UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES

DEPARTEMENT DES EAUX ET FORETS

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies

Option Foresterie-Environnement-Développement

Promotion : HAIKA

Année : 2013

EVALUATION DES STOCKS DE CARBONE ET D’AZOTE DES

SOLS DANS LA ZONE DE PRODUCTION LAITIERE DE

VAKINANKARATRA

Présenté par RANDRIANANDRASANA Lalaina Norotiana

Soutenu publiquement le 06 Novembre 2014 devant les membres du jury composé de :

Président : Professeur Jean de Neupomuscène RAKOTOZANDRINY

Examinateur : Professeur Jean Chrysostome RANDRIAMBOAVONJY

Examinateur : Docteur Harifidy RAKOTO RATSIMBA

Rapporteur : Docteur Tovonarivo RAFOLISY

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES

DEPARTEMENT DES EAUX ET FORETS

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Etudes Approfondies

Option Foresterie-Environnement-Développement

Promotion : HAIKA

Année : 2013

EVALUATION DES STOCKS DE CARBONE ET D’AZOTE DES

SOLS DANS LA ZONE DE PRODUCTION LAITIERE DE

VAKINANKARATRA

Présenté par RANDRIANANDRASANA Lalaina Norotiana

Soutenu publiquement le 06 Novembre 2014 devant les membres du jury composé de :

Président : Professeur Jean de Neupomuscène RAKOTOZANDRINY

Examinateur : Professeur Jean Chrysostome RANDRIAMBOAVONJY

Examinateur : Docteur Harifidy RAKOTO RATSIMBA

Rapporteur : Docteur Tovonarivo RAFOLISY

« C’est de Lui, par Lui et pour Lui que sont créées toutes choses. A Lui la gloire dans

tous les siècles ! »

Rom 11 : 36

« …Tsy ny fahombiazana no valiako soa fa ny faharetana sy ny fahasahiranana

noho ny amiko… »

REMERCIEMENTS

Arrivée à terme du présent mémoire, je tiens à remercier DIEU TOUT PUISSANT car grâce à sa bénédiction, j’ai eu la santé, la force et le courage pour achever ce travail.

J’adresse mes vifs remerciements à toutes les personnes qui ont contribué à la réalisation de ce mémoire de fin d’études en l’occurrence : Monsieur Jean de Neupomuscène RAKOTOZANDRINY, Professeur titulaire de la formation en Troisième cycle à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, d’avoir fait le grand l’honneur de présider le jury de cette soutenance de mémoire de fin d’études malgré ses lourdes responsabilités ; Messieurs Jean Chrysostome RANDRIAMBOAVONJY et Harifidy RAKOTO RATSIMBA, Enseignants-chercheurs à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, d’avoir accepté de siéger parmi les membres du jury en tant qu’examinateur et d’avoir apporté des critiques constructives pour améliorer la qualité de ce mémoire de fin d’études ; Monsieur Tovonarivo RAFOLISY, Ph.D in Agriculture, Responsable de l’Unité de Recherche en Biodisponibilité des nutriments au Laboratoire des RadioIsotopes, Enseignant-Chercheur et Encadreur, de m’avoir proposé ce thème intéressant, d’avoir consacré une grande partie de son temps à suivre de près la présente étude malgré ses nombreuses occupations et d’avoir partagé ses connaissances et ses expériences tout au long de cette présente étude ;

Veuillez trouver ici l’expression de notre profonde gratitude.

Je tiens également à présenter mes reconnaissances : Au Projet de recyclage des biomasses végétales et animales (BIOVA), en collaboration avec le Laboratoire des RadioIsotopes de l’Université d’Antananarivo, l’UMR Eco&Sols (SupAgro-CIRAD- INRA-IRD), le FOFIFA et le FIFAMANOR, d’avoir financé le présent travail et d’avoir octroyé une allocation d’étude durant les six mois de stage ; A Madame Lilia RABEHARISOA, Professeur titulaire, Directeur du Laboratoire des RadioIsotopes, Enseignant-chercheur à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, de m’avoir permis d’effectuer ce stage au sein de son laboratoire ; A Monsieur Thierry BECQUER, Pédologue, Directeur de Recherche à l’Institut de Recherche pour le Développement (UMR Eco&sols), d’avoir apporté des conseils judicieux voire pertinents, d’avoir apporté une rigueur scientifique et un esprit critique tout au long de ce stage de mémoire de fin d’études et d’avoir donné des recommandations utiles dans l’élaboration de ce travail ; A Monsieur Jean DELARIVIERE, Chimistes de l’IRD, pour ses précieux conseils dans la réalisation et le bon déroulement de ce stage ; A Messieurs Modeste RAKOTONDRAMANANA et Fidy RAHARISON, pour leurs aides durant mes travaux de terrain ;

A toute l’équipe du Laboratoire des RadioIsotopes : personnels administratifs, responsable de laboratoire, thésards, techniciens, ainsi que tous mes amis stagiaires pour leurs accueils et leurs conseils durant mes séjours au Laboratoire des RadioIsotopes ; A tous les représentants de l’Institut de Recherche pour le Développement à Madagascar : personnels administratifs, chercheurs, techniciens, chauffeurs ; A toute l’équipe du FIFAMANOR Antsirabe, en particulier à Madame Baholy Volatsara RAHELTAH, Responsable du volet production fourragère, et aux agents de terrain du FIFAMANOR : Messieurs Jules, Justin, Tronclin et Madame Justine, pour leur étroite collaboration dans la réalisation des prélèvements des échantillons de sol dans la région de Vakinankaratra, dans nos accès aux parcelles et à leur propriétaire ; A tous les paysans des districts d’Antsirabe I et II, encadrés par le FIFAMANOR, pour leur aimable collaboration et participation lors des prélèvements des échantillons de sol dans leurs parcelles ; A tous les enseignants et les personnels administratifs et techniques de l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques et du Département des Eaux et Forêts ; A tous les personnels des bibliothèques de l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, du Département des Eaux et Forêts, du CITE, du FOFIFA et d’autres organismes ; A tous mes collègues du Département des Eaux et Forêts et de la promotion HAIKA ;

Veuillez trouver ici l’expression de nos reconnaissances les plus sincères.

Mes plus profondes gratitudes s’adressent autant : A ma mère et à ma sœur pour leur soutien et leur encouragement. Un grand merci à ma mère de m’avoir soutenu sans relâche jusqu’à l’aboutissement de ce mémoire ; A tous mes amis pour leur soutien et leurs précieux conseils durant ces années d’étude.

Veuillez trouver ici le témoignage de notre estime et nos remerciements les plus distinguées.

Sans oublier les nombreuses personnes qui, d'une manière ou d'une autre, de loin ou de près, ont contribué à la réalisation du présent ouvrage ; qu'elles veuillent bien m'excuser de n'avoir pu les citer dans cette page de remerciements et qu'elles soient assurées de mes amitiés et de ma très vive reconnaissance.

Merci à tous et que Dieu vous bénisse !!!

Lalaina Norotiana RANDRIANANDRASANA

FAMINTINANA

Miankina amin’ny hatsaran’ny nofon-tany sy ny tahan’ny tsirin-tany ny ahazoana vokatra tsara amin’ny fambolena. Ny matiera organika voatahiry ao anatin’ny tany dia manatsara ny firafitra fizika sy simika ny tany ary ny tsirin-tany. Ity asa ity dia niarahana tamin’ny tetik’asa BIOVA, avy amin’ny fiaraha-miasa ny laboratoara ny RadioIsotopes ny Oniversite an’Antananarivo, ny sehatry ny fikarohana ho an’ny fampandrosoana (UMR Eco&Sols), ny FOFIFA sy ny FIFAMANOR Antsirabe, ny ESSA, ny CIRAD, ny ARP any La Réunion, ny CRA-W any Belgika ary ireo mpiara-miasa any Mozambika. Ny tanjona kendrena amin’ity asa ity dia mba hijerena ny tahan’ny karbona sy azota ao anatin’ny tany, ny karbona sy azota voatahiry ao anatin’ny tany eo amin’ny fifandraisan’ny fambolena sy ny fiompiana ao amin’ny faritr’i Vakinankaratra, mba ahafahana mahita ny fiovaovan’ny karbona sy azota voatahiry ao amin’io faritra io. Miisa 2016 ny santionan-tany azo nandritra ny fidinanana teny amin’ny tantsaha, izay nalaina amin’ny 30 santimetatra ambanin’ny tany (0-10 santimetatra, 10-20 santimetatra ary 20-30 santimetatra) sy notsongaina tamin’ny tanimboly 72 ampiasain’ny tantsaha manaraka ny lalam-pirenena faha-7 sy faha-34. Ireo santionan-tany ireo dia nalaina tamin’ny kaominina 11 ary nozaraina dimy izy ireo araka ny karazan-tany misy ao aminy. Ny vokatra azo dia mampiseho fa ny tahan’ny karbona sy azota ary ny karbona sy azota voatahiry amin’ny tany dia mihena arakaraka ny hidinana any ambanin’ny tany : 37,83 g C.kg-1, 34,08 g C.kg-1 ary 28,66 g C.kg-1 (tahan’ny karbona) ; 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 ary 27,6 Mg C.ha-1 (karbona voatahiry) ; 2,1 g N.kg-1, 1,8 g N.kg-1 ary 1,6 g N.kg-1 (tahan’ny azota) ; 1,9 Mg N.ha-1, 1,7 Mg N.ha-1 ary 1,5 Mg N.ha-1 (azota voatahiry), ho an’ireo tany 0-10 santimetatra, 10-20 santimetatra ary 20-30 santimetatra ambanin’ny tany. Ireo vokatra ireo dia mampifandray ny fatran’ny fako azo avy amin’ny fambolena ampiasain’ny tany ary ny faritra ambony amin’ny tany no anisany feno izany izay mitahiry matiera organika betsaka. Hita ihany koa fa betsaka ny tahan’ny karbona sy azota amin’ny tany, ny karbona sy azota voatahiry amin’ny tany amin’ny andosols oharina amin’ ireo karazan-tany ferallitika efatra hita teo amin’ny faritra nakana ireo santionan-tany. Ny sarin’ireo karbona sy azota voatahiry amin’ny tany dia nampiseho ireo taha ambany, izay hita amin’ny ankamaroan’ny kaominina nakana ireo santionan- tany, ny taha antonony dia hita ao amin’ny kaominina Andranomanelatra, Antsirabe I, Belazao sy Vinanikarena, ary ny taha ambony dia hita ao amin’ny kaominina Ambohimiarivo, Ambohitsimanova sy Antsirabe I. Ireo tahan’ny karbona sy ny karbona voatahiry amin’ny tany dia mifandray amin’ ireo tahan’ny azota sy ny azota voatahiry amin’ny tany : 86 %, 91 % sy 85 % (ho an’ny tahan’ny karbona sy azota amin’ny tany), sy 79 %, 88 % sy 74 % (ho an’ny karbona sy azota voatahiry amin’ny tany) ho an’ireo faritra telo ambanin’ny tany.

Voambolana manan-danja : Matiera organika, Tany, Karbona voatahiry, Azota voatahiry, Andosols, Tany ferallitika, Tsiron-tany, Vakinankaratra.

RESUME

La production agricole dépend en grande partie de la fertilité des sols et de la biodisponibilité des nutriments. Stocker de la matière organique dans le sol permet d’améliorer ses propriétés physico- chimiques et d’augmenter sa fertilité. La présente étude a été réalisée dans le cadre du projet BIOVA, en collaboration avec le Laboratoire des RadioIsotopes de l’Université d’Antananarivo, l’Institut de Recherche pour le Développement (UMR Eco&Sols), le FOFIFA et le FIFAMANOR Antsirabe, l’ESSA, le CIRAD, l’ARP de La Réunion, le CRA-W de Belgique et des institutions de Mozambique. Cette étude a pour objectif d’évaluer les teneurs et les stocks de carbone et d’azote des sols dans un système d’agriculture et d’élevage au sein de la zone de production laitière de Vakinankaratra et de localiser les variations de ces stocks de carbone et d’azote dans cette zone. Au cours des campagnes de terrain, 2016 échantillons de sols ont été prélevés dans les trois horizons supérieurs du sol (0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm), sur 72 parcelles paysannes situées le long des routes nationales N°7 et N°34. Les prélèvements ont été effectués dans 11 communes et ont été divisées en 5 groupes selon les types de sol. Les échantillons de sols ont fait l’objet d’analyse au laboratoire des teneurs totales en carbone et azote. Les résultats montrent que les valeurs des teneurs et des stocks de carbone et d’azote des sols diminuent en fonction de la profondeur avec 37,83 g C.kg-1, 34,08 g C.kg-1 et 28,66 g C.kg-1 (teneur en carbone) ; 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 et 27,6 Mg C.ha-1 (stock de carbone) ; 2,1 g N.kg-1, 1,8 g N.kg-1 et 1,6 g N.kg-1 (teneur en azote) ; 1,9 Mg N.ha-1, 1,7 Mg N.ha-1 et 1,5 Mg N.ha-1 (stock d’azote), respectivement pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm. Ceci est attribué essentiellement aux quantités de résidus organiques restitués aux sols et au fait que l’horizon de surface est une zone de concentration des débris végétaux sources de matière organique. Les teneurs et les stocks de carbone et d’azote des andosols sont significativement plus élevés que ceux des groupes de sols ferralitiques, alors que les quatre groupes de sols ferrallitiques ne sont pas statistiquement différents les uns des autres. Les variations des stocks de carbone et d’azote des sols ont permis de localiser des stocks faibles de carbone et d’azote dans la plupart des communes d’intervention. Les stocks moyens sont situés à Andranomanelatra, Antsirabe I, Belazao et Vinanikarena et les stocks élevés sont repérés à Ambohimiarivo, Ambohitsimanova et Antsirabe I. Les teneurs et les stocks de carbone des sols sont en corrélation positive avec les teneurs et stocks d’azote des sols avec un coefficient de détermination de 86 %, 91 % et 85 % (pour les corrélations entre les teneurs en carbone et en azote du sol) et 79%, 88 % et 74 % (pour les corrélations entre les stocks de carbone et d’azote du sol) respectivement pour les trois profondeurs d’analyse.

Mots-clés : Matière organique, Sol, Stock de carbone, Stock d’azote, Andosols, Sols ferrallitiques, Fertilité du sol, Vakinankaratra.

ABSTRACT

Crop production mainly depends on the fertility of soils and on the bioavailability of nutrients. Organic matter in soils improves the physicochemical properties and increases the fertility. The present study was realized in the BIOVA project, with the collaboration of the Radio Isotopes laboratory, the Institute of Research for Development (UMR Eco&Sols), the University of Antananarivo, the FOFIFA and the FIFAMANOR Antsirabe, ESSA, CIRAD, ARP La Réunion, CRA- W Belgique and the institute in Mozambique. The objective of this study was to determine soil carbon and nitrogen concentrations and stocks in crop-livestock systems in various farms in the area of dairy product of Vakinankaratra, in order to establish the variation of carbon and nitrogen stocks of this area. During the field work, 216 samples of soil were carried out from 72 farmers’ fields along the RN7 and RN34. The study area concerned eleven communes and was divided into five groups corresponding to different soil types. Laboratory analysis of total carbon and nitrogen content were performed on samples of the three surface horizons (0-10 cm, 10-20 cm and 20-30 cm) and soil carbon and nitrogen stocks were calculated. The results show that the value of soil carbon and nitrogen concentrations and stocks decreased with depth, with 37,83 g C.kg-1, 34,08 g C.kg-1 and 28,66 g C.kg-1 (carbon concentrations) ; 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 and 27,6 Mg C.ha-1 (carbon stocks) ; 2,1 g N.kg-1, 1,8 g N.kg-1 and 1,6 g N.kg-1 (nitrogen concentrations) ; 1,9 Mg N.ha-1, 1,7 Mg N.ha-1 and 1,5 Mg N.ha-1 (nitrogen stocks), for horizons 0-10 cm, 10-20 cm and 20-30 cm, respectively. This is mainly attributed to higher amounts of organic residues returned to the soil at the soil surface were plant residues are more concentrated. The carbon and nitrogen concentrations and stocks in andosols are higher than in ferralitic groups soils, whereas the four ferralitic groups of soils are not statistically differents. The variation of soil carbon and nitrogen stocks showed low stocks in most of the studied communes. Average stocks were situated in Andranomanelatra, Antsirabe I, Belazao and Vinanikarena, whereas the higher stocks were located in Ambohimiarivo, Ambohitsimanova and Antsirabe I. The soil carbon concentration and stocks were positively related to the soil nitrogen concentration and stocks with determination coefficients of 86 %, 91 % and 85 % (for the soil carbon and nitrogen concentration), and 79 %, 88 % and 74 % (for the soil carbon and nitrogen stocks), respectively, for the three horizons studied.

Key-words : Organic matter, Soil, Carbon stocks, Nitrogen stocks, Andosols, Ferralitic soils, Soil fertility, Vakinankaratra.

SOMMAIRE

LISTE DES FIGURES ...... i LISTE DES TABLEAUX ...... ii LISTE DES EQUATIONS ...... iii LISTE DES CLICHES ...... iii LISTE DES ABREVIATIONS ...... iv LISTE DES UNITES ET SYMBOLES CHIMIQUES ...... v GLOSSAIRE ...... vi PRESENTATION DU PROJET BIOVA ET DE SES PARTENAIRES...... vii INTRODUCTION ...... 1 PARTIE I : ETAT DES CONNAISSANCES...... 3 I.1. CARBONE DU SOL ...... 3 I.1.1. Matière organique et carbone du sol ...... 3 I.1.2. Importance du carbone organique du sol ...... 4 I.1.3. Stockage du carbone organique dans le sol ...... 6 I.1.4. Dynamique du carbone organique dans le sol ...... 7 I.1.5. Dosage du carbone organique du sol ...... 8 I.2. AZOTE DU SOL ...... 10 I.2.1. Formes d’azote dans le sol ...... 10 I.2.2. Cycle de l’azote ...... 11 I.2.3. Stockage d’azote dans le sol ...... 14 I.2.4. Dynamique de l’azote dans le sol ...... 14 I.2.5. Dosage de l’azote total du sol ...... 15 I.3. RELATION ENTRE CARBONE ET AZOTE ...... 15 PARTIE II : MATERIELS ET METHODES...... 17 II.1. PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES ...... 17 II.1.1. Problématique ...... 17 II.1.2. Hypothèses ...... 18 II.2. ZONE D’ETUDE ...... 19 II.3. METHODOLOGIE ...... 20 II.3.1. Choix des parcelles d’études ...... 20 II.3.2. Localisation des parcelles d’études ...... 20 II.3.3. Prélèvement de sol ...... 23 II.3.3.1. Prélèvement d’échantillons composites ...... 23 II.3.3.2. Prélèvement d’échantillons de sol pour la densité apparente ...... 24 II.3.4. Préparations des échantillons ...... 24 II.3.5. Travaux de laboratoire...... 25

II.3.5.1. Mesure de la densité apparente du sol ...... 25 II.3.5.2. Dosage du carbone et de l’azote total du sol ...... 26 II.3.5.3. Calcul du stock de carbone et d’azote du sol ...... 27 II.3.6. Analyses statistiques et traitements des données ...... 27 II.3.7. Cadre opératoire...... 28 PARTIE III : RESULTATS ...... 29 III.1. DENSITES APPARENTES DU SOL ...... 29 III.2. TENEUR ET STOCK DE CARBONE DU SOL ...... 29 III.2.1. Teneur en carbone du sol ...... 29 III.2.1.1. Teneur en carbone en fonction des horizons du sol ...... 29 III.2.1.2. Teneur en carbone en fonction des zones de prélèvement ...... 30 III.2.1.3. Teneur en carbone en fonction des types de sol...... 32 III.2.2. Stock de carbone du sol ...... 34 III.2.2.1. Stock de carbone en fonction des horizons du sol ...... 34 III.2.2.2. Stock de carbone en fonction des zones de prélèvement ...... 34 III.2.2.3. Stock de carbone en fonction des types de sol ...... 36 III.2.2.4. Localisation des variations des stocks de carbone du sol ...... 38 III.3. TENEUR ET STOCK D’AZOTE DU SOL ...... 40 III.3.1. Teneur en azote du sol ...... 40 III.3.1.1. Teneur en azote en fonction des horizons du sol ...... 40 III.3.1.2. Teneur en azote en fonction des zones de prélèvement...... 40 III.3.1.3. Teneur en azote en fonction des types de sol...... 42 III.3.2. Stock d’azote du sol ...... 44 III.3.2.1. Stock d’azote en fonction des horizons du sol ...... 44 III.3.2.2. Stock d’azote en fonction des zones de prélèvement ...... 44 III.3.2.3. Stock d’azote en fonction des types de sol ...... 46 III.3.2.4. Localisation des variations des stocks d’azote du sol ...... 48 III.4. RELATION ENTRE CARBONE ET AZOTE...... 50 III.4.1. Rapport carbone sur azote ...... 50 III.4.2. Corrélation des teneurs et des stocks de carbone et d’azote du sol...... 51 III.4.2.1. Corrélation des teneurs en carbone et en azote du sol ...... 51 III.4.2.2. Corrélation des stocks de carbone et d’azote du sol ...... 51 PARTIE IV : DISCUSSIONS ...... 53 IV.1. VARIABILITE DES DENSITES APPARENTES DU SOL...... 53 IV.2. TENEUR ET STOCK DE CARBONE DU SOL...... 53 IV.3. TENEUR ET STOCK D’AZOTE DU SOL ...... 54 IV.4. EFFET DES ZONES DE PRELEVEMENT EN RELATION AVEC LES TYPES DE SOL SUR LES TENEURS ET LES STOCKS DE CARBONE ET D’AZOTE ...... 55

IV.4.1. Effet des zones de prélèvement en relation avec les groupes de sols ferrallitiques sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote ...... 55 IV.4.2. Effet des zones de prélèvement en relation avec les groupes des andosols sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote ...... 56 IV.5. EFFET DES TYPES DE SOL SUR LES TENEURS ET LES STOCKS DE CARBONE ET D’AZOTE ...... 56 IV.5.1. Effet des groupes de sols ferrallitiques les teneurs et les stocks de carbone et d’azote .....56 IV.5.2. Effet des groupes des andosols sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote ...... 57 IV.6. REPONSES AUX HYPOTHESES ...... 57 IV.7. PERSPECTIVES D’AVENIR ...... 58 CONCLUSION ...... 59 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... 60 ANNEXES ...... a

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Cycle du carbone (FAO, 2008)...... 4 Figure 2 : Flux net de carbone entre terre et atmosphère (IGBP, 1998 et IPCC, 2000)...... 5 Figure 3 : Carte des stocks de carbone organique des sols de Madagascar (Grinand et al., 2009)...... 7 Figure 4 : Cycle de l’azote (Söderlund et Svensson, 1976)...... 11 Figure 5 : Carte administrative de la région de Vakinankaratra (PRDR, 2007)...... 19 Figure 6 : Localisation de 72 parcelles de prélèvements par GPS sur la carte pédologique de la région de Vakinankaratra (FTM, 2003)...... 22 Figure 7 : Schéma du carré de prélèvement...... 23 Figure 8 : (a) Profil de la densité apparente et (b) distribution de la densité apparente par horizon...... 29 Figure 9 : (a) Profil des teneurs en C et (b) distribution des teneurs en C par horizon...... 30 Figure 10 : Profil des teneurs en C en fonction des zones de prélèvement...... 31 Figure 11 : Distribution des teneurs en C en fonction des zones de prélèvement et par horizon...... 32 Figure 12 : Profil des teneurs en C en fonction des types de sol...... 33 Figure 13 : Distribution des teneurs en C en fonction des types de sol et par horizon...... 33 Figure 14 : (a) Profil des stocks de C et (b) distribution des stocks de C par horizon...... 34 Figure 15 : Profil des stocks de C en fonction des zones de prélèvement...... 35 Figure 16 : Distribution des stocks de C en fonction des zones de prélèvement et par horizon...... 36 Figure 17 : Profil des stocks de C en fonction des types de sol...... 37 Figure 18 : Distribution des stocks de C en fonction des types de sol et par horizon...... 37 Figure 19 : Localisation des variations des stocks de C des 72 parcelles de prélèvement...... 39 Figure 20 : (a) Profil des teneurs en N et (b) distribution des teneurs en N par horizon...... 40 Figure 21 : Profil des teneurs en N en fonction des zones de prélèvement...... 41 Figure 22 : Distribution des teneurs en N en fonction des zones de prélèvement et par horizon...... 42 Figure 23 : Profil des teneurs en N en fonction des types de sol...... 43 Figure 24 : Distribution des teneurs en N en fonction des types de sol et par horizon...... 43 Figure 25 : (a) Profil des stocks de N et (b) distribution des stocks de N par horizon...... 44 Figure 26 : Profil des stocks de N en fonction des zones de prélèvement...... 45 Figure 27 : Distribution des stocks de N en fonction des zones de prélèvement et par horizon...... 46 Figure 28 : Profil des stocks de N en fonction des types de sol...... 47 Figure 29 : Distribution des stocks de N en fonction des types de sol et par horizon...... 47 Figure 30 : Localisation des variations des stocks de N des 72 parcelles de prélèvement...... 49 Figure 31 : (a) Profil du rapport C/N et (b) distribution du rapport C/N par horizon...... 50 Figure 32 : Analyses des régressions des teneurs en C et N du sol par horizon...... 51 Figure 33 : Analyses des régressions des stocks de C et N du sol par horizon...... 52 Figure 34 : Carte de la végétation de la région de Vakinankaratra (PRDR, 2007)...... e

i

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Potentiel de fourniture d’azote par le sol en fonction de la minéralisation (Lca, 2008). ....16 Tableau 2 : Vitesse de décomposition de la matière organique du sol en fonction de leur rapport C/N (Lca, 2008)...... 16 Tableau 3 : Zones de prélèvement le long des routes nationales N°7 et N°34 (Auteur, 2014)...... 20 Tableau 4 : Groupes de sols présents dans la zone d’étude (Auteur, 2014)...... 21 Tableau 5 : Cadre opératoire (Auteur, 2014)...... 29 Tableau 6 : Densités apparentes du sol en g.cm-3 pour les trois profondeurs d’analyse...... 29 Tableau 7 : Teneur en C en g.kg-1 pour les trois profondeurs d’analyse...... 30 Tableau 8 : Teneur en C en g.kg-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse...... 31 Tableau 9 : Teneur en C en g.kg-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. ..32 Tableau 10 : Stock de C en Mg.ha-1 pour les trois profondeurs d’analyse...... 34 Tableau 11 : Stock de C en Mg.ha-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse...... 35 Tableau 12 : Stock de C en Mg.ha-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse...... 36 Tableau 13 : Teneur en N en g.kg-1 pour les trois profondeurs d’analyse...... 40 Tableau 14 : Teneur en N en g.kg-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse...... 41 Tableau 15 : Teneur en N en g.kg-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse.42 Tableau 16 : Stock de N en Mg.ha-1 pour les trois profondeurs d’analyse...... 44 Tableau 17 : Stock de N en Mg.ha-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse...... 45 Tableau 18 : Stock de N en Mg.ha-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse...... 46 Tableau 19 : Rapport C/N pour les trois profondeurs d’analyse...... 50

ii

LISTE DES EQUATIONS

Equation 1 : Réaction de titrage du bichromate par le sel de Mohr ...... 9 Equation 2 : Réaction d’oxydation du carbone ...... 9 Equation 3 : Formule de la teneur en carbone selon la méthode « Walkley et Black » ...... 9 Equation 4 : Equation de transformation de l’azote atmosphérique en ammonium...... 12 Equation 5 : Equation de transformation de l’ammonium en ammoniac gazeux...... 12 Equation 6 : Equation de transformation de l’ammonium en nitrite puis en nitrate...... 13 Equation 7 : Equation de transformation de l’ammonium en nitrite...... 13 Equation 8 : Equation de transformation du nitrite en nitrate...... 13 Equation 9 : Equation de transformation du nitrate en azote atmosphérique...... 14 Equation 10 : Formule de la densité apparente du sol...... 25 Equation 11 : Formule du stock de carbone du sol ...... 27 Equation 12 : Formule du stock d’azote du sol ...... 27

LISTE DES CLICHES

Cliché 1 : Dosage du bichromate de potassium en excès par le sel de Mohr (Rakotovao, 2013)...... 9 Cliché 2 : Prélèvement de sol par carottage (Razanamahandry, 2014)...... 23 Cliché 3 : Prélèvement de sol au cylindre (Razanamahandry, 2014)...... 24 Cliché 4 : (a) Séchage des échantillons de sol sous serre, (b) broyage des échantillons de sol et (c) échantillon de sol broyé à 0,02 mm (Razanamahandry, 2014)...... 25 Cliché 5 : (a) Pesage des échantillons de sol, (b) échantillons de sol dans des aliquotes et (c) séchage des échantillons de sol dans l'étuve (Razanamahandry, 2014)...... 26 Cliché 6 : (a) Capsules et matériels utilisés pour les analyses au CHN et (b) portoir numéroté portant des échantillons de sol pour les analyses au CHN (Auteur, 2014)...... 26

iii

LISTE DES ABREVIATIONS

ADEME : Agence de l'Environnement et de la Maitrise de l’Energie ANOVA : Analyse Of Variance (Analyse de la variance) BIOVA : BIOmasses Végétales et Animales CIRAD : Centre International de Recherche Agronomique pour le Développement COS : Carbone Organique du Sol CHN : Carbone-Hydrogène-Azote CPCS : Commission de Pédologie et de Cartographie des Sols CRA : Centre Régional Agrhymet DEA : Diplôme d’Etudes Approfondies Eco&sols : Ecologie fonctionnelle et Biogéochimie des sols ESSA : Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques FAO : Food Agriculture organization FIFAMANOR : FIompiana FAmbolena MAlagasy NORveziana FOFIFA : FOibe FIkarohana ampiharina amin’ ny FAmpandrosoana ny eny ambanovohitra FTM : Foibe Taosaritanin’i Madagasikara GIEC : Groupe Intergouvernemental d’Experts sur l’évolution du Climat GPS : Global Positioning System GTDR : Groupes de Travail pour le Développement Rural IFEN : Institut Français de l’Environnement IGBP : Programme International Géosphère-Biosphère INRA : Institut National pour les Recherches Agronomiques IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change IRD : Institut de Recherche pour le Développement LRI : Laboratoire des RadioIsotopes MAEP : Ministère de l’Agriculture, de l’Elevage et de la Pêche MO : Matière Organique ORSTOM : Office de la Recherche Scientifique et Technique d’Outre-Mer PRDR : Programme Régional de Développement Rural RN : Route Nationale QGIS 2.0.1 : Logiciel de Système d’Information Géographique SIG : Système d’Information Géographique UMR : Unité Mixte de Recherche XLSTAT2008 : Logiciel de traitement des données statistiques

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LISTE DES UNITES ET SYMBOLES CHIMIQUES

°C : Degré Celsius C : Carbone C/N : Rapport carbone sur azote cm3 : Centimètre cube

CO2 : Dioxyde de carbone 2- Cr2 O7 : Ion bichromate g.kg-1 : Gramme par kilogramme g C.kg-1 : Gramme de carbone par kilogramme g N.kg-1 : Gramme d’azote par kilogramme Gt : Gigatonne H+ : Ion hydrogène ou proton

H2O : Eau

H2SO4 : Acide sulfurique ha : Hectare

K2Cr2O7 : Bichromate de potassium Kg : Kilogramme Mg : Mégagramme Mg.ha-1 : Mégagramme par hectare Mg C.ha-1 : Mégagramme de carbone par hectare Mg N.ha-1 : Mégagramme d’azote par hectare mg : Milligramme N : Azote

N2 : Diazote

NH3 : Ammoniac + NH4 : Ion ammonium - NO2 : Ion nitrite - NO3 : Ion nitrate

O2 : Oxygène OH- : Ion hydroxyde T : Tonne T.ha-1 : Tonne par hectare

v

GLOSSAIRE

Andosol : Sol humique peu évolué de montagne comportant un horizon supérieur riche en matière organique et une roche mère d’origine volcanique (Aquaportail, 2007). Azote : Constituant majoritaire de l'atmosphère terrestre et représentant presque les 4/5e de l'air soient 78,06 % en volume (Encarta, 2009). Biodisponibilité : Propriété d’une espèce chimique ou d’un élément présent dans le sol d’être plus ou moins facilement absorbé par les organismes vivants le plus souvent via la solution du sol. Lorsqu’il s’agit d’une plante, on parle de phytodisponibilité. La biodisponibilité et la phytodisponibilité sont des potentiels résultant de la nature des espèces chimiques présentes dans la solution du sol lesquelles dépendent largement des propriétés physico-chimiques et microbiologiques du milieu du sol (Aquaportail, 2007). Carbone : Premier élément constitutif de la matière organique composant les êtres vivants (Encarta, 2009). Densité apparente : Masse de sol sec par unité de volume brut exprimé en g.cm-3. Le volume brut est calculé avant séchage du sol par étuvage à 105°C (Longomba et Bishosha, 2009). Ferralsol : Sol très évolué à kaolinite, ne renfermant pas de minéraux altérables en quantité significative, à faible teneur en cations et sans horizon argilique (Aquaportail, 2007). Flux de carbone : Taux d’échange de carbone d’un réservoir à un autre (IPCC, 2001). Matière organique : Désigne tout produit issu des organismes vivants, animal ou végétal, retourné au sol qui se décompose selon différents processus biologiques et chimiques (Kone et al., 2008). Minéralisation : Ultime phase de la transformation des substances organiques, ensemble de réaction biochimique libérant des éléments chimiques sous la forme minérale grâce à l’intervention des microorganismes (Aquaportail, 2007). Refus : Eléments supérieurs à 2 mm de diamètre (Collinet, 1969). Sol ferrallitique : Appelé « Ferralsol » dans la classification FAO et « Oxisol ou Ultisol » dans la classification américaine. Sols profonds, caractérisés par une décomposition très poussée des minéraux primaires, à l’exception des roches quartzeuses. Cette altération a permis la formation de la kaolinite, qui est le constituant caractéristique de ce sol (Duchaufour, 1954 ; Bourgeat et Aubert, 1971). Stock : Quantité absolue de substances préoccupantes stockées dans un réservoir à un moment donné (GIEC, 2001). Le stock de carbone est la quantité absolue de carbone que renferme un réservoir à une période donnée (IPCC, 2007).

Stockage : Processus de rétention du CO2 piégé de façon à ce qu’il ne puisse pas atteindre l’atmosphère (GIEC, 2007). Système d’information géographique : Système informatique permettant de créer, d'organiser et de présenter des données alphanumériques spatialement référencées (géoréférencées), et de produire des plans et des cartes (Aquaportail, 2007).

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PRESENTATION DU PROJET BIOVA ET DE SES PARTENAIRES

Lancé officiellement au mois d’Avril 2013 par le FIFAMANOR et financé par l’Union Africaine, le projet BIOVA s’intéresse au recyclage des biomasses végétales et animales dans les systèmes d’agriculture et d’élevage. Ce projet se fixe pour objectif général de sécuriser la production alimentaire dans les exploitations agricoles familiales par le recyclage des résidus issus de l’agriculture et de l’élevage. Il s’agit, à cet effet, de promouvoir l’acquisition de connaissances et de techniques agro-écologiques innovantes pour une gestion optimisée des biomasses dans les régions où les activités d’agriculture et d’élevage interagissent étroitement. L’adoption du projet BIOVA est mise en relation avec la réduction de la fertilité des sols qui est l’une des causes majeures de la baisse de la productivité agricole des exploitations familiales en Afrique, ce qui induit une forte hausse des demandes en produits alimentaires, une grande vulnérabilité économique des agriculteurs et un risque élevé d’insécurité alimentaire. De ce fait, le recyclage des résidus constitue une solution efficace pour réapprovisionner les sols en nutriments et réduire ce risque d’insécurité alimentaire auquel sont soumis les agriculteurs. Dans de nombreux systèmes de production agricole d’Afrique, le recyclage des résidus de culture et des effluents d’élevage constitue les seules sources accessibles de retour des nutriments (azote, phosphore) sur les parcelles agricoles. L’animal représente donc un levier essentiel pour améliorer la fertilité des sols par sa capacité à intégrer, transformer, valoriser et recycler les nutriments. Cependant, dans une exploitation mixte d’agriculture et d'élevage, l’efficience des flux de biomasses doit être envisagée à chacune des étapes du cycle de transfert depuis la production des biomasses organiques (fourrages, résidus de culture et couverts végétaux) en passant par la collecte et la gestion de ces biomasses puis par la minéralisation dans le sol en éléments minéraux. Les pays ciblés pour la mise en application des actions de BIOVA sont Madagascar et le Mozambique représentant à eux seuls 1 393 590 km2 de superficie dont 46 millions d’hectares de surface agricole. Soumis à des contraintes et à des conditions similaires, les deux pays seront appuyés par l’expertise des partenaires de France (CIRAD et IRD), de La Réunion (ARP) et de la Belgique (CRA-W). Pour Madagascar, les sites d’interventions de ce projet sont situés dans la zone du Vakinankaratra, de Kianjasoa, d’Ivory, d’Ankazomiriotra, dans le Moyen Ouest et dans le Sud. Ce projet réunit dix partenaires dont sept organismes de recherche (FIFAMANOR, FOFIFA, LRI, IIAM, CIRAD, IRD et CRA-W), deux organismes d’enseignement (ESSA et UEM) et un organisme d’appui en encadrement (ARP) (Cf. Annexe 1). vii

INTRODUCTION

INTRODUCTION

Les études axées sur la préservation du patrimoine « sol » attirent de plus en plus d’intérêts durant ces dernières décennies étant donné le rôle important qu’il tienne pour assurer la survie de l’Homme. D’une part, le sol constitue à la fois un support et une source de nutriment pour les végétaux, bases alimentaires des animaux. Il est aussi un mélange de constituants minéraux et organiques, d'air, d'eau et d'organismes vivants. La production agricole dépend de plusieurs facteurs, entre autre, la fertilité des sols et la biodisponibilité des nutriments indispensables au développement des plantes (Gobat et al., 2010). Il constitue donc une ressource naturelle assurant de nombreuses fonctions essentiellement dans la production d’alimentation et de biomasse. Et étant une ressource non renouvelable, sa dégradation peut être très rapide, cependant, il faut de l’ordre de la centaine de milliers d’années pour le reconstituer. Ce qui lui confère donc le statut de ressource naturelle à préserver (Henault, 2009). D’autre part, le défi mondial en matière de sécurité alimentaire est de produire assez de nourriture pour 9 milliards de population en 2050 (Nature, 2010). Ce défi exige beaucoup du domaine de l’agriculture et notamment des ressources naturelles comme le sol qui est à la base de toute production agricole. Au niveau planétaire, le sol représente le réservoir de carbone organique le plus important avec près de 1500 Gigatonnes de carbone (milliards de tonnes de carbone) stockés dans le premier mètre du sol. Ceci équivaut à deux fois plus le carbone atmosphérique et à trois fois plus que la végétation terrestre (Gontier, 2010). Ainsi, une relative légère modification sur le flux de carbone séquestré ou émis par le compartiment sol pourrait-elle être significative à l’échelle globale, d’où l’intérêt croissant porté sur les études axées sur la teneur et le stockage du carbone organique dans les sols. Mais aussi, il est important de connaître le potentiel offert par ce puits à travers des diverses pratiques et usages. Parallèlement, les études sur l’azote du sol sont de plus en plus poussées. Selon Dridi et Gallali (2006), le sol contient 2 à 10 tonnes par hectares d’azote essentiellement sous forme organique dans les trente premiers centimètres. Par ailleurs, le secteur agricole est au premier plan des domaines les plus exploitables en termes de stockage de carbone et d’azote des sols. En effet, les sols agricoles représentent une alternative en matière de stockage de carbone. La capacité de stockage de carbone dans ces sols agricoles varie en fonction de la proportion en matière organique. De plus, la matière organique du sol constitue un réservoir temporaire de carbone organique (58 % en moyenne), pouvant agir comme source ou puits de carbone vis-à-vis de l’atmosphère (IFEN, 2007). Ce qui constitue donc un compartiment essentiel en termes de quantité de carbone stockée. Cependant, elle ne constitue qu’un réservoir transitoire de carbone car sa décomposition par les microorganismes libère à nouveau le dioxyde de carbone dans l’atmosphère (Balesdent, 1996 In Quenea, 2004). En outre, l’azote est devenu un élément chimique prépondérant dans le sol et dans l’obtention d’une meilleure production. En effet, il représente 40 à 50% des quantités prélevées par les cultures en cas d’apport de fertilisant (Adrien, 2006). 1

INTRODUCTION La présente étude est réalisée dans le cadre du projet BIOVA. Ce projet œuvre essentiellement dans la gestion du recyclage des biomasses d’origine végétales et animales, produites sur une exploitation agricole dans la zone de production laitière de Vakinankaratra. Ce qui permettra d’améliorer conjointement l’alimentation des animaux et la fertilité des sols agricoles dans cette zone. Ainsi, une meilleure caractérisation chimique des sols des exploitations paysannes intégrant l’agriculture et l’élevage constituera un point de repère indispensable pour juger de la capacité de stockage du sol en élément nutritif et de l’évolution de la fertilité de ce sol. En d’autre terme, la présente étude est essentiellement axée sur la détermination des teneurs et des stocks de carbone et d’azote des sols des parcelles de fourrages paysannes dans la zone de production laitière de Vakinankaratra et sur l’établissement des cartes des variations des stocks de carbone et d’azote des sols concernées par ce projet. Pour sa part, cet écrit de recherche sera subdivisé en quatre parties. Après cette partie introductive, cet ouvrage débutera par une revue de l’état des connaissances sur l’intérêt porté à l’étude du carbone et de l’azote du sol et aux relations existant entre ces deux éléments chimiques. S’en suivra après les matériels et méthodes dans lesquels seront énoncés les problématiques et les hypothèses ainsi que la méthodologie adoptée tout au long du travail. Les résultats seront ensuite présentés, interprétés et feront objet de discussions afin d’en déduire des perspectives d’avenir pour la présente étude. Pour terminer, une conclusion sur l’aboutissement de l’étude sera rédigée.

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ETAT DES CONNAISSANCES PARTIE I : ETAT DES CONNAISSANCES I.1. Carbone du sol I.1.1. Matière organique et carbone du sol Pouvant parfois être conservée dans le sol pendant des siècles, voire des millénaires (Corbeels, 2006 ; Raharimalala, 2013), la matière organique est constituée essentiellement par des substances carbonées. La matière organique est donc un mélange complexe de composés organiques hétérogènes provenant des résidus végétaux et animaux et formés via les réactions de décomposition, de synthèse et de polymérisation (Kone et al., 2008). Elle représente 1 à 10 % de la masse du sol et est constituée, en moyenne, de 47 % de carbone, 44 % d’oxygène, 7 % d’hydrogène, 2 % d’azote et 1 % d'autres composés (Aquaportail, 2007). Elle libère du dioxyde de carbone et des composés organiques en se décomposant sous l’influence du climat et des conditions ambiantes du sol (CEAE, 2006).

I.1.1.1. Rôles et facteurs d’évolution de la matière organique du sol La matière organique du sol assure une fonction importante dans la détermination de la fertilité et de la productivité des sols (Feller et Beare, 1997). Elle joue aussi des rôles essentiels sur la physique du sol à travers la structure, sur la chimie du sol en agissant au niveau du cycle de la nutrition minérale des plantes et sur la biologie du sol en intervenant d’une manière directe ou indirecte sur les activités biologiques du sol (Balesdent, 1996). Sa protection est considérée comme un facteur critique pour la stabilité des sols tropicaux et subtropicaux très altérés (Feller et Beare, 1997 ; Balesdent et al., 2000). La matière organique du sol assume également de nombreuses fonctions environnementales en participant au maintien de la qualité de l’eau par leur forte capacité de rétention des polluants organiques (pesticides, hydrocarbures) et minéraux (éléments traces métalliques) ; et en influençant la qualité de l’air par le stockage ou l’émission de gaz à effet de serre (rôle de puits ou d’émetteur de carbone principalement sous forme de dioxyde de carbone) (Duparque et Rigalle, 2006). Une perte de matière organique du sol se traduit invariablement par une réduction de la qualité des sols et une altération des fonctions associées à celles-ci entraînant la dégradation des sols, le déclin de la productivité agronomique, l’insécurité alimentaire, la malnutrition et la famine (CRA, 2013). Pour y pallier, les principaux facteurs jouant sur l'évolution de la matière organique du sol sont la végétation (à savoir l’apport de résidus et la composition de la plante), les facteurs climatiques (notamment la température et les conditions d'humidité) et les propriétés des sols (comme la texture, la teneur en argile, la minéralogie et l’acidité). Egalement, des méthodes sont actuellement développées pour favoriser l’augmentation de la matière organique du sol à travers l’agriculture de conservation. Elle implique un labour minimal ou un non-labour et une couverture protectrice continue faite de matériel végétal vivant ou mort sur la surface du sol (Razafimbelo, 2005). De ce fait, augmenter la matière organique du sol améliore directement la qualité et la fertilité du sol contribuant ainsi à la résilience et à la durabilité de l’agriculture et de fait, à la sécurité alimentaire des sociétés tout en séquestrant du carbone (CRA, 2013).

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ETAT DES CONNAISSANCES I.1.1.2. Cycle du carbone Le carbone est un élément très répandu sur terre. Il est présent dans les océans, les couches superficielles du sol, les réserves de carbones fossiles, la roche mère, l'atmosphère et la biomasse végétale. Le cycle du carbone se fait entre ces grands réservoirs de carbone : l'hydrosphère, la lithosphère, l'atmosphère et la biosphère (FAO, 2008). Le cycle global du carbone est représenté par le transfert ou l’échange de carbone entre les grands réservoirs de carbone selon des processus naturels tels que la photosynthèse, la respiration et l’oxydation des roches fossiles. Ces réservoirs sont soient des sources ou des puits de carbone. Les puits de carbone absorbent le carbone d'une autre partie du cycle du carbone alors que les sources de carbone libèrent du carbone. Le carbone est en permanence absorbé à partir du dioxyde de carbone (CO2) de l’air, stocké dans les plantes, dans les sols et dans d’autres êtres vivants ou réservoirs, puis utilisé et rejeté sous la forme de dioxyde de carbone dans l’atmosphère (FAO, 2008) (Figure 1).

Figure 1 : Cycle du carbone (FAO, 2008).

I.1.2. Importance du carbone organique du sol Dans le sol, le carbone se retrouve sous deux formes : le carbone organique et le carbone inorganique. Le carbone organique est produit par des organismes vivants lié à d'autres carbones ou à d’autres éléments comme l'hydrogène, le phosphore ou l’azote. Le carbone inorganique est associé à des composés inorganiques comme les carbonates et les bicarbonates (CEAE, 2006). Le carbone organique du sol est la forme de carbone la plus importante dans le domaine agronomique car il est l’un des principaux constituants de la matière organique. Mais, il présente un intérêt majeur en raison des enjeux agronomiques (fertilité physique, chimique et biologique des sols) et environnementaux (qualité de l’eau et stockage de carbone) qui lui sont liés (Vigot, 2012). 4

ETAT DES CONNAISSANCES Le carbone organique du sol offre plusieurs avantages sur le plan environnemental et agricole. D’une part, la séquestration de carbone dans le sol permet d'améliorer les propriétés physico-chimiques du sol et de réduire la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère (Razafimbelo, 2005). D’autre part, il affecte la dynamique et la biodisponibilité des principaux éléments nutritifs ; favorise l’agrégation et la stabilité de la structure du sol (Robert, 2002). Le carbone a une forte corrélation avec la qualité du sol et influence cinq grandes fonctions du sol (Larson et Pierce, 1991) : la capacité à accepter, retenir et libérer des éléments nutritifs ; à accepter, retenir et libérer de l'eau à la fois pour les plantes, la surface et les nappes souterraines ; à promouvoir et soutenir la croissance des racines ; à maintenir l'habitat biotique convenable ; à répondre à la gestion et résister à la dégradation. En outre, le carbone organique du sol représente le plus grand réservoir en interaction avec l'atmosphère. Selon la Figure 2 (IGBP, 1998 et IPCC, 2000), il est estimé entre 1500 et 2000 Gt de carbone (milliards de tonnes) pour une couche de 1m de profondeur. Dans les trente premiers centimètres du sol, cette quantité de carbone organique est estimée à 700 Gt de carbone (milliards de tonnes) (Blanchart et al., 2009). Le carbone inorganique, capturé dans des formes plus stables comme les carbonates, ne représente qu’à peu près 750 Gt de carbone. La végétation et l'atmosphère emmagasinent respectivement 650 et 750 Gt de carbone.

Figure 2 : Flux net de carbone entre terre et atmosphère (IGBP, 1998 et IPCC, 2000).

Les flux entre le carbone organique du sol et l'atmosphère sont importants et peuvent être positifs

(séquestration) ou négatifs (émission de CO2) (FAO, 2008). Le flux principal correspond à l’équilibre entre la photosynthèse (stockage de carbone dans la végétation) et la minéralisation de la matière organique (émission de carbone), ce flux correspondant à 120 Gt de carbone par an. Egalement, les sols jouent le rôle de puits ou d’émetteur de carbone, principalement sous forme de CO2 (INRA,

2012). En ce sens qu’ils émettent à la fois du CO2 (respiration des racines et des microorganismes) et piègent du carbone organique (via la photosynthèse et la transformation des résidus des plantes en humus). La combustion des combustibles fossiles (6,5 Gt de carbone par an) explique pour une large part l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère (plus de 3,5 Gt de carbone par an) et les changements climatiques associés à ces émissions. Par conséquent, les actions qui visent à stocker du

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ETAT DES CONNAISSANCES carbone dans les sols contribuent à atténuer le changement climatique (en ralentissant l’augmentation du taux de CO2 dans l’atmosphère) et à une gestion agronomique durable. En revanche, des modifications d’usages des terres, comme la déforestation et certaines pratiques agricoles inadaptées comme le brûlis, peuvent conduire à une libération nette du carbone des sols dans l’atmosphère (CRA, 2013).

I.1.3. Stockage du carbone organique dans le sol Le compartiment sol est un élément central des réflexions en termes de flux de carbone. Les sols mondiaux retiennent l'équivalent de trois fois la teneur en carbone organique de la biomasse et deux fois celle de l'atmosphère (Gontier, 2010). Ils contiennent environ 1500 Gt de carbone organique dans 1m de profondeur (Blanchart et al., 2009). Augmenter ce stock limite le flux net de gaz à effet de serre vers l'atmosphère. Il est donc important de favoriser l'accumulation à plus ou moins long terme de la matière organique du sol au travers des changements d'occupation des sols et des pratiques agricoles, ce qui accroît la durée de stockage du carbone organique dans les sols (INRA, 2012). En outre, toutes modifications ou gestion des terres entraînent généralement des variations de stocks de carbone du sol. En effet, tout changement de mode d’usage des terres peut avoir des effets considérables sur leur capacité à stocker ou à libérer du carbone (Guo et Gifford, 2002). Elles peuvent donc affecter la macrofaune du sol (densité, biomasse et diversité) et la dynamique du carbone du sol elle-même (Blanchart et al., 2009). En d’autre terme, une variation très faible du stock contenu dans les trente premiers centimètres du sol pourrait soit annuler le puits terrestre soit permettre d’absorber l’accroissement annuel de la teneur en CO2 atmosphérique (Bernoux, 2007). Différents écosystèmes stockent des quantités de carbone variables en fonction de leurs compositions d'espèces, du type de sol, du climat, du relief et d'autres caractéristiques biophysiques. Pour le compartiment sol, la quantité de carbone stockée dépend des apports des résidus organiques mais aussi des pertes sous formes solides par les érosions particulaires, solubles par le ruissellement ou la lixiviation, et gazeuses par la minéralisation du carbone (Blanchart et Bernoux, 2005 ; Razafimbelo, 2011). De plus, certains facteurs pédologiques peuvent influencer la capacité à stocker du carbone (texture du sol, minéralogie des argiles, profondeur, densité apparente, aération et proportion des fragments grossiers). Dans les conditions normales d’aérobie des sols, la majorité du carbone apporté est labile (fraction active) et une petite fraction (1%) de ce qui entre dans le sol s’accumule dans la fraction stable qu’est la fraction humique (Robert, 2002). Pour Madagascar, compte tenu de l’importance des types de sols et de végétation, Grinand et al. (2009) ont pu élaborer une carte des stocks de carbone organique du sol dans les trente premiers centimètres du sol, par la combinaison des cartes du sol et de végétation de Madagascar (Figure 3).

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ETAT DES CONNAISSANCES

Figure 3 : Carte des stocks de carbone organique des sols de Madagascar (Grinand et al., 2009).

La quantité de carbone varie selon les types de sols. Les Ferralsols (Oxisols et Ultisols), principaux sols de Madagascar et couvrant près de la moitié de la surface de l’Ile, figurent parmi les cinq grandes catégories de sol stockant une grande quantité de carbone (Eswaran et al., 1993). En général, la quantité mondiale du carbone organique séquestrée dans les sols ferralitiques tourne autour de 280 Gt pour la profondeur de sol de 1m, soit environ 10 % des stocks organiques continentaux (Andreux et al., 1996). Pour Madagascar, les Ferralsols stockent en moyenne 61,3 Mg C.ha-1 dont les valeurs varient entre 5 et 163,2 Mg C.ha-1.

I.1.4. Dynamique du carbone organique dans le sol Le stock de carbone organique présent dans les sols naturels présente un équilibre dynamique entre les apports de débris végétaux et la perte due à leur décomposition. L’évolution de ce stock de carbone organique résulte donc de cet équilibre entre le volume des apports végétaux au sol et la vitesse de minéralisation (Balesdent et al., 2000). En outre, la minéralisation du carbone organique du sol est plus rapide en milieu tropical qu’en milieu tempéré. Néanmoins, les stocks de carbone sont souvent plus élevés dans les sols tropicaux en raison des conditions climatiques favorables à une productivité végétale abondante (INRA, 2012). Certains changements d’usages ou de pratiques agricoles favorisent

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ETAT DES CONNAISSANCES le stockage de carbone dans les sols, comme la conversion des cultures en prairies ou en forêts. Au contraire, la mise en culture des prairies ou des forêts entraîne une diminution du stock de carbone. A titre d’exemple, dans les sols agricoles français, le stock de carbone organique du sol connaît une perte estimée à 6 millions de tonnes de carbone par an, soit près de 0,2 % entre les périodes 1990-1995 et 1999-2004. Néanmoins, les sols forestiers ont stocké de l’ordre de 0,7 million de tonnes par an sur la même période (IFEN, 2007). Par ailleurs, la teneur en carbone organique du sol est considérée comme l'indicateur principal de la qualité des sols à la fois pour leurs fonctions agricoles et environnementales. En effet, elle varie selon le mode d’usage des sols et les conditions climatiques. Dans les sols des régions sèches, elle est inférieure à 1% de la masse du sol. Cependant, dans les sols des régions tempérés, elle atteint 1-2 % dans les sols cultivés et 4-5 % dans les sols sous prairie ou sous forêt (CRA, 2013). Le temps de résidence du carbone organique du sol est également une variable à ne pas négliger dans cette étude. Il est influencé par des paramètres climatiques, pédologiques et anthropiques (Girard et al., 2005). Dans les sols cultivés français, le temps moyen de résidence du COS dans les premiers centimètres est d’environ 10 ans. Les 20 à 30 premiers centimètres du sol contiennent plus de la moitié de carbone organique et environ 80 % des flux de renouvellement y prennent place (Elzein et Balesdent, 1995). En effet, la minéralisation augmente avec la température en limitant le temps de résidence du COS. La production de carbone organique est corrélée avec la pluviométrie. Les stocks de carbone sont plus faibles dans les régions chaudes et sèches. Sur le fonctionnement des sols, l’engorgement et l’acidité permanente augmentent le temps de résidence du COS en formant des tourbes en conditions froides dans le long terme. Ce temps de résidence augmente également en présence d’aluminium libre à travers une protection physico-chimique des matières organiques du sol ; et de même pour la teneur et la nature des argiles. D’autres sources auraient tendance à augmenter ce temps de résidence, entre autre, la fréquence des anaérobioses induit un rendement microbien moindre. La fréquence de dessication du sol, la teneur en carbonates de calcium et magnésium contribuent à l’insolubilisation et l’adsorption des matières organiques du sol. La proportion de calcium et magnésium échangeables et la teneur en calcaire actif assurent une protection physique des matières organiques du sol. Les carences en azote et phosphore disponibles limitent l’activité des microorganismes. Enfin, les activités humaines limitent le temps de résidence du COS à travers le labour par la suppression des protections des matières organiques des sols. En détruisant périodiquement les mottes et les agrégats et en laissant le sol exposé à l’action désagrégeant de la pluie, le travail du sol tend à diminuer la protection des matières organiques des sols et donc à accélérer les phénomènes de dégradation, soit l’effet inverse des argiles (Girard et al., 2005).

I.1.5. Dosage du carbone organique du sol Le dosage du carbone organique du sol se fait selon deux grands types d’analyse : les déterminations suite à une oxydation de la matière organique par du bichromate de potassium (méthode « Walkley et Black ») et les déterminations par combustion dans un analyseur élémentaire type CH ou CHN.

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ETAT DES CONNAISSANCES La méthode « Walkley et Black » consiste à oxyder la matière organique sans chauffage externe par une solution sulfurique de bichromate de potassium (K2Cr2O7) en excès. On considère que la chaleur de dissolution de H2SO4 (120 °C) est suffisante pour oxyder 77 % du carbone. L’excès de bichromate de potassium est ensuite dosé par une solution de fer ferreux, le sel de Mohr : (NH4)2 Fe (SO4)2. Le dosage est effectué à l’aide du titrateur crison qui est muni d’une électrode redox permettant de détecter la différence de potentiel au sein de la solution à doser permettant de déterminer la quantité de sel de Mohr ayant réagi avec le bichromate en excès. La quantité de sel de Mohr versée dans la solution à doser permet de calculer la quantité de carbone organique présente dans le sol (Cliché 1).

Cliché 1 : Dosage du bichromate de potassium en excès par le sel de Mohr (Rakotovao, 2013).

La réaction de titrage du dichromate par le sel de Mohr s'écrit suivant l’équation 1 et la réaction d'oxydation du carbone est représentée par l’équation 2.

2- 2+ + 3+ 3+ Cr2O7 + 6 Fe + 14 H => 2 Cr + 6 Fe + 7 H2O

Equation 1 : Réaction de titrage du bichromate par le sel de Mohr.

2- + 0 3+ 2 Cr2O7 + 16 H + 3 C => 4 Cr + 3 CO2 + 8 H2O

Equation 2 : Réaction d’oxydation du carbone.

Quant à l’expression des résultats, 5 ml de bichromate correspond à 19,5 mg de carbone, la formule de la teneur en carbone s’écrit comme suit :

Equation 3 : Formule de la teneur en carbone selon la méthode « Walkley et Black ».

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ETAT DES CONNAISSANCES

o -1 Avec C /oo : Poids de carbone en g pour 1000 g de terre (g C.kg )

Vt : Volume de sel de Mohr 0,5 N pour le témoin (ml)

Vs : Volume de sel de Mohr 0,5 N pour l'échantillon (ml) P : Prise d'essai (g)

La microanalyse élémentaire organique, avec un microanalyseur de type CH ou CHN, permet de déterminer une ou plusieurs teneurs élémentaires à partir de prélèvements analytiques de l'ordre du milligramme. Cette spécificité implique une parfaite homogénéité des échantillons. Les microanalyseurs organiques employés pour le dosage du carbone organique du sol utilisent des températures de minéralisation allant jusqu’à 1000 à 1100 °C (Belleney, 2007). La détermination de la teneur en COS peut se faire avec deux types d’appareils. D’une part, le microanalyseur CHN est un appareil de dosage du COS utilisé pour la combustion totale du prélèvement analytique à 1050 °C sous courant d’hélium/oxygène et sous pression. Le carbone et l'hydrogène des échantillons sont respectivement transformés en CO2 et en H2O. Le CO2 et le H2O sont séparés sur une colonne chromatographique et mesurés sur un détecteur à conductibilité thermique. D’autre part, le microanalyseur CH est employé pour la combustion totale du prélèvement analytique à 1050 °C sous courant d'oxygène. Le carbone et l'hydrogène des échantillons sont respectivement transformés en CO2 et en H2O et quantifiés par des détecteurs spécifiques infrarouges CO2 et H2O (SCA-CNRS, 2007).

I.2. Azote du sol Après le carbone, l’azote est l'un des principaux éléments constitutifs de la matière organique et un composant essentiel de la matière vivante. Son étude révèle un double intérêt, économique et environnemental. Sur le plan économique, la connaissance de la répartition de l'azote entre les différents compartiments du sol permet de raisonner la fertilisation azotée. Sur le plan environnemental, l'étude du bilan quantitatif de l'azote évite les pertes par lixiviation qui peuvent contaminer les nappes phréatiques ou bien rejoindre le réseau hydrographique (Dridi et Gallali, 2006).

I.2.1. Formes d’azote dans le sol + - Dans le sol, l'azote se trouve sous forme organique (humus) ou inorganique (NH4 , NO3 ). L'azote organique forme la majorité de l’azote présent dans le sol soit 85 à 95 % de l'azote total du sol (Söderlund et Svensson, 1976 ; Scheiner, 2005). Il résulte de la matière organique issu des résidus de culture, des déjections animales et d'engrais organiques. Cette forme d’azote ne sera disponible pour les plantes que par minéralisation, processus lié étroitement avec l’activité des microorganismes. Cette fraction organique est constituée par 50 % d’acides aminés et une proportion très réduite de sucres aminés. Le reste est constitué par des composants de la partie des hétérocycles et des molécules humiques stables mais avec une dégradation lente (Scheiner, 2005). Les réserves minéralisables à court terme sont issues de la matière organique fraîche, des fractions les plus labiles de la matière organique humifiée, de la biomasse morte et des chaînes peptidiques (Campbell, 1978).

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ETAT DES CONNAISSANCES L'azote inorganique constitue la fraction disponible pour les cultures et le sol en contient rarement plus que quelques pourcents (maximum 10 %). L’azote minéral est présent dans les sols sous deux formes - + - principales, le nitrate NO3 et l’ammonium NH4 . C'est sous la forme de nitrate NO3 qu'il est principalement absorbé par les cultures, à l’exception de certains cas où la culture se développe en + conditions d'anoxie comme le cas des rizières où la forme prédominante est l’ammonium NH4 - (Scheiner, 2005). Ainsi, les plantes absorbent l’azote sous forme d’ion nitrate NO3 ou d’ion + ammonium NH4 plutôt que des acides aminés sauf dans les écosystèmes où la minéralisation de l’azote est très faible (Andrianarisoa, 2009). Dans ce cas, les ectomycorhizes jouent un rôle essentiel dans la dépolymérisation des protéines (Abuzinadah et Read, 1986) pour libérer les acides aminés. - L'azote nitrique NO3 , chargé négativement, est peu retenu par les sols (hormis sur les charges positives des oxydes de fer et aluminium) et constitue la forme la plus disponible pour les plantes. + Cependant, l’azote ammoniacal NH4 , chargé positivement, se fixe sur le complexe argilo-humique du sol, limitant le risque d'entraînement en profondeur et la disponibilité instantanée pour les plantes. + L’azote uréique est une forme d’azote que le sol ne retient pas. Il se transforme en NH4 sous l'effet d'une hydrolyse et s'accompagne de pertes importantes par volatilisation pouvant aller jusqu'à 40 % (Söderlund et Svensson, 1976).

I.2.2. Cycle de l’azote Le cycle de l'azote (Figure 4) est un cycle biogéochimique qui décrit la succession de processus naturels qui transforme l'azote en substance organique, c’est-à-dire en ammoniac, en ammoniaque, en nitrite et nitrate, puis finalement en azote gazeux (Aquaportail, 2007). Il est constitué de quatre processus de base : la fixation de l’azote diatomique, l’ammonification, la nitrification et la dénitrification. Ces processus sont impliqués dans la transformation de l'azote atmosphérique en une forme assimilable par les organismes (Söderlund et Svensson, 1976).

Figure 4 : Cycle de l’azote (Söderlund et Svensson, 1976).

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ETAT DES CONNAISSANCES I.2.2.1. Fixation de l’azote diatomique La fixation de l’azote diatomique correspond à la conversion de l’azote atmosphérique en azote utilisable par les plantes et les animaux. Elle se fait par des bactéries vivant dans le sol (genre Azotobacter notamment) grâce à une enzyme, la nitrogénase. Celles-ci produisent de l'ammoniaque

NH3 à partir de l'azote atmosphérique, de l'hydrogène et de l'eau. Certaines de ces bactéries (genre Rhizobium) vivent en symbiose avec des plantes produisant de l'ammoniaque nécessaire aux plantes, en contrepartie des glucides de la plante dans la rhizosphère. La réaction de transformation de l’azote atmosphérique en ammonium s’écrit comme (Equation 4) et dans les sols où le pH est élevé, l’ammonium se transforme en ammoniac gazeux (Equation 5).

Equation 4 : Equation de transformation de l’azote atmosphérique en ammonium.

Equation 5 : Equation de transformation de l’ammonium en ammoniac gazeux.

I.2.2.2. Ammonification + L'ammonification est la transformation de l'azote organique en ammonium NH4 sous l'action de microorganismes hétérotrophes qui utilisent des substrats carbonés comme source d'énergie (Schwartz et al., 2005 ; Vale, 2006 ). C’est aussi le résultat de la décomposition de la matière organique du sol ou d’autres sources organiques par les bactéries et les champignons du sol. L’azote sous forme organique est converti en même temps par hydrolyse et par désamination en acides aminés ou en azote ammoniacal. Une partie de l’azote minéralisé est utilisée par les microorganismes pour leur synthèse protéique, tandis que l’autre partie est libérée dans le sol sous forme d’azote ammoniacal (Adrien, - 2007). Cette forme est souvent transitoire et sera transformée ensuite en azote nitrique NO3 . Les bactéries responsables de ce processus sont appelées bactéries ammonifiantes et on peut citer les genres Bacillus, Clostridium, Proteus, Pseudomonas, Streptomyces. Vu la diversité des microorganismes ammonifiants, l'ammonification est un processus sans exigence écologique particulière, car quelques soient les conditions de l'environnement, il se trouve toujours dans les sols des espèces microbiennes ammonifiantes adaptées à ces conditions. En outre, la minéralisation de l’azote organique dépend de la température et de l’humidité du sol. Ainsi, le taux de cette minéralisation est plus élevé dans les sols ayant une bonne structure, une bonne aération et un bon drainage ; et plus faible dans les sols compactés. En général, il est connu qu’un sol riche en azote et bien structuré peut combler les deux tiers des besoins azotés des cultures. Par contre,

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ETAT DES CONNAISSANCES les sols pauvres en azote et compactés, avec de faibles potentiels de minéralisation, ne peuvent remplir qu’un tiers de ces besoins azotés (Adrien, 2006).

I.2.2.3. Nitrification + La nitrification transforme les produits de la minéralisation de l’azote organique du sol NH4 en nitrite

- - NO2 puis en nitrate NO3 dans les sols bien oxygénés. Il s’agit donc d’une réaction d’oxydation qui se fait par catalyse enzymatique reliée à des bactéries dans les sols (Scheiner, 2005). Les végétaux absorbent ensuite les ions nitrates présents dans le sol grâce à leurs racines et les incorporent dans les acides aminés et les protéines. Ces végétaux constituent ainsi la source primaire d'azote assimilable par les animaux. La réaction en chaîne de transformation de l’ammonium en nitrite et en nitrate (Equation 6) est :

Equation 6 : Equation de transformation de l’ammonium en nitrite puis en nitrate.

Cette transformation en chaîne est constituée de deux étapes successives, la nitritation (réalisée par des bactéries nitreuses du genre Nitrosomonas) qui correspond à la transformation de l’ammonium en nitrite (Equation 7) et la nitratation (réalisée par des bactéries du genre Nitrobacter) correspondant à la transformation du nitrite en nitrate (Equation 8).

Equation 7 : Equation de transformation de l’ammonium en nitrite.

Equation 8 : Equation de transformation du nitrite en nitrate.

Les conditions optimales pour la nitrification sont plus restrictives que pour l'ammonification. Les sols neutres ou légèrement basiques favorisent la nitrification. Néanmoins, une nitrification active est observée dans de nombreux sols acides. La teneur en oxygène affecte la nitrification car il s'agit d'un processus en milieu aérobie. L’humidité constitue aussi un autre facteur déterminant et l’optimum se situe autour de 60 % de la capacité au champ (Bonde et Lindberg, 1988).

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ETAT DES CONNAISSANCES I.2.2.4. Dénitrification La dénitrification est un processus microbien de respiration alternatif lors de la minéralisation de la matière organique en milieu anoxique (dans des sols non oxygénés). La minéralisation de composés organiques en présence de nitrate se traduit par la production de CO2 et de produits azotés réduits, principalement l’oxyde d’azote N2O et l’azote sous sa forme moléculaire N2 (Equation 9). Il s’agit - d’une réaction de réduction des nitrates NO3 par l’intermédiaire de bactéries dites dénitrifiantes - - transformant l'ion nitrate NO3 en ion nitrite NO2 , puis en monoxyde d'azote NO, après en oxyde nitreux N2O et enfin en diazote N2. Il arrive que les bactéries n'aillent pas jusqu'à la phase ultime de cette réaction, si le taux de dioxygène est en partie suffisant pour satisfaire leur besoin. La dénitrification est alors en partie arrêtée aux stades NO ou, plus souvent, N2O qui est un gaz à effet de serre.

Equation 9 : Equation de transformation du nitrate en azote atmosphérique.

L’activité humaine contribue à l’augmentation de la dénitrification, entre autres, par l’utilisation des - engrais qui ajoutent aux sols des nitrates NO3 (Söderlund et Svensson, 1976).

I.2.3. Stockage d’azote dans le sol L’atmosphère est la principale source d'azote et contient 79 % en volume et la matière organique constitue la principale réserve d’azote du sol (Dridi et Gallali, 2006). La fixation biologique, symbiotique ou non est à l’origine de l’enrichissement du sol en produits organiques azotés. L'azote se retrouve dans les acides aminés constituant les protéines et les bases azotées présentes dans l'ADN. En outre, le sol contient 2 à 10 tonnes d’azote par hectares essentiellement sous forme organique. Il est situé essentiellement dans la couche labourée comprise entre 0 à 30 cm de profondeur (Dridi et Gallali, 2006). Le sol est aussi une importante source d’azote pour les plantes. En effet, dans les sols agricoles fertilisés, l’azote représente généralement entre 40 et 60 % des quantités d’azote prélevées par les cultures (Adrien, 2006). Se retrouvant sous forme organique, il doit être minéralisé par les microorganismes du sol afin de devenir par la suite disponible aux plantes pendant le stade de croissance (Adrien, 2007).

I.2.4. Dynamique de l’azote dans le sol Différents processus peuvent favoriser la dynamique de l’azote dans le sol, notamment l’ammonification, la nitrification, l’immobilisation ou la réorganisation et la dénitrification. Trois de ces processus ont déjà été développés dans les paragraphes précédents. Quant à l’immobilisation ou la réorganisation, elle s’effectue simultanément avec la minéralisation. Il s’agit d’une forme de perte temporaire pour les cultures où la biomasse microbienne du sol consomme de l'azote minéral. 14

ETAT DES CONNAISSANCES L’immobilisation est donc un processus par lequel cette biomasse microbienne assimile l'azote minéral pour ses propres besoins de renouvellement et de croissance (Andrianarisoa, 2009). Ce processus est d'autant plus important que le sol a une forte activité biologique. L’immobilisation et la minéralisation sont deux phénomènes qui opèrent simultanément et dépendent du rapport carbone sur azote (Gagnon, 2009). En effet, si ce rapport C/N est inférieur à 30, la minéralisation est plus importante que l'immobilisation. L’effet inverse est remarqué (immobilisation accentuée) si ce rapport C/N est supérieur à 30. Par ailleurs, l'immobilisation ou la réorganisation ne doit pas être considérée comme une perte pour le système sol-plante, mais elle représente une immobilisation de l'engrais dans le compartiment organique ou microbien du sol. Elle arrive souvent lorsque, stimulés par un apport excessif en carbone facilement assimilable, la biomasse microbienne du sol prolifère et risque de consommer tout l'azote disponible. L’azote immobilisé dans les cellules bactériennes est alors hors de portée des plantes pour un temps : c’est le phénomène de faim d’azote (Gagnon, 2009).

I.2.5. Dosage de l’azote total du sol Le dosage de l’azote total se fait par des méthodes de minéralisation avec des acides concentrés suivies de dosage de type Kjeldahl ou par des méthodes de microanalyse élémentaire. La méthode de Kjeldahl comporte trois étapes : la minéralisation, la distillation et le dosage proprement dit. La minéralisation est la dégradation de la matière organique azotée sous la forme de sel d'ammonium, à l'aide d'un catalyseur (du sulfate de cuivre et du sulfate de potassium) et de l’acide sulfurique (H2SO4) à haute température (421°C). La distillation cherche à transformer l'ammonium, sous sa forme volatile, l'ammoniac, par ajout d’une solution de soude. Le dosage proprement dit consiste à titrer l'ammoniaque par une solution titrée d'HCl ou de H2SO4. On titre la solution jusqu'à équivalence par le virage de l'indicateur coloré, le rouge de méthyle (couleur rose rouge). La détermination de la teneur en azote total par microanalyse élémentaire peut être effectuée sur deux types d’appareils. D’une part, le microanalyseur CHN assure la combustion totale du prélèvement analytique à 1050 °C sous courant d’hélium/oxygène et sous pression. L'azote des échantillons est transformé en divers oxydes d'azote. Les oxydes d'azote sont réduits en azote moléculaire, séparés sur une colonne chromatographique du CO2 et du H2O issus de la combustion, avant d'être quantifiés par un détecteur à conductibilité thermique. D’autre part, le microanalyseur N est utilisé pour la combustion totale du prélèvement analytique à 1050 °C sous courant d'hélium et d'oxygène. L'azote des échantillons est transformé en divers oxydes d'azote réduits en azote moléculaire. Le CO2 et le

H2O issus de la combustion sont piégés sur de l’ascarite et du perchlorate de magnésium. L’azote est quantifié par un détecteur à conductibilité thermique (SCA-CNRS, 2007).

I.3. Relation entre carbone et azote La relation entre les éléments carbone et azote se concentre sur le rapport carbone sur azote. Ce rapport carbone sur azote est un facteur essentiel de la dynamique du carbone et de l’azote. En effet, il s’agit d’un indicateur de l’activité biologique des sols et d’un indicateur du degré de décomposition ou

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ETAT DES CONNAISSANCES de maturation de la matière organique du sol. Il permet ainsi de juger du degré d'évolution de la matière organique et de son aptitude à se décomposer plus ou moins rapidement dans le sol. Il renseigne également sur le potentiel de fourniture d’azote par le sol à travers la minéralisation (Lca, 2008) (Tableau 1).

Tableau 1: Potentiel de fourniture d’azote par le sol en fonction de la minéralisation (Lca, 2008). Rapport C/N Fourniture d’azote par le sol Minéralisation Rapport C/N < 15 Production d'azote Accroissement de la vitesse de décomposition du carbone 15 < Rapport C/N < 20 Besoin en azote couvert Bonne décomposition de la matière carbonée Rapport C/N > 20 Phénomène de faim d'azote Peu d'azote pour permettre la décomposition du carbone.

L'azote est alors prélevée dans les

réserves du sol, la minéralisation est lente et ne restitue au sol qu'une faible quantité d'azote minéral

Sur le plan agronomique, il est couramment admis que plus le rapport carbone sur azote d'un produit est élevé, plus il se décompose lentement dans le sol mais plus l'humus obtenu est instable. Autrement dit, plus l’activité biologique est réduite et plus la minéralisation rencontre des difficultés (conditions d’anaérobie et d’acidité excessive) (Tableau 2).

Tableau 2 : Vitesse de décomposition de la matière organique du sol en fonction de leur rapport C/N (Lca, 2008). Rapport C/N 6 8 9 10 11 12 14 15 Interprétation Très Faible Normal Légèreme Elevée Très faible nt élevé élevée

Vitesse de Décomposition Bonne décomposition de la matière Faible activité décomposition rapide de la organique biologique et de la matière matière Décomposition lente organique organique de la matière organique

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MATERIELS ET METHODES PARTIE II : MATERIELS ET METHODES II.1. Problématique et hypothèses II.1.1. Problématique La science du sol a toujours eu un lien fort avec l’agriculture et la capitalisation des connaissances acquises de la science du sol a, jusqu’à maintenant, contribué significativement à l’amélioration de la production agricole. Une meilleure compréhension des sols a été essentielle pour les questions de recherches axées sur la biodisponibilité des nutriments et sur la capacité de stockage du sol en éléments nutritifs. La présente étude s’insère dans le cadre de la détermination des teneurs et des stocks de carbone et d’azote des sols suite à une gestion optimale du recyclage des biomasses d’origine végétales et animales au sein d’un système d’exploitation d’agriculture et d’élevage en milieu paysan en collaboration avec le projet BIOVA. Environ 80 % de la population active de Madagascar pratiquent l’agriculture comme première source de revenu. Les changements d'usages des sols et les diverses pratiques agricoles adoptées peuvent influer l’évolution des stocks de carbone et d’azote dans le sol. Autrement dit, le mode de gestion des terres et les pratiques agricoles sont des facteurs déterminants pour le stockage de carbone et d’azote dans le sol (Lal, 2004). En général, le stock de carbone du sol peut connaître une baisse suite à une forte intensification agricole (IFEN, 2007). En particulier, les techniques traditionnelles basées sur le labour, intensives ou non, ont tendance à diminuer les stocks de matières organiques du fait de l’augmentation de sa minéralisation. Néanmoins, certaines pratiques agricoles peuvent induire une diminution des pertes ou un restockage de carbone. La diminution du travail du sol permet de réduire la dégradation de la matière organique et donc le dégagement de dioxyde de carbone. L’incorporation de matières organiques exogènes (pailles, fumiers et composts) permet également d’augmenter les stocks de matière organique dans le sol. L’installation des plantes à forte production de biomasse (fourrages, cannes à sucre) peuvent induire un stockage de carbone dans le sol. Ces pratiques peuvent également avoir d’autres effets bénéfiques sur le sol, compte tenu du rôle très important de la matière organique du sol, comme la lutte contre l’érosion, la réduction de la compaction du sol, l’amélioration du fonctionnement biologique du sol (ADEME, 2008). En outre, la région de Vakinankaratra est une zone à vocation agricole et pastorale par excellence (PRDR, 2007). Cependant, avec l’accroissement de la population, les exploitations deviennent de plus en plus petites et la surface moyenne par exploitation dans la région est réduite à 0,87 ha en 2004-2005 (MAEP, 2003). Cette croissance démographique peut donc favoriser l’usage intensif des sols pour l’agriculture, responsables du dégagement de gaz à effet de serre. Actuellement, la question de fertilité du sol est devenue une préoccupation majeure en termes de production agricole. Or, il est reconnu que la production agricole dépend en grande partie de la fertilité des sols et de la biodisponibilité des nutriments. De nombreux facteurs peuvent être liés à la gestion de cette fertilité du sol, en autre, le développement des filières de valorisation de biomasse à des fins énergétiques, le recyclage de produits organiques ou l’orientation des pratiques agricoles. Ce qui permettra à la fois de renforcer

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MATERIELS ET METHODES cette fertilité du sol et d’augmenter la capacité de stockage de carbone et d’azote dans le sol afin de subvenir aux besoins de la population et d’aboutir à une sécurité alimentaire dans le pays. A cet effet, la question de problématique générale de la présente étude est : « Les stocks de carbone et d’azote des sols présentent-ils des variations dans un système d’exploitation d’agriculture et d’élevage au sein de la zone de production laitière de Vakinankaratra ?» Subséquemment, les questions de recherche s’énoncent : Comment se présentent les teneurs en carbone et en azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra ? Comment se présentent les stocks de carbone et d’azote des sols dans cette zone de production laitière de Vakinankaratra ? Comment se répartissent ces stocks de carbone et d’azote des sols dans cette zone de production laitière de Vakinankaratra ? Existe-t-il des relations entre les teneurs en carbone et azote des sols, et entre les stocks de carbone et d’azote des sols dans cette zone de production laitière de Vakinankaratra ?

II.1.2. Hypothèses La présente étude se propose de vérifier les hypothèses suivantes tout au long de ce travail : Hypothèse 1 : « Le niveau des stocks de carbone et d’azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra est en relation avec la proportion en matière organique ». Généralement, la performance des activités agricoles est souvent liée à l’état de fertilité des sols. Cette fertilité des sols est largement dépendante de la matière organique, qui lors de sa minéralisation, libère des éléments nutritifs comme l’azote, le phosphore, le potassium et du CO2 gazeux, émis vers l’atmosphère. En effet, l’augmentation de la matière organique contenue dans le sol permet de renforcer les capacités agronomiques de celui-ci, entre autre, l’amélioration de l’habitat faunique, des propriétés physico-chimiques et biologiques des sols et de la qualité des sols, mais aussi l’accroissement de la production végétale (Rabeharisoa, 2004). Cette abondance de la matière organique dans le sol renforce également la capacité de stockage du sol en éléments nutritifs notamment en carbone et en azote. Hypothèse 2 : « Les stocks de carbone et d’azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra diffèrent selon les types de sol ». La majorité des sols de la région de Vakinankaratra est constituée par des sols ferrallitiques acides et pauvres en matière organique. La partie Ouest de la région est dominée par des andosols comportant un horizon supérieur humifère, noir, limoneux, très poreux, gorgé d’eau et riche en matière organique. Aussi, les andosols ont une roche mère d’origine volcanique (PRDR, 2007). Ces deux types de sols prédominants dans la région de Vakinankaratra se distinguent, en effet, par le taux de réserves en matières organiques présents dans chacun d’eux. Ces caractéristiques pédologiques de la région de Vakinankaratra permettent donc d’envisager des différences de capacité de stockage de carbone et d’azote dans ces sols.

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MATERIELS ET METHODES II.2. Zone d’étude La zone d’étude se trouve dans la région de Vakinankaratra et fait partie des Hautes-terres centrales malgaches (Figure 5). Elle est située entre 18°59’ et 20°03’ de latitude Sud et 46°17’ et 47°19’de longitude Est et couvre une superficie de 19 205 km². Elle est constituée de six (6) districts : Ambatolampy, Antanifotsy, Antsirabe I, Antsirabe II, Betafo et Faratsiho dont la capitale administrative est Antsirabe, située à 168 km au Sud d’Antananarivo sur la route nationale N°7 (PRDR, 2007). La partie Ouest de la région est dominée par une pénéplaine qui se trouve à une altitude d’environ 1000 m (MAEP, 2003). La partie Est et le Centre de la région, par contre, sont situés à une altitude plus élevée et possèdent par conséquent un climat tropical d’altitude favorable à l’élevage de vache laitière. D’ailleurs, ces derniers font partie du fameux triangle laitier de Madagascar. Notre étude se concentre donc sur la partie centrale et orientale de la région entre 1450 m et 1700 m d’altitude. Selon la Direction de la Météorologie et de l’Hydrologie d’Antananarivo sise à Ampandrianomby, cette zone est soumise à un régime de température moyenne annuelle qui tourne autour de 16,5 °C et une pluviométrie annuelle entre 1300 à 1600 mm. En matière de pédologie, elle est couverte par des andosols et par différents types de sols ferrallitiques (Cf. annexe 2).

Figure 5 : Carte administrative de la région de Vakinankaratra (PRDR, 2007).

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MATERIELS ET METHODES II.3. Méthodologie II.3.1. Choix des parcelles d’études Les parcelles d’étude ont été choisies par rapport à trois critères : la présence de fourrages, le type de sol et l’apport de fertilisant. Les prélèvements ont été réalisés sur des parcelles de cultures fourragères, sur des sols ferralitiques ou des andosols de Tanety et sans apport récent de fertilisant. Pour s’assurer que les sites répondent aux critères prédéfinis, des enquêtes préalables ont été menées par les agents du FIFAMANOR. Durant leur investigation, des relevés des coordonnées géographiques des parcelles ont été effectués. Ces coordonnées géographiques ont permis de localiser les parcelles sur lesquelles les prélèvements devraient s’effectuer. Ils ont prévenu en même temps les paysans propriétaires des parcelles à ne pas mettre ni engrais organiques et minérales, ni amendements sur leurs parcelles avant le prélèvement de sol pour bien mettre en évidence les teneurs en éléments contenus dans le sol. Par ailleurs, certaines parcelles ont été éliminées lors des prélèvements dans la mesure où les propriétaires avaient apporté des éléments fertilisants et d’amendements. Durant notre investigation et lors du prélèvement à chaque parcelle, une fiche d’enquête a été menée auprès des exploitants. Cette dernière porte sur l’historique de la parcelle, les intrants utilisés, la topographie de la parcelle, dont le détail de la fiche d’enquête est décrit dans l’Annexe 3. Cependant, nombreux exploitants n’ont pas pu quantifier exactement les quantités des intrants qu’ils ont réellement utilisés.

II.3.2. Localisation des parcelles d’études Les prélèvements ont été effectués dans onze (11) communes et sont groupés en cinq (5) zones, allant le long des routes nationales N°7 (Antanifotsy jusqu’à Manandona) et N°34 (Bifurcation vers Belazao) (Tableau 3). Les prélèvements d'échantillons du sol ont été réalisés sur soixante douze parcelles de fourrages. A partir des coordonnées GPS traitées avec le logiciel Q-GIS 2.0.1, les parcelles ont été localisées sur les cartes administratives et pédologiques de la région de Vakinankaratra (Figure 6).

Tableau 3 : Zones de prélèvement le long des routes nationales N°7 et N°34 (Auteur, 2014). Zones de Communes Types de sols correspondants Nombre des parcelles prélèvement aux zones de prélèvement de prélèvement Zone 1 Antanifotsy Sols ferrallitiques fortement 11 rajeunis et indurés Zone 2 Antsoatany Sols ferrallitiques rajeunis à 7 structure peu dégradée et indurés Zone 3 Andranomanelatra, Sols ferrallitiques rajeunis à 13 Ambano, Ambohimiarivo structure peu dégradée Zone 4 Antsirabe I, Manandona Sols ferrallitiques rajeunis à 30 Ambohidranandriana, structure dégradée et indurés Ambohitsimanova, Vinanikarena Zone 5 Belazao Andosols 11 TOTAL 72

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MATERIELS ET METHODES Les analyses des teneurs et des stocks de carbone et d’azote des sols en fonction des zones de prélèvement explicitent les résultats obtenus sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote en fonction des types de sol présents dans la zone d’étude. La différenciation en cinq (5) zones de prélèvement des soixante douze (72) parcelles de prélèvement a montré les différents groupes de sols caractérisant ces zones de prélèvement, notamment les groupes des sols ferrallitiques et les groupes des andosols (Cf. Tableau 3 et Annexe 5). Le Tableau 4 présente ces deux groupes de sols présents dans la zone d’étude ainsi que les nombres de parcelles de prélèvement correspondants.

Tableau 4 : Groupes de sols présents dans la zone d’étude (Auteur, 2014). Groupes de sols Types de sols Nombres des parcelles Groupes de sols Sols ferrallitiques fortement rajeunis 8 ferrallitiques Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 15 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée 28 Sols ferrallitiques indurés 10 Groupes des Andosols 11 Andosols TOTAL 72

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MATERIELS ET METHODES

Figure 6 : Localisation de 72 parcelles de prélèvements par GPS sur la carte pédologique de la région de Vakinankaratra (FTM, 2003).

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MATERIELS ET METHODES II.3.3. Prélèvement de sol Les prélèvements d’échantillons de sol ont été réalisés en trois descentes sur terrain : du 29 Novembre au 06 Décembre 2013, du 13 au 24 Janvier 2014 et du 08 au 18 Avril 2014.

II.3.3.1. Prélèvement d’échantillons composites Au milieu de chaque parcelle, un carré de prélèvement de 10 m de côté a été délimité (Figure 7). Sur les quatre coins du carré de 10 m sont prélevés une carotte de sol de 8,9 cm de diamètre et 1 m de profondeur (soit 580,586 cm3 de volume) en utilisant un carottier monté sur un marteau piqueur motorisé (Atlas Copco Cobra TT) (Cliché 2). Les points de prélèvements aux quatre coins du carré ont été notés respectivement A, B, C et D. Sur chaque point, cinq horizons ont été prélevés, à savoir : 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 50-60 cm et 80-90 cm selon le modèle de prélèvement de sol de Razafimahatratra (2011). Des échantillons de chaque horizon et de chacun des points de sondage, non mélangés, ont été gardés séparément. Pour les points A, B et C, des aliquotes des sols prélevés sur un horizon identique ont été mélangés pour obtenir les « échantillons composites » qui serviront pour l’analyse au laboratoire. Pour le point D, les échantillons collectés pour chaque profondeur sont placés dans différents sachets et sont utilisés pour mesurer la densité apparente du sol.

Figure 7 : Schéma du carré de prélèvement.

Cliché 2 : Prélèvement de sol par carottage (Razanamahandry, 2014).

23

MATERIELS ET METHODES Dans la présente étude, les échantillons de surface 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm uniquement ont fait l’objet d’analyse au laboratoire. En effet, l’horizon 0-30 cm est considéré comme la couche de référence proposée par le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du Climat (GIEC) pour suivre l’évolution des stocks de carbone des sols (IPCC, 2007). 216 échantillons composites ont donc été prélevés pour l’analyse du carbone au laboratoire.

II.3.3.2. Prélèvement d’échantillons de sol pour la densité apparente Le sol récupéré sur le point D (Figure 7) a été utilisé pour le calcul de la densité apparente, nécessaire pour évaluer le stock de carbone et d’azote du sol dans le calcul final. Juste à côté du point D, une autre méthode de calcul de la densité apparente désigné « da » a été effectuée. Ce prélèvement a été réalisé sur une fosse de 40 cm x 40 cm x 40 cm, à l’aide d’un cylindre de 8,1 cm de diamètre sur une hauteur de 9,8 cm soit 504,737 cm3 de volume. Trois profondeurs du sol 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm ont été prises par parcelle (Cliché 3). Ce mode de prélèvement au cylindre a été effectué uniquement dans les horizons de surface (0-30 cm), car il est difficile de prélever les horizons profonds jusqu’à 1 m (cette opération nécessite une confection d’une fosse pédologique de plus grande taille), mais il a l’avantage d’être plus précis. En effet, pour le carottier motorisé, la vibration du moteur entraîne souvent un tassement des horizons supérieurs. Sur chacune des 72 parcelles, on a prélevé 5 échantillons sur chaque point de carré de prélèvement, 5 échantillons composites et 3 échantillons sur le point « da », ce qui donne 2016 échantillons du sol en tout, avec 360 échantillons de sol prélevés pour la détermination de la densité apparente au carottier et 216 échantillons de sol pour celle au cylindre.

Cliché 3 : Prélèvement de sol au cylindre (Razanamahandry, 2014).

II.3.4. Préparations des échantillons Les échantillons composites ont été séchés à l’air libre et bien ventilé durant une quinzaine de jours. Une fois séchés, ils ont été ensuite tamisés à l’aide d’une maille de 2 mm. A partir des échantillons

24

MATERIELS ET METHODES tamisés à 2 mm, une aliquote d’environ 50 g a été broyée à 0,2 mm et a été mise en sachet et étiqueté pour le dosage de carbone et d’azote totaux du sol (Cliché 4). Après séchage, les refus (cailloux et autres matières inertes) ont été triés du lot et pesés pour le calcul du stock de carbone et d’azote. Quant aux échantillons de répétition, ils ont été également séchés durant quinze jours et conservés dans des boîtes pour les futures activités du projet.

(a) (b) (c)

Cliché 4 : (a) Séchage des échantillons de sol sous serre, (b) broyage des échantillons de sol et (c) échantillon de sol broyé à 0,02 mm (Razanamahandry, 2014).

II.3.5. Travaux de laboratoire Les échantillons composites de surface (0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm de profondeur) ont fait l’objet d’analyse au laboratoire. Au total, 216 échantillons de sols composites (72 échantillons par horizon) ont été utilisés pour l’analyse du carbone et de l’azote.

II.3.5.1. Mesure de la densité apparente du sol La densité apparente du sol est un paramètre indispensable pour calculer le stock de tel ou tel nutriment du sol. Selon Lotez et Mathieu (1990), la densité apparente du sol, exprimée en g.cm-3, est obtenue par le rapport de la masse volumique sèche de l’échantillon (g) et son volume à l’état humide (cm3).

Equation 10 : Formule de la densité apparente du sol.

La masse volumique sèche de l’échantillon a été obtenue par soustraction de la masse de l’humidité de l’échantillon sur sa masse fraîche. Le volume de l’échantillon correspond à celui du carottier ou du cylindre utilisé pour le prélever. Le volume du sol a été déterminé à partir de celui du cylindre utilisé durant les prélèvements.

25

MATERIELS ET METHODES Sur les trois horizons supérieurs du sol, l’humidité des sols a été réalisée dans les conditions suivantes : mise en étuve à 105 °C pendant 48 h de 20 g de sol frais et pesage après étuvage pour avoir le poids sec. C’est à partir de ce poids sec que le taux d’humidité des sols a été calculé ainsi que le poids sec net des échantillons pour aboutir au calcul de la densité apparente (Cliché 5).

(a) (b) (c)

Cliché 5 : (a) Pesage des échantillons de sol, (b) échantillons de sol dans des aliquotes et (c) séchage des échantillons de sol dans l'étuve (Razanamahandry, 2014).

II.3.5.2. Dosage du carbone et de l’azote total du sol Les teneurs en carbone et en azote totaux du sol ont été déterminés sur l’aliquote des échantillons broyés à 0,2 mm. La détermination a été réalisé avec un microanalyseur élémentaire CHN (Carlo Erba NA 2000) après combustion par voie sèche. Il s’agit d’une méthode d’analyse de carbone et d’azote par chromatographie en phase gazeuse. Des échantillons d’environ 20mg ont été mis dans des capsules en étain et passés dans un four à 1050 °C en condition oxydante (Cliché 6).

(a) (b)

Cliché 6 : (a) Capsules et matériels utilisés pour les analyses au CHN et (b) portoir numéroté portant des échantillons de sol pour les analyses au CHN (Auteur, 2014).

26

MATERIELS ET METHODES II.3.5.3. Calcul du stock de carbone et d’azote du sol Le stock de carbone organique du sol, exprimé en Mégagramme de carbone par hectare (Mg C.ha-1), est obtenu selon la formule utilisée par Grinand et al. (2009) :

Equation 11 : Formule du stock de carbone du sol

Avec : Stock C : stock de carbone dans le sol (Mg C.ha-1) Corg : teneur en carbone organique de l’horizon du sol (g.kg-1) Da : densité apparente du sol (g.cm-3) Refus : éléments grossiers de diamètre > 2mm (Mg) e : épaisseur de l’horizon (cm)

Le procédé de calcul du stock d’azote total du sol (exprimé en Mg N.ha-1) est le même que pour le calcul du carbone organique du sol pour chaque parcelle :

Equation 12 : Formule du stock d’azote du sol

Avec : Stock N : stock d’azote dans le sol (Mg N.ha-1) N : teneur en azote de l’horizon du sol (g.kg-1) Da : densité apparente du sol (g.cm-3) Refus : éléments grossiers de diamètre > 2mm (Mg) e : épaisseur de l’horizon (cm)

Le calcul des stocks de carbone organique du sol a été réalisé pour une épaisseur de sol allant de 0 à 30 cm selon la méthode classique qui consiste à additionner les stocks de carbone organique du sol calculés par horizon (0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm) dans l’ordre du profil (Grinand et al., 2009).

II.3.6. Analyses statistiques et traitements des données Le logiciel Microsoft EXCEL a été utilisé pour la saisie des données brutes et la mise en forme des résultats. Tous les traitements statistiques des données ont été effectués sous XLSTAT 2008 au seuil de risque α = 0,05. Les résultats d’analyses au laboratoire sur les teneurs en carbone et azote des échantillons de sol ainsi que les stocks calculés ont été traités et analysés avec ce logiciel statistique. Après vérification de la normalité des données, les traitements ont été classés en groupes statistiquement homogènes. Ce classement a été effectué automatiquement par un logiciel de 27

MATERIELS ET METHODES traitement des données où les moyennes appartenant à un même groupe sont indiquées par une même lettre. Les données normales ont été traitées soient par analyse de la variance (ANOVA) soient par des tests paramétriques (Test de Tuckey). Dans le cas contraire, les données été ont analysées par des tests non paramétriques afin de s’affranchir de l’hypothèse de normalité des données : test de comparaison de k échantillons de Kruskal-Wallis. La règle de décision est dictée par la valeur « p-value » calculée qui désigne le risque d’erreur encourue en rejetant H0 alors qu’elle est vraie. Si la « p-value » est inférieure à la valeur de α alors, au moins une différence significative existe au niveau des résultats. Les résultats sont présentés sous forme de « Box plot » afin de présenter tous les paramètres calculés tels que la moyenne, la médiane, les valeurs minimales, les valeurs maximales et les quartiles des variables étudiées. Le test de corrélation (type régression linéaire) a été utilisé afin de connaître les corrélations existant entre les éléments d’analyse. La règle de décision est déterminée la valeur du coefficient de détermination R2 et l’équation de régression y = ax + b. Le logiciel QGIS Dufour 2.0.1 a été exploité pour la confection des cartes des stocks de carbone et d’azote des échantillons de sol analysé afin d’avoir un aperçu de la spatialisation de ces stocks dans la zone d’étude. Cette cartographie des stocks de carbone et d’azote des sols est mise en relation avec la carte pédologique de la zone d’étude pour savoir lesquels des types de sols présents ont une faible ou forte capacité de stockage de carbone et d’azote dans les systèmes d’agriculture et d’élevage.

II.3.7. Cadre opératoire Le Tableau 5 présente le cadre opératoire mené lors de cette présente étude.

28

MATERIELS ET METHODES Tableau 5 : Cadre opératoire (Auteur, 2014). Problématique Hypothèses Indicateurs Méthodes objectives Procédés Densités Déterminer les Test de normalité apparentes en densités apparentes Test d’égalité des fonction des en fonction des variances horizons du horizons du sol ANOVA sol Teneur en C et Déterminer les Test de normalité N en fonction teneurs en C et N en Test d’égalité des des horizons fonctions des variances du sol horizons du sol Test de Déterminer les stocks comparaison de k H1 : « Le Stocks de C et de C et N en fonction échantillons de niveau des N en fonction des horizons du sol Kruskal-Wallis stocks de des horizons Localiser les Confection des carbone et du sol variations des stocks cartes des d’azote des sols de C et N sur une variations des dans la zone carte de la zone stocks de C et N d’étude est en Les stocks de d’étude avec le logiciel relation avec la carbone et QGIS Dufour 2.0.1 proportion en d’azote des sols Relation entre Déterminer les Test de normalité matière présentent-ils C et N rapports C/N en Test d’égalité des organique » des variations fonctions des variances dans un système horizons du sol Test de d’exploitation comparaison de k d’agriculture et échantillons de d’élevage au Kruskal-Wallis sein de la zone Tester les Test de corrélation de production corrélations entre les (type régression laitière de teneurs en C et N, linéaire) Vakinankaratra entre les stocks de C ? et N Teneur en C et Déterminer les Test de normalité N en fonction teneurs en C et N en Test d’égalité des

des zones de fonction des zones de variances H2 : « Les prélèvements prélèvements Test de stocks de Teneur en C et Déterminer les comparaison de k carbone et N en fonction teneurs en C et N en échantillons de d’azote des sols des types de fonction des types de Kruskal-Wallis de la zone de sol sol production Stocks de C et Déterminer les stocks laitière de N en fonction de C et N en fonction Vakinankaratra des zones de des zones de diffèrent selon prélèvements prélèvements les types de Stocks de C et Déterminer les stocks sol » N en fonction de C et N en fonction

des types de des types de sol sol

29

RESULTATS PARTIE III : RESULTATS III.1. Densités apparentes du sol Les résultats statistiques sur les densités apparentes du sol pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés sur le Tableau 6. Tableau 6 : Densités apparentes du sol en g.cm-3 pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Densité apparente du sol (g.cm-3) 0-10 cm 0,93 ± 0,1a 10-20 cm 0,96 ± 0,1ab 20-30 cm 1,00 ± 0,1b p-value 0,008 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 6, les densités apparentes du sol varient en fonction de la profondeur. En effet, les valeurs de la densité apparente du sol augmentent au fur et à mesure que l’on descend en profondeur avec 0,93 g.cm-3, 0,96 g.cm-3 et 1 g.cm-3 respectivement pour les trois profondeurs d’analyse (Figure 8a). Egalement, elles présentent des différences significatives avec p-value = 0,008. Quant à la distribution des densités apparentes du sol pour les trois profondeurs d’analyse (Figure 8b), leurs moyennes et leurs médianes sont sensiblement égales pour les trois profondeurs d’analyse.

a-Profil de la densité apparente b-Distribution de la densité apparente du sol par horizon da (g.cm-3) 0 0,5 1 1,5 0 1,6

1,4

)

3 -

10 1,2

1 Profondeur(cm)

20 0,8 Densité apparente Densitéapparente soldu (g.cm 0,6

Horizon Horizon Horizon 30 0,4 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 8 : (a) Profil de la densité apparente et (b) distribution de la densité apparente par horizon.

III.2. Teneur et stock de carbone du sol III.2.1. Teneur en carbone du sol III.2.1.1. Teneur en carbone en fonction des horizons du sol Les valeurs des teneurs en carbone en fonction des horizons du sol pour les trois profondeurs d’analyse sont présentées dans le Tableau 7. 29

RESULTATS Tableau 7 : Teneur en C en g.kg-1 pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Teneur en C (g.kg-1) 0-10 cm 37,8 ± 13,8b 10-20 cm 34,0 ± 14,1b 20-30 cm 28,6 ± 15,2a p-value < 0,0001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 7, les valeurs des teneurs en carbone présentent des différences significatives entre les trois profondeurs d’analyse avec p-value (< 0,0001) inférieure au seuil de signification α.

a-Profil des teneurs en C b-Distribution des teneurs en C par horizon Teneur en C (g.kg-1) 0 10 20 30 40 50 90 0

80

70 )

1 60 10 -

50

40 Profondeur(cm)

20 en Teneur (g.kg C 30

20

10

30 0 Horizon Horizon Horizon 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 9 : (a) Profil des teneurs en C et (b) distribution des teneurs en C par horizon.

La Figure 9 illustre le profil et la distribution des teneurs en carbone pour les trois profondeurs d’analyse. Inversement aux valeurs de la densité apparente, celles des teneurs en carbone diminuent au fur et à mesure que l’on descend en profondeur avec 37,8g C.kg-1, 34g C.kg-1 et 28,6g C.kg-1 pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm (Figure 9a). Quant à la distribution de ces teneurs en carbone (Figure 9b), les valeurs moyennes de ces teneurs en carbone sont supérieures à celles de la médiane pour les trois profondeurs d’analyse.

III.2.1.2. Teneur en carbone en fonction des zones de prélèvement Les résultats des analyses statistiques des teneurs en carbone en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 8.

30

RESULTATS Tableau 8 : Teneur en C en g.kg-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Zones de prélèvement Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Zone 1 32,6 ± 7,4a 34,7 ± 14,8ab 29,6 ± 11,9ab Zone 2 35,4 ± 8,8a 33,1 ± 7,5ab 22,9 ± 5,2a Zone 3 39,0 ± 11,7a 32,7 ± 7,4ab 24,8 ± 6,8a Zone 4 37,7 ± 15,1a 29,5 ± 13,9a 25,2 ± 15,4a Zone 5 43,2 ± 18,8a 47,9 ± 16,3b 44,9 ± 19,6b p-value 0,479 0,011 0,005 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 8, aucune différence significative n’est observée pour les teneurs en carbone de l’horizon 0-10 cm en fonction des zones de prélèvement, justifiée par une probabilité supérieure au seuil de signification α (p-value = 0,479). Pour les horizons 10-20 cm et 20-30 cm, les teneurs en carbone en fonction des zones de prélèvement présentent des différences significatives avec p-value = 0,011 et 0,005 respectivement. Ces différences significatives des teneurs en carbone sont observées entre les zones de prélèvement 4 et 5 pour l’horizon 10-20 cm ; et entre d’une part les zones de prélèvement 2, 3 et 4 ; et d’autre part, la zones de prélèvement 5 pour l’horizon 20-30 cm.

Teneur en C en fonction des zones de prélèvement Teneur en C (g.kg-1) 0 10 20 30 40 50 0

Zone 1

10 Zone 2

Zone 3

Zone 4

Profondeur(cm) 20 Zone 5

30

Figure 10 : Profil des teneurs en C en fonction des zones de prélèvement.

Le profil des teneurs en carbone en fonction des zones de prélèvement (Figure 10) met en évidence des teneurs en carbone faibles au niveau de l’horizon de surface, augmentent au niveau de l’horizon sous-jacent et diminuent au niveau de l’horizon profond pour les zones de prélèvement 1 et 5. Cependant, les teneurs en carbone diminuent de la surface jusqu’en profondeur pour les zones de prélèvement 2, 3 et 4. Les teneurs en carbone les plus élevés sont enregistrées pour la zone de 31

RESULTATS prélèvement 5 avec 43,2g C.kg-1, 47,9 g C.kg-1 et 44,9g C.kg-1 respectivement pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm.

a-Teneur en C en fonction b-Teneur en C en fonction c-Teneur en C en fonction des zones de prélèvement des zones de prélèvement des zones de prélèvement 0-10cm 10-20cm 20-30cm 90 90 90

80 80 80

70

70 70

)

1)

1)

- - 60 1

- 60 60 50 50 50 40 40

40 Teneur en en Teneur (g.kg C Teneur en en Teneur (g.kg C 30 Teneur en en Teneur (g.kg C 30 30 20 20

20 10 10

10 0 0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 : Zone 1, Z2 : Zone 2, Z3 : Zone 3, Z4 : Zone 4, Z5 : Zone 5 Figure 11 : Distribution des teneurs en C en fonction des zones de prélèvement et par horizon.

La Figure 11 illustre la distribution des teneurs en carbone en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs moyennes des teneurs en carbone sont supérieures à celles de la médiane pour toutes les zones de prélèvement et pour les trois profondeurs d’analyse. La zone de prélèvement 5 a des valeurs moyennes et médianes des teneurs en carbone les plus élevés par rapport aux autres zones de prélèvement.

III.2.1.3. Teneur en carbone en fonction des types de sol Les résultats des analyses statistiques des teneurs en carbone en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 9. Tableau 9 : Teneur en C en g.kg-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. Types de sol Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Sols ferrallitiques 36,8 ± 12,6a 31,5 ± 12,3a 25,7 ± 12,4a Andosols 43,2 ± 18,8a 47,9 ± 16,3b 44,9 ± 19,6b p-value 0,166 0,002 0,001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 9, aucune différence significative n’est observée pour les teneurs en carbone en fonction des types de sol au niveau de l’horizon 0-10 cm (p-value = 0,166). Pour les horizons 10-20 cm et 20-30 cm, les teneurs en carbone en fonction des types de sol présentent des différences significatives avec p-value = 0,002 et 0,001 respectivement. 32

RESULTATS

Teneur en C en fonction des types de sol Teneur en C (g,kg-1) 0 10 20 30 40 50 60 0

Sols ferrallitiques 10 Andosols

Profondeur(cm) 20

30

Figure 12 : Profil des teneurs en C en fonction des types de sol.

La Figure 12 illustre le profil des teneurs en carbone en fonction des types de sol. En effet, les teneurs en carbone diminuent de la surface jusqu’en profondeur pour les groupes de sols ferrallitiques. Cependant, les teneurs en carbone sont faibles au niveau de l’horizon de surface, augmentent au niveau de l’horizon sous-jacent et diminuent au niveau de l’horizon profond pour les andosols. Les teneurs en carbone les plus élevés sont enregistrées au niveau des andosols particulièrement au niveau de l’horizon 10-20 cm.

a-Teneur en C en fonction b-Teneur en C en fonction c-Teneur en C en fonction des des types de sol des types de sol types de sol 0-10cm 10-20cm 20-30cm 90 90 90

80 80 80

70 70 70

)

)

)

1

1

1

- - - 60 60 60

50 50 50

40 40 40

30 30 30

Teneur en en Teneur (g.kg C

Teneur en en Teneur (g.kg C Teneur en en Teneur (g.kg C

20 20 20

10 10 10

0 0 0 SF A SF A SF A SF : Sols ferrallitiques, A : Andosols Figure 13 : Distribution des teneurs en C en fonction des types de sol et par horizon.

La Figure 13 illustre la distribution des teneurs en carbone en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs moyennes des teneurs en carbone sont supérieures à celles de la médiane pour tous les types de sol et pour les trois profondeurs d’analyse. 33

RESULTATS III.2.2. Stock de carbone du sol III.2.2.1. Stock de carbone en fonction des horizons du sol Les valeurs des stocks de carbone en fonction des horizons du sol pour les trois profondeurs d’analyse sont présentées dans le Tableau 10. Tableau 10 : Stock de C en Mg.ha-1 pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Stock de C (Mg.ha-1) 0-10 cm 34,5 ± 10,6b 10-20 cm 31,9 ± 11,1b 20-30 cm 27,6 ± 12,0a p-value < 0,0001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 10, les valeurs des stocks de carbone affichent des différences significatives entre les trois profondeurs d’analyse avec p-value < 0,0001 inférieur au seuil de signification α.

a-Profil des stocks de C b-Distribution des stocks de C par horizon Stock de C (Mg.ha-1)

0 10 20 30 40 50 70 0

60

50

) 1 10 - 40

30 Profondeur(cm)

20 de Stock (Mg.haC 20

10

30 Horizon Horizon Horizon 0 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 14 : (a) Profil des stocks de C et (b) distribution des stocks de C par horizon.

La Figure 14a illustre le profil des stocks de carbone pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs des stocks de carbone décroissent vers la profondeur avec 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 et 27,67 Mg C.ha-1 respectivement pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm. Quant à la distribution des stocks de carbone (Figure 14b), les moyennes des stocks de carbone sont élevées par rapport à celles des médianes pour les trois profondeurs d’analyse.

III.2.2.2. Stock de carbone en fonction des zones de prélèvement Les résultats des analyses statistiques des stocks de carbone en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 11. 34

RESULTATS Tableau 11 : Stock de C en Mg.ha-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Zones de prélèvement Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Zone 1 31,9 ± 4,9a 34,2 ± 14,0ab 30,3 ± 13,1ab Zone 2 31,0 ± 6,1a 29,5 ± 4,8a 21,9 ± 2,8a Zone 3 35,8 ± 11,9a 31,1 ± 6,9a 25,9 ± 6,8a Zone 4 35,1 ± 12,0a 28,6 ± 11,4a 24,8 ± 11,9a Zone 5 36,3 ± 11,7a 41,0 ± 9,8b 38,5 ± 13,8b p-value 0,894 0,016 0,008 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 11, les stocks de carbone ne présentent pas de différences significatives pour toutes les zones de prélèvement au niveau de l’horizon 0-10cm (p-value = 0,894). Par contre, pour les horizons 10-20 cm et 20-30 cm, des différences significatives des stocks de carbone sont observées entre les zones de prélèvement 2, 3 et 4 d’une part et la zone de prélèvement 5 d’autre part avec p- value = 0,016 et 0,008 respectivement.

Stock de C en fonction des zones de prélèvement Stock de C (Mg.ha-1)

0 10 20 30 40 50 0

Zone 1

10 Zone 2 Zone 3

Zone 4

Zone 5 Profondeur(cm) 20

30

Figure 15 : Profil des stocks de C en fonction des zones de prélèvement.

La Figure 15 illustre le profil des stocks de carbone en fonction des zones de prélèvement. En effet, les stocks de carbone augmentent de l’horizon 0-10 cm à l’horizon 10-20 cm et diminuent de l’horizon 10-20 cm à l’horizon 20-30 cm pour les zones de prélèvement 1 et 5. Par contre, ils diminuent en fonction de la profondeur pour les zones de prélèvement 2, 3 et 4. Les stocks de carbone les plus marquants sont observés pour la zone de prélèvement 5 (avec 36,3, 41 et 38,5 Mg C.ha-1 pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm) et les plus faibles pour la zone de prélèvement 2 (avec 31, 29,5 et 21,9 Mg C.ha-1 respectivement pour les trois profondeurs d’analyse).

35

RESULTATS

a-Stock de C en fonction des b-Stock de C en fonction des c-Stock de C en fonction des zones de prélèvement zones de prélèvement zones de prélèvement 0-10cm 10-20cm 20-30cm 70 70 70

60 60 60

50 1) 50 1)

1) 50

-

- -

40 40 40

30 30 30

Stock de Stock (Mg.haC de Stock (Mg.haC 20 CStock de (Mg.ha 20 20

10 10 10

0 0 0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 : Zone 1, Z2 : Zone 2, Z3 : Zone 3, Z4 : Zone 4, Z5 : Zone 5 Figure 16 : Distribution des stocks de C en fonction des zones de prélèvement et par horizon.

La Figure 16 illustre la distribution des stocks de carbone en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Pour l’horizon 0-10 cm (Figure 16a), les valeurs moyennes des stocks de carbone sont supérieures à celles de la médiane pour les zones de prélèvement 2, 3, 4 et 5. Elles sont inférieures aux médianes pour la zone de prélèvement 1. Pour l’horizon 10-20 cm (Figure 16b), les moyennes des stocks de carbone sont élevées pour les zones de prélèvement 1, 3 et 4, mais faibles pour les zones de prélèvement 2 et 5. Pour l’horizon 20-30 cm (Figure 16c), les moyennes des stocks de carbone sont élevées pour les zones de prélèvement 1, 3, 4 et 5 ; et sensiblement égales aux médianes pour la zone de prélèvement 2.

III.2.2.3. Stock de carbone en fonction des types de sol Les résultats statistiques des stocks de carbone en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 12. Tableau 12 : Stock de C en Mg.ha-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. Types de sol Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Sols ferrallitiques 34,2 ± 10,4a 30,2 ± 10,6a 25,7 ± 10,6a Andosols 36,3 ± 11,7a 41,0 ± 9,8b 38,5 ± 13,8b p-value 0,506 0,002 0,001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 12, les stocks de carbone en fonction des types de sol présents dans la zone d’étude ne présentent pas de différences significatives au niveau de l’horizon 0-10 cm (p-value = 0,506). Par contre, des différences significatives des stocks de carbone sont observées pour les groupes de sols ferrallitiques et pour les andosols au niveau des horizons 10-20 cm et 20-30 cm avec p-value = 0,002 et 0,001 respectivement. 36

RESULTATS

Stock de C en fonction des types de sol Stock de C (Mg.ha-1) 0 10 20 30 40 50 0

Sols ferrallitiques 10

Andosols

Profondeur(cm) 20

30

Figure 17 : Profil des stocks de C en fonction des types de sol.

La Figure 17 illustre le profil des stocks de carbone en fonction des types de sol. En effet, les stocks de carbone diminuent de la surface jusqu’en profondeur pour les groupes de sols ferrallitiques. Cependant, ils sont faibles au niveau de l’horizon de surface, augmentent au niveau de l’horizon sous- jacent et diminuent au niveau de l’horizon profond pour les andosols. Les stocks de carbone les plus élevés sont enregistrées au niveau des andosols particulièrement au niveau de l’horizon 10-20 cm.

a-Stock de C en fonction des b-Stock de C en fonction des c-Stock de C en fonction des types de sol types de sol types de sol 0-10cm 10-20cm 20-30cm 70 70 70

60 60 60

50 50 50

)

1)

1

1)

-

- -

40 40 40

30 30 30

Stock de Stock (Mg.haC

Stock de Stock (Mg.haC Stock de Stock (Mg.haC 20 20 20

10 10 10

0 0 0 SF A SF A SF A SF : Sols ferrallitiques, A : Andosols Figure 18 : Distribution des stocks de C en fonction des types de sol et par horizon.

La Figure 18 illustre la distribution des stocks de carbone en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. Pour les horizons 0-10 cm (Figure 18a) et 20-30 cm (Figure 18c), les valeurs

37

RESULTATS moyennes des stocks de carbone sont supérieures à celles de la médiane pour les groupes de sols ferrallitiques et les andosols. Pour l’horizon 10-20 cm (Figure 18b), les moyennes des stocks de carbone sont supérieures aux médianes pour les groupes de sols ferrallitiques. Cependant, les valeurs des moyennes des stocks de carbone sont légèrement faibles aux valeurs des médianes pour les andosols.

III.2.2.4. Localisation des variations des stocks de carbone du sol La Figure 19 présente la localisation des variations des stocks de carbone des 72 parcelles de prélèvement dans la zone de production laitière de Vakinankaratra. Les stocks de carbone varient de 19,55 à 69,07 Mg.ha-1 au niveau de ces parcelles de prélèvement. Cette fourchette de valeurs de stocks de carbone est subdivisée en trois classes : la classe des stocks faibles, la classe des stocks moyens et la classe des stocks élevés. En effet, les stocks de carbone faible varient de 19,55 à 36,05 Mg.ha-1 et sont situées dans la plupart des communes d’intervention : Antanifotsy, Antsoatany, Andranomanelatra, Antsirabe I, Ambohimiarivo, Ambohitsimanova, Belazao, Vinanikarena. Les stocks moyens de carbone varient de 36,05 à 52,56 Mg.ha-1 et sont localisés dans les communes d’Antsoatany, d’Andranomanelatra, d’Antsirabe I, de Belazao et de Vinanikarena. Quant aux stocks de carbone élevés, ils varient de 52,56 à 69,07 Mg.ha-1 et sont repérés dans les communes d’Ambohimiarivo, d’Ambohitsimanova et d’Antsirabe I.

38

RESULTATS

Mg.ha-1 Mg.ha-1 Mg.ha-1

Figure 19 : Localisation des variations des stocks de C des 72 parcelles de prélèvement.

39

RESULTATS III.3. Teneur et stock d’azote du sol III.3.1. Teneur en azote du sol III.3.1.1. Teneur en azote en fonction des horizons du sol Les valeurs des teneurs en azote en fonction des horizons du sol pour les trois profondeurs d’analyse sont présentées sur le Tableau 13. Tableau 13 : Teneur en N en g.kg-1 pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Teneur en N (g.kg-1) 0-10 cm 2,1 ± 0,9c 10-20 cm 1,8 ± 0,8b 20-30 cm 1,6 ± 0,8a p-value < 0,0001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 13, les teneurs en azote montrent des différences significatives entre les trois profondeurs d’analyse avec p-value < 0,0001.

a-Profil des teneurs en N b-Distribution des teneurs en N par horizon Teneur en N (g.kg-1) 0 1 2 3 6 0

5

) 1 - 4 10

3

Profondeur(cm) 20 2 Teneur en en Teneur (g.kg N

1

30 Horizon Horizon Horizon 0 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 20 : (a) Profil des teneurs en N et (b) distribution des teneurs en N par horizon.

La Figure 20 illustre le profil et la distribution des teneurs en azote pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs des teneurs en azote diminuent en fonction de la profondeur avec 2,18 g N.kg-1, 1,89 g N.kg-1 et 1,63 g N.kg-1 respectivement pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm (Figure 20a). Quant à la distribution des teneurs en azote (Figure 20b), les valeurs moyennes en teneurs en azote sont supérieures par rapport à celles de la médiane.

III.3.1.2. Teneur en azote en fonction des zones de prélèvement Les résultats des analyses statistiques des teneurs en azote en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 14.

40

RESULTATS Tableau 14 : Teneur en N en g.kg-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Zones de prélèvement Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Zone 1 1,7 ± 0,3a 2,0 ± 0,9ab 1,5 ± 0,4ab Zone 2 2,0 ± 0,8a 1,6 ± 0,2a 1,1 ± 0,2a Zone 3 2,3 ± 0,6a 1,8 ± 0,5ab 1,5 ± 0,4ab Zone 4 2,1 ± 0,9a 1,6 ± 0,8a 1,5 ± 1,0a Zone 5 2,5 ± 1,3a 2,6 ± 0,9a 2,4 ± 1,1b p-value 0,173 0,012 0,003 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 14, les valeurs de teneurs en azote en fonction des zones de prélèvement ne présentent pas de différences significatives au niveau de l’horizon 0-10 cm (p-value = 0,173). Cependant, des différences significatives des teneurs en azote sont observées entre les zones de prélèvement 2 et 5 d’une part et entre les zones de prélèvement 4 et 5 d’autre part au niveau des horizons 10-20 cm et 20-30 cm (p-value = 0,012 et 0,003 respectivement).

Teneur en N en fonction des zones de prélèvement

Teneur en N (g.kg-1) 0 1 2 3 0

Zone 1 10 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Profondeur(cm) 20

30

Figure 21 : Profil des teneurs en N en fonction des zones de prélèvement.

La Figure 21 illustre le profil des teneurs en azote en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs des teneurs en azote augmentent de l’horizon 0-10 cm à l’horizon 10-20 cm et diminuent de l’horizon 10-20 cm à l’horizon 20-30 cm pour les zones de prélèvement 1 et 5. Cependant, les teneurs en azote diminuent en fonction de la profondeur pour les zones de prélèvement 2, 3 et 4. Par ailleurs, les valeurs des teneurs en azote les plus élevées sont observées au niveau de la zone de prélèvement 5 et les plus faibles au niveau de la zone de prélèvement 2. 41

RESULTATS

a-Teneur en C en fonction b-Teneur en C en fonction c-Teneur en C en fonction des zones de prélèvement des zones de prélèvement des zones de prélèvement 0-10cm 10-20cm 20-30cm 6 6 6

5

5 5

)

1

-

) )

1 4

- 1 4 - 4

3 3 3

2 2

Teneur en en Teneur (g.kg N 2

Teneur en N (g.kg N en Teneur Teneur en en Teneur (g.kg N

1 1 1

0 0 0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 : Zone 1, Z2 : Zone 2, Z3 : Zone 3, Z4 : Zone 4, Z5 : Zone 5 Figure 22 : Distribution des teneurs en N en fonction des zones de prélèvement et par horizon.

La Figure 22 met en évidence la distribution des teneurs en azote en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Pour l’horizon 0-10 cm (Figure 22a), les valeurs moyennes des teneurs en azote sont élevées à celles de la médiane pour les zones de prélèvement 2, 3, 4 et 5. Cependant, les moyennes sont sensiblement identiques aux médianes pour la zone de prélèvement 1. Pour les horizons 10-20 cm (Figure 22b) et 20-30 cm (Figure 22c), les moyennes des teneurs en azote sont supérieures aux médianes pour les zones de prélèvement 1, 3, 4 et 5. Elles sont sensiblement égales aux médianes pour la zone de prélèvement 2.

III.3.1.3. Teneur en azote en fonction des types de sol Les résultats statistiques des teneurs en azote en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 15. Tableau 15 : Teneur en N en g.kg-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. Types de sol Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Sols ferrallitiques 2,1 ± 0,8a 1,7 ± 0,7a 1,4 ± 0,7a Andosols 2,5 ± 1,3a 2,6 ± 0,9b 2,4 ± 1,1b p-value 0,270 0,002 0,001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 15, aucune différence significative n’est observée pour les stocks d’azote en fonction des types de sol au niveau de l’horizon 0-10 cm, avec une probabilité supérieure au seuil de signification α (p-value = 0,270). Par contre, les stocks d’azote présentent des différences significatives pour les groupes de sols ferrallitiques et les andosols au niveau des horizons 10-20 cm et 20-30 cm, avec p-value = 0,002 et 0,001 respectivement.

42

RESULTATS

Teneur en N en fonction des types de sol Teneur en N (g.kg-1) 0 1 2 3 0

Sols 10 ferrallitiques

Andosols

Profondeur(cm) 20

30

Figure 23 : Profil des teneurs en N en fonction des types de sol.

La Figure 23 illustre le profil des teneurs en azote en fonction des types de sol. En effet, les teneurs en azote diminuent de la surface jusqu’en profondeur pour les groupes de sols ferrallitiques. Cependant, les teneurs en azote sont faibles au niveau de l’horizon de surface, augmentent au niveau de l’horizon sous-jacent et diminuent au niveau de l’horizon profond pour les andosols. Les teneurs en azote les plus élevés sont repérées au niveau des andosols particulièrement au niveau de l’horizon 10-20 cm.

a-Teneur en N en fonction b-Teneur en N en fonction c-Teneur en N en fonction des types de sol des types de sol des types de sol 0-10cm 10-20cm 20-30cm 6 6 6

5 5 5

)

)

)

1

1

1

- - 4 - 4 4

3 3 3 Teneur en en Teneur (g.kg N Teneur en en Teneur (g.kg N 2 2 Teneuren N(g.kg 2

1 1 1

0 0 0 SF A SF A SF A SF : Sols ferrallitiques, A : Andosols Figure 24 : Distribution des teneurs en N en fonction des types de sol et par horizon.

La Figure 24 illustre la distribution des teneurs en azote en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs moyennes des teneurs en azote sont supérieures à celles de la médiane pour tous les types de sol et pour les trois profondeurs d’analyse. 43

RESULTATS III.3.2. Stock d’azote du sol III.3.2.1. Stock d’azote en fonction des horizons du sol Les valeurs des stocks d’azote en fonction des horizons du sol pour les trois profondeurs d’analyse sont présentées dans le Tableau 16. Tableau 16 : Stock de N en Mg.ha-1 pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Stock de N (Mg.ha-1) 0-10 cm 1,9 ± 0,7b 10-20 cm 1,7 ± 0,6b 20-30 cm 1,5 ± 0,7a p-value < 0,0001 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 16, les stocks d’azote présentent des différences significatives entre les horizons 0- 10 cm et 20-30 cm et entre les horizons 10-20 cm et 20-30 cm (p-value < 0,0001).

a-Profil des stocks de N b-Distribution des stocks de N par horizon Stock de N (Mg.ha-1) 0 1 2 3 5 0

4

) 1 10 - 3

2

Profondeur(cm) 20 Stock de (Mg.haStock N

1

Horizon Horizon Horizon 30 0 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 25 : (a) Profil des stocks de N et (b) distribution des stocks de N par horizon.

La Figure 25 illustre le profil et la distribution des stocks d’azote pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les stocks d’azote diminuent en fonction de la profondeur avec 1,9 Mg N.ha-1 pour l’horizon 0-10 cm, 1,7 Mg N.ha-1 pour l’horizon 10-20 cm et 1,5 Mg N.ha-1 pour l’horizon 20-30 cm (Figure 25a). Pour la distribution des stocks d’azote du sol (Figure 25b), les valeurs moyennes de stocks d’azote sont supérieures par rapport à celles de la médiane pour les trois profondeurs d’analyse.

III.3.2.2. Stock d’azote en fonction des zones de prélèvement Les résultats des analyses statistiques des stocks d’azote en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 17.

44

RESULTATS Tableau 17 : Stock de N en Mg.ha-1 en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Zones de prélèvement Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Zone 1 1,7 ± 0,3a 2,0 ± 0,9ab 1,5 ± 0,4bc Zone 2 1,7 ± 0,6a 1,4 ± 0,2a 1,1 ± 0,1a Zone 3 2,1 ± 0,6a 1,7 ± 0,4ab 1,5 ± 0,4bc Zone 4 2,0 ± 0,7a 1,5 ± 0,6a 1,5 ± 0,9ab Zone 5 2,1 ± 0,8a 2,2 ± 0,5b 2,0 ± 0,7c p-value 0,405 0,019 0,004 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 17, aucune différence significative de stocks d’azote n’est observée pour toutes les zones de prélèvement au niveau de l’horizon 0-10 cm (p-value = 0,405). Cependant, les stocks d’azote présentent des différences significatives au niveau de l’horizon 10-20 cm entre les zones de prélèvement 2 et 5 d’une part et entre les zones de prélèvement 4 et 5 d’autre part (p-value = 0,019). Ces différences significatives des stocks d’azote s’accentuent au niveau de l’horizon 20-30 cm entre les zones de prélèvement 1 et 2 ; entre les zones de prélèvement 2 et 3 ; entre les zones de prélèvement 2 et 5 ; et entre les zones de prélèvement 4 et 5 (p-value = 0,004).

Stock de N en fonction des zones de prélèvement

-1 0 1 Stock de N (Mg.ha ) 2 3 0

Zone 1 10 Zone 2

Zone 3

Zone 4

Profondeur(cm) 20 Zone 5

30 Figure 26 : Profil des stocks de N en fonction des zones de prélèvement.

La Figure 26 montre le profil des stocks d’azote en fonction des zones de prélèvement. En effet, les stocks d’azote augmentent de l’horizon 0-10 cm à l’horizon 10-20 cm et diminuent de l’horizon 10-20 cm à l’horizon 20-30 cm pour les zones de prélèvement 1 et 5. Cependant, ils diminuent en fonction de la profondeur pour les zones de prélèvement 2, 3 et 4. Les valeurs des stocks d’azote du sol les plus élevés sont situés pour la zone de prélèvement 5 et les plus faibles sont repérés au niveau de la zone de prélèvement 2.

45

RESULTATS

a-Stock de N en fonction des b-Stock de N en fonction des c-Stock de N en fonction zones de prélèvement zones de prélèvement des zones de prélèvement 0-10cm 10-20cm 20-30cm 5 5 5

4 4 4

) )

)

1 1

1

- - - 3 3 3

2 2 2

Stock de Stock (Mg.haN de Stock (Mg.haN Stock de Stock (Mg.haN

1 1 1

0 0 0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z1 : Zone 1, Z2 : Zone 2, Z3 : Zone 3, Z4 : Zone 4, Z5 : Zone 5 Figure 27 : Distribution des stocks de N en fonction des zones de prélèvement et par horizon.

La Figure 27 illustre la distribution des stocks d’azote en fonction des zones de prélèvement pour les trois profondeurs d’analyse. Pour l’horizon 0-10 cm (Figure 27a), les stocks d’azote du sol ont des valeurs moyennes supérieures aux valeurs médianes pour les zones de prélèvement 2, 3, 4 et 5. Ce qui est l’inverse pour la zone de prélèvement 1 avec une moyenne inférieure à la médiane. Pour l’horizon 10-20 cm (Figure 27b), les moyennes des stocks d’azote du sol élevées sont localisées pour les zones de prélèvement 1, 3 et 5 ; et celles faibles pour la zone de prélèvement 2. Moyennes et médianes sont sensiblement égales pour la zone de prélèvement 4. Pour l’horizon 20-30 cm (Figure 27c), les valeurs moyennes des stocks d’azote du sol sont supérieures à celles de la médiane pour les zones de prélèvement 1, 3, 4 et 5 et inférieures pour la zone de prélèvement 2.

III.3.2.3. Stock d’azote en fonction des types de sol Les résultats statistiques des stocks d’azote en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 18. Tableau 18 : Stock de N en Mg.ha-1 en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. Types de sol Horizon 0-10 cm Horizon 10-20 cm Horizon 20-30 cm Sols ferrallitiques 1,9 ± 0,6a 1,6 ± 0,6a 1,4 ± 0,7a Andosols 2,1 ± 0,8a 2,2 ± 0,5b 2,0 ± 0,7b p-value 0,506 0,004 0,005 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 18, les stocks d’azote ne présentent pas de différences significatives en fonction des types de sol au niveau de l’horizon 0-10 cm (p-value = 0,506). Cependant, des différences

46

RESULTATS significatives des stocks d’azote sont observées pour les groupes de sols ferrallitiques et pour les andosols au niveau des horizons 10-20 cm et 20-30 cm, avec p-value = 0,002 et 0,005 respectivement.

Stock de N en fonction des types de sol Stock de N (Mg.ha-1) 0 1 2 3 0

Sols 10 ferrallitiques

Andosols

Profondeur(cm) 20

30

Figure 28 : Profil des stocks de N en fonction des types de sol.

La Figure 28 illustre le profil des stocks d’azote en fonction des types de sol. En effet, les stocks d’azote diminuent de la surface jusqu’en profondeur pour les groupes de sols ferrallitiques. Cependant, ils sont faibles au niveau de l’horizon de surface, augmentent au niveau de l’horizon sous-jacent et diminuent au niveau de l’horizon profond pour les andosols. Les stocks d’azote les plus élevés sont notées au niveau des andosols particulièrement au niveau de l’horizon 10-20 cm.

a-Stock de N en fonction des b-Stock de N en fonction des c-Stock de N en fonction des types de sol types de sol types de sol 0-10cm 10-20cm 20-30cm 5 5 5

4 4 4

)

)

)

1

1

1

-

- - 3 3 3

2 2 2

Stock de Stock (Mg.haN

Stock de Stock (Mg.haN Stock de Stock (Mg.haN

1 1 1

0 0 0 SF A SF A SF A SF : Sols ferrallitiques, A : Andosols Figure 29 : Distribution des stocks de N en fonction des types de sol et par horizon.

47

RESULTATS La Figure 29 illustre la distribution des stocks d’azote en fonction des types de sol pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs des moyennes des stocks d’azote sont supérieures à celles de la médiane pour tous les types de sol et pour les trois profondeurs d’analyse.

III.3.2.4. Localisation des variations des stocks d’azote du sol La localisation des variations des stocks d’azote des 72 parcelles de prélèvement est présentée sur la Figure 30. Les stocks d’azote de ces parcelles de prélèvement varient de 0,74 à 4,21 Mg.ha-1. Ces variations de stocks d’azote sont regroupées en trois classes : la classe des stocks d’azote faible, la classe des stocks moyens d’azote et la classe des stocks d’azote élevés. Les stocks d’azote faible, compris entre 0,74 et 1,9 Mg.ha-1, sont agencés dans les communes d’Antanifotsy, d'Antsoatany, d’Andranomanelatra, d’Antsirabe I, d’Ambohimiarivo, d’Ambohitsimanova, de Belazao et de Vinanikarena. Les stocks moyens d’azote varient de 1,90 à 3,05 Mg.ha-1 et sont délimités dans les communes d’Andranomanelatra, d’Antsirabe I, de Belazao et de Vinanikarena. Les stocks d’azote élevés sont compris entre 3,05 et 4,21 Mg.ha-1 et sont repérés dans les communes d’Antsoatany, d’Ambohimiarivo, d’Ambohitsimanova et d’Antsirabe I.

48

RESULTATS

Mg.ha-1 Mg.ha-1 Mg.ha-1

Figure 30 : Localisation des variations des stocks de N des 72 parcelles de prélèvement.

49

RESULTATS III.4. Relation entre carbone et azote III.4.1. Rapport carbone sur azote Les résultats des traitements statistiques du rapport carbone sur azote pour les trois profondeurs d’analyse sont donnés dans le Tableau 19. Tableau 19 : Rapport C/N pour les trois profondeurs d’analyse. Profondeur Rapport C/N 0-10 cm 17,8 ± 3,0a 10-20 cm 18,2 ± 2,8a 20-30 cm 17,7 ± 2,7a p-value 0,558 *Les moyennes suivies d’une lettre minuscule différente dans une même colonne diffèrent significativement au seuil α=0,05. D’après le Tableau 19, le rapport carbone sur azote ne présente pas de différences significatives au niveau des trois profondeurs d’analyse avec une probabilité (p-value = 0,558) supérieure au seuil de signification α.

a-Profil du rapport C/N b-Distribution du rapport C/N par horizon 0 10 20 0 30

25

10 20

15 Rapport Rapport C/N

20Profondeur(cm) 10

5

Horizon Horizon Horizon 30 0 0-10cm 10-20cm 20-30cm Figure 31 : (a) Profil du rapport C/N et (b) distribution du rapport C/N par horizon.

La Figure 31 illustre le profil et la distribution du rapport carbone sur azote pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les valeurs du rapport carbone sur azote augmentent de l’horizon 0-10 cm à l’horizon 10-20 cm et diminuent de l’horizon 10-20 cm à l’horizon 20-30 cm avec 17,8 ; 18,2 et 17,7 respectivement pour les trois profondeurs d’analyse (Figure 31a). Quant à la distribution du rapport carbone sur azote par horizon (Figure 31b), les valeurs moyennes du rapport carbone sur azote sont légèrement supérieures à celles de la médiane pour les horizons 0-10 cm et 10-20 cm. Cependant, les moyennes du rapport carbone sur azote sont inférieures aux médianes au niveau de l’horizon 20-30 cm. 50

RESULTATS III.4.2. Corrélation des teneurs et des stocks de carbone et d’azote du sol III.4.2.1. Corrélation des teneurs en carbone et en azote du sol Les droites de régression linéaire des teneurs en carbone et azote du sol des trois profondeurs d’analyse sont présentées sur la Figure 32.

a-Régression de Teneur en C b-Régression de Teneur en c-Régression de Teneur en (g.kg-1) par Teneur en N C (g.kg-1) par Teneur en N C (g.kg-1) par Teneur en N (g.kg-1) 0-10cm (g.kg-1) 10-20cm (g.kg-1) 20-30cm 120 120 120

100 100 100

30cm

20cm

10cm

- -

- 80 80 80

) ) 0

1

) ) 20

) ) 10

-

1

1

- - 60 60 60

40 40 40

Teneur en en Teneur (g.kg C

Teneur en en Teneur (g.kg C Teneur en en Teneur (g.kg C 20 20 20

0 0 0 0 2 4 6 8 0 2 4 6 0 2 4 6 Teneur en N (g.kg-1) 0-10cm Teneur en N (g.kg-1) 10-20cm Teneur en N (g.kg-1) 20-30cm

y = 13,9 x + 7,4 y = 16 x + 3,6 y = 15,8 x + 2,8 R2 = 0,862 R2 = 0,911 R2= 0,856 N = 72 N = 72 N = 72

Figure 32 : Analyses des régressions des teneurs en C et N du sol par horizon.

La Figure 32 illustre les analyses des régressions des teneurs en carbone et azote du sol pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, des corrélations positives sont observées entre les teneurs en carbone et azote du sol pour les horizons 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm. Les coefficients de déterminations sont largement élevés pour chaque horizon de sol et sont de l’ordre de 86 % pour l’horizon 0-10 cm, 91 % pour l’horizon 10-20 cm et 85 % pour l’horizon 20-30 cm.

III.4.2.2. Corrélation des stocks de carbone et d’azote du sol Les droites de régression linéaire des stocks de carbone et d’azote du sol des trois profondeurs d’analyse sont présentées sur la Figure 33.

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RESULTATS

a-Régression de Stock de C b-Régression de Stock de C c-Régression de Stock de C (Mg.ha-1) par Stock de N (Mg.ha-1) par Stock de N (Mg.ha-1) par Stock de N (Mg.ha-1) 0-10cm (Mg.ha-1) 10-20cm (Mg.ha-1) 20-30cm 90 90 90

80 80 80

70 70 70

30cm

20cm

10cm

- -

- 60 60 60

) ) 0

) ) 20

) ) 10

1

-

1

1

- - 50 50 50

40 40 40

30 30 30

20 20 20

Stock de Stock (Mg.haC

Stock de Stock (Mg.haC Stock de (Mg.haStock C 10 10 10

0 0 0 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6

Stock de N (Mg.ha-1) 0-10cm Stock de N (Mg.ha-1) 10-20cm Stock de N (Mg.ha-1) 20-30cm

y = 13,3 x + 7,8 y = 15,4 x + 4,5 y = 13,9 x + 5,6 R2 = 0,796 R2 = 0,888 R2= 0,748 N = 72 N = 72 N = 72

Figure 33 : Analyses des régressions des stocks de C et N du sol par horizon.

La Figure 33 montre les analyses des régressions des stocks de carbone et d’azote du sol pour les trois profondeurs d’analyse. Les stocks de carbone du sol se corrèlent positivement avec les stocks d’azote du sol pour les trois horizons du sol. Les coefficients de déterminations sont de l’ordre de 79 % pour l’horizon 0-10 cm, 88 % pour l’horizon 10-20 cm et 74 % pour l’horizon 20-30 cm.

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DISCUSSIONS PARTIE IV : DISCUSSIONS IV.1. Variabilité des densités apparentes du sol La densité apparente traduit l’état de compaction du matériau et de la porosité totale du sol. Lorsqu’elle est élevée, le sol contient peu de pores nécessaires à la croissance des racines, les capacités en eau sont réduites et la circulation des fluides ralentie (drainage et échange gazeux) (Longomba et Bishosha, 2009). La densité apparente est donc l’expression de la structure et de la porosité du sol (Yemefack et al., 2004) et elle est liée à la nature et à l’organisation des constituants du sol (Chauvel, 1977). Dans cette étude, la moyenne des densités apparentes du sol augmente le long de la profondeur avec 0,93 g.cm-3, 0,96 g.cm-3 et 1 g.cm-3 pour les trois profondeurs d’analyse et pour l’ensemble des échantillons de sol prélevé. D’après les études menées par Muhinda et al. (2009), les sols cultivés ont des densités apparentes comprises entre 0,9 et 1,8 g.cm-3. Dans la présente étude, la moyenne observée coïncide dans ces fourchettes de valeurs obtenues durant ces travaux antérieurs. Egalement, les densités apparentes faibles sont assez souvent observées sous pâturages où l’activité biologique est forte et où l’absence de travail du sol permet le maintien d’une bonne structuration du sol. En outre, la densité apparente pour les trois profondeurs d’analyse est faible en surface et s’accroît progressivement vers la profondeur. Elle est donc significativement différente suivant la profondeur. Selon Marchao et al. (2009), les activités biologiques se déroulent essentiellement au niveau de la partie superficielle du sol qui est connu comme la zone de concentration des débris végétaux et constitue une source importante de matière organique pour les organismes du sol. Ces organismes du sol, notamment la macrofaune, contribuent à améliorer la structure et la porosité des sols. De plus, les horizons ayant une forte activité biologique accumulent une quantité importante de matière organique formant une structure grumeleuse au niveau du sol. Dans ce cas, la porosité du sol est plus importante dans les horizons de surface qu’en profondeur. En-dessous, le sol devient plus compact du fait de l’insuffisance des activités biologiques. Par ailleurs, les horizons humifères relativement structurés des sols tropicaux se caractérisent par des densités apparentes plus faibles que celles des horizons minéraux sous-jacents à structure massive (Boissezon, 1965).

IV.2. Teneur et stock de carbone du sol Contrairement aux valeurs de la densité apparente du sol, les valeurs des teneurs en carbone du sol décroissent suivant la profondeur avec 37,83 g C.kg-1, 34,08 g C.kg-1 et 28,66 g C.kg-1 respectivement pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, cette réduction des teneurs en carbone du sol est proportionnelle à la quantité de matière organique contenue dans le sol. La matière organique du sol stimule donc l’activité biologique, étant à la fois source d’énergie et d’éléments nutritifs pour les organismes du sol (Duparque et Rigalle, 2006). Cette affirmation est admise par tous les auteurs internationaux ou nationaux (Arrouays et al., 2003 ; Razafimahatratra, 2006 ; Rakotonarivo, 2009). Fisher et al. (1994) ont aussi remarqué que la majorité des teneurs en carbone est située dans les 20 premiers centimètres du sol.

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DISCUSSIONS Quant aux stocks de carbone du sol, ils diminuent suivant la profondeur avec 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 et 27,6 Mg C.ha-1 respectivement pour les trois profondeurs d’analyse. Cette régression des stocks de carbone du sol s’explique par la diminution des systèmes racinaires en fonction de la profondeur. En général, la variabilité des stocks de carbone du sol présentent un gradient vertical de l’horizon de surface vers l’horizon en profondeur (Arrouays et al., 2003). Aussi, selon les travaux menés par Dabin (1980), la matière organique contenue dans le sol est abondante en surface et sa teneur diminue au fur et à mesure que la profondeur augmente.

IV.3. Teneur et stock d’azote du sol Les valeurs des teneurs en azote du sol obtenus dans cette présente étude décroissent en fonction de la profondeur. Elles varient de 2,1 g N.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, 1,8 g N.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,6 g N.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Ceci s’explique par l’abondance de matière organique présente au niveau de l’horizon de surface et la quantité de la matière organique diminue au niveau de l’horizon profond. Dabin (1980) affirme qu’elle est relativement concentrée dans la partie superficielle du sol. Le sol constitue une importante source d’azote (Adrien, 2007). En effet, les sols exploités par l’agriculture contiennent 3 à 50 Mg N.ha-1 dans la couche où sont enracinés les végétaux (Spiess et Richner, 2005). En se référant à ces valeurs des stocks d’azote du sol, celles de la présente étude sont relativement faibles avec 1,9 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 1,7 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,5 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon profond. Dans les études menées par Marchao et al. (2009), sur des sols ferrallitiques brésiliens, les stocks d’azote obtenus dans des sols cultivés sont de l’ordre de 4,4 Mg N.ha-1. Ces valeurs sont relativement élevées comparées aux valeurs de stocks d’azote du sol obtenus dans la présente étude. Ces différences de valeurs s’expliquent par la différence de texture et de minéralogie des sols. Plusieurs auteurs ont rapporté les effets de la texture et de la minéralogie sur le cycle de l’azote (Motavalli et al., 1995 ; Scott et al., 1996 ; Grandy et al., 2009). De même que pour les teneurs en azote du sol, les stocks d’azote du sol présentent un gradient de la surface vers la profondeur, ce qui est en relation directe avec la quantité de matière organique contenue dans le sol. Les valeurs du rapport carbone sur azote varient de 17,7 à 18,2 pour les trois profondeurs d’analyse. En effet, les besoins en azote sont couverts en termes de fourniture d’azote par le sol avec une bonne décomposition de la matière carbonée. Cependant, avec ce rapport carbone sur azote élevé, la matière organique se décompose lentement dans le sol, l’activité biologique est réduite et la minéralisation rencontre des difficultés avec des conditions d’anaérobie et d’acidité excessive (Lca, 2008). Egalement, les teneurs en carbone du sol sont fortement corrélés avec les teneurs en azote du sol avec un coefficient de détermination de 86 % au niveau de l’horizon de surface, 91 % au niveau de l’horizon sous-jacent et 85 % au niveau de l’horizon profond. Aussi, les stocks de carbone du sol se corrèlent positivement avec les stocks d’azote du sol avec un coefficient de détermination de 79 % au niveau de l’horizon de surface, 88 % au niveau de l’horizon sous-jacent et 74 % au niveau de l’horizon

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DISCUSSIONS profond. Ceci s’explique par la forme de l’azote dans le sol qui est essentiellement sous forme organique, notamment en l’absence d’amendement et qui est associé avec le carbone dans la matière organique.

IV.4. Effet des zones de prélèvement en relation avec les types de sol sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote Les quatre premières zones de prélèvement (zones 1, 2, 3 et 4) constituent les groupes de sols ferrallitiques présents dans la zone d’étude. La dernière zone de prélèvement (zone 5) rassemble les groupes des andosols.

IV.4.1. Effet des zones de prélèvement en relation avec les groupes de sols ferrallitiques sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote Les teneurs en carbone des quatre premières zones de prélèvement dans la présente étude varient de 32,6 à 39 g C.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, 32,7 à 33,1 g C.kg-1 au niveau de l’horizon sous- jacent et 22,9 à 29,6 g C.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Les valeurs des teneurs en azote de ces quatre premières zones de prélèvement sont de l’ordre de 1,7 à 2,1 g N.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, de 1,6 à 2 g N.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,1 à 1,5 g N.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Ces valeurs de teneurs en carbone et en azote des quatre premières zones de prélèvement diminuent en fonction de la profondeur. Cette réduction des teneurs en carbone et en azote est en relation avec la proportion de matière organique contenue dans chaque horizon du sol (Dabin, 1980). En effet, l’abondance de carbone organique dans le sol est expliquée par l’importance des quantités de biomasses au niveau de l’horizon de surface, augmentant la proportion en matière organique et présentant une forte activité biologique. Quant aux valeurs des stocks de carbone des quatre premières zones de prélèvement dans la présente étude, elles varient de 31 à 35,8 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 28,6 à 34,2 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 21,9 à 30,3 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon profond. Les stocks d’azote de ces quatre premières zones de prélèvement sont de l’ordre de 1,7 à 2 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 1,4 à 2 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,1 à 1,5 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon profond. En effet, ce gradient vertical des valeurs des stocks de carbone et d’azote est en relation avec la forte concentration de la matière organique au niveau de l’horizon de surface qu’au niveau de l’horizon profond. Egalement, l’abondance des stocks de carbone et d’azote en surface peut être expliquée par le développement de la végétation dans la partie superficielle du sol (Grinand et al., 2009). En tenant compte des types de sols que représentent ces quatre premières zones de prélèvement, notamment les sols ferrallitiques, les stocks moyens de carbone de ces quatre premières zones de prélèvement varient 82,4 à 96,4 Mg C.ha-1 sur une couche de 0-30 cm. D’après les travaux menés par Marchao et al. (2009), les stocks de carbone pour les sols ferrallitiques brésiliens sont de l’ordre de 53,3 Mg C.ha-1. Grinand et al. (2009) ont également effectué des études sur le stockage de carbone sur les sols ferrallitiques et ont trouvé un stock de carbone de l’ordre de 60,8 Mg

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DISCUSSIONS C.ha-1 sur une couche de 0-30 cm. Les valeurs obtenues dans cette présente étude dépassent largement celles obtenues dans les études antérieures avec une valeur de stock de carbone de l’ordre de 82,4 Mg C.ha-1 sur une couche de 0-30 cm. Cette variation des stocks de carbone des groupes de sols ferrallitiques peut être en relation avec les conditions climatiques de la zone d’étude et du mode d’usage des sols où les pâturages sont plutôt favorables au stockage de carbone et d’azote. En effet, la température joue un rôle prépondérant dans le stockage de carbone des sols. Selon Lal (2004), l'augmentation de la température du sol ne fera qu'augmenter le taux de minéralisation conduisant à une diminution du carbone organique du sol. Dans notre cas, les stocks de carbone élevés sont peut être dus à la température relativement faible de la zone d’étude. Aussi, la diversité des sites de prélèvement et la différence du nombre d’échantillons prélevés pour chaque type de sol peuvent aussi expliquer ces variations des stocks de carbone observées. Cependant, les stocks d’azote des quatre premières zones de prélèvement varient de 4,2 à 5,3 Mg N.ha-1 sur une couche de 0-30 cm.

IV.4.2. Effet des zones de prélèvement en relation avec les groupes des andosols sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote Les teneurs en carbone de la cinquième zone de prélèvement varient de 43,2 g C.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, 47,9 g C.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 44,9 g C.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Les valeurs des teneurs en azote de la cinquième zone de prélèvement sont de l’ordre 2,5 g N.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, 2,6 g N.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 2,4 g N.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Quant aux valeurs des stocks de carbone de la cinquième zone de prélèvement, elles varient de 36,3 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 41 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 38,5 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon profond. Les stocks d’azote de la cinquième zone de prélèvement sont de 2,1 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 2,2 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon sous- jacent et 2 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon profond. En effet, les teneurs et stocks de carbone et d’azote de la cinquième zone de prélèvement sont nettement plus élevées par rapport aux teneurs et stocks de carbone et d’azote des quatre premières zones de prélèvement. Ceci s’explique aussi par le fait que les parcelles de prélèvement se situent juste à proximité d’un massif volcanique et ont, par conséquent, une forte proportion en matière organique (Feller et Beare, 1997).

IV.5. Effet des types de sol sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote IV.5.1. Effet des groupes de sols ferrallitiques les teneurs et les stocks de carbone et d’azote Les teneurs en carbone des groupes de sols ferrallitiques obtenus dans la présente étude sont de l’ordre de 36,8 g C.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, 31,5 g C.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 25,7 g C.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Les valeurs des teneurs en azote des groupes de sols ferrallitiques sont de 2,1 g N.kg-1 au niveau de l’horizon de surface, de 1,7 g N.kg-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,4 g N.kg-1 au niveau de l’horizon profond. Ces valeurs des teneurs en

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DISCUSSIONS carbone et en azote de ces groupes de sols ferrallitiques diminuent en fonction de la profondeur du sol. Cette réduction des teneurs en carbone et en azote est en relation avec l’abondance de matière organique contenue dans le sol dans la mesure où la forte proportion en matière organique se remarque surtout au niveau de la partie superficielle du sol (Dabin, 1980). De plus, d’après les études menées par Razafimbelo (2006), les teneurs en carbone des sols ferrallitiques se situent entre 30 et 50 g C.kg-1 sur une couche de 0-20 cm. Selon les résultats obtenus lors de la présente étude, les teneurs en carbone des sols ferrallitiques sont relativement faibles au niveau de l’horizon profond. Quant aux teneurs en carbone des sols ferrallitiques des deux horizons de surface, les valeurs obtenues se rapprochent des fourchettes de valeurs obtenues par Razafimbelo (2006). Les valeurs des stocks de carbone des groupes de sols ferrallitiques dans la présente étude varient de 34,2 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 30,2 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 25,7 Mg C.ha-1 au niveau de l’horizon profond. Les stocks d’azote des groupes de sols ferrallitiques sont de l’ordre de 1,9 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon de surface, 1,6 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon sous-jacent et 1,4 Mg N.ha-1 au niveau de l’horizon profond. Ces valeurs des stocks de carbone et d’azote des groupes de sols ferrallitiques suivent un gradient vertical de la fertilité, où les fortes quantités de matières organiques se situent au niveau de l’horizon de surface du sol. Les stocks de carbone pour ces groupes de sols ferrallitiques sont de l’ordre de 90,2 Mg C.ha-1 sur une couche de 0-30 cm. Ces valeurs des stocks de carbone sont élevées par rapport aux valeurs de stocks de carbone obtenues dans les études menés par Marchao et al. (2009) et Grinand et al. (2009) avec 53,3 Mg C.ha-1 et 60,8 Mg C.ha-1 respectivement sur une couche de 0-30 cm. cette différence de valeurs des stocks de carbone peut être en relation avec les conditions climatiques de la zone d’étude et le mode d’usage des sols discutés au niveau des zones de prélèvement en relation avec les types de sol présents dans la zone d’étude. Les valeurs des stocks d’azote sont de 4,9 Mg N.ha-1 sur une couche de 0-30 cm.

IV.5.2. Effet des groupes des andosols sur les teneurs et les stocks de carbone et d’azote Les valeurs des teneurs et les stocks de carbone et d’azote des groupes des andosols sont les mêmes que les valeurs des teneurs et les stocks de carbone et d’azote de la cinquième zone de prélèvement. Egalement, les teneurs et les stocks de carbone et d’azote des groupes des andosols sont élevés que les teneurs et les stocks de carbone et d’azote des groupes de sols ferrallitiques. L’explication en est que les andosols ont des horizons riches en matière organique et ont une roche mère d’origine volcanique. Cependant, les sols ferrallitiques sont profonds, acides et pauvres en matière organiques (Duchaufour, 1954 ; Bourgeat et Aubert, 1971 ; Aquaportail, 2007).

IV.6. Réponses aux hypothèses Les résultats obtenus sur les teneurs en carbone et azote du sol ainsi que les stocks de carbone et d’azote du sol dans la présente étude montrent que le niveau des stocks de carbone et d’azote contenu dans les trente premiers centimètres du sol dépend de l’abondance de la matière organique présente dans les différents horizons du sol. De ce fait, la première hypothèse selon laquelle « le niveau des

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DISCUSSIONS stocks de carbone et d’azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra est en relation avec la proportion en matière organique » est validée. Les teneurs en carbone et azote des groupes de sols ferrallitiques sont faibles par rapport aux teneurs en carbone et azote des groupes des andosols dans la présente étude. Il en est de même pour les stocks de carbone et d’azote, où les groupes de sols ferrallitiques stockent moins de carbone et d’azote que les groupes des andosols. Autrement dit, les andosols induisent des effets positifs sur le stockage de carbone et d’azote des sols dans cette zone d’étude de part ces caractéristiques pédologiques. Donc, la deuxième hypothèse qui stipule que « les stocks de carbone et d’azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra diffèrent selon les types de sol » est aussi validée.

IV.7. Perspectives d’avenir Les études menées sur les stocks de carbone et d’azote des sols ne devraient pas se limiter à leur comparaison en fonction des horizons du sol et des types de sol présents dans la zone d’étude. En effet, étant donné que le projet BIOVA se focalise dans le recyclage des biomasses d’origine végétales et animales issus des systèmes d’exploitation d’agriculture et d’élevage, il pourrait être judicieux de tenir compte des conduites de culture adoptées par les exploitations paysannes. Les systèmes de culture menés par les paysans pourraient donc influer sur l’évolution des stocks de carbone et d’azote des sols. Pour arriver à terme de cette étude, des paramètres pourront être relevés via les enquêtes effectuées auprès des exploitations paysannes obtenus lors des investigations menés sur le terrain, entre autre, la durée d’exploitation des parcelles, les précédents culturaux, les différents types de rotation culturale, les apports de fertilisant et la topographie de la parcelle. Ces historiques des parcelles pourraient alors être sujets à des réflexions en termes de stockage de carbone et d’azote dans le sol. La culture sur place peut également être testée si elle stocke ou pas du carbone et de l’azote dans le sol. Cependant, pour mener à bien et à terme cette étude, il serait primordial de travailler en étroite collaboration avec les paysans même s’ils bénéficient déjà de formations et de suivis auprès des agents du FIFAMANOR ; augmenter les nombres d’exploitants en association ou en coopération avec le FIFAMANOR afin d’élargir le champ de vision en terme de capacité de stockage du sol en éléments nutritifs ; avoir des nombres égaux de parcelles pour chaque commune d’intervention afin de faciliter la comparaison des résultats obtenus ; et avoir des informations concrètes et précises sur les différents paramètres relevés notamment pour les historiques de parcelles. Il serait donc intéressant d’exploiter au mieux les interactions des systèmes d’exploitation d’agriculture et d’élevage en terme de capacité de stockage en éléments nutritifs (notamment en carbone et en azote), afin d’augmenter les réserves en matières organiques contenues dans le sol ; accroître par la suite la production agricole et la production de biomasse ; améliorer conjointement l’alimentation des animaux et la production laitière ; subvenir aux besoins alimentaires et économiques de la population malgache et aboutir à une sécurité alimentaire à l’échelle de la zone d’étude. Le secteur agricole pourra également être favorable en termes de marché de carbone vu qu’il est toujours question de carbone forestier de nos jours.

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CONCLUSION

CONCLUSION

L’évaluation des teneurs et des stocks de carbone et d’azote des sols dans la zone de production laitière de Vakinankaratra a permis de connaître les facteurs responsables de leur variation dans le sol. Des prélèvements de sol ont été réalisés dans onze communes de cette zone de production laitière de Vakinankaratra, subdivisés en cinq zones de prélèvement selon les types de sols correspondants et englobant soixante douze parcelles en tout. Les résultats ont montré que la moyenne des densités apparentes du sol sur une couche de 0-30 cm est de l’ordre de 0,93 à 1 g.cm-3 et est significativement différente selon la profondeur. Ce qui fait que la partie superficielle du sol de l’ensemble des parcelles de prélèvement connaît une forte concentration en matière organique, favorisant la structuration des agrégats et la constitution de la porosité du sol. Les teneurs en carbone et en azote varient suivant la profondeur et les types de sol. Respectivement pour les trois profondeurs d’analyse, les valeurs des teneurs sont de l’ordre de 37,8 g C.kg-1, 34 g C.kg- 1 et 28,6 g C.kg-1 pour le carbone ; 2,1 g N.kg-1, 1,8 g N.kg-1 et 1,6 g N.kg-1 pour l’azote. Quant aux valeurs des stocks, elles sont de l’ordre de 34,5 Mg C.ha-1, 31,9 Mg C.ha-1 et 27,6 Mg C.ha-1 pour le carbone ; 1,9 Mg N.ha-1, 1,7 Mg N.ha-1 et 1,5 Mg N.ha-1 pour l’azote. En effet, l’horizon de surface affiche des valeurs élevées des teneurs et des stocks de carbone et d’azote et elles diminuent le long du profil du sol. Elles sont surtout influencées par l’abondance des réserves en matière organique au niveau de cet horizon supérieur du sol. En tenant compte des types de sol, les groupes de sols ferrallitiques présentent des teneurs et des stocks de carbone et d’azote nettement plus faibles par rapport aux andosols, où les andosols ont une forte proportion en matière organique du fait de sa proximité au massif volcanique de l’Ankaratra. Les variations des stocks de carbone et d’azote au sein de la zone d’étude ont permis de déceler des stocks faibles rencontrés dans la plupart des communes d’intervention ; des stocks moyens situés à Andranomanelatra, Antsirabe I, Belazao et Vinanikarena ; et des stocks élevées repérés à Ambohimiarivo, Ambohitsimanova et Antsirabe I. Cette étude a donc permis d’évaluer les stocks de carbone et d’azote des sols de la zone de production laitière de Vakinankaratra, analyser les facteurs déterminants ce stockage (proportion en matière organique, présence de biomasse à la surface du sol, réserves en matières organiques contenues dans chaque horizon du sol et chaque type de sol) et déterminer les effets de chaque facteurs sur le stockage de carbone et d’azote dans le sol. L’établissement d’une carte des stocks de carbone et d’azote des sols à l’échelle de la zone d’étude s’avère être intéressant afin de comprendre la distribution spatiale de ces stocks de carbone et d’azote des sols mais aussi et surtout d’analyser les facteurs influençant le changement de ces stocks dans le sol. A l’avenir, les conduites de culture menées au niveau des exploitations pourraient être une matière à réflexion et un facteur favorisant le stockage de carbone et d’azote dans les sols. De ce fait, cette présente étude ouvre de nombreux horizons de recherche afin de limiter la dégradation des sols, améliorer la fertilité des sols, accroître la production agricole et aboutir à une sécurité alimentaire à l’échelle nationale. 59

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ANNEXES

ANNEXES

Annexe 1 : Projet BIOVA ...... b Annexe 2 : Monographie de la région de Vakinankaratra ...... d Annexe 3 : Fiche d’enquête des parcelles de prélèvement...... f Annexe 4 : Liste des parcelles de prélèvement...... g Annexe 5 : Tableau de différenciation des communes en zones de prélèvement et en type de sol...... i

a

ANNEXES Annexe 1 : Projet BIOVA.

Les actions de BIOVA ciblent particulièrement les régions dans lesquelles les activités d’agriculture et d’élevage sont associées ou interagissent étroitement. Les objectifs spécifiques de l’action sont en premier lieu d’augmenter les productions agricoles (riz, lait) par la conservation et le recyclage des biomasses végétales et animales produites sur l’exploitation et par la promotion des techniques d’agriculture de conservation tout en favorisant les synergies agriculture et élevage. En second lieu, il vise à renforcer les collaborations scientifiques régionales (Océan indien) et internationales (Belgique, France) par la mise en place d’un réseau de recherche scientifique sur l’évaluation et la gestion durable des biomasses dans les systèmes d’agriculture et d’élevage.

Activités du projet Le projet BIOVA comprend cinq activités principales, notamment la coordination du projet, la création d’outils et de méthode de suivi des ressources, la création des connaissances, la validation et le transfert des techniques et la structuration et l’animation de réseau de coopération et de collaboration scientifique. En outre, quatre groupes d'activités sont prévues durant ce projet, entre autre, l’élaboration d’outils et de méthodes facilitant la caractérisation et le suivi dynamique des flux de biomasse et de la fertilité des sols à l’échelle des exploitations d’agriculture et d’élevage et du territoire (spectromètre Infra Rouge portable et indice de végétation). Ensuite, l’acquisition de connaissances sur les rendements, l’efficience des transferts et les règles d’allocation de biomasse à l’intérieur des systèmes agricoles mixtes (base de données et indicateurs). Puis, la validation et le transfert de technique permettant d’améliorer la conservation/valorisation des biomasses et des nutriments et la fertilité des sols par une optimisation des échanges entre agriculture et élevage (agriculture de conservation). Enfin, la structuration et l’animation d’un réseau multi-partenarial d’échanges et d’expertises scientifiques sur l’évaluation et la gestion durable des biomasses et des sols dans les systèmes d’agriculture-élevage de la Région de l’Océan Indien.

Contraintes existantes dans les zones d’intervention Les contraintes constatées par les participants des deux pays cibles sont les capacités analytiques réduites des organismes d’appui, l’insuffisance des moyens, les difficultés logistiques d’intervention et l’insuffisance de la formation à la recherche et d’encadrement universitaire. Ainsi, des besoins prioritaires ont été définis notamment le renforcement des capacités analytiques pour la caractérisation des biomasses et des sols, le développement d’outils et de méthodes économiques, la constitution de bases de données, le développement de structures d’accueil et de capacités d’encadrement, la création d’outils d’échange et de communication (plateforme WEB collaborative) et l’instauration de programme de formation continue (e‐Learning).

b

ANNEXES But final A terme, le projet BIOVA devrait produire des outils et des méthodes, renforcer les capacités analytiques pour la caractérisation des ressources organiques (fourrages, fertilisants) et des sols, renforcer les capacités de diagnostic des contraintes agronomiques et économiques des exploitations d’agriculture-élevage. Il devrait également contribuer à améliorer la valorisation des ressources de l’exploitation (fourrages, engrais de ferme, sol), renforcer l’autonomie alimentaire, augmenter le revenu agricole et au final renforcer les compétences scientifiques et les capacités d’expertise régionales sur la conservation des ressources organiques au sein de l’exploitation agricole (Projet BIOVA, 2013).

c

ANNEXES Annexe 2 : Monographie de la région de Vakinankaratra.

Sols de la région de Vakinankaratra Selon la classification française des sols (CPCS, 1967), les sols de la région de Vakinankaratra peuvent être classés en quatre types. Les sols minéraux bruts, d’origine non climatique d’érosion, sont composés de lithosols sur socle cristallin, sur roche volcanique et sur cuirasse ferrugineuse. Les sols peu évolués, tronqués par l’érosion, possèdent un profil A-C. Même si les horizons C présentent souvent une altération de type ferrallitique, l’absence d’un horizon B ne permettait pas de classer ces sols parmi les sols ferrallitiques. Suivant la teneur en matière organique de l’horizon A, on peut distinguer les sols peu évolués humifères et les sols peu évolués non climatiques. Les andosols, riches en produits amorphes silico-alumineux, sont observés dans les régions volcaniques sur des matériaux pyroclastiques basiques datant des émissions les plus récentes du volcanisme de l’Ankaratra. Dans cette région, on peut distinguer, les andosols peu différenciés et les andosols différenciés. Les sols ferrallitiques sont caractérisés par un profil A-B-C. L’horizon B de ces sols ne dépasse pas les 150 cm d’épaisseur alors que l’horizon d’altération C peut atteindre quelques mètres d’épaisseur. Ils ont été différenciés en groupe et sous-groupes suivant l’intervention de processus physico-chimiques ou mécaniques (accumulation humifère, allitisation, rajeunissement, remaniement et hydromorphie) accompagnant le processus de ferrallitisation. On peut distinguer les sols ferrallitiques moyennement et fortement désaturés, avec des sous-groupes : humifères, allitiques, rajeunis ou hydromorphes (Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979). Selon la classification FAO des sols, la majeure partie des sols de Madagascar sur les Hautes-terres, est dominée par les Ferralsols, les Cambisols et les Nitisols (correspondant à des sols ferrallitiques de la classification française) (Razafimahatratra, 2011). Selon le PDDR de la région de Vakinankaratra (2007), les sols peuvent également être classés en deux grandes catégories. D’une part, les sols ferralitiques humifères noirs ou andosols, caractéristiques des régions situées au-dessus de 2000m d’altitude, se distinguent par l’épaisseur de l’horizon supérieur humifère noir, limoneux, très poreux et gorgé d’eau. D’autre part, les sols hydromorphes sont constitués par des sols de marais actuels ou anciens modifiés par le drainage. Les sols alluvionnaires, issus de bassins versants exclusivement basaltiques, sont les plus aptes à la riziculture.

Végétation de la région de Vakinankaratra La couverture forestière est largement en-dessous de la moyenne nationale, ainsi trois districts sur cinq sont en-dessous de 3% (Figure 34). La superficie couverte par la forêt naturelle est faible et la forêt artificielle est composée essentiellement de peuplement de pins (Pinus patula et Pinus merkusii) et d’eucalyptus (Eucalyptus robusta). La plupart des surfaces sont dominés par des formations graminéennes ou des savanes herbeuses basses (bozaka), par des espèces de graminées pérennes et cespiteuses (Aristida rufescens, Penniseturn pseudotriticoïdes et Trachypogon spicatus), par des jachères plus ou moins récentes envahies, par des espèces rudérales ou nitrophiles (Alloteropsis d

ANNEXES semialata, Cassia rnimosoïdes, Cynodon dactylon, Digitaria longiflora, Eragrostis atrovirens, Euphorbia hirta, Rhynchelytrurn repens et Sporobolus pyramidatus) (Razafindramanana, 2011). Dans les bas-fonds et les plaines lacustres se trouvent des marais à joncs et parfois à Viha, qui sont en voie de disparation (Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979).

Figure 34 : Carte de la végétation de la région de Vakinankaratra (PRDR, 2007).

Population de la région de Vakinankaratra

Avec une population totale autour de 1 982 000 d’habitants, la région du Vakinankaratra compte environ 202 000 exploitations agricoles. Sa production est orientée vers les céréales, les fruits, les légumes et les produits d’origine animale. L’insécurité dans la partie Ouest de la région a freiné les mouvements migratoires vers cette zone et la population se concentre alors dans la capitale régionale, Antsirabe, avec 22% de taux d’urbanisation (PRDR, 2007).

e

ANNEXES Annexe 3 : Fiche d’enquête des parcelles de prélèvement.

N° Parcelle : ……………………………………….Effectué par : …...... Date de prélèvement : …………………………………………………………………………………… Localisation administrative : Région : ………………………………………………………...... District : ……………………………………………………………… Commune : …………………………………………………………... Fokontany : …………………………………………………………... Village : ………………………………………………………...... Nom du propriétaire : …………………………………………………………………………...... Coordonnées GPS : Altitude Latitude Longitude

Types de jachère : Jachère cultivée Jachère améliorée Jachère nue Pratique agricole : Sols cultivés Sols non cultivés Terrain vierge Date de la mise en place de la parcelle : ………………………………………………………………… Système de culture : labouré (profondeur :…….cm) ou non labouré (type de couverture : …………...) Précédent cultural : ……………………………………………...... Culture actuelle : ………………………………………………………………………………………… Apport d’intrants : Intrants Oui ou Non Quantité d’apports (Si oui) Fumier Dolomie NPK Urée Autres à préciser Terroir : Partie sommitale Haut-versant Mi-versant Bas versant Bas fond Baiboho Autres à préciser Pente : Plat Faible (<5%) Moyenne (entre 5-20%) Forte (>20%)

Orientation de la pente : ………………………………………………………………………...... Autres observations : ……………………………………………………………………………………. f

ANNEXES Annexe 4 : Liste des parcelles de prélèvement.

N° Districts Communes Propriétaires Cultures actuelles 1 Antsirabe I Ambano Roger Rakotonomenjanahary Pennisetum 2 Antsirabe II Antsoatany Université adventiste Pennisetum 3 Antsirabe II Antsoatany Aimé Justin Pennisetum +kizosi 4 Antsirabe II Antsoatany Mme Noeline Pennisetum kizosi 5 Antsirabe II Antsoatany Razafindramavo Marcelin Pennisetum, Brachiaria, Chloris 6 Antsirabe I Antsirabe I Andry Luc Johnson Brachiaria 7 Antsirabe I Antsirabe I Jean de Dieu Rakotonirina Pennisetum Relaza 8 Antsirabe I Antsirabe I Henry Rakotomandimby Pennisetum 9 Antsirabe II Antsoatany Randrianirina Martin Brachiaria 10 Antsirabe II Andranomanelatra Sœur filles de la sagesse Pennisetum Relaza 11 Antsirabe I Andranomanelatra Andriamampiray Rakotondrasoa Pennisetum Relaza 12 Antsirabe I Antsirabe I Alfred Rakotondrajoa Pennisetum Relaza 13 Antsirabe I Antsirabe I Alfred Rakotondrajoa Pennisetum Relaza 14 Antsirabe I Manandona Rajaonarivony Boniface Pennisetum kizosi 15 Antsirabe I Antsirabe I Rakotomamonjy Flavien Noêl Chloris gayana 16 Antsirabe I Antsirabe I Alain Rafanoherivonjy Brachiaria mulato 17 Antsirabe II Andranomanelatra Ranaivomanana Jean de Dieu Brachiaria, kizosi 18 Antsirabe I Antsirabe I FTMTK Pennisetum 19 Antsirabe I Antsirabe I FTMTK Pennisetum 20 Antsirabe I Antsirabe I Jerôme Pennisetum Relaza 21 Antsirabe I Antsirabe I Betty Lambert Chloris gayana 22 Antsirabe I Antsirabe I Betty Lambert Pennisetum Relaza 23 Antsirabe I Antsirabe I Rabekoriana Chloris gayana 24 Antsirabe I Andranomanelatra Antanivao Chloris gayana 25 Antsirabe II Ambohimiarivo Armand Rakotohary Pennisetum 26 Antsirabe II Andranomanelatra Jean Marie Rakotomahandry Raygrass 27 Antsirabe II Andranomanelatra François de Salle Pennisetum Relaza 28 Antsirabe I Antsirabe I Ida Rakotondrajoa Brachiaria 29 Antsirabe I Antsirabe I Ida Rakotondrajoa Chloris gayana 30 Antsirabe I Antsirabe I Ida Rakotondrajoa Pennisetum Relaza 31 Antsirabe I Antsirabe I Tolotra Heriniaina Haja Brachiaria 32 Antsirabe II Andranomanelatra Rasolomandimby Brachiaria 33 Antsirabe I Antsirabe I Rakotondrajoa Andry Avoine + vesce 34 Antsirabe I Antsirabe I Razanamavo Marie Emily Avoine + vesce 35 Antsirabe I Ambano Rasonoely Florentine Avoine + vesce 36 Antsirabe I Antsirabe I Razanadrakoto Ida Avoine + vesce 37 Antsirabe I Antsirabe I Alain Rafanoherivonjy Avoine + vesce 38 Antanifotsy Antanifotsy Razafindramiadana Pennisetum Relaza 39 Antanifotsy Antanifotsy Rakotoarisoa Justin Brachiaria 40 Antanifotsy Antanifotsy Rakotonanadrasana André Pennisetum kizosi 41 Antanifotsy Antanifotsy Maurice Pennisetum kizosi 42 Antanifotsy Antanifotsy Mahenina Brachiaria 43 Antanifotsy Antanifotsy Rakotoarisoa Justin Brachiaria brizantha g

ANNEXES

44 Antsirabe I Antsirabe I Randriampenomandimby Herijaona Pennisetum Relaza 45 Antsirabe I Antsirabe I Randriampenomandimby Herijaona Pennisetum Relaza 46 Antsirabe II Belazao Mr Rufin Pennisetum Colet rouge 47 Antsirabe II Belazao Mr Rufin Pennisetum Colet rouge 48 Antsirabe II Belazao Mr Rufin Pennisetum kizosi 49 Antsirabe II Antsoatany Mme Jeanne Avoine + vesce 50 Antsirabe II Antsoatany Mme Jeanne Avoine + vesce 51 Antsirabe II Ambohitsimanova Mme Henriette Avoine + vesce 52 Antsirabe II Ambohitsimanova Rakotozefa Roger Avoine + vesce 53 Antsirabe II Belazao Mr Roger Relaza + kizosi + setaria 54 Antsirabe II Belazao Mr Roger Relaza + kizosi 55 Antsirabe II Belazao Mr Roger Pennisetum kizosi 56 Antsirabe II Belazao Mr Ralaody Pennisetum kizosi 57 Antsirabe II Belazao Mr Roger Pennisetum kizosi 58 Antsirabe II Andranomanelatra Mr Jules Avoine + vesce 59 Antsirabe II Ambohimiarivo Mr Jules Avoine + vesce 60 Antsirabe II Belazao Mr Roger Brachiaria 61 Antsirabe II Belazao Mr Roger Relaza + kizosi + setaria 62 Antsirabe II Belazao Mr Roger Pennisetum Relaza 63 Antanifotsy Antanifotsy Rakotomamonjy Charlot Pennisetum kizosi 64 Antanifotsy Antanifotsy Mahenina Brachiaria mulato 65 Antanifotsy Antanifotsy Ramanamizaka Albert Brachiaria mulato 66 Antanifotsy Antanifotsy Ramanambelona Eugène Brachiaria ruziziensis 67 Antanifotsy Antanifotsy Zo Lalaina Pennisetum Relaza 68 Antsirabe II Ambano Ferme Ecole Tombontsoa Pennisetum Relaza 69 Antsirabe II Vinanikarena - Aristida (terrain vierge) 70 Antsirabe II Vinanikarena - Aristida (terrain vierge) 71 Antsirabe I Antsirabe I Mme Vola Brachiaria 72 Antsirabe I Antsirabe I Mr Justin Kizosi + Setaria

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ANNEXES Annexe 5 : Tableau de différenciation des communes en zones de prélèvement et en type de sol.

N° Communes Zones de prélèvement Type de sol correspondant aux zones de prélèvement 1 Ambano Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 2 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 3 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 4 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 5 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 6 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 7 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 8 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 9 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 10 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 11 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 12 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 13 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 14 Manandona Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 15 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 16 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 17 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 18 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 19 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 20 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 21 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 22 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 23 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 24 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 25 Ambohimiarivo Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 26 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 27 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 28 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 29 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 30 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 31 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 32 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 33 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 34 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 35 Ambano Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 36 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 37 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 38 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 39 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 40 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 41 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 42 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 43 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures i

ANNEXES

44 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 45 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 46 Belazao Zone 5 Andosols 47 Belazao Zone 5 Andosols 48 Belazao Zone 5 Andosols 49 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 50 Antsoatany Zone 2 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée et indures 51 Ambohitsimanova Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 52 Ambohitsimanova Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 53 Belazao Zone 5 Andosols 54 Belazao Zone 5 Andosols 55 Belazao Zone 5 Andosols 56 Belazao Zone 5 Andosols 57 Belazao Zone 5 Andosols 58 Andranomanelatra Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 59 Ambohimiarivo Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 60 Belazao Zone 5 Andosols 61 Belazao Zone 5 Andosols 62 Belazao Zone 5 Andosols 63 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 64 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 65 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 66 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 67 Antanifotsy Zone 1 Sols ferrallitiques fortement rajeunis et indures 68 Ambano Zone 3 Sols ferrallitiques rajeunis à structure peu dégradée 69 Vinanikarena Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 70 Vinanikarena Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 71 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures 72 Antsirabe I Zone 4 Sols ferrallitiques rajeunis à structure dégradée et indures

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