ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES DEPARTEMENT AGRICULTURE

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention d’un diplôme d’ingénieur agronome

EVALUATION DE LA CAPACITE D’ECHANGE CATIONIQUE ET

DES TENEURS EN BASES ECHANGEABLES ET EN ALUMINIUM

ECHANGEABLE DE SOLS DANS LA ZONE DE PRODUCTION

LAITIERE DE

Présenté par RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana Promotion « HINA » (2009-2014)

Soutenu le 26 Août 2014 devant le jury composé de : Président : Dr. Harilala ANDRIAMANIRAKA Examinateur : Dr. Hery RAZAFIMAHATRATRA Encadreur professionnel : Dr. Tovonarivo RAFOLISY Tuteur : Dr. Norosoa Christine RAZAFINDRAMANANA RAKOTONIAINA

« Il est ma confiance et mon lieu fort ; Il est mon Dieu, je me confierai en lui…Car Il commandera à ses anges à ton sujet, de te garder en toutes tes voies… » Psaumes 91 : 2, 11

REMERCIEMENTS

Au terme de ce travail, qu’il me soit permis d’exprimer ici toute ma gratitude à DIEU TOUT PUISSANT grâce à sa bénédiction, sans quoi rien n’a pu être accompli. J’aimerais bien également adresser mes vifs remerciements à toutes les personnes physiques et/ou morales qui ont contribué à la réalisation de ce mémoire de fin d’études. Ma reconnaissance va particulièrement à :

- Monsieur Harilala ANDRIAMANIRAKA , Docteur en Sciences Agronomiques, Chef du Département Agriculture et enseignant chercheur à l’ESSA, pour l’honneur qu’il nous a fait pour présider le jury de cette soutenance de mémoire malgré ses lourdes responsabilités ;

- Monsieur Hery RAZAFIMAHATRATRA , Enseignant-Chercheur à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, d’avoir accepté d’être l’examinateur de ce travail ; - Monsieur Tovonarivo RAFOLISY , Ph.D in Agriculture, Maître de Conférences, Chercheur au Laboratoire des Radio-isotopes (LRI), pour toutes les discussions très enrichissantes aux choix de stratégie en mettre en œuvre pour répondre au mieux la problématique qui m’était posée et d’avoir consacré une grande partie de son temps à suivre de près cette étude malgré ses nombreuses occupations ainsi que d’avoir accepté de siéger parmi les membres de jury de ce mémoire ;

- Madame, Norosoa Christine RAZAFINDRAMANANA RAKOTONIAINA, Docteur en Sciences Agronomiques, Enseignant chercheur à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques, d’avoir suivi de près l’étude du début jusqu’à la fin et qui n’a pas ménagé son temps pour discuter de mes résultats et m’aider à organiser ce document qui porte ainsi les empreintes de sa rigueur d’analyse. En acceptant d’être mon encadreur pédagogique, elle témoigne de l’intérêt qu’elle a accordé à ce travail et que je m’efforce de lui rendre.

- A Monsieur Thierry BECKER, Docteur/HDR, Pédologue, Directeur de Recherche à l’IRD de m’avoir guidé et largement soutenu tout au long de ce stage de mémoire. Mon travail a bénéficié de sa rigueur scientifique et de son esprit critique ; J’adresse également mes remerciements :

- Au Projet de restitutions de BIOmasse Végétale et Animale (BIOVA) pour avoir financé le présent travail et avoir octroyé une allocation d’étude durant les six mois de stage. Il s’agit d’un projet issu de fruits de collaboration entre le Laboratoire des Radio-Isotopes (LRI) de l’Université d’Antananarivo, l’UMR Eco&Sols (SupAgro- CIRAD-INRA-IRD), le FOFIFA et le FIFAMANOR. - A toute l’équipe du Laboratoire des Radio-isotopes, dirigé par la Professeur Titulaire Lilia RABEHARISOA , tout le personnel administratif, chercheur et technicien, pour

l’accueil logistique, pour leurs aides, conseils et assistance dans une ambiance très conviviale durant le stage ; - A Madame Marie Paule RAZAFIMANANTSOA, Assistante de recherche au sein du LRI, qui malgré ses lourdes responsabilités n’a pas ménagé ses efforts pour m’aider à la réalisation des analyses chimiques des centaines d’échantillons de sol ;

- A Monsieur Jean DELARIVIERE , Chimistes de l’IRD pour ses précieux conseils dans la réalisation et déroulement de ce stage ;

- A l’équipe du FIFAMANOR pour leur collaboration dans la réalisation des prélèvements des échantillons de sols. Je remercie tout particulièrement les personnels et techniciens : Volatsara, Jules, Justine, Tronclin qui ont facilité nos accès aux parcelles ; - A tous les paysans encadrés par le FIFAMANOR pour leur aimable participation et collaboration lors des prélèvements des échantillons de sol dans leur parcelle ;

- A Messieurs Modeste RAKOTONDRAMANANA et Fidy RAHARISON pour leurs aides inconditionnelles durant mes travaux de terrain ; - A tous les enseignants et tout le personnel administratif et technique à l’Ecole Supérieure des Sciences Agronomiques (ESSA) et du Département Agriculture ;

- A tous mes collègues du Département Agriculture et de la promotion HINA pour les cinq années d’études au sein de l’ESSA ; - A tous les étudiants stagiaires et thésards au sein du LRI qui m’ont soutenu par leurs amitiés, conseils et affections ; - A mes meilleurs amis pour leur encouragement et leur aide durant mes années d’étude. J’adresse également ma plus profonde reconnaissance et gratitude envers ma famille pour leur amour et leur soutien. Un grand merci à mon Père, ma Mère, ma grande sœur, mes deux grands frères qui m’ont soutenu sans répit jusqu’à l’aboutissement de ce mémoire. Je dédie entièrement ce mémoire à leurs plus grands honneurs. Et enfin, je ne saurai pas d’oublier les nombreuses personnes qui, d'une manière ou d'une autre, de loin ou de près, ont contribué à la réalisation de ce travail; qu'elles veuillent bien m'excuser de n'avoir pu les citer dans cette page de remerciements que j'aurai souhaitée plus longue et qu'elles soient assurées de mes amitiés et de ma très vive reconnaissance.

Merci à tous ! Vao Fenotiana RAZANAMAHANDRY

RESUME

L’acidité élevée et la faible rétention de cations échangeables (Ca 2+ , Mg 3+ , K +) profitées par la fixation des aluminiums échangeables toxiques à la plantes sont parmi les facteurs limitant les productions agricoles de sols dans les Hautes terres malgaches. Les objectifs de ce travail de recherche sont de caractériser et d’évaluer les teneurs en cations échangeables des sols des paysans agriculteurs-éleveurs dans la Région du Vakinankaratra. Après descente sur terrain et enquêtes, 2800 prélèvements des échantillons de sols ont été effectués sur 100 parcelles paysannes situées le long de la RN 7 et 34. Les zones d’interventions ont été divisées en 5 selon le type de sols. Des analyses des sols au laboratoire ont été également réalisées sur les échantillons composites des horizons des surfaces, dont 100 échantillons dans l’horizon 0-10 cm et 100 échantillons dans l’horizon 10-20 cm. Dans toutes les zones étudiées, le pH (eau et KCl), la capacité d’échange cationique, la somme des cations échangeables et la teneur en aluminium ne varient pas en profondeur. Le pH (eau et KCl), la capacité d’échange cationique et la somme des cations échangeables S augmentent progressivement en allant des zones ferralitiques (zone 1) vers la zone à andosols (zone 5), par contre la teneur en aluminium échangeable augmente dans le sens contraire. En effet, dans la première zone ferralitique (zone 1), les résultats d’analyse varient de 4,1 à 5,3 pour le pH-eau, 3,86 à 4,23 pour le pH-KCl, 2,15 à 4,34 cmol +.Kg -1 pour la CEC et 0,81 à 1,73 cmol +.Kg -1 pour S et lorsque qu’on arrive dans la zone à andosol, les résultats sont comprise entre 4,66 à 5,97 pour le pH-eau, 4,02 à 5,34 pour le pH-KCl, 3,55 à 25,12 cmol +.Kg -1 pour la CEC et 1,01 à 14,64 cmol +.Kg -1 pour S. La teneur moyenne en aluminium échangeable était 1,69cmol +.Kg -1 (fourchette 0,75 à 2,93cmol +.Kg -1) dans la première zone ferralitique et est devenu 0,53cmol +.Kg -1 (fourchette 0,05 à 2,95) dans la zone à andosol. Le pH-KCl du sol est en corrélation négative avec la teneur en aluminium échangeable avec un coefficient de détermination de 62%, par contre, il est en corrélation positive avec la somme des cations échangeables du sol avec un coefficient de détermination de 51 %. Ainsi, le sol ayant un pH élevé admet une teneur forte en cation échangeable et une teneur faible en aluminium échangeable.

Mots-clés : Fertilité du sol, Acidité du sol, Toxicité aluminique, Andosols, Sols ferralitiques.

ABSTRACT

The high acidity, low retention of exchangeable cations (Ca 2+ , Mg 2+ , K +) and high aluminium saturation toxic to plants are among the main limiting factors for crop production in Malagasy Highlands. The aim of this study was to characterize and evaluate the contents of exchangeable cations of farmers’ soil in the Region of Vakinankaratra. In this region, 2.800 samples of soil were carried out on 100 farmers ‘fields along the RN 7 and 34. Areas of interventions were divided into five zones. Laboratory analysis was programmed on composites samples of surface horizons, including 100 samples in the 0-10cm horizon and 100 samples in the 10-20 cm horizon. In all of zones surveys, the two horizons had relatively the same pH (water and KCl), cation exchange capacity, sum of exchangeable cation, and content of exchangeable aluminum. The pH, cation exchange capacity and the sum of the exchangeable cations S increase gradually from lateritic zones (zone 1) to the andosols zone (zone 5), while aluminum exchangeable content increases in the opposite sense. Effectively, at the first lateritic zone (zone 1), the analysis results varied from 4.1 to 5.3 for the pH-water, 3.86 to 4.23 for the pH-KCl, 2.15 to 4.34 cmol +. Kg -1 for the CEC and from 0.81 to 1.73 cmol +.Kg -1 for S and in the zone on andosol, the results are between 4.66 to 5.97 for pH-water, 4.02 to 5.34 for pH-KCl, 3.55 to 25.12 for the CEC and from 1.01 to 14.64 cmol +.Kg -1 for S. The mean cotent of exchangeable aluminum was 1.6 cmol +.Kg -1 (range 0.75 to 2.93 cmol +.Kg -1) in the first lateritic zone and became 0.53 cmol +.Kg -1 (range 0.05 to 2.95) in the zone on andosol. The negative relationship between pH- KCl and exchangeable aluminum content of soil presents a significant (R 2=62%). A highly positive relationship between pH-KCl and the sum of exchangeable cation S of soil has also observed (R 2=51%). Thus, the soil having a high pH-KCl admits a high content of exchangeable cation and a low content of exchangeable aluminium.

Keywords : Soil fertility, Soil acidity, Aluminum toxicity, Andosol, Ferralitic soils.

TABLE DES MATIERES LISTE DES ACRONYMES ...... a LISTE DES CLICHES ...... b LISTE DES FIGURES ...... b LISTE DES EQUATIONS ...... b LISTE DES TABLEAUX ...... c UNITES ET SYMBOLES CHIMIQUES ...... c GLOSSAIRE ...... d INTRODUCTION ...... 1 PARTIE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE ...... 3 I.1. Généralités sur la capacité d’échange cationique ...... 3 I.1.1. Définition et propriétés des cations échangeables ...... 3 I.1.2. Relation entre la capacité d’échange cationique du sol et la teneur en matière organique ...... 3 I.2. Somme des cations échangeables et saturation en cation échangeable des sols ...... 4 I.3. Généralités sur l’aluminium échangeable ...... 4 PARTIE 2 : MATERIELS ET METHODES ...... 6 II.1. Présentation du site d’étude ...... 6 II.1.1. Types de sol de Vankinankaratra ...... 7 II.1.2. Types de Végétation de la région de Vakinankaratra ...... 7 II.2. Travaux sur terrain ...... 8 II.2.1. Choix des parcelles d’étude ...... 8 II.2.2. Localisation et nombre des parcelles d’étude ...... 8 II.2.3. Prélèvement du sol ...... 10 II.3. Préparation des échantillons de sol ...... 11 II.4. Travaux et analyses au laboratoire ...... 12 II.4.1 Mesure du pH-eau et pH-KCl ...... 12 II.4.2 Détermination de la CEC et des teneurs en cations échangeables ...... 12 II.4.3 Détermination de la teneur et de la saturation en aluminium échangeable ...... 14 II.5. Traitements des données ...... 15 PARTIE 3 : RESULTATS ...... 16

III.1. Les valeurs des pH-eau et pH-KCl des échantillons composites ...... 16 III.2. Valeurs des CEC ...... 18 III.3. Les teneurs en cations échangeables, somme des cations S et saturation en cation échangeable V...... 19 III.4. Teneur et saturation en aluminium échangeable ...... 23 III.5. Corrélation entre le pH-KCl et la teneur en aluminium échangeable et la somme des cations échangeables...... 26 PARTIE 4: DISCUSSIONS ...... 27 IV.1. Effet de la variabilité des sols sur la CEC, les cations échangeables et l’aluminium échangeable ...... 27 IV.2. Effet de la somme des cations échangeables et la teneur en aluminium échangeable sur la fertilité du sol ...... 30 CONCLUSION ...... 32 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ...... 33 LISTE DES ANNEXES ...... i

LISTE DES ACRONYMES BD : Base de Données BIOVA : BIOmasse Végétale et Animale CAH : Complexe Argilo-Humique CEC : Capacité d’Echange Cationique CIRAD : Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement CPCS : Commission de Pédologie et de la Cartographie des Sols Da : Densité apparente DRDR : Direction Régionale de Développement Rural Eco&Sols : Ecologie fonctionnelle et biogeochimie des sols FAO : Food and Agriculture Organization FIFAMANOR : FIompiana FAmbolena MAlagasy NORveziana FTM : Foiben’i Taosaritanin’i Madagasikara GPS : Global Positioning System GTDR : Groupes de Travail de Développement Rural INRA : Institut National pour les Recherches Agronomiques IRD : Institut de Recherche pour le Développement LRI : Laboratoire des Radio-Isotopes MAEP : Ministère de l’Agriculture, de l’Elevage et de la Pêche MO : Matière Organique ONG : Organisme Non Gouvernemental ORSTOM : Office de la Recherche Scientifiques et Technique d’Outre-Mer RN : Route Nationale SAA : Spectrophotomètre d’Absorption Atomique SCV : Systèmes en semis direct sur Couverture Végétale permanente UMR : Unité Mixte de Recherche

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LISTE DES CLICHES Cliché 1 : Prélèvement de sol à l’aide d’un carottier ...... 10 Cliché 2 : Prélèvement de sol pour la densité apparente ...... 11 Cliché 3 : Séchage des échantillons du sol ...... 12 Cliché 4 : Broyage des échantillons prélevés et échantillon de sol tamisé à 0,02mm...... 12 Cliché 5 : Spectrophotomètre d’Absorption Atomique iCE 3000 SERIES ...... 13

LISTE DES FIGURES Figure 1 : Variation de la teneur en aluminium échangeable en fonction du pH du sol ...... 5 Figure 2 : Carte de la Région de Vakinankaratra ...... 6 Figure 3 : Localisation de 100 parcelles de prélèvements sur la carte pédologique de la Région de Vakinankaratra...... 9 Figure 4 : Schéma du carré de prélèvement ...... 10 Figure 5 : Distribution des pH-eau par horizon et par zone d'intervention ...... 16 Figure 6 : Distribution des pH-KCl par horizon et par zone d'intervention ...... 17 Figure 7 : Distribution des CEC par horizon et par zone d'intervention ...... 18 Figure 8 : Distribution des sommes des cations échangeables par zone et par horizon ...... 19 Figure 9 : Distribution des saturations en cation échangeable par zone et par horizon ...... 20 Figure 10 : Distribution des teneurs en Ca échangeable par zone et par horizon ...... 21 Figure 11 : Distribution des teneurs en Mg échangeable par zone et par horizon ...... 22 Figure 12 : Distribution des teneurs en K échangeable par zone et par horizon ...... 23 Figure 13 : Distribution des teneurs en aluminium échangeable par zone et par horizon ...... 24 Figure 14 : Distribution des saturations en aluminium échangeable par zone et par horizon ...... 25 Figure 15 : Analyse de régression entre le pH-KCl et la teneur en aluminium échangeable et la somme des cations échangeables...... 26

LISTE DES EQUATIONS Équation 1 : Formule de la détermination de la CEC ...... 13 Équation 2 : Formule de la détermination de la teneur en calcium échangeable ...... 13 Équation 3 : Formule de la détermination de la teneur en magnésium échangeable ...... 14 Équation 4 : Formule de la détermination de la teneur en potassium échangeable ...... 14 Équation 5 : Formule de la détermination de la somme des cations échangeables ...... 14 Équation 6 : Formule de la détermination de la saturation en cation échangeable ...... 14 Équation 7 : Formule de la détermination de la teneur en aluminium échangeable ...... 14 Équation 8 : Formule de la détermination de la saturation en aluminium échangeable ...... 15

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LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : CEC des constituants du sol ...... 3 Tableau 2 : Zones d'intervention le long des routes nationales N°7 et N°34 ...... 8

UNITES ET SYMBOLES CHIMIQUES B : Bore C : Carbone Ca : Calcium Cl : Chlore cm : Centimètre cm 3 : Centimètre cube cmol + : Centimole de charge positive Co : Cobalt Cu : Cuivre Fe : Fer g : Gramme H : Hydrogène K : Potassium Kg : Kilogramme Mg : Magnésium Mn : Manganèse Mo : Molobdène N : Azote Na : Sodium O : Oxygène P : Phosphore S : Soufre Zn : Zinc

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GLOSSAIRE

Absorption : Mécanisme par lequel les plantes prélèvent des éléments ou espèces chimiques présents dans la solution du sol, grâce à leurs racines . L’absorption racinaire résulte de l’interaction entre trois facteurs : (i) les espèces chimiques présentes dans la solution du sol (nature et concentration), (ii) l’espèce et la variété de l’organisme vivant considéré (génotype), et (iii) les propriétés physico-chimiques et microbiologiques du milieu sol. Acides fulviques : Fraction des matières organiques définie sur la base de procédés d’extraction chimique, substances non précipitées par acidification des extraits alcalins d’un échantillon de sol, solubles à tous pH. Acides humiques : Fraction de matières organiques définie sur la base de procédés d’extraction chimique, substances extraites d’un échantillon de sol en milieu alcalin et précipitées de nouveau par acidification à pH inférieur à 2. Acidification des sols : Phénomène lié à l’élimination de cations échangeables alcalins et alcalino-terreux (principalement Ca 2+ et Mg 2+ ) dans un ou plusieurs horizons et qui se traduit par un abaissement du pH. Sur le complexe adsorbant, Ca2+ et Mg 2+ sont progressivement remplacés 3+ + par Al et H . L’acidification résulte de pertes par lixiviation et exportation par les récoltes .

Adsorption : Phénomène par laquelle un ion ou une molécule se fixe sans réaction chimique proprement dite sur un adsorbant (complexe argilo-humique). Allitisation : Hydrolyse extrême des roches alumino-silicatés au cours de la pédogenèse. Allophane et imogolite : ce sont des aluminosilicates structurés à courte distance résultant de l’altération de verres et de cendres volcaniques. Le rapport Al/Si varie de 1 à 2 pour les allophanes alors qu’il semble stable et égal à 2 pour les imogolites. Ces minéraux ont une très grande surface spécifique de charge négative (charge variable) augmentant avec le pH du sol. 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 phytodisponibilité sont des potentiels résultant de la nature des espèces chimiques présentes dans la solution du sol lesquelles dépendent largement des propriétés physico-chimique et microbiologiques du milieu du sol. Complexe adsorbant du sol : ensemble de colloïdes (substances humiques, argiles, etc.) dotés des charges négatives ou positives. Minéralisation : ultime phase de la transformation des substances organiques, ensemble de réaction biochimique qui libèrent les éléments chimiques sous la forme minérale grâce à l’intervention des micro-organismes. Solution du sol : Eau du sol considérée pour les différents éléments chimiques présents à l’état dissous.

d

INTRODUCTION

Le sol constitue à la fois un support et une source de nutriment (sels minéraux, eaux) pour les végétaux, bases alimentaires des animaux (Gobat et al. , 2010) . L'Homme, qui se nourrit des plantes et des animaux, est donc bien totalement dépendant des potentialités des sols. C'est donc la gestion correcte de ce "capital sol" qui intéressera l'agronome par l'amélioration de son niveau de fertilité ou par les mesures conservatoires qu'il peut lui apporter. Le sol est un mélange de constituants minéraux et organiques, d'air, d'eau et d'organismes vivants. La production agricole dépend de plusieurs facteurs (qualité des semences, climat,…), mais surtout de la fertilité des sols, notamment la biodisponibilité des nutriments indispensables au développement des plantes. Cette biodisponibilité de nutriment dans le sol est en relation avec la composition et les principales propriétés physico-chimiques de ses constituants . Les teneurs en cations échangeables du sol peuvent expliquer des carences en Ca, Mg ou K des plantes (Soing et al. , 2012) . A mesure que le sol devient de plus en plus acide, particulièrement lorsque le pH se trouve au-dessous de 4,5, il est de plus en plus difficile de produire des cultures vivrières puisque l’approvisionnement de la plupart des nutriments des végétaux diminue alors que quelques micronutriments comme l’aluminium deviennent solubles et toxiques pour les plantes (Robert, 2007) . La teneur élevée en aluminium échangeable du sol peut aussi provoquer les toxicités aluminiques qui se traduisent, d’une part, par la limitation de l’adsorption de Ca et Mg en occupant excessivement la site d’échange entre sol et racine des plantes, et d’autre part, par le blocage de l’alimentation en phosphore qui s’insolubilise à l’état de phosphate d’aluminium (Drouet, 2010) . Ces toxicités aluminiques se manifestent surtout dans les sols acides des tropiques, comme la plupart des cas dans les ferralsols en versant de colline malgache, appelés communément « tanety ». Cependant l’exploitation agricole de tanety est incontournable depuis que les bas-fonds sont saturés (Rabeharisoa, 2004). A , le Projet BIOVA a pris naissance, qui a pour but d’optimiser la gestion du recyclage de biomasses d’origines végétales et animales, produites sur une exploitation agricole, pour l’amélioration à la fois l’alimentation des animaux et de la fertilité des sols agricoles. Les zones des hautes terres centrales, plus particulièrement la région de Vakinankaratra est parmi les zones cibles de ce projet. Ainsi, une meilleure caractérisation chimique des sols des exploitations intégrant l’agriculture et l’élevage dans cette zone s’avère indispensable. En effet, cela permettra de tirer des conséquences pratiques sur les techniques à employer (engrais organiques, amendement calciques,…). Cette caractérisation constituera aussi de point de repère indispensable pour juger l’évolution de la fertilité du sol et les résultats des pratiques culturales sur une parcelle de sol cultivée. Par rapport à ces propos, la question suivante mérite d’être soulignée: « Comment est l’état de fertilité de sols dans les Haute-terres centrales malgaches ? ». Pour mieux appréhender le questionnement susmentionné, l’objectif principal de la présente étude est d’analyser et à

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caractériser les propriétés chimiques des sols de la zone de production laitière de Vakinankaratra. Cette étude a aussi comme objectifs spécifiques d’évaluer la capacité d’échange cationique, les teneurs et saturation en cations échangeables (calcium, magnésium, potassium) et en aluminium échangeable des sols et d’analyser les variabilités des propriétés chimiques de sol dans la zone de production laitière de Vakinankaratra. Compte tenu de la problématique avancée et des objectifs fixés, les hypothèses testées au cours de cette étude sont les suivantes : Hypothèse 1 : Chaque type de sol dans la zone de production laitière de Vakinankaratra a ses propres capacités d’échange cationique, teneurs en cations échangeables et teneur en aluminium échangeable. Hypothèse 2 : La somme des cations échangeables (S) et la teneur en aluminium échangeable influent sur la fertilité du sol.

Le présent rapport comporte quatre parties : (i) la synthèse bibliographique, (ii) les matériels et méthodes, (iii) les résultats, et (iv) les discussions.

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PARTIE 1 : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

I.1. Généralités sur la capacité d’échange cationique I.1.1. Définition et propriétés des cations échangeables En science du sol, la capacité d'échange cationique du sol ou CEC est la quantité totale de cations qu’un poids déterminé de sols peut adsorber et échanger avec la solution environnante dans des conditions de pH bien définies (Drouet, 2010). La capacité d’échange cationique par les matières humiques et les constituants argileux des sols est utilisée comme mesure de la fertilité, de capacité de rétention des éléments nutritifs du sol. La CEC effective mesurée au pH du sol est considérée comme représentative de la réalité dans les conditions de culture par rapport à la CEC potentielle déterminée en milieu tamponné généralement à pH 7 (Pansu et Gautheyrou, 2003) . Les capacités d’échange cationiques des principaux constituants du sol sont présentées dans le tableau 1. Tableau 1 : CEC des constituants du sol

Constituants des sols CEC Argile type Montmorillonite 60 à 100 cmol +.Kg -1 Argile type Illite et Hydro-mica 15 à 30 cmol +.Kg -1 Argile type kaolinite et Halloysite 2 à 5 cmol +.Kg -1 Argile type allophane 1 60 à 100 (et plus) cmol +.Kg -1 Fraction ligno-humique de la matière organique 350 à 400 cmol +.Kg -1

Source : Drouet ,2010

La CEC potentielle des sols ferrallitiques varie entre 3 à 5 cmol +. kg -1 (Rabeharisoa, 2004) . Le rôle de la matière organique est capital dans la CEC de ces sols du fait de sa CEC potentielle élevée (Boissezon, 1975 in Drouet, 2010) . Elle contribue à 20-70 % de la CEC des horizons de surface de nombreux de ces sols (Segalen, 1994) .

I.1.2. Relation entre la capacité d’échange cationique du sol et la teneur en matière organique Une corrélation positive existe entre la CEC du sol et leur teneur en matière organique. Or l'incorporation des matières organiques dans le sol ne traduit pas automatiquement à une augmentation significative de la CEC des horizons enrichis (Boissezon, 1988). Les charges développées par les composés organiques du sol sont souvent négatives et croissent avec le pH. Elles proviennent de l’ionisation des différents groupes fonctionnels (Drouet, 2010) portées par les substances humiques (–OH [alcoolique, phénolique], –COOH, C=O) et qui leur

1 Allophane : groupe d’alluminosilicate hydraté qui semble amorphe lorsqu’on étudie en diffraction des rayons X. Les allophanes sont abondants dans les sols dérivant des dépôts de cendre volcaniques . 3

confèrent le caractère d’acides faibles, capables de retenir des cations et anions par échange et complexation (Rabeharisoa, 2004) . La capacité d’échange cationique d’origine organique devient de moins en moins importante en profondeur, mais quand le taux de matières organiques est faible, c’est déjà le complexe absorbant d’origine minérale qui devient prédominant (Boissezon, 1975) .

I.2. Somme des cations échangeables et saturation en cation échangeable des sols La somme des cations échangeables(S), représentent la somme des cations alcalins et alcalino- terreux : Ca 2+ (Calcium), Mg 2+ (Magnésium),K+ (Potassium), et Na + (Sodium), elle est exprimée en cmol +.Kg-1 (Drouet, 2010) . Chimiquement ce sont des acides faibles mais on peut les appeler aussi les « bases échangeables » car si ces ions seraient globalement perdus par le sol, elles sont remplacées par l’ion H+ et cela provoque une acidification du sol (Duchaufour, 1988). Les sols ferrallitiques ont généralement une S inférieure à 2 cmol +. Kg-1 dont Ca 2+ et Mg 2+ sont les deux principaux cations échangeables (Dabin, 1985) . Ca 2+ occupe 70-80 % de S suivi par l’ion Mg 2+. K+ et Na + sont toujours présents en quantité très faible ( ≤ 0.5 Cmol +.Kg-1) (Segalen, 1994) . Pour les sols ferrallitiques malgaches, S varie entre 0,1 à 4 cmol +.Kg-1 (Rabeharisoa, 2004). Le rapport S/CEC, que l'on appelle V est appelé le taux de saturation en cation du sol. Des faibles taux de saturation signifient que les ions positifs échangeables tels que H +, mais surtout Al(OH) 2+ et Al(OH) 2+ et Al 3+ sont présents sur le complexe. A l’opposé, les taux élevés de V montrent que le sol est bien pourvu en cations, hors Al 3+ et H + (Soltner, 1990) . Dans les sols, le taux de saturation V (%) = (S/CEC)*100 varie de moins de 5 % à plus de 95 % (Segalen, 1994) . Les sols ferrallitiques dont le complexe absorbant est généralement désaturés, ont un V inférieur à 40%-50% (valeur calculée à partir de la CEC potentielle) (Riquier, 1966) .

I.3. Généralités sur l’aluminium échangeable L’aluminium échangeable n’existe que dans les sols acides, surtout fortement acides. Cette théorie est confirmée par la présente courbe (Figure 1) montrant la variation de l’aluminium échangeable des sols tropicaux en fonction du pH du sol (Boyer, 1976). Lorsque le sol est désaturé puis resaturé avec le calcium échangeable, la quantité de l’aluminium extractible diminue. Moins le sol est acide, moins on extrait d’aluminium (Segalen, 1973). Le complexe absorbant voit ses propriétés quelques peu modifiées par la présence d’aluminium échangeable : aluminium présente déjà une acidité potentielle dès qu’il entre dans la solution du sol, en se + combinant avec l’eau pour former d’hydroxyde d’aluminium Al(OH) 3 et trois ions H augmentant ainsi le pH de la solution du sol (Boyer, 1976). L’aluminium agit donc comme un tampon acide qui s’oppose à tout relèvement du pH, tant qu’il n’est pas complètement éliminé du complexe absorbant. L’aluminium échangeable chasse le potassium de la plupart des sites d’échange et s’oppose à toute fixation ultérieure. En revanche, il est aisément déplacé par le calcium (Boyer, 1985). A l’intérieur des matières organiques, l’aluminium doit être complexé en

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particulier par des acides humiques et fulviques. La décomposition de la matière organique est inhibée aux pH inférieurs à 4,5, si les teneurs en aluminium sont élevées. Pour des pH supérieurs à cette valeur, l’aluminium a peu d’influence sur la matière organique (Segalen , 1973 ).

Figure 1 : Variation de la teneur en aluminium échangeable en fonction du pH du sol

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PARTIE 2 : MATERIELS ET METHODES

II.1. Présentation du site d’étude La Région du Vakinankaratra se trouve sur les Hautes-terres centrales malgaches (Figure 2), dans l’ex Province d’Antananarivo, entre 18°59’ et 20°03’ de latitude Sud et 46°17’ et 47°19’de longitude Est et s’étend sur une superficie de 19.205 km² (GTDR, 2007) . La partie Ouest de la région est dominée par une pénéplaine qui se trouve à une altitude d’environ 1.000 m (MAEP, 2003) . Les parties Est et centrale de cette région sont situées à une altitude plus élevée et possèdent par conséquent un climat tropical d’altitude favorable à l’élevage de vache laitière. D’ailleurs, cette zone correspond au fameux triangle laitier de Madagascar. La présente étude se concentre donc sur la partie centrale et orientale de la région entre 1.450 m et 1.750 m d’altitude. La pluviométrie moyenne annuelle est 1.330 mm et la température moyenne annuelle est 17 °C (Razafindramanana , 2011 ).

Figure 2 : Carte de la Région de Vakinankaratra Source : GTDR de Vakinankaratra, 2007

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II.1.1. Types de sol de Vankinankaratra Selon la classification française des sols (CPCS, 1967), les sols de la région 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 ferralitique, 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 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. 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 qui sont surtout observés sur des pentes fortes, en particulier des cônes de la région de , ou l’érosion limite le développement du profil et les andosols différenciés observés dans des paysages faiblement vallonnés à l'Est de Betafo ainsi qu'au Nord du cône de (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).

II.1.2. Types de Végétation de la région de Vakinankaratra La superficie couverte par la forêt naturelle est faible, la forêt artificielle est composée essentiellement de peuplement de pins « Pinus patula et Pinus. Merkusii » et d’eucalyptus « Eucalyptus robusta ». La plupart des surfaces est dominée par les formations graminéennes qui sont des savanes herbeuses basses, communément appelées « bozaka », dominées par des espèces de graminées pérennes (plantes vivaces qui vivent plusieurs années) et cespiteuses (une plante qui pousse en touffe dense) telles que « Penniseturn pseudotriticoïdes », « Trachypogon spicatus » ou « Aristida rufescens » ; ou des jachères plus ou moins récentes, envahies par des espèces rudérales (qui vivent spontanément dans les sites fortement transformés par l’activité humaine) ou nitrophiles (plantes qui poussent dans des sols riches en azote) telles que : Euphorbia hirta (Euphorbiacées), Cassia rnimosoïdes (Cesalpiniées), Rhynchelytrurn repens, Cynodon dactylon , Eragrostis atrovirens , Alloteropsis semialata , Sporobolus pyramidatus , Digitaria longiflora (Graminées) (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). 7

II.2. Travaux sur terrain II.2.1. Choix des parcelles d’étude Les parcelles d’étude ont été choisies par rapport à deux critères : - présence de fourrages et - absence d’un apport récent de fertilisants. 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, on est obligé d’éliminer certaines parcelles dans la mesure où les propriétaires avaient apportés 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 caractéristiques sur terrain des parcelles, les intrants utilisés, etc. dont le détail de la fiche d’enquête est décrit dans l’annexe 1. Cependant, nombreux exploitants n’ont pas pu quantifier exactement les quantités des intrants qu’ils ont réellement utilisées.

II.2.2. Localisation et nombre des parcelles d’étude Les prélèvements ont été effectués dans 12 communes et sont groupés en cinq (5) zones, allant le long des routes nationales N°7 ( jusqu’à ) et N°34 (Bifurcation vers ) (Tableau 2 et Figure 3). Les prélèvements d'échantillons du sol ont été réalisés sur cent (100) parcelles de fourrages. A partir des coordonnées GPS traitées avec le logiciel Q-GIS 2.0.1, on a pu localiser les parcelles sur les cartes administrative et pédologique de la Région de Vakinankaratra (Figure 3). Dont les détails des caractéristiques de ces 100 parcelles sont rapportés en annexe 2. Tableau 2 : Zones d'intervention le long des routes nationales N°7 et N°34 NOMBRE DE ZONES COMMUNES TYPE DE SOL PARCELLE Ferrallitiques fortement Zone 1 Antanifotsy 11 rajeunis et indures. Ferrallitiques à structure peu Zone 2 10 dégradé et indures. et Ferrallitiques à structure peu Zone 3 30 dégradés. Antsirabe 1 (partie Est) Ferrallitiquesà structure peu Zone 4 Ambindranandriana, Manandona , 30 dégradé et indures. , Vinanikarena Belazao , Antsirabe 1, Zone 5 Andosol 19 (partie Ouest) TOTAL 100

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Figure 3 : Localisation de 100 parcelles de prélèvements sur la carte pédologique de la Région de Vakinankaratra

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II.2.3. Prélèvement de sol Les prélèvements d’échantillons de sol ont été réalisés en trois périodes, du 29 novembre au 06 décembre 2013, du 13 au 24 janvier 2014 et du 08 au 18 avril 2014. II.2.3.1. Prélèvements d’échantillons composites Au milieu de chaque parcelle, un carré de prélèvement de 10 m de côté est délimité (Figure 4). Sur les quatre (4) coins de ce carré de 10 m sont prélevés une carotte de sol de 8,9 cm de diamètre et 1m de profondeur en utilisant un carottier monté sur un marteau piqueur motorisé, Atlas Copco Cobra TT (Cliché 1) . Les points de prélèvements aux quatre coins du carrée sont notés respectivement A, B, C et D. Sur chaque point, cinq (5) prélèvements ont été effectués entre: 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, 50-60 cm et 80-90 cm de profondeur selon le modèle de prélèvement du 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 ce que nous appelons des échantillons composites qui serviront pour l’analyse au laboratoire. Pour le point D, les échantillons collectés pour chaque profondeur sont placés dans différents sachets. Ils sont utilisés pour mesurer la densité apparente du sol.

Figure 4 : Schéma du carré de prélèvement

Cliché 1 : Prélèvement de sol à l’aide d’un carottier Prise de vues de RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana, 2014

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II.2.3.2. Prélèvement de sol pour la densité apparente Juste à côté du point D, nous avons fait un autre prélèvement désigné « Da » ou densité apparente pour calculer le stock d’un élément à analyser. Ce prélèvement a été réalisé à l’aide d’un cylindre de 8,1 cm de diamètre sur une hauteur de 9,8 cm soit 504,73 cm 3 de volume (Cliché 2). Trois (3) profondeurs du sol 0-10 cm, 10-20 cm et 20-30 cm ont été prises par parcelle. 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 1m (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. Bref, sur chacune des 100 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 2.800 échantillons du sol en tout.

Cliché 2 : Prélèvement de sol pour la densité apparente Prise de vues de RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana, 2014

II.3. Préparation des échantillons de sol Les échantillons composites ont été séchés à l’air libre et bien ventilés durant une quinzaine de jours (Cliché 3). Une fois séché, ils ont été ensuite tamisés à l’aide d’un tamis à maille de 2 mm. A partir des échantillons tamisés à 2 mm, une aliquote d’environ 50 g a été broyée et tamisée à 0,2 mm (Cliché 4) et a été mise en sachets étiquetés pour l’analyse de la capacité d’échange cationique, des cations échangeables et de l’aluminium échangeable du sol.

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Cliché 3 : Séchage des échantillons du sol Prise de vues de RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana, 2014

Cliché 4 : Broyage des échantillons prélevés et échantillon de sol tamisé à 0,2mm Prise de vues de RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana, 2014

II.4. Travaux et analyses au laboratoire Les échantillons composites de surface (0-10 cm et 10-20 cm de profondeur) ont fait l’objet d’analyse au laboratoire. Au total, 200 échantillons (100 échantillons par horizon de surface) de sols composites ont été utilisés pour l’analyse de la CEC, des cations échangeables, du pH-eau et du pH-KCl et de l’aluminium échangeable au Laboratoire des Radio Isotopes (LRI).

II.4.1 Mesure du pH-eau et pH-KCl La mesure du pH a été réalisée à l’aide d’un pH-mètre à électrode en verre et un système à lecture directe. Le pH a été mesuré avec des échantillons composites broyés et tamisés à 2 mm selon le rapport de mélange de sol et de solution 1/2,5 : eau distillée pour le pH-eau et une solution de chlorure de potassium normale pour le pH-KCl.

II.4.2 Détermination de la CEC et des teneurs en cations échangeables L’analyse de la capacité d’échange cationique et des cations échangeables (Ca 2+ , Mg 2+ , K +) a été réalisée par la méthode au chlorure de cobaltihexamine (Ciesielski et Sterckeman, 1997). Cette méthode consiste à effectuer une extraction par échange d’ion progressive du sol à l’aide d’une 12

solution de chlorure de cobaltihexamine à concentration choisie. Le déplacement des cations échangeables est effectué par simple contact avec l’ion cobaltihexamine [Co(NH3)6]3+ en raison de sa grande affinité pour l’échangeur. De plus, cet ion a été choisi pour sa présence initiale négligeable dans le sol, sa facilité de détermination (dosage de Co par spectrophotométrie d’absorption atomique) et enfin sa neutralité vis-à-vis de la solution (c’est le sol qui impose le pH et donc les charges variables associées et tous les cations, acides ou basiques, présents sur le complexe peuvent être déplacés). Cette méthode permet d’analyser la CEC effective (au pH du sol). Pourtant, cette méthode ne permet pas de comparer les CEC des échantillons de sol ayant des gammes de pH larges. La différence entre la concentration initiale en cobalt de la solution d’extraction et la concentration finale en cobalt dans le percolât exprime la capacité d’échange du sol. La capacité d’échange cationique en cmol +.Kg -1 est donc obtenue par l’équation suivante:

100 CEC 100 %

Équation 1 : Formule de la détermination de la CEC Avec : [Cohex] : concentration du chlorure de cobaltihexamine dans l’extrait; H% : Humidité de l’échantillon d’analyse en %.

Cliché 5 : Spectrophotomètre d’Absorption Atomique iCE 3000 SERIES Prise de vues de RAZANAMAHANDRY Vao Fenotiana, 2014 • Somme des cations échangeables et teneurs en cations échangeables : Pour les cations minéraux échangeables (Ca 2+ , Mg 2+ , K +), la lecture par spectrophotomètre d’absorption atomique (SAA) (Cliché 5) se fait avec la même solution d’extraction pour le dosage de la CEC précédente. Les teneurs en calcium échangeable, magnésium échangeable et potassium échangeable en cmol +.Kg -1 sont déterminées respectivement à partir des équations 2, 3 et 4.

100 100 % Équation 2 : Formule de la détermination de la teneur en calcium échangeable

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100 100 − %

Équation 3 : Formule de la détermination de la teneur en magnésium échangeable 100 K = [] × 100 − %

Équation 4 : Formule de la détermination de la teneur en potassium échangeable

Avec [ Ca ], [Mg ] et [ K] les concentrations respectives du calcium, magnésium et potassium échangeables dans l’extrait après lecture au spectrophotomètre d'absorption atomique et H% l’humidité de l’échantillon d’analyse. Dès lors, la somme des cations échangeables S a été obtenue comme étant la somme des teneurs en Ca, Mg et K échangeables, soit: = + + K

Équation 5 : Formule de la détermination de la somme des cations échangeables Ainsi, la saturation en bases V est obtenue à partir de l’équation suivante : ( %) = × 100 CEC

Équation 6 : Formule de la détermination de la saturation en cation échangeable

II.4.3 Détermination de la teneur et de la saturation en aluminium échangeable L’analyse a été opérée sur des échantillons de sol préparé à 0,2 mm pour permettre une minéralisation régulière. L’extraction de l’aluminium échangeable est déterminée à partir de la méthode au KCl (Segalen, 1973). Le dosage s’effectue par titrimétrie, qui est réalisé par observation d’un virage grâce à un indicateur sensible à la variation de pH comme la phénolphtaléine. On fait réagir sur le sol une solution normale de chlorure de potassium (KCl) et on titre à la soude (NaOH) l’acidité développée par les ions H + et Al 3+ (titrage à chaud). Sur un deuxième échantillon, on procède de la même façon après avoir bloqué l’aluminium par du fluorure de sodium (titrage à froid). La différence donne l’acidité propre à l’aluminium. Pour cela, pour obtenir la teneur en aluminium échangeable en cmol +.Kg -1, l’équation 7 suivante a été appliquée : ()× ×,× = ×,

Équation 7 : Formule de la détermination de la teneur en aluminium échangeable Où a : quantité de ml de solution de NaOH utilisée pour titrer à chaud ; b : quantité de ml de solution de NaOH utilisée pour titrer à froid ; K : correctif au titre de NaOH ; 0,09 : coefficient de conversion de l’aluminium en g ; C : la charge du sol correspondant au volume de liquide pris

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pour un titrage ; 3 : valence de l’aluminium, 26,98 : masse atomique de l’aluminium ; 10 4 : 10 (prise en g de l’échantillon du sol à analyser)× 1000 ( conversion en Kg). A partir de la teneur en aluminium échangeable que la saturation en aluminium échangeable M pourrait être calculée (Equation 8). %) = × 100 CEC

Équation 8 : Formule de la détermination de la saturation en aluminium échangeable

II.5. Traitements des données Les données après analyse des échantillons du sol au laboratoire ont été traitées à l’aide du Microsoft Excel et du XLSTAT 2008 au seuil de risque α=0,05 et ont été organisées par zone de prélèvement et par horizon d’analyse. Les données sont soumises au test de normalité pour valider si elles suivent la loi normale. Lorsque les données suivent la loi normale, le test paramétrique « Test de Tuckey » a été employé. Dans le cas contraire, le test non paramétrique est utilisé. Pour cela, le test de Mann-Whitney a été opté pour comparer deux variables et le test de Kruskal-Wallis couplé avec le test de comparaisons multiples de Dunn pour comparer plus de 2 variables. La règle de décision est dictée à partir de la valeur p-value calculée qui indique le risque d’erreur encourue en rejetant l’hypothèse nulle ou H0 alors qu’elle est vraie. Si p-value est inférieure à la valeur de α alors, au moins une différence significative existe au niveau des résultats. Les résultats sont présentés en « box plot » en vue de présenter tous les paramètres calculés, c'est-à-dire les valeurs maximales, minimales, médianes, la moyenne, 1 er et 3 e quartiles. Le test de corrélation (Type de corrélation Pearson) a été utilisé afin de connaître les corrélations existant entre les éléments d’analyse. La règle de décision est déterminée par le signe de R, la valeur de p-value au niveau de seuil de signification α=0,05, et la valeur du coefficient de détermination R 2.

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PARTIE 3 : RESULTATS

Les résultats obtenus sont traités statistiquement pour vérifier l’absence ou l’existence des différences significatives entre les paramètres comparés. Les détails d’ensemble de ces résultats sont rapportés en Annexe 3.

III.1. Les valeurs des pH-eau et pH-KCl des échantillons composites L’ensemble des résultats des pH-eau et pH-KCl obtenus au cours de cette étude est présenté dans la figure 5 et la figure 6.

pH eau de l’ horizon 0-10 cm pH eau de l’horizon 10-20 cm

6 6

5,5 5,5

5 5 pH pH eau pH eau eau pH

4,5 4,5

4 4 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 5 : Distribution des pH-eau par horizon et par zone d'intervention Pour l’ensemble des échantillons, le pH-eau varie entre 4 et 6. Les moyennes des pH-eau des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 4,7, 4,9, 5, 5,1 et 5,4 dans l’horizon 0-10 cm et 4,8, 4,9, 5, 5,2 et 5,5 dans l’horizon 10-20 cm. Les résultats obtenus montrent que la médiane du pH- eau de la zone 1 est la plus basse, suivie respectivement par celles de zones 2, 3 et 4 (Figure 5). La médiane du pH eau de la zone 5 dans l’horizon 10-20 cm se trouve légèrement supérieure à 5,5. Les résultats obtenus indiquent clairement l’absence de différence significative entres les valeurs moyennes des pH-eau de deux horizons de surfaces (0-10 cm et 10-20 cm) dans toutes les zones comparées. Par rapport aux valeurs de pH en fonction des zones, il a été constaté que les valeurs de pH-eau tendent à augmenter de la zone 1 à 5.

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Horizon 0-10 cm : les valeurs du pH-eau de la zone 5 montrent une différence significative par rapport à celles des zones 1 et 2. Par contre, la différence des valeurs du pH-eau entre les zones 1, 2 et 3 n’est pas significative ainsi que celle entre les valeurs du pH-eau des zones 4 et 5.

Horizon 10-20 cm : les valeurs de pH-eau de la zone 5 diffèrent significativement de celles des trois premières zones (1, 2 et 3) et avoisinent celles de la zone 4.

pH-KCl de l’ horizon 0-10 cm pH-KCl de l’horizon 10-20 cm

5,7 5,7

5,2 5,2

4,7 4,7 pH KCl pH KCl pH KClpH

4,2 4,2

3,7 3,7 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 6 : Distribution des pH-KCl par horizon et par zone d'intervention Les valeurs de pH-KCl de tout l’ensemble des échantillons analysés sont comprises entre 3,8 et 5,3. Les moyennes des pH-KCl des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 4, 4,1, 4,2, 4,3 et 4,6 dans l’horizon 0-10 cm et 4, 4,1, 4,2, 4,2 et 4,6 dans l’horizon 10-20cm. Le pH-KCl moyen le plus faible est obtenu avec la zone 1 dans les deux horizons. Ensuite le pH-KCl moyen de chacun des zones 2, 3 et 4 se trouve respectivement en seconde, en troisième et en quatrième position. La zone 5 affiche toujours le pH-KCl moyen le plus élevé dans chaque horizon d’analyse (Figure 6). Les résultats montrent clairement l’absence de différence significative entres les valeurs moyennes des pH-KCl de deux horizons de surfaces (0-10 cm et 10-20 cm) dans toutes les zones étudiées. Par rapport aux valeurs de pH-KCl en fonction des zones, il a été constaté que les valeurs pH-KCl tendent à augmenter de la zone 1 vers la zone 5. Cette observation est valable pour les deux horizons considérés, à savoir les horizons 0-10 cm et 10-20 cm.

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Horizon 0-10 cm : les valeurs du pH-KCl des zones 4 et 5 sont similaires mais celles de la zone 5 sont différentes de trois premières zones (1, 2 et 3) si la zone 4 se trouve dans le groupe de ces trois premières zones.

Horizon 10-20 cm : les valeurs de pH-KCl obtenues sur la zone 5 ne sont pas différentes de celles de la zone 4. Une différence significative est constatée entre les pH-KCl de la zone 5 et celles des trois premières zones d’intervention. Soulignons également qu’il n’existe pas de différence significative entre les pH-KCl des zones 1, 2, 3 et 4.

III.2. Valeurs des CEC Les valeurs des CEC obtenues sont synthétisées dans la figure 7 ci-dessous.

CEC de l’ horizon 0-10 cm CEC de l’ horizon 10-20 cm

30 30

25 25

20 20 -1 -1 .Kg +

15 15 CEC en cmol+ .Kg cmol+ en CEC CEC en cmol en CEC 10 10

5 5

0 0 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 7 : Distribution des CEC par horizon et par zone d'intervention Pour tout l’ensemble des échantillons, la capacité d’échange cationique varie entre un minimum de 1,3 cmol +.Kg -1 et un maximum de 25,1 cmol +.Kg -1. Les moyennes des CEC des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 3,3, 3,8, 4,9, 6,3 et 11,8 cmol +.Kg -1dans l’horizon 0-10 cm et 2,9, 3,9, 4,9, 5 et 10,7cmol +.Kg -1 dans l’horizon 10-20cm. Dans l’horizon 0-10 cm, les zones 4 et 5 ont les valeurs de CEC les plus élevées (Figure 7). Cependant, dans l’horizon 10-20 cm, la zone 3 montre une valeur maximale de CEC atypique dépassant celle des zones 4 et 5. Toutes les médianes des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4)

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sont comprises entre 3-5 cmol +.Kg -1 dans les deux horizons alors que la médiane de la zone 5 s’élève à 10,5 cmol +.Kg -1 et à 11,58 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 0-10 cm et 10-20 cm respectivement. On remarque que la valeur de la CEC augmente de la zone 1 vers la zone 5. Les CEC de l’horizon 0-10 cm ne se distinguent pas statistiquement avec celles de l’horizon 10-20 cm dans toutes les zones d’intervention.

Horizon 0-10 cm : la zone 5 présente une valeur de la CEC significativement élevée par rapport aux trois premières zones (1, 2 et 3) ; la zone 4 montre aussi une CEC statistiquement élevée par rapport à la zone 1 ; par contre les CEC des zones 2, 3 et 4 ne diffèrent pas significativement; l’écart entre la CEC de la zone 5 et la zone 4 n’est pas significative et on remarque aussi que les CEC des trois premières zones (1, 2 et 3) montrent une absence de différence significative. Horizon 10-20 cm : la CEC de la zone 5 diffère significativement à celles des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) ; les CEC des trois premières zones (1, 2 et 3) montrent une absence de différence significative. Toutefois, la CEC de la zone 4 est plus élevée et significativement différente de celle de la zone 1.

III.3. Les teneurs en cations échangeables, somme des cations S et saturation en cation échangeable V Les figures 8, 9, 10, 11 et 12 indiquent l’ensemble des résultats de la somme des cations échangeables, saturation en cation échangeable et teneurs en cations échangeables obtenus.

S dans l’ horizon 0-10 cm S dans l'horizon 10-20 cm 16 16

14 14

12 12 -1 10 -1 10 .Kg .Kg + + 8 8

6 6 S en cmol en S S en cmol en S

4 4

2 2

0 0 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 8 : Distribution des sommes des cations échangeables par zone et par horizon Pour tout l’ensemble des échantillons, la somme des cations échangeables S varie entre 0,3 et 14,6 cmol +.Kg -1. Les moyennes des sommes des cations échangeables des échantillons des zones

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1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 1,2, 1,3, 1,8, 2,4 et 4,4 cmol +.Kg -1dans l’horizon 0-10 cm et 1,2, 1,2, 1,6, 2,3 et 6,6 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 10-20cm. Les médianes des sommes des cations échangeables S des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) restent inférieures à 2 cmol +.Kg -1 (Figure 8). La zone 5 détient toujours la plus grande valeur maximale en somme des cations échangeables . La somme des cations échangeables n’est pas fonction de la profondeur des horizons et qu’elle augmente de la zone 1 vers la zone 5. Horizon 0-10 cm : La zone 5 présente une somme des cations échangeables significativement élevée par rapport aux trois premières zones (1, 2 et 3) ; mais la somme de cation S de la zone 4 ne diffère pas significativement à celle de la zone 5 ; les sommes de cations S des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) sont sensiblement proches. Horizon 10-20 cm : la somme des cations échangeables S de la zone 5 est supérieure statistiquement à celles des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4). Aucune distinction significative n’existe entre les valeurs de S des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4).

V dans l'horizon 0-10 cm V dans l'horizon 10-20 cm 90 90

80 80

70 70

60 60 50 50

40 40 V en % en V V en % en V 30 30

20 20

10 10

0 0 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 9 : Distribution des saturations en cation échangeable par zone et par horizon Les saturations en cation échangeable des échantillons varient de 5,9 à 81,2 %. Les moyennes des saturations en cation échangeable V des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 36, 36, 34,1, 37,7 et 37,4% dans l’horizon 0-10 cm et 42, 37, 32, 46,3 et 58 % dans l’horizon 10-20cm. Pour chacune des zones, la médiane de la saturation en cation échangeable avoisine la valeur de la moyenne dans chaque horizon (Figure 9). Dans l’horizon 0-10 cm, toutes les médianes et moyennes des zones se situent entre 30 et 40% et que statistiquement, les saturations en cation échangeable que présentent toutes les zones sont sensiblement proches. Par contre dans l’horizon 10-20 cm, les saturations des zones 4 et 5 semblent significativement élevées par rapport à celle

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de la zone 3. Par rapport à la profondeur des horizons, la saturation en cation échangeable V augmente avec la profondeur dans les zones 1, 4 et 5 tandis qu’elle reste inchangée dans les zones 2 et 3.

Teneur en Ca 2+ dans l'horizon 0-10 cm Teneur en Ca 2+ dans l'horizon 10-20 cm

8 8

7 7

6 6 -1 -1 5 5 .Kg .Kg + + 4 4

3 3 Ca en en cmol Ca Ca en cmol en Ca 2 2

1 1

0 0

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 10 : Distribution des teneurs en Ca échangeable par zone et par horizon La teneur en calcium échangeable de tout l’ensemble des échantillons est comprise entre 0,1 et 7,3 cmol +.Kg -1. Les moyennes des teneurs en Ca échangeable des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 0,6, 0,4, 0,7, 1,3 et 2,5 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 0-10 cm et 0,9, 0,8, 0,9, 1,8 et 4,6 cmol +.Kg -1dans l’horizon 10-20 cm. La valeur minimale de chaque zone pour chaque horizon se place toute en dessous de 1 cmol +.Kg -1 (Figure 10). Dans l’horizon 0-10 cm, les 3 ème quartiles des zones 1, 2 et 3 et la médiane de la zone 4 se situent au-dessous de 1 cmol +.Kg -1 alors que la médiane de zone 5 s’élève à 2,29 cmol +.Kg -1. Dans l’horizon 10-20 cm, la 3 equartile de la zone 3 et la médiane de la zone 4 sont devenues supérieures à 1 cmol +.Kg -1 ; la zone 5 admet la plus grande teneur en calcium échangeable avec une médiane de 4,79 cmol +.Kg -1. La teneur en Ca échangeable augmente statistiquement en profondeur dans les zones 1, 2 et 5 mais elle ne varie pas en profondeur dans les zones 3 et 4. Horizon 0-10 cm : la zone 5 montre une teneur en calcium échangeable plus grande statistiquement par rapport à celles des trois premières zones (1, 2 et 3) ; aucune différence significative n’existe entre les teneurs en calcium échangeable des zones 5 et 4 ; soulignons aussi que les teneurs en calcium échangeable des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) sont sensiblement égales. Horizon 10-20 cm : la zone 5 présente une teneur en Ca échangeable plus élevée par rapport aux quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) ; les teneurs en Ca échangeable de la zone 1, 2 et 3 sont sensiblement proches ; celle de la zone 4 est élevée significativement à celle de la zone 2 par contre elle avoisine celles des zones 1 et 3. 21

Teneur en Mg 2+ dans l'horizon 0-10cm Teneur en Mg 2+ dans l'horizon 10-20cm

4 4

3,5 3,5 -1 -1 3 3 .Kg .Kg +

+ 2,5 2,5

en cmol en 2 2 cmol en 2+ 2+

Mg 1,5

Mg 1,5

1 1 0,5 0,5

0 0 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 11 : Distribution des teneurs en Mg échangeable par zone et par horizon Pour tout l’ensemble des échantillons, la teneur en magnésium échangeable varie de 0,1 à 3,8 cmol +.Kg -1. Les moyennes des teneurs en Mg échangeables des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 0,3, 0,5, 0,8, 0,8 et 1,5 cmol +.Kg -1dans l’horizon 0-10 cm et 0,2, 0,3, 0,5, 0,5 cmol +.Kg -1 et 1,6 dans l’horizon 10-20cm. La teneur en Mg échangeable minimale de chaque zone pour les deux horizons se trouve en dessous de 0,5 cmol +.Kg -1 (Figure 11). Les zones 1 et 2 ont les teneurs les plus faibles et presque la totalité de ses échantillons ont des teneurs inférieures à 0,5 cmol +.Kg -1. La majorité des échantillons des zones 3 et 4 ont des teneurs se trouvant aux alentours de 0,5 cmol +.Kg -1. La zone 5 admet la plus grande teneur avec une médiane de 1,49 cmol +.Kg -1 et 1,32 cmol +.Kg -1 respectivement dans l’horizon 0-10 cm et dans l’horizon 10-20 cm. La teneur en Mg échangeable diminue statistiquement en profondeur dans toutes les zones d’intervention sauf dans la zone 5. Horizon 0-10 cm et Horizon 10-20 cm : la teneur en Mg échangeable des zones 5 est élevée significativement par rapport à celle des deux premières zones (1 et 2) ; statistiquement, celles des zones 3 et 4 sont supérieures à celle de la zone 1 ; celles des trois dernières zones (3, 4 et 5) sont significativement proches ; soulignons aussi que les deux premières zones (1 et 2 ) ont des teneurs en Mg échangeable sensiblement égales et que les différences entre celles des zones 2, 3 et 4 ne sont pas significatives.

22

Teneur en K+ dans l'horizon 0-10 cm Teneur en K+ dans l'horizon 10-20 cm

2 2

1,75 1,75

1,5 1,5 -1 -1 1,25 1,25 .Kg .Kg + + 1 1 en cmol en en en cmol

0,75 + +

K 0,75 K

0,5 0,5

0,25 0,25

0 0

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 12 : Distribution des teneurs en K échangeable par zone et par horizon Pour le potassium, la teneur varie de 0,02 à 1,76 cmol +.Kg -1 pour tout l’ensemble des échantillons. Les moyennes des teneurs en K échangeables des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 0,2, 0,3, 0,3, 0,2 et 0,4 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 0-10 cm et 0,1, 0,2, 0,2, 0,1 et 0,2 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 10-20cm. Dans l’horizon 0-10 cm, toutes les zones à part la zone 2 montrent chacune une médiane inférieure à 0,25 cmol +.Kg -1. Dans l’horizon 10- 20 cm, toutes les médianes et moyennes sont inférieures à 0,25 cmol +.Kg -1. La zone 5 montre des teneurs maximales atypiques de 1,76 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 0-10 cm et de 1,74 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 10-20 cm (Figure 12). L’horizon 0-10 cm se voit plus riche statistiquement en K échangeable que l’horizon 10-20 cm dans toutes les zones d’intervention. Horizon 0-10 cm : la teneur en K échangeable de la zone 5 est significativement élevée par rapport à celles des zones 1, 3 et 4 ; celles des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) restent significativement égales de même pour celles des zones 5 et 2. Horizon 10-20 cm : la zone 1 admet une teneur en K échangeable significativement inférieure à celles des quatre dernières zones (2, 3, 4 et 5) ; aucune différence significative n’existe entre les teneurs en K échangeable des zones 2, 3, 4 et 5.

III.4. Teneur et saturation en aluminium échangeable Les figures 13 et 14 montrent l’ensemble des résultats des teneurs et saturations en aluminium échangeables.

23

Teneur en Al 3+ dans l'horizon 0-10 cm Teneur en Al 3+ dans l'horizon 10-20 cm

4 4

3,5 3,5

3 3

2,5 -1 2,5 -1 .Kg

+ 2 2

1,5 cmol+.Kg en 1,5 en cmol en 3+ 3+ Al

Al 1 1

0,5 0,5

0 0

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Figure 13 : Distribution des teneurs en aluminium échangeable par zone et par horizon Pour tout l’ensemble des échantillons, la teneur en aluminium échangeable varie entre 0 et 3,9 cmol +.Kg -1. Les moyennes des teneurs en aluminium échangeable des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 1,7, 1,7, 1,3, 1,1 et 0,5 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 0-10 cm et 1,6, 1,6, 1,4, 1,2 et 0,6 cmol +.Kg -1 dans l’horizon 10-20cm. Presque la totalité des échantillons dans la zone 5 a une teneur en aluminium échangeable inférieure à 0,5 cmol +.Kg -1 pour les horizons 0-10 cm et 10-20 cm mais on trouve quand même des valeurs maximales atypiques de 2,2 et 3 cmol +.Kg -1 respectivement dans l’horizon 0-10 cm et dans l’horizon 10-20 cm (Figure 13). Dans les deux horizons, la médiane et la moyenne sont proches, se situent aux alentours de 1 cmol +.Kg -1 pour la zone 4 et se trouvent toutes supérieures à 1 cmol +.Kg -1 dans les zones 1, 2 et 3. La teneur en Al échangeable ne varie pas en fonction de la profondeur des horizons. Elle diminue de la zone 1 vers la zone 5. Horizon 0-10 cm et Horizon 10-20 cm : la teneur en aluminium échangeable de la zone 5 est significativement faible par rapport à celles des deux premières zones ; les teneurs en aluminium échangeable des quatre premières zones (1, 2, 3 et 4) sont significativement égales ; celles des trois dernières zones (3, 4 et 5) sont aussi sensiblement similaires.

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Saturation M dans l'horizon 0-10 cm Saturation M dans l'horizon 10-20 cm

100 100

90 90

80 80

70 70

60 60

50 50 M en % en M 40 % en M 40

30 30

20 20

10 10

0 0

Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5

Figure 14 : Distribution des saturations en aluminium échangeable par zone et par horizon Les moyennes des saturations en aluminium échangeable des échantillons des zones 1, 2, 3, 4 et 5 sont respectivement : 53,3, 46,3, 32,3, 28,1 et 11,1% dans l’horizon 0-10 cm et 57,4, 41,2, 34,4, 30 et 15 % dans l’horizon 10-20cm. Pour la saturation en aluminium échangeable, la majorité des échantillons des deux premières zones (1 et 2) admet une saturation en aluminium entre 30 à 70 % (Figure 14). Les médianes et les moyennes des zones 3 et 4 se situent entre 20 et 30%. Pour la zone 5, presque la totalité des échantillons donne une saturation inférieure à 5%, cependant des teneurs maximales atypiques de 55% dans l’horizon 0-10 cm et de 83,13% dans l’horizon 10-20 cm sont observées. La saturation en aluminium échangeable ne varie pas en fonction de la profondeur des horizons et elle diminue de la zone 1 vers la zone 5. Horizon 0-10 cm : la saturation en aluminium échangeable de la zone 5 est significativement inférieure à celles des deux premières zones (1 et 2) ; la différence entre les saturations en aluminium des zones 4 et 1 est aussi significative ; les saturations en aluminium échangeable des trois premières zones (1, 2 et 3) sont sensiblement égales et de même pour celles des trois dernières zones (3, 4 et 5) ; celles des zones 2, 3 et 4 restent aussi statistiquement proches. Horizon 10-20 cm : les saturations en aluminium des deux dernières zones (4 et 5) diffèrent significativement avec celles des deux premières zones (1 et 2) ; aucune différence significative n’existe ni entre les saturations en aluminium échangeable des trois premières zones (1, 2 et 3) ni entre celles des trois dernières zone (3, 4 et 5).

25

III.5. Corrélation entre le pH-KCl et la teneur en aluminium échangeable et la somme des cations échangeables

5,5 5,5

5,3 5,3

5,1 y = - 0,267x + 4,62 5,1 R² = 0,624 4,9 n=200 4,9 y = 0,101x + 4,00 R² = 0,512 4,7 4,7 n= 200

pH KCl 4,5 KCl pH 4,5

4,3 4,3

4,1 4,1

3,9 3,9

3,7 3,7 0 1 2 3 4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Al 3+ en cmol +. Kg -1 Somme des cations S en cmol +. Kg -1

Figure 15 : Analyse de régression entre le pH-KCl et la teneur en aluminium échangeable et la somme des cations échangeables. La figure 15 montre une corrélation négative entre le pH-KCl et l’aluminium échangeable du sol, avec un coefficient de détermination de l’ordre de 62 %. A l’opposé, la corrélation entre le pH- KCl et la somme des bases échangeables est positive avec un coefficient de détermination de l’ordre de 51%.

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PARTIE 4: DISCUSSIONS

IV.1. Effet de la variabilité des sols sur la CEC, les cations échangeables et l’aluminium échangeable Les moyennes globales de la capacité d’échange cationique des zones 1, 2, 3 et 4 sont respectivement de 3,2 ; 3,8 ; 4,9 et 5,6 cmol +.Kg -1. Les résultats obtenus au niveau des zones 1, 2 et 3 rejoignent à ceux rapportés par Rabeharisoa (2004). D’après le rapport publié par le même auteur, la capacité d’échange effective des sols ferralitiques dans les hautes terres malgache varie entre 3 à 5 cmol +.Kg -1 (Rabeharisoa, 2004) . Mais la moyenne obtenue au niveau de la zone 4 ne se trouve pas dans cette fourchette. La différence de résultats obtenus au niveau de la zone 4 pourrait être attribuée au fait que les prélèvements ont été faits sur des parcelles de divers propriétaires qui peuvent apporter des matières organiques de nature et d’origine différentes (fumier de bœuf, compost etc.) en quantité variable en fonction de leurs disponibilités des éléments sur place. Ou encore, cette zone 4 est la plus proche de la zone 5 qui est de nature différente des autres (sols ferralitiques à caractère andique), elle commence à s’approcher de la caractéristique de cette zone 5, bien que les valeurs soient encore faibles par rapport à celles de la zone 5. Concernant, la dernière zone d’étude (Zone 5), la moyenne globale de la CEC s’élève à 11,3 cmol +.Kg -1. D’après Chesworth (2008) , les CEC des andosols se situent généralement entre 10- 40 cmol +.Kg -1. Ces résultats rejoignent à ceux trouvés dans la zone 5. Mais en se référant aux études rapportées par Razafimbelo (2005) à Betafo dans les andosols, sous couvertures végétales (29,59 cmol +.Kg -1 avec un pH de sol de 6,05), cette valeur est relativement faible. Plusieurs hypothèses et conclusions pourront être avancées pour expliquer ces différences. D’après la plupart des auteurs, la capacité d’échange cationique des andosols est une valeur très aléatoire : elle varie suivant l’état d’hydratation du sol, le taux de saturation en anions (notamment en phosphates), et même suivant leur teneur en hydroxydes de fer et d’aluminium non cristallisés (Quentin, 1971). Plus particulièrement, la diminution de la valeur de la capacité d’échange mesurée sur sol séché à l’air par rapport à celle mesurée sur sol humide, qui avait été remarquée par Sherman et Kanehiro (1953), ils ont rapporté une diminution de la capacité d’échange allant de 30 à 91 % par simple dessiccation à l’air. Ceci pourrait s’expliquer par l’observation de Colmet-Daage et Lagache (1965) sur la diminution irréversible de la surface active des allophanes contenus dans les andosols par suite du phénomène de déshydratation irréversible de ces substances (Quentin, 1971). Cette diminution est due probablement aux habitudes d’effectuer des labours avec renversement de bloc de terres sur les parcelles où l’horizon de surface subit des déshydratations. Au plan agronomique, une CEC inférieure à 10 cmol +.Kg -1 est considérée comme très faible, celle comprise entre 10 et 15 cmol +. Kg -1 est considérée comme faible, entre 15 et 20 cmol +.Kg- 1 est considérée comme moyenne ; entre 20 et 25 cmol +.Kg-1 est élevée et enfin celle supérieure 27

à 25 cmol +.Kg-1 sont très élevées (Chamayou et Legros, 1989 in Drouet, 2010). Ainsi, les capacités d’échange cationiques des zones sur des sols ferralitiques sont très faibles et que la capacité d’échange cationique sur les andosols est faible. Ces résultats permettent d’en déduire que la CEC des zones ferralitiques (zone 1, 2, 3 et 4) est significativement inférieure à celle des andosols (zone 5). Etant donné que l’accumulation d’humus est plus consistante au niveau des andosols que dans d’autres types de sols dépendant de la lithologie, cette richesse en humus est liée à certaines capacités d’échange cationique élevées des allophanes et leur capacité d’attirer et de fixer les composants humiques. Les allophanes sont abondants dans les sols dérivant des dépôts de cendre volcaniques (Rusu, 2005) . Concernant la somme des cations échangeables S, pour les zones ferralitiques, la moyenne des sommes des cations échangeables est de 1,18 cmol +.Kg -1 pour la zone 1, 1,27 cmol +.Kg -1 pour la zone 2, 1,69 cmol +.Kg -1pour la zone 3 et 2,36 cmol +.Kg -1 pour la zone 4. Seule la somme des cations échangeables de la zone 4 avoisine celle trouvée par Razafimahatratra (2011) dans les ferralsols malgache (2,05 cmol +.Kg -1). Dans la zone à andosols, la somme des bases échangeables est en moyenne de l’ordre 5,50 cmol +.Kg -1. Cette valeur s’approche de celle trouvée par Razafimbelo (2005) sur des andosols sous-systèmes en semis direct sous couverture végétale permanente, avec une somme de base échangeable de l’ordre de 5,60 cmol +.Kg -1. Toutes ces valeurs de la somme de cations échangeables dans chacun des types de sol peuvent- être expliquées par la teneur de chacune des cations dans chacun de ces types de sols. Dans les zones ferralitiques de cette étude, la teneur en calcium échangeable varie entre une valeur de 0,1 à 6,46 cmol +. Kg -1 et la valeur de la moyenne est de 0,77 cmol +.Kg -1 dans la zone 1, 0,64 cmol +.Kg -1 dans la zone 2, 0,78 cmol +.Kg -1 dans les zones 3 et 1,54 cmol +.Kg -1 dans la zone 4. Les valeurs des teneurs en Ca échangeable dans les pâturages dans la région ferralitique de Brésil varient entre 0 et 13,91 cmol +.Kg -1 (Vendrame et al., 2010) . Les zones 1, 2 et 3 présentent des teneurs en Ca échangeable inférieures à 1,00 cmol +.Kg -1 qui est considéré comme le seuil critique de la teneur en calcium des sols sous pâturages (Macedo, 2004 in Vendrame et al. , 2010) . Pour la teneur en Mg échangeable, les valeurs sont comprises entre 0,13 cmol +.Kg -1 et 3,02 cmol +.Kg -1 et la moyenne globale est de l’ordre de 0,59 cmol +. Kg -1 et la valeur moyenne s’élève à 0,28 cmol +.Kg -1 pour la zone 1, 0,38cmol +.Kg -1 pour la zone 2, 0,69 cmol +.Kg -1 pour la zone 3 et 0,64 pour la zone 4. La largeur de la gamme des teneurs en Mg échangeable dans la zone ferralitique de cette étude est similaire à celle trouvée dans les sols ferralitiques brésiliens sous pâturages, dont la teneur en Mg échangeable varie entre 0,17 et 3,18 cmol +.Kg -1 (Vendrame et al ., 2010) . Les zones 1 et 2 montrent des teneurs inférieures à 0,50 cmol +.Kg -1 pris comme la valeur limite pour les pâturages (Macedo, 2004 in Vendrame et al ., 2010). Ces larges gammes de Ca et Mg dans les zones ferralitiques de cette étude peuvent être liées au fait que les prélèvements ont été effectués sur des parcelles fourragères de divers propriétaires qui ont leurs propres techniques culturales et les parcelles sont traitées différemment en fonction de la disponibilité des intrants (dose des chaux appliquée en termes de quantités, emploi ou non de chaux etc.) à la disposition de chaque agriculteur.

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La valeur de K échangeable dans les zones ferralitiques de l’étude s’étend entre une fourchette de 0,02 cmol +.Kg -1 et 0,94 cmol +.Kg -1 et la valeur moyenne globale est de 0,13 cmol +.Kg -1 dans la zone 1, 0,25 cmol +.Kg -1 dans la zone 2, 0,22 cmol +.Kg -1 dans la zone 3 et 0,18 dans la zone 4. Ces résultats avoisinent ceux trouvés par Vendrame et al . (2010) dans les sols ferralitiques sous- pâturage brésilien où la teneur en potassium échangeable est comprise entre 0,02 et 0,96 cmol +.Kg -1 avec une moyenne de 0,24 cmol +.Kg -1. Les teneurs en K échangeable inférieures à 0,25 cmol +.Kg -1 sont considérées comme faibles pour les pâturages (Macedo en 2004 in Vendrame et al., 2010). Toutes les valeurs trouvées dans les zones ferralitiques de cette étude sont presque inférieures à cette valeur limite. Ces valeurs peuvent- être principalement dues à la fois à l’absence de remplacement du potassium enlevé par les plantes et les faibles taux de recyclage des nutriments dans les pâturages (Vilela et al., 2004 in Vendrame et al . 2010). Au sein de la zone des andosols, les teneurs en Ca, Mg et K échangeables varient considérablement entre les échantillons avec des gammes de 0,74 et 7,34 cmol +. Kg -1 pour le Ca 2+ , 0,13 à 3,81 cmol +.Kg -1 pour le Mg 2+ et 0,02 à 1,76 cmol +.Kg-1 pour K+. Les teneurs moyennes globales de Ca, Mg et K échangeables étaient de 3,54 cmol +.Kg -1, 1,56 cmol +.Kg -1, 0,32 cmol +.Kg -1 respectivement. Ces valeurs des moyennes sont relativement supérieures à celles trouvées par Zebrowski (1971) où la teneur en cation échangeable des andosol des horizons de surface est comprise entre 1,3 à 3 cmol+.Kg-1 pour le Ca, 0,5 à 1,3 cmol +.Kg -1 pour le Mg et 0,11 à 0,2 cmol +.Kg -1 pour le potassium. Les teneurs en cation de cette étude avoisinent celles trouvées par Razafimbelo (2005) sur un andosol traité sans labour avec une restitution des résidus avec une teneur en Ca, Mg et K échangeables de 3,04 cmol +.Kg -1, 1,64 cmol +.Kg -1, 0,39 cmol +.Kg -1 respectivement. Ces teneurs en cation échangeable des andosols se trouvent supérieures aux valeurs minimales considérées comme seuil critique pour les pâturages d’après Macedo en 2004 : 1cmol +.Kg -1 pour le Ca 2+ , 0,5 cmol +.Kg-1 pour le Mg 2+ et 0,25 cmol +.Kg-1 pour le K + (Vendrame et al., 2010). Ceci peut être lié au probable effet d’apport d’engrais et de chaux dans ces parcelles. L’expérience montre en effet que la matière organique des andosols, bien que très abondante, est très difficilement accessible à la minéralisation dû à la présence des allophanes dans ces sols ( Raunet, 1991) . Sur ces sols, les apports de fumier ont toujours des effets très marqués (Raunet, 1991). Effectivement, quelques pratiques agricoles tendent à augmenter la teneur en cation échangeable dans les sols comme l’apport d’amendements, les fertilisations, les pratique du brûlis, etc. si leur capacité de rétention en cation est élevée (Drouet, 2010). Les teneurs moyennes globales en aluminium échangeables dans les zones 1, 2, 3, et 4 sont de 1,69, 1,66, 1,36 et 1,11 cmol +.Kg -1 respectivement. Ces valeurs de la moyenne sont proches de celle trouvée par Razafimbelo (2005) pour les sols cultivés ferrallitiques fortement désaturés typiques humifères à Bemasoandro et Andranomanelatra (Antsirabe) avec une teneur en aluminium échangeable de 1,82 cmol +.Kg -1. Cette forte teneur en aluminium échangeable peut- être liée aux valeurs du pH acide et au faible pouvoir tampon de ces sols ferralitiques qui

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accélèrent la dégradation des argiles, donc une libération continue d’aluminium échangeable (Rabeharisoa, 2004). Pour les andosols, la teneur en aluminium échangeable varie entre 0,05 et 2,95 cmol +.Kg -1 avec une teneur moyenne globale de 0,53 cmol +.Kg -1. Cette valeur moyenne est comprise dans la fourchette de la teneur en aluminium échangeable trouvée par Sourdart (1986) dans les andosols bruns de l’Amazonie équatorienne (0,12 à 2,4 cmol +.Kg -1). Elle est relativement inférieure à la teneur en aluminium échangeable dans les horizons de surface des andosols à pH-eau 4,5 à 5,1 dans la région nord et nord –Est de l’Île de la Réunion (2 à 3 cmol +.Kg -1) (Raunet, 1991). Cette différence peut être expliquée toujours par la différence de pH des sols. Les andosols de cette étude à un pH eau d’environ 5,3 qui est supérieur à celui des andosols de l’Ile de la Réunion. Contrairement aux zones ferralitiques de cette étude, la teneur moyenne en aluminium échangeable de la zone sur andosol est inférieure à la valeur maximale limite proposée par Luz et al. (2004) (Vendrame et al., 2010) pour les pâturages qui est égale à 1 cmol +.Kg -1.

La première hypothèse du départ, postulant que « Chaque type de sol dans la zone de production laitière de Vakinankaratra a ses propres capacités d’échange cationique, teneurs en cations échangeables et teneur en aluminium échangeable » est confirmée.

IV.2. Effet de la somme des cations échangeables et la teneur en aluminium échangeable sur la fertilité du sol Plusieurs auteurs tendent à donner une définition exacte de la fertilité d’un sol. La définition la plus simple, c’est que la fertilité du sol est définie comme étant son aptitude à donner les nutriments nécessaires et indispensables au développement de la plante (Gobat et al. , 2010). La fertilité d’un sol dépend de ses propriétés physiques, chimiques et biologiques et les interactions entre ces différentes propriétés donnant au sol sa capacité à nourrir la plante (Vilain, 1993). Mais plus particulièrement le pH qui a une influence majeure sur trois composantes importantes de la fertilité d’un sol : la biodisponibilité des nutriments et éléments toxiques, l’activité biologique et la stabilité structurale (Gobat et al. , 2010). Le pH renseigne donc sur les biodisponibilités des éléments nutritifs et les risques de toxicité (Cf. Annexe 4). L'assimilation des éléments nutritifs par les plantes est meilleure pour des pH voisins de la neutralité (Veldkamp, 1991) . Contrairement aux éléments nutritifs, les métaux (Al, Fer,…) sont plus solubles et donc assimilables à des pH acides et l’exemple le plus courant est la toxicité par l’aluminium (Robert, 2007) . L’activité biologique d’un sol varie avec le pH. La diversité, l’abondance et l’activité des microorganismes (bactéries, champignons, mycorhizes…) sont en effet influencées par le pH (Davet, 1996) . Chaque espèce possède une plage optimale de pH. Par exemple, l’activité bactérienne diminue lorsque le pH-KCl est inférieur à 5,5 (Cf. Annexe 4). Un pH avoisinant de 7 est optimal pour l’activité des bactéries responsables des transformations de la matière organique, et pour les lombrics. Une bonne activité biologique est importante pour le fonctionnement et la fertilité du sol (évolution des matières organiques, minéralisation, fixation 30

symbiotique de l’azote atmosphérique, structure du sol, contrôle des pathogènes du sol, etc.). Pour une activité biologique optimale, on cherchera à se situer à des niveaux de pH proches de la neutralité (Vilain, 1993). La structure du sol et son pH sont indirectement liés. En effet, la capacité d’échange cationique varie avec le pH ; on constate qu’à mesure que le pH monte, le sol devient capable d’adsorber de nouvelle quantité de calcium qui va stabiliser la structure (Duchaufour, 1988) . Effectivement, le calcium assure une liaison très tenace entre les particules argileuses et l'humus et ainsi la structure est favorable (Drouet, 2010) . Une bonne structure de sol est également favorable à la circulation de l’air, de l’eau et au bon développement des racines des plantes dans le sol (Duchaufour, 1998) . Dans le cas de cette étude des sols de la zone de production laitière de Vakinankaratra, on remarque que le pH-KCl du sol augmente avec la somme des cations échangeables S du sol, ils augmentent de la zone 1 vers la zone 5. La teneur en aluminium échangeable du sol va dans le sens inverse (de la zone 1 vers la zone 5). Il a été déjà mentionné qu’il existe une étroite relation (une corrélation négative) entre le pH et la teneur en aluminium échangeable contenu dans le sol. Dans cette étude, cette relation est significative avec un fort coefficient de détermination R 2=62%. Ainsi, quand la teneur en aluminium diminue dans le sol, son pH augmente. D’après cette étude, une forte corrélation positive de la somme des cations échangeables S avec les valeurs du pH-KCl est aussi observée. En effet, le test de corrélation a donné un coefficient de détermination R 2= 51%. On pourrait alors dire que le pH augmente avec la somme des cations échangeables S.

La deuxième hypothèse émise au départ «La somme des cations échangeables (S) et la teneur en aluminium du sol influent sur la fertilité du sol» est également confirmée.

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CONCLUSION

Les évaluations des cations échangeables dans la zone de production laitière de Vakinankaratra réalisées dans cette étude ont montré que les échantillons des sols ferrallitiques se caractérisent généralement par une capacité d’échange cationique faible avec une somme de cations échangeables (Ca 2+ , Mg 2+ et K +) moindre et une forte teneur en aluminium échangeable. Par contre, les échantillons des andosols possèdent globalement une capacité d’échange cationique élevée avec des teneurs en cations échangeables (Ca2+ , Mg 2+ et K +) suffisantes et une teneur en aluminium échangeable négligeable. Entre autre, il a été constaté que les types de sol où se trouvent les différentes parcelles de prélèvement influent beaucoup sur les valeurs des teneurs en cations échangeables et les capacités d’échanges cationiques des sols dans la zone de production laitière de la région de Vakinankaratra. Plus on s’approche de la zone à andosols, plus les pH (pH-eau et pH-KCl), la CEC et la somme des cations échangeables (Ca 2+ , Mg 2+ , K +) augmentent ,tandis que, plus la teneur en aluminium échangeable diminue. Lors de cette étude, on a aussi constaté que la teneur en aluminium échangeable et la somme des cations échangeables S influent sur l’acidité du sol. Le pH du sol augmente quand la teneur en somme des cations échangeables (S) est élevée. A l’opposé la présence de l’aluminium échangeable diminue le pH du sol. Ainsi, la présente étude nous a permis d’une part, d’évaluer la teneur en cation échangeable et l’acidité des sols de la zone de la production laitière et d’analyser les relations existant entre ces différent paramètres chimique dans le sol et d’autre part, de constater les différences entre les teneurs en cations échangeables des parcelles se trouvant sur des types de sols différents. Nous n’avons pas pu dans le cadre de ce travail pousser plus loin l’analyse des relations entre la capacité d’échange cationique, la teneur en cation échangeable, la teneur en aluminium échangeable dans la solution du sol et le rendement des cultures. Une appréciation des teneurs en éléments majeurs exportés par les plantes sur les parcelles des zones d’étude serait un aperçu très fascinant afin de comprendre la relation entre les caractéristiques des sols et les quantités et qualités de nutriments exportés par les plantes. D’ailleurs, pour mieux valoriser les résultats de recherches au niveau des décideurs politiques et investisseurs économiques œuvrant dans le domaine de la production agricole, il serait proposé d’entreprendre des études complémentaires. La nouvelle étude serait plutôt orientée vers une étude de gestion pour la fertilisation des différents types de sols agricoles (doses d’engrais, moment d’apport, …). .

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Andriamaniraka J. H., 2009. Etude et modélisation de la biodisponibilité du phosphore dans un sol cultivé de Madagascar en fonction des pratiques culturales, Thèse pour obtenir un Doctorat en Science Agronomique, Ecole Supérieure de Sciences Agronomiques, Université d’Antananarivo, 186pp. Ayres A., Hagihara H. and Stanford G., 1965 . Significance of extractable aluminium in hawaiian sugarcane soils. Soil Sc. Soc. Amer. Proc .: 387-392. Boissezon D.P., 1989 . Dynamique du carbone organique dans les mélanges Sol - Résidus végétaux - Influence sur la capacité d'échange cationique , Communication au Groupe d'Etude des Matières Organiques des Sols (GEMOS), Station d'agronomie de l'INRA, Pont- de-la-Maye, 1-10 . Boissezon P., 1977 . Essai de détermination du rôle des matières organiques dans la capacité d’échange des sols ferrallitiques, ORSTOM : 1-67. Boissezon P., 1988 . Effets de l’enfouissement de paille de luzerne sur la capacité d’échange d’un sol sur limon des plateaux, ORSTOM : 337-339. Boissezon P., Bellier G., Brion J.C., Gavinelli E., Fardoux J., 1991 . Capacité d’échange cationique provenant de l’enfouissement de paille de luzerne dans le sol, ORSTOM : 263-280. Boissezon.P, 1975 . Contribution à l’étude de la capacité d’échange des matières humiques de quelques sols ivoiriens et malgaches », ORSTOM : 291-321. Bourgeat F. et Aubert G., 1971 . Les sols ferrallitiques à Madagsacar, ORSTOM : 1-35. Boyer J., 1976 . L’aluminium échangeable : incidences agronomiques, évaluation et correction de sa toxicité dans les sols tropicaux, ORSTOM, 1976 : 259-269. Boyer J., 1978 . Le calcium et le magnésium dans les sols des régions tropicales humides et sub- humides, ORSTOM : 37-49. Boyer J., 1985 . Conservation et amélioration de la fertilité du sol, ORSTOM : p1-10. Brady N.C. et Weil R. R., 2008 . The Nature and properties of soils, 14 e ed. Pearson-Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 990 pp. Chamayou H., Legros J.P, 1989 . Les bases physiques, chimiques et minéralogiques de la science du sol. Presses Universitaires de France. Chenery E. M., 1955 . Aluminium and the tea bush. Plant and Soil : 174-200. Chesworth, 2008 . Andosols, Encyclopedia of Soil Science, Springer: 1-9. Ciesielski H. et Sterckeman T., 1997 . A comparison between three methods for the determination of cation exchange capacity and exchangeable cations in soils, Elsevier/INRA, agronomie- agriculture and environment: 9-16. Ciesielski H. et Sterckeman T., 1997 . Determination of cation exchange capacity and exchangeable cations in soils by means of cobalt hexamine trichloride, effects of experimental condition, Elsevier/INRA, Agronomy- agriculture and environment: 1-7. Cointepas J. et Makilo R. 1982 . Bilan de l’évolution des sols sous culture intensive dans une station expérimentale en milieu tropical humide. ORSTOM: 1-12.

33

Colmet-Daage F. et Lagache P., 1965 . Caractéristiques de quelques groupes de sols dérivés de roches volcaniques aux Antilles françaises », ORSTOM : 91-122. Davet P., 1996 . La microbiologie du sol et la production végétale. Paris: INRA, 276pp. Donald S. and Ketterings Q., 2011 . Recommended methods for determining soil cation exchange capacity, Cooperative Bulletin No.493, Chapiter 9: 75-86. Drouet T., 2010. Pédologie, BING-F-302, version 2010, 137 pp. Duchaufour P., 1988. Pédologie ,2 e Edition, Paris : Masson, 219pp. Espiau P., 1989 . Contributions à l’étude du complexe absorbant des sols acides à charges mixtes, a pplication aux andosols du Velay , ORSTOM: 79-94. Gautheyrou J., 1967 . Dosage des cations échangeables, ORSTOM : 1- 22p. Gauthier C., 2002 . Contribution à l’étude du fractionnement de l’aluminium libéré dans des solutions de sols forestiers-Influence de la quantité et de la nature de la matière organique, Facultés des sciences et Techniques : 1-67. Gobat J.M., Argano M. et Matthey W., 2010 . Sol vivant : base de pédologie, biologie des sols, 3eEdition. Lausanne : Presse polytechnique et universitaire romande. 817pp GTDR de Vakinankaratra, 2007 . Programme Régional de Développement Rural, 156pp. Horn D.P., Alley M.M. et Bertsch P.M., 1989 . Cation exchange capacity measurements, Communication in Soil Science and Plant Analysis: 851-862. Luz P., Herling V., Braga G. and Oliveira P., 2004 . Uso da calagem na recuperação e manutenção da produtividade das pastagens, In Simpósio Sobre o Manejo da pastagem, fertilidade do solo para pastagens produtivas. Piracicaba, Fealq, Piracicaba, SP, Brasil: 63 –100. Macedo M., 2004 . Anãlise comparativa de recomendaçães de adubação em pastagens, In: Simpósio Sobreo Manejo Da Pastagem, Fertilidade Do Solo Para Pastagens Produtivas. Piracicaba, Fealq, Piracicaba, SP, Brasil : 317 –355. MAEP, 2003 . Monographie de la région de Vakinankaratra,191pp. Mareaux M.C., 2010 . Appréhender une analyse de sol, Chambres d’agriculture des Pyrénées Atlantiques : 1-4. Pansu M. et Gautheyrou J., 2003 . L’analyse du sol minéralogique, organique et minérale, Springer : 751 pp. Pansu M., Gavinelli R. et Espiau P., 1976 . Etude de précision des mesures de l’acidité d’échange par KCL dans les sols, ORSTOM : 114-125. Pelloux P., 1963 . Méthode de détermination des cations échangeables, de la capacité d’échange dans les sols courants, calcaires ou non mais ni salés ni gypseux. ORSTOM : 1-33. Pelloux P., Dabin B., Fillmann G., Gomez P., 1971 . Méthodes de détermination des cations échangeables et de la capacité d’échange dans les sols, ORSTOM : 1- 84. Quentin P., 1972 . Les Andosols, Revue bibliographique , ORSTOM : 1-29. Quirine K., Shaw R., Renuka R., 2007 . Cation Exchange Capacity (CEC), Agronomy Fact Sheet Series, Fact Sheet 22: 1-2.

34

Rabeharisoa L., 2004 . Gestion de la fertilité et de la fertilisation phosphatée des sols ferralitiques des hautes-terres de Madagascar. Thèse de Doctorat d’Etat es-Sciences Naturelles- Université d’Antananarivo-Faculté des Sciences - Département de Biologie et Ecologie végétales, 196pp. Razafimahatratra H., 2011 . Sols Malgaches et Spectroscopie dans le moyen infrarouge : classification, caractérisation et sensibilité au climat », Thèse de Doctorat en Science Agronomique, Ecole Supérieure de Sciences Agronomiques, Université d’Antananarivo, 242pp. Razafimbelo T ., 2005 . Stockage et protection du carbone dans un sol ferralitique sous-systèmes en semis direct avec couverture végétale des hautes terres malgaches. Thèse de Doctorat en Science du sol, Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Montpellier, 156pp. Razafindramanana N.C., 2011 . Contrôle des pertes en terre, en carbone et en nutriments par érosion hydrique sous systèmes en semis direct sur couverture végétale permanente des hautes- terres centrales malgaches. Thèse de Doctorat en Science Agronomique, Ecole Supérieure de Sciences Agronomiques, Université d’Antananarivo, 165pp. Riquier J., 1966 . La matière organique dans les sols ferralitiques, ORSTOM : 33-37. Robert D.H., 2007 . Les sols acides des tropiques, Echo note technique, Université du New Hampshire : 1-12. Roose E., 1997 . Introduction à la gestion conservatoire de l'eau, de la biomasse et de la fertilité des sols (GCES). Bulletin pédologique de la FAO : 1-70. Rouiller J., Soucher B., Bruckert S., Feller C., Toutain F., Vedy J.C., 1994 . Méthode d’analyse des sols, Pédologie-Constituants et propriétés du sol, Ouvrage collectif, Deuxième édition, Paris : MASSON., 663pp. Rusu L., 2005 . Approche géographique sur les andosols, Factori i Procese Pedogenetice din Zona Temperat ă 4 S. nou ă , Universitatea Alexandru Ioan Cuza Ia i : 1-6. Segalen P., 1973. L’aluminium dans le sol, ORSTOM ,284pp. Segalen P., 1994 . Les sols ferrallitiques et leur répartition géographique, Tome 1, ORSTOM Edition, 183pp. Sherman D. et Kanehiro Y., 1956 . Effect of deshydratation-rehydratation on cation exchange capacity of Hawaiian Soils. Soi1 Sci. Soc. Amer. Proc. : 341-344. Soing P., Vaysse P. et Raynnal C., 2012 . Fertilisation des vergers, environnement et qualités, Ctifl n°32: 1-10. Soltner D., 1990 . Base de la production végétale Tome 1 : Le Sol 19 eEdition, Sainte Gemmes sur Loire : Collection Science et technique agricole. 453pp. Sourdart M., 1986 . Les sols de l’Amazonie équatorienne, situation, nature, perspective d’exploitation, ORSTOM : 409-424. Trinh S., 1976 . L’aluminium échangeable dans les sols acides de quelques pays d’Afrique et de Madagascar, ORSTOM : 207-218. Veldkamp P., 1991 . Fertilité du sol, Agromisa, 20pp.

35

Velly J. , 1974 . Observations sur l’acidification de quelques sols à Madagascar. Agron. Tropic : 12491-1262. Vendrame P.R.S, Brito O.R, Guimarães E., Martins S. and Becquer T., 2010 . Fertility and acidity status of latossols (oxisols) under pasture in the Brazilian Cerrado, Anais da Academia Brasileira de Ciencias: 1-10. Vendrame P.R.S., Brito O.R., Martins E.S., Quantin C., Guimarães M.F. and Becker T., 2013 . Acidity control in Latosols under long-term pastures in the Cerrado region, Brazil, Soil Research: 253-261. Vilain M., 1993 . Les composantes de la production, La production végétale 2 e Edition Volume 1. Paris : Technique et documentation (Lavoisier).438pp. Vilela L., Martha J. G., Barioni L. And Barcellos A., 2004 . Adubaçãona recuperação e na intensificaçãoda produção animal em pastagens , In Simpõsiosobre o manejo da pastagem, fertilidade do para pastagens produtivas. Fealq, Piracicaba, SP , Brasil : 425- 472. Wouters J., 1991 . Gestion de la matière organique dans les sols tropicaux, Tropicultura : 81-85. Yemefack M., Nounamo L., Rosaline N. and Bilong P., 2004 . Influence des pratiques agricoles sur la teneur en argile et autres propriétés agronomiques d’un sol ferrallitiques au sud de Cameroun, Tropicultura : 3-10. Zebrowski et Ratsimbazafy, 1979 . Carte pédologique de Madagascar-Feuille Antsirabe, notice explicative N°83, ORSTOM : 1-83. Zebrowski, 1971 . Propriétés des andosols de l’Itasy et de l’Ankaratra, ORSTOM : 1-26 .

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LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Fiche d’enquête lors de prélèvement du sol ...... ii Annexe 2 : Liste de parcelles de prélèvement ...... iii Annexe 3 : Variabilités des analyses chimiques en fonction de zone d'intervention et de l’horizon d’analyse ...... vi Annexe 4 : Graphique montrant la disponibilité des éléments nutritifs et l’activité des microorganismes en fonction du pH du sol ...... vii

i

Annexe 1 : Fiche d’enquête lors de prélèvement du sol N° Parcelle : Effectué par : • Date de prélèvement : • Localisation administrative : o Région: o District : o Commune : o Fokontany : o Village : • Nom du propriétaire : • Coordonnées GPS : Altitude Latitude Longitude

• Types de jachère : Jachère cultivée Jachère améliorée Jachère nue • Type de sol : • Date de la mise en place de la parcelle : • Système de culture : labouré (profondeur de labour :……..cm) ou non labouré (type des couvertures :……………………..) • Précédent cultural : • Culture actuelle : • Apport d’intrants : Intrants Oui ou non Quantité d’apports (Si oui) Fumier Dolomie NPK UREE 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 :

ii

Annexe 2 : Liste de 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 +kizozi 4 Antsirabe II Antsoatany Mme Noeline pennisetum kizozi 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 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 kizozi 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 kizozi 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 22 Antsirabe I Antsirabe I Betty Lambert pennisetum relaza 23 Antsirabe I Antsirabe I Rabekoriana chloris 24 Antsirabe I Andranomanelatra Antanivao chloris 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 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

iii

N° Districts Communes Propiétaires Cultures actuelles

36 Antsirabe I Antsirabe I Razanadrakoto Ida avoine + vesce 37 Antsirabe I Antsirabe I Alain Rafanoherivonjy avoine + vesce 38 Antanifotsy Antanifotsy Razafindramiadana relaza 39 Antanifotsy Antanifotsy Rakotoarisoa Justin brachiaria 40 Antanifotsy Antanifotsy Rakotonanadrasana André kizozi 41 Antanifotsy Antanifotsy Maurice kizozi 42 Antanifotsy Antanifotsy Mahenina brachiaria 43 Antanifotsy Antanifotsy Rakotoarisoa Justin brachiaria bryzantha 44 Antsirabe I Antsirabe I Randriampenomandimby relaza 45 Antsirabe I Antsirabe I Randriampenomandimby 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 kizozi 49 Antsirabe II Antsoatany Mme Jeanne avoine + vesce 50 Antsirabe II Antsoatany Mme Jeanne avoine + vesce 51 Antsirabe II Ambohitrimanova Mme Heriette avoine + vesce 52 Antsirabe II Ambohitrimanova Rakotozefa Roger avoine + vesce 53 Antsirabe II Belazao Mr Roger relaza + kizozi + cetaria 54 Antsirabe II Belazao Mr Roger kizozi + relaza 55 Antsirabe II Belazao Mr Roger kizozi 56 Antsirabe II Belazao Ralaody kizozi 57 Antsirabe II Belazao Mr Roger kizozi 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 + kizozi + cetaria 62 Antsirabe II Belazao Mr Roger relaza 63 Antanifotsy Antanifotsy Rakotomamonjy Charlot kizozi 64 Antanifotsy Antanifotsy Mahenina brachiaria mulato 65 Antanifotsy Antanifotsy Ramanamizaka Albert brachiaria mulato 66 Antanifotsy Antanifotsy Ramanambelona Eugène brachiaria ruzizensis 67 Antanifotsy Antanifotsy Zo Lalaina relaza 68 Antsirabe II Ambano Ferme ecole Tombotsoa relaza 69 Antsirabe II - pennisetum 70 Antsirabe II Vinaninkarena - pennisetum 71 Antsirabe I Antsirabe I Vola brachiaria

iv

72 Antsirabe I Antsirabe I Justin kizozi + setaria 73 Antsirabe II Andranomanelatra Arrow gilbert champ de treffle 74 Antsirabe II Andranomanelatra Arrow gilbert kizozi 75 Antsirabe II Andranomanelatra Arrow gilbert chloris gayana 76 Antsirabe II Andranomanelatra Mme Irène brachiaria ruzizensis 77 Antsirabe II Andranomanelatra Mme Irène chloris gayana 78 Antsirabe II Mr Arthur brachiaria mulato 79 Antsirabe II Ambohidranandriana Mr François d'assise relaza 80 Antsirabe II Ambohidranandriana Mr François d'assise brachiaria mulato 81 Antsirabe II Ambohimiarivo Mr Mamy (Maire) relaza 82 Antsirabe II Andranomanelatra Mr Ranaivo Marcelin brachiaria ruzizensis 83 Antsirabe II Andranomanelatra Ferme et jardin brachiaria ruzizensis 84 Antsirabe II Andranomanelatra Ferme et jardin kizozi 85 Antsirabe II Andranomanelatra Ferme et jardin chloris gayana 86 Antsirabe II Andranomanelatra Mme Ramananjanahary Fara kizozi + setaria 87 Antsirabe II Antsoatany Ferme parcelle ravintsara brachiaria ruzizensis 88 Antsirabe II Andranomanelatra Mme Charlotte setaria 89 Antsirabe II Antsoatany Mme Laurette chloris gayana 90 Antsirabe II Antsoatany Mme Tantely relaza 91 Antsirabe II Andranomanelatra Sœur du Christ kizozi 92 Antsirabe I Antsirabe I Mme Gabrielline kizozi 93 Antsirabe I Antsirabe I Mme Gabrielline brachiaria mulato 94 Antsirabe I Antsirabe I Mr Ralaikoa Eddy setaria + kizozi 95 Antsirabe I Antsirabe I Mme Hary relaza 96 Antsirabe II Andranomanelatra Sœur du Christ kizozi 97 Antsirabe II Andranomanelatra Mme Voahangimalala kizozi 98 Antsirabe II Andranomanelatra Parcelle FIFAMANOR chloris gayana 99 Antsirabe II Andranomanelatra Parcelle FIFAMANOR kizozi 100 Antsirabe II Andranomanelatra Parcelle FIFAMANOR brachiaria mulato

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Annexe 3 : Variabilités des analyses chimiques en fonction de zone d'intervention et de l’horizon d’analyse Zones Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4 Zone 5 Analyses Horizons pH-eau 0-10 cm 4,71±0,12 aA 4,85±0,08 aAB 5,07±0,06 aABC 5,11±0,07 aBC 5,38±0,09 aC 10-20 cm 4,79±0,08 aA 4,92±0,11 aA 5,04±0,06 aAB 5,23±0,05 aBC 5,47±0,1 aC pH-KCl 0-10 cm 4,08±0,03 aA 4,12±0,05 aA 4,18±0,04 aA 4,27±0,05 aAB 4,60±0,11 aB 10-20 cm 4,03±0,03 aA 4,10±0,05 aA 4,16±0,04 aA 4,2±50,05 aAB 4,56±0,12 aB CEC 0-10 cm 3,27±0,21 aA 3,80±0,30 aAB 4,89±0,37 aAB 6,26±0,70 aBC 11,80±1,99 aC 10-20 cm 2,89±0.18 aA 3,89±0.41 aAB 4,91±0.58 aB 4,99±0.40 aB 10,71±1.48 aC 0-10 cm 1,16± 0,07 aA 1,32±0,17 aA 1,78±0,23 aA 2,36±0,30 aAB 4,41±0,73 aB S 10-20 cm 1, 21± 0,06 aA 1,22±0,14 aA 1,59±0,23 aA 2,36±0,29 aA 6,58±1,10 aB 0-10 cm 36.04±1.76 aA 35.97±4.64 aA 34.12±2.17 aA 37.67±1.87 aA 37.42±1.88 aA V 10-20 cm 42,70±2,43 bAB 36,97±6,25 aAB 32,20±2,96 aA 46,31±3,16 bB 57,98±3,64 bB 0-10 cm 0,64±0,03 aA 0,49±0,10 aA 0,66±0,18 aA 1,33±0,23 aAB 2,50±0,41 aB Ca 10-20 cm 0,89±0,06 bAB 0,79±0,16 bA 0,89±0,23 aAB 1,75±0,26 aB 4,59±0,62 bC 0-10 cm 0,34±0,04 bA 0,49±0,07 bAB 0,84±0,12 bBC 0,80±0,10 bBC 1,50±0,27 aC Mg 10-20 cm 0,22±0,02 aA 0,27±0,05 aAB 0,54±0,08 aBC 0,49±0,06 aBC 1,62±0,34 aC 0-10 cm 0,18±0,04 bA 0,33±0,07 bAB 0,28±0,04 bA 0,23±0,03 bA 0,41±0,19 bB K 10-20 cm 0,09±0,01 aA 0,16±0,02 aB 0,16±0,02 aB 0,12±0,01 aB 0,22±0,31 aB Al 0-10 cm 1,73±0,17 aB 1,71±0,29 aB 1,29±0,15 aAB 1,07±0,13 aAB 0,54±0,23 aA 10-20 cm 1,64±0,17 aB 1,61±0,26 aB 1,44±0,17 aAB 1,15±0,14 aAB 0,64±0,30 aA M 0-10 cm 53,29±4,50 aC 46,34±7,56 aBC 32,25±4,45 aABC 28,11±4,03 aAB 11,16±6,37 aA 10-20 cm 57,39±4,90 aB 41,16±6,07 aB 34,39±4,01 aAB 29,93±3,89 aA 14,93±8,86 aA

Moyennes ± écart-types Les lettres minuscules se rapportent aux différences entre les horizons d’une même analyse, les lettres majuscules aux différences entre lignes, une même lettre indique une absence de différence significative au seuil de 5 % d'après le teste de Tuckey pour le pH eau, le test de Mann Whitney et Kruskal-Wallis couplé avec la comparaison multiple de Dunn pour les restes des analyses .

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Annexe 4 : Graphique montrant la disponibilité des éléments nutritifs et l’activité des microorganismes en fonction du pH du sol

Relations existant entre le pH et la disponibilité des éléments nutritifs pour les végétaux et les activités des micro-organismes du sol (Brady et Weil, 2008) : Plus la barre est épaisse, meilleure est la disponibilité de l’élément et l’activité des microorganismes concernés et inversement ; Dans les sols acides, le phosphore se complexe avec le Fer et l’aluminium et devient insoluble et dans les sols basiques, il se complexe avec le calcaire (les barres dentées).

vii