dégradés et la pérennité de l’effet d’ouverture de macro pores de surface (cf. Brown J, Scholtz C, Janeau JL, Grellier S, Podwojewski P, 2010 Dung beetles (Coleoptera: Scarabaeidae): engineering improvements to the hydrological properties of soil. Applied Soil Ecology 46: 9-16).  Les scarabées fouisseurs (scarabées bousiers) peuvent avoir aussi un rôle important dans l’évolution de la porosité des sols et de leur fertilité (Nichols et al., 2008). Les excréments qui composent la nourriture principale de ces coléoptères saprophages/coprophages sont en effet collectés et enfouis à différentes profondeurs suivant les espèces pour stockage et alimentation des larves (Figure 6). Ce travail du sol engendre une modification de la porosité (Waterhouse, 1974; Herrick and Lal, 1995; Bang et al., 2005) mais il n’existait pas d’étude se focalisant sur la quantification de l’infiltration soumis à l’influence de ces coléoptères fouisseurs. Figure 6. Scarabée bousier emportant une boulette de fèces pour enfouissement. 

EFFET DES PRATIQUES CULTURALES SUR L’INFILTRATION 

Dans le chapitre 5, nous nous sommes attachés à évaluer l’impact de pratiques culturales à des fins de réhabilitation de cendres indurées sur l’infiltration (cf. Podwojewski P, Janeau JL, Leroux Y, 2008. Effects of agricultural practices on the hydrodynamic of a deep tilled hardened volcanic ash-soil (Cangahua) in Ecuador. Catena 72: 179-190). Afin de ne pas entrer dans la complexité des systèmes de culture, nous nous sommes limités à la description du travail du sol ayant une incidence directe sur l’infiltration. Ce travail du sol comprend en première importance, les labours qui part manipulation des masses de sols inversent les couches superficielles du sol, changent la taille des agrégats, la porosité du sol et mélangent la première couche du sol avec des résidus de récolte (Wagner and Fox, 2001). Les labours permettent aussi de former un mini relief (billons, buttes etc.) modifiant la rugosité et donc l’hydrodynamique de surface. Ils permettent également d’apporter au sol des 12 amendements organiques ayant un rôle sur la structure et donc l’infiltration. Le sarclage est aussi un élément clef de l’évolution de l’infiltration au cours du cycle cultural détruisant les croûtes de surface et augmentant la porosité mais il n’est pas abordé dans cette étude. Si par le passé, deux études ont été menées pour estimer la sensibilité à l’érosion de sols indurés fragmentée par des engins lourds (De Noni et al., 1989-1990; Baumann et al., 1997), aucune étude n’avait été menée permettant de comparer les comportements hydrodynamiques et érosifs de différentes tailles de fragmentation des agrégats et d’intrants les plus adaptés à développer et maintenir une infiltration pérenne propice à l’agriculture. Nous avons donc testé le comportement hydrique et érosif de cendres volcaniques indurées dénommées en Equateur « Cangahua » qui tentent d’être « réhabilitées » par différentes préparations du sol et différents amendements (de Noni et al., 1993; De Noni et al., 2001) pour obtenir un sol utilisé à des fins d’agriculture (Figure 7).