Effet du biochar et des feuilles de Tithonia … A S E Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2016 20(1), 57-67 Effet du biochar et des feuilles de Tithonia diversifolia combiné à l’engrais

BASE Biotechnol. Agron. Soc. Environ.201620(1),57-67

EffetdubiocharetdesfeuillesdeTithonia diversifoliacombinéàl’engraisminéralsurlaculturedumaïs(Zea maysL.)etlespropriétésd’unsolferralitiqueàKinshasa(RDC)BonaventureLeleNyami(1),ClaudeKachakaSudi(1),JeanLejoly(2)(1)UniversitédeKinshasa.FacultédesSciencesAgronomiques.DépartementdeGestiondesRessourcesNaturelles.Avenuedel’Université.BP127.CommunedeLemba.KinshasaXI(RDC).E-mail:[email protected](2)UniversitéLibredeBruxellesetONGGiAgro.Avenuedel’Université.CommunedeLemba.BP15373.KinshasaXI(RDC).

Reçule11septembre2014,acceptéle2octobre2015.

Description du sujet.Cetarticletraitedel’améliorationdelaproductivitédessolssableuxdeKinshasa(RDC)parlerecoursauxintrantslocauxencomplémentàlafertilisationminérale.Objectifs.Évaluerl’effetd’unapportdecharbondeboisbroyé(biochar)etdefeuillesdeTithoniadiversifoliasurlespropriétésdusoletlaperformancedelaculturedemaïs.Méthode.Cinqtraitementsetuntémoin:T0(Témoin),T1(N120P141K134),T2([N60P71K67]+30t.ha

-1biochar),T3([N60P71K67]+8t.ha-1T. diversifolia),T4([N120P141K134]+30t.ha

-1biochar),T5(N160P188K179)ontétérépétésquatrefoisdansundispositifenblocscompletsrandomisés.Desanalysesphysiquesetchimiquesontétéeffectuéessurlesol,lesfeuillesdeT. diversifoliaetlabiomassedumaïs.Résultats.Lebiocharet lesfeuillesdeT. diversifoliacombinésàl’engraisminéralontaugmentélateneurencarbone,enpotassium et laCECdu sol ainsi que le rendement en grains, les exportations et le coefficient apparent d’utilisation desélémentsminérauxpar laculturedemaïs.Les traitementsaubiocharont réduit l’aciditéet la saturationenaluminiumetaugmentéladisponibilitéduphosphoredusol.Auregarddel’indiced’acceptabilité,lesT3(IA=3,06),T4(IA=2,92)etT2(IA=2,14)peuventêtreacceptésfacilementparlesagriculteurs.Conclusions.Ilestpossibled’améliorerlaproductivitédessolssableuxdeKinshasaparl’usagedubiocharetdefeuillesdeT. diversifoliaencomplémentàlafertilisationminérale.Mots-clés.Charbondebois,Tithonia diversifolia,Zea mays,apportd’engrais,engraisminéral,solsableux,fertilitédusol,RépubliqueDémocratiqueduCongo.

Effect of the use of biochar and leaves of Tithonia diversifolia combined with mineral fertilizer on maize (Zea mays L.) and the properties of ferralitic soil in Kinshasa (DRC)Description.Thisarticledealswiththeimprovementoftheproductivityof(poor)sandyandacidicsoilsinKinshasa(DRC)usinglocalnaturalresourcesinadditiontomineralfertilization.Objectives.Theobjectiveofthisstudywastoevaluatetheeffectofgroundcharcoal(biochar)andTithonia diversifolialeavescombinedwithmineralfertilizeronsoilpropertiesandontheperformanceofthemaizecrop.Method.Fivetreatmentsandaneyewitness:T0(control),T1(N120P141K134),T2([N60P71K67]+30t.ha

-1biochar),T3([N60P71K67]+8t.ha

-1T. diversifolia),T4([N120P141K134]+30t.ha-1biochar),T5(N160P188K179)repeatedfourtimeswerecomparedin

arandomizedcompleteblock.Physicaland/orchemicalanalyseswerecarriedoutontheground,onT. diversifolialeavesandonmaizebiomass.Results.TheresultsshowedthatapplicationofbiocharandT. diversifolialeavescombinedwithmineralfertilizersincreasedthecarboncontent,thepotassiumcontentandthecationexchangecapacityofthesoilaswellasgrainyield,exportsofmineralelementsand theapparentcoefficientofmineralelementsuseby thecrop.Treatmentsunderbiochar reducedacidityandaluminumsaturationwithanimprovementofthesoil’sphosphorusavailability.Takingintoaccounttheacceptabilityindex,theT3(AI=3.06),T4(AI=2.92)andT2(AI=2.14),itwouldbepossibleforthesetreatmentstobeeasilyacceptedbyfarmers.

58 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 201620(1),57-67 LeleNyamiB.,KachakaSudiC.&LejolyJ.

1. INTRODUCTION

Les sols de la province deKinshasa et ses environsprésententpourlaplupartunetexturesableuse(85%de sable environ), une structure particulaire et unpH acide (5 en moyenne). Ces sols sont soumis àune forte minéralisation de leur matière organiqueet un lessivage accru des éléments minéraux causéspar les pluies intenses et les fortes températures. Enplus,pourycultiver, lesagriculteursontrecoursà lacoupeàblancetaubrulisenvuededégagerleterrain.L’agricultureitinérantesurbrulisapourconséquenceslaperterapidedelafertilité,del’activitébiologique,l’érosiondusol,laréductiondelarechargedelanappeaquifère,etc.(Serpantié,2009).Cesystème,combinéaux processus pédologiques naturels, aboutit à dessols fortement dégradés et très acides (Pieter et al.,2012).Ces sols présentent des contraintes chimiquesetbiologiquesliéesàl’acidité,àlatoxicitéaluminique,àune fortecapacitéde rétentionduphosphore (P),àune forte désaturation en cations échangeables (Ca,Mg,K,Na)ayantpoureffetlaréductiondrastiquedela production agricole (Dabin, 1984; Kadiata et al.,2003;Ruganzu,2009;Pieteretal.,2012).Surleplanagricole,lesconséquencessetraduisentpardefaiblesrendements pour les principales cultures vivrières,notamment le maïs, dont le rendement en grains nedépasseguère1 t.ha-1 (VanDenBergheetal.,1990;Chianuetal.,2002;Adjei-Nsiahetal.,2007).Malgrél’utilisation des engrais chimiques, le rendement desprincipalesculturesbaissesignificativementaprèsunesaisonculturaleàcausedelalixiviationdesélémentsminéraux (Vanlauweetal.,2006;Adjei-Nsiahetal.,2007).Ainsi, lamiseenvaleurdecessolsexigedesamendements,organiquesoucalcaires,pouraméliorerleurs propriétés physiques et rentabiliser l’utilisationdes fertilisants minéraux (UyoYbesere et al., 2000;Muna-Mucheru et al., 2007). La recherche sur lesespècesvégétalesayantunpotentielpouraméliorerlafertilitédessolsenRDCs’estfocaliséeprincipalementsur les légumineuses fixatrices d’azote (Koy, 2010;Lele,2010)ettrèspeud’attentionaétéaccordéeauxespècesnonfixatrices.Decefait,ils’avèrenécessaired’évaluerd’autresespècesetd’autres intrantsenvuedediversifier lesoptionsdisponibles.C’estainsiquedanslecadredecetteétude,nouscombinonsl’engraisminéral au charbon de bois broyé (biochar) ou auxfeuillesfraichesdeTithonia diversifolia (HemsleyA.Gray)envued’évaluerleurseffetssurlespropriétésdu

sol,lerendementengrainsdumaïs(Zea maysL.),lesexportationsetlecoefficientapparentd’utilisationdesélémentsminérauxparlaculturedemaïspendantdeuxcampagnesculturales.

2. MATÉRIEL ET MÉTHODES

2.1. Matériel

Site expérimental. L’étude a eu lieu au jardinexpérimentaldelaFacultédesSciencesdel’Universitéde Kinshasa, dans la ville de Kinshasa, dont lescoordonnées géographiques sont 4°19’ de latitudeSud et 15°18’ de longitude Est. Le climat est dutype AW4 selon la classification de Köppen. C’estun climat tropical humide comportant deux saisons,une saison sèchedequatremois qui va demi-mai àmi-septembreetunesaisonpluvieusedehuitmoisquivademi-septembreàmi-mai.Lasaisondespluiesestentrecoupéed’unepetitesaisonsècheentremi-janvieretmi-février.Latempératuremoyenneannuelleestde24,5°C.IlyatroissaisonsculturalesdontlasaisonAquivademi-octobreàmi-février,lasaisonBdemi-févrieràmi-juin et la saisonC demi-juin àmi-octobre. LasaisonC ne concerne que les cultures de bas fonds.L’expérimentationaeulieupendantlessaisonsAetB.Lesdonnéessur lesprécipitationspendant lapériodeexpérimentalemontrentdeuxpériodesdesècheresseaumoisdefévrier(petitesaisonsèche)etaumoisdejuin(débutdelagrandesaisonsèche)(Figure 1).Cesdeuxpériodes sèches correspondent chacune à la périodedematuration dumaïs pendant laquelle le besoin eneauparjourestde3,5mmaudébut,puisdemoinsenmoinsjusqu’à0mmàunesemainedelarécolte.

Conclusions.TheresultsofthisstudyprovideanopportunitytoimprovetheproductivityofpoorsoilsinKinshasaandtoincreasethecropperformanceforaperiodoftwocampaignswiththeuseofbiocharandT. diversifolialeavesinadditiontomineralfertilizer.Keywords.Charcoal,Tithonia diversifolia,Zea mays,fertilisation,inorganicfertilizers,sandysoils,soilfertility,DemocraticRepublicoftheCongo.

Figure 1. Relevé des précipitations pendant la périodeexpérimentale—Rainfall amounts during the experimental period (CREN-K,2013).

400300200100

0 Oct Nov Déc Jan Févr Mars Avril Mai Juin

2011 2012

Saison A Saison B

Pré

cip

itatio

ns

GestionintégréedelafertilitédessolssableuxdeKinshasa 59

Culture test.Lemaïs (Zea maysL.)enculturepurea été utilisé comme culture test pendant les deuxcampagnesculturales.C’estlacéréalelapluscultivéeenRDCetenrégionstropicalesd’Afriquecentraleetorientale(Paliwal,2002;Mpoy,2009).LacultureestbienindiquéepourlasaisonAetaccessoirementpourla saisonB. Nous avons utilisé la variété QPM-SR,miseaupointparl’InstitutNationalpourl’ÉtudeetlaRecherche Agronomique (INERA) en collaborationavec l’Institut International pour l’AgricultureTropicale (IITA). C’est une variété adaptée auxconditionséco-climatiqueslocales.Soncyclevégétatifestdequatremoisavecunrendementmoyenengrainssecsde800kg.ha-1enmilieupaysan.

Engrais minéral. L’engrais minéral utilisé a été leNPK17-17-17.Ilestpresqueleseulengraiscomposédisponible sur le marché et utilisé pour les culturesvivrièresenRDC.Ladose recommandéepour le solexpérimental,basésurl’élémentN,estde706kg.ha-1deNPK17-17-17,soit120kg.ha-1d’unitésfertilisantes(N120 P120 K120) (Pieter et al., 2012). La compositionréelledel’engraisminéralutilisé,auregarddel’analysefaite au Laboratoire de pédologie-UNIKIN, est duNPK17-20-19.Lesquantitésapportéesenkg.ha-1sontprésentéesdansletableau 1.

Tithonia diversifolia. Le Tithonia diversifolia estune espèce rudérale invasive qui produit de grandesquantitésdefeuillesfacilementdécomposablesetrichesenélémentsnutritifs(Nyasimietal.,1997;Jamaetal.,2000) (Tableau 2). Elle pousse spontanément auxalentoursdesmaisonsetdesroutes(Pieteretal.,2012).LaquantitérecommandéedefeuillesdeT. diversifolia

ourlaculturedemaïsdanslesolétudiéestde16t.ha-1dematières fraiches (MF) (Pieter et al., 2012).Onaapporté7,2kg(MF)sur9m2,soitl’équivalentde8t.ha-1(MF)(moitiédeladose)dufaitqu’ilaétécombinéà l’engraisminéral. Cette quantité équivaut à 1,84t.ha-1 dematières sèches (MS).La teneur en élémentsminéraux de lamatière sèche et les équivalences enkg.ha-1sontprésentéesdansletableau 2.

Biochar. Le charbon de bois issu d’une plantationd’Acacia mangium de 7ans a été utilisé commeamendement. Il a été broyé et tamisé pour obtenirdes particules de dimensions inférieures à 2mm. Sateneurencarboneestde49%etsonpHde7,8.Nousavonsutilisé27kgdebiocharsur9m2.Cettequantitééquivautà30t.ha-1debiochar,quiestladoseoptimalerecommandée pour les sols sableux de Kinshasa(Tomisa,2011).

2.2. Méthodes

Dispositif et plan expérimental. Le dispositifexpérimental était constitué de Blocs CompletsRandomisés(BCR)avecdesparcellesexpérimentalesde 3mx3m, soit 9m2 (Figure 2). Nous avons autotalquatreblocsavecchacunsixtraitementsouunitésexpérimentales.

Conduite expérimentale. Notre étude a été menéede mi-octobre 2011 à mi-juin 2012 au cours dessaisons culturalesA et B avec une expérience parsaison. La préparation du terrain a commencé par ledésherbagesuivid’unlabourà20cmdeprofondeuretincorporationdubiochar (T2etT4)ouenfouissement

Tableau 1.Quantitésd’engraisminéralapportéessur9m2(parcelleexpérimentale)etrapportéesparha—Quantities of mineral fertilizer on 9 m2 (experimental plot) in kg.ha-1.Traitements Quantité apportée sur 9 m2

(kg)Quantité par ha(kg.ha-1)

Quantités d’N, de P et de K contenues dans les différents apports (kg.ha-1)

T2etT3 0,318 353 N60P71K67

T1etT4 0,636 706 N120P141K134

T5 0,848 941 N160P188K179

T1:N120P141K134;T2:N60P71K67+biochar;T3:N60P71K67+Tithonia diversifolia;T4:N120P141K134+biochar;T5:N160P188K179.

Tableau 2. CaractéristiqueschimiquesdeTithonia diversifolia(Lele,2012)expriméesen%dematièresèche—Chemical characteristics of Tithoniadiversifolia (Lele, 2012), expressed in % of dry matter.Constituant chimique Cot Nt C/N P K Ca MgTeneuren% 34,8 3,2 10,5 0,3 3,1 2,8 0,6Quantitéapportéeenkg.ha-1 640,32 58,88 5,52 57,04 51,52 11,04Cot:carboneorganiquetotal—total organic carbon;Nt:azotetotal—total nitrogen;C/N:rapportcarbonesurazote—report carbon on nitrogen.


defeuillesdeTithonia diversifolia(T3)deuxsemainesavant le semis pour une meilleure décomposition.L’engraisminéral a été épandu, sur toute la parcelle,enuneseulefois,troisjoursavantlesemis.Lemaïsaétéseméavecunécartementde0,5mx0,5metunedensitéde40000plantes.ha-1,àraisondedeuxgrainesparpoquet.Nousavonsautotalsept lignesavecseptpiedspar lignepourun totalde49piedsdemaïsparunité expérimentale. Les soins apportés étaient ledémariage15joursaprèslalevée,lesarclageetbinagedeuxfoisparcampagneculturale.

Aprèslarécolte,unenouvelleculturedemaïsaétéinstallée sans apport de fertilisants ni d’amendementen vue d’évaluer les effets résiduels des traitementsappliquéspendantlapremièrecampagneculturale.

Évaluation du rendement en biomasse et en grains.Pour lesdeuxcampagnesculturales, le rendementenbiomasse et en grains secs a été évalué sur les cinqlignes internes de la parcelle expérimentale, c’est-à-dire en laissant les lignes de bordures. À la récolte,unpetitéchantillondelabiomasseétaitrécolté,misàl’étuveà105°Cpendant24hpourdéterminerletauxdematièresèche.Lerendementenbiomassen’estpasprésentédanscetarticle.Lesépisétaientséchéssurunetoiledansunhangarpendantdeuxsemainespuispesés,ensuiteégrainésavantlepesagedesgrains.

Échantillonnage et analyse du sol. Avantl’expérience,neufprélèvementsdesolontétéeffectuésà la profondeur de 0 à 20cm, suivant la méthodedes diagonales, puis mélangés pourconstituerunseuléchantilloncomposite.À la fin de l’expérience, nous avonsprélevé des échantillons de sol danschaquetraitementdechaqueblocselonla même méthode. Les prélèvements ont ensuite étémélangéspourconstituerdeséchantillonscomposites.Ces échantillons ont été analysés pour déterminer la

texture (% fraction sableuse, limoneuse et argileuse),le pH, le carbone organique total, l’azote total, lescations échangeables (Ca++, Mg++, K+), le phosphoreassimilable, la capacité d’échange cationique (CEC)du sol et la saturation en aluminium échangeable.Ces analyses ont été effectuées au Laboratoire dePédologiedelaFacultédesSciencesAgronomiquesdel’UniversitédeKinshasaenRDC,selonlesméthodesdécritesparAndersonetal.(1993)etBuondonnoetal.(1995).

Analyse des éléments mobilisés par le maïs.L’analysea concerné la totalité de la partie aérienne (biomasseaérienne,carotteetgrains).Aumomentdelarécolte,labiomasse(tigesetfeuilles)descinqlignesinternesdelaparcelleétaitisoléedesépis,puiscoupéeetpesée.Unéchantillonreprésentatifde500gétaitprélevéetséchéàl’étuveà65°C.Unbroyagefinà500μmétaitparlasuiteeffectuéavantl’analyse.Lescarottesetgrainsdumaïsétaientégalementbroyésàlamêmegranulométrieet soumis aux analyses. Les analyses ont porté surles élémentsmajeursdont leN,P,K,CaetMg.Lesquantités d’élémentsobtenuesont étémultipliéesparlerendementdechaqueorganepourchaquetraitementpendant les deux campagnes culturales. L’azote dansla biomasse végétale a été analysé selon laméthodeKjeldahl.Ladéterminationdesautreséléments(P,K,Ca,Mg) a été effectuée après une minéralisation del’échantillondansunmélanged’acideperchlorique5%etd’acidenitrique4%àproportionégale,suivid’unerepriseàl’acidechlorhydrique10%.LevolumeissudelaminéralisationétaitfiltrésurpapierfiltreWhatmanSchleideretSchuell602H½.Ledosagedesélémentsdanslesminéralisatsdiluésaétéréaliséaucolorimètredanslebleudemolybdated’ammoniumàlalongueurd’ondede880nmpourlePetauspectrophotomètreparabsorptionatomiquepourleCaetMgetparémissionpourK.

Détermination du coefficient apparent d’utilisation.Le coefficient apparent d’utilisation d’un élémentfertilisant est le rapport du supplément d’élémentfertilisant prélevé par une culture fertiliséecomparativement à la même culture non fertilisée àlaquantitédecetélémentapportéeparlafertilisation(Ruganzu,2009).Cecoefficient représente lapartdel’élémentprovenantdufertilisantapparemmentprélevépar la culture. Il a été déterminé pour les éléments

analysésdanslesorganesdelaculturedumaïs(N,P,K),selonlarelation:avecExp=exportations(ellesconcernentlesquantités

Figure 2. Leplanexpérimental—The experimental design.

22,5 m

Nord15 m

Sud

3 m 1 m

3 m

0,75 mT0

T0

T0

T0

T4

T4

T4

T4

T5

T1

T1

T1 T2

T2

T2

T2

T1

T3

T3

T3

T3 T5

T5

T5

Exp(fertilisantenkg.ha-1)-Exp(témoinenkg.ha-1)CAU(%)= x100Quantitédefertilisantapportéeenkg.ha-1


d’éléments N, P, K exportées pendant les deuxcampagnesculturales).

Calcul de l’indice d’acceptabilité des différents traitements.L’indiced’acceptabilité(IA)aétécalculépour identifier le meilleur traitement facilementadoptableparlescultivateurs.Cetindiceestlerapportentre le bénéfice brut des nouveaux traitements et lebénéficebrutdutraitementtémoin(Jamaetal.,2000;Muna-Mucheru et al., 2007). Le bénéfice brut est lebénéficenonamputédechargesfixes,c’est-à-direleschargesquisontlesmêmespourtouslestraitements.Ces charges concernent la préparation du terrain, lesemisdumaïsetlessarclages.Ainsi,unetechnologiene peut être facilement adoptée que si la valeur del’IAestégaleousupérieureà2(Muna-Mucheruetal.,2007;Kaho et al., 2011). Selon lesmêmes sources,l’adoptionseferaitavecréticencesicettevaleurétaitentre 1,5 et 2 et, en-dessous de 1,5, il y a rejet.Lescharges variables ont concerné le prix des engraischimiques(100$.50kg-1).Leprixdelaproductionetdel’incorporationdubiochardanslesolestde(53,33$.t-1). Le cout du biochar a été amorti (amortissementconstant)sur25ans (tempsminimumpendant lequelle biochar agit dans le sol [Lehman et al., 2006]).Après l’amortissement,nousavonsobtenulecoutde2,13$.t-1.an-1.Cecoutaétérapportésurleshuitmoisdelapériodeexpérimentale.Lecoutdelamain-d’œuvrepourcollecter,transporteretincorporerlesfeuillesdeT. diversifolia dans le sol est celui calculé par Pieteretal.(2012)quiestd’environ5$.100kg-1defeuillesdeT. diversifolia.Leprixmoyendelatonnedemaïspendantlapériodeexpérimentale,surlemarché,aétéde900$.

Analyse statistique.Pourl’analysedesdonnées,nousavons recouru à l’analysede la variancegénérale auseuildeprobabilitéde5%àl’aidedulogicielGenStat.Ensuite,nousavonsprocédéautestdescomparaisonsmultiples(LSD)pourpréciserlesdifférencesentrelestraitements.

3. RÉSULTATS

3.1. Propriétés du sol au début et à la fin de l’expérimentation

Lesrésultatssurlespropriétésphysiquesetchimiquesdusolaudébutetàlafindel’expérimentation,l’analysedelavarianceetletestdecomparaisonsdemoyennessontreprisdans letableau 3.Lespropriétésdusolàlafindel’expérimentationsontprésentéesenrapportavec les différents traitements. Le sol est sableux etacide(pH=5,18)audébutde l’expérimentation.Lesteneursenélémentsnutritifssontfaibles(N:0,051%,

P: 12,7mg.kg-1, K: 0,03Cmol.kg-1, Ca: 0,38Cmol.kg-1, Mg: 0,12Cmol.kg-1 et CEC: 3,7Cmol.kg-1).La saturation en aluminium est très élevée (73%).Après deux campagnes culturales, des changementssont observés sur les propriétés chimiques des sols(Tableau 3).LepHdesolssousdifférentstraitementsa baissé (pH<5) par rapport au sol initial (pH>5),saufpourlessolsamendésaubiochar(T2etT4)pourlesquels le pH a augmenté (pH>6) (Tableau 3). LapluspetitevaleurdupHaétéobservéedansletraitementauT. diversifolia (T3) (pH= 4,12).La teneur enC aaugmentédanslessolstraitésaubiochar(T2[2,25%]etT4 [2,34%]) et auT. diversifolia (T3 [1,52%]) parrapportausolinitial(0,98%).Danslestraitements(T0,T1etT5),lesteneursencarbonesontsimilairesàcellesdusolinitialauseuildeprobabilitéde5%.LateneurenNadiminuédanslestraitementsT0(0,015%),T1(0,027%),T2(0,028%)etT5(0,031%),alorsquedanslestraitementsT3(T. diversifolia)etT4(biochar+N120P141K134),lesteneurssontlesmêmesquecellesdusolinitial(0,051%)auseuildeprobabilitéde5%.Lapluspetiteteneurenazoteaétéobservéedansletraitementtémoin(0,015%).LateneurenPassimilableabaissédans les traitements T0 (7,43mg.kg

-1), T1 (10,4mg.kg-1) et T5 (10,5mg.kg

-1), alors qu’elle a augmentédanslestraitementsaveclebiocharT2(13,8mg.kg

-1)etT4(19,2mg.kg

-1)parrapportausolinitial(12,7mg.kg-1). Dans le traitement au T. diversifolia (T3), lateneurenP(11,9mg.kg-1)estlamêmequecelledusolinitialauseuildeprobabilitéde5%.LateneurenKabaissé seulementdans le sol témoinT0 (0,01cmol.kg-1),alorsqu’elleaaugmentédanslestraitementsT4(N120 P141 K134+ biochar [0,093Cmol.kg

-1]), T2 (N60P71K67+biochar [0,04Cmol.kg

-1]),T3 (N60P71K67+T. diversifolia [0,056Cmol.kg-1]) etT5 (N160 P188K179[0,04Cmol.kg-1]).DansletraitementT1(N120P141K134[0,02Cmol.kg-1]),lateneurestlamêmequedanslesolinitialauseuildeprobabilitéde5%.LateneurenCadanslestraitementsT0(0,11Cmol.kg

-1),T1(0,13Cmol.kg-1)etT5(0,14Cmol.kg

-1)adiminué,alorsquedanslestraitementsauT. diversifolia(T3)etaubiochar(T2etT4),elleestégaleàcelledusolinitial(0,38Cmol.kg

-1)auseuildeprobabilitéde5%.LapluspetitequantitédeCaaétéobtenueavecletraitementtémoin(0,11Cmol.kg-1).La teneur enmagnésium (Mg) a diminuédansles sols sous différents traitements. La plus petiteteneurenMgaétéobservéedansletraitementtémoin(0,03Cmol.kg-1). La capacité d’échange cationique adiminuédanslestraitements(T0,T1etT5)etaaugmentédans ceux au biochar (T2 [14,88Cmol.kg

-1] et T4[14,47Cmol.kg-1])etauT. diversifolia(T3[11,3Cmol.kg-1]).LesplusfaiblesCEContétéobtenuesaveclestraitements témoin (2,4Cmol.kg-1) et T1 (2,73Cmol.kg-1). La saturation en aluminium (mAl) a augmentéseulementdansletraitementtémoin(T0=80%),alorsqu’elleabaissédanslestraitementsT4,T2etT3.Dans


les traitements T5 et T1, la mAl est la mêmeque dans le sol initial au seuil de probabilitéde5%.LespluspetitesvaleursdelamAlontétéobtenuesaveclestraitementsaubiochar(T2[46,6%] et T4 [44,6%]). L’ordre décroissantd’amélioration des propriétés chimiques dusol est: T4 ([N120 P141 K134]+ biochar)> T2([N60 P71K67]+ biochar)>T3 ([N60 P71K67]+T. diversifolia)>T5 (N160 P188 K179)=T1 (N120P141K134)=T0(Témoin).

3.2. Rendement en grains de maïs

Les résultats sur les rendements en grainsde maïs, l’analyse de la variance et le testde comparaisons des moyennes (LSD) dedeux campagnes culturales sont illustréspar la figure 3. Il ressort de l’analyse de lavariance (AV) que des différences hautementsignificatives (p= 0,000) de rendements ontétéobservéesentre les traitementsauseuildeprobabilité de 5%. À la première campagne,le rendement le plus élevé a été obtenu avecleT4 (N120 P141K134+ biochar [3200kg.ha

-1]),alorsqueletémoin(T0)adonnéleplusfaiblerendement (700kg.ha-1). À la deuxièmecampagne,leT3([N60P71K67]+T. diversifolia)a donné le rendement le plus élevé (2210kg.ha-1)et le rendementdu témoin(T0[506,7kg.ha-1]) est resté le plus bas. Une baisse desrendements en grains de maïs a été observéesous différents traitements entre la premièreetladeuxièmecampagneculturale.Lasommedes rendements des deux campagnes nous adonnéleclassementsuivantdetraitementselonleur influence positive: T4 ([N120 P141 K134]+biochar)>T3([N60P71K67]+T. diversifolia)>T2 ([N60 P71 K67]+ biochar)> T5 (N160 P188K179)>T1(N120P141K134)>T0.

3.3. Quantités d’éléments minéraux exportées

Letableau 4présentelesquantitésd’élémentsminéraux (N, P, K, Ca,Mg) exportées par laculture demaïs au cours de deux campagnesculturales en fonction des traitements. Lesexportations les plus élevées ont été obtenuesaveclestraitementsT4(N120P141K134+biochar[N:168,3kg.ha-1,P:35,1kg.ha-1,K:134,5kg.ha-1,Ca:43,7kg.ha-1,Mg:24,8kg.ha-1])etT3(N60P71K67)+T. diversifolia[N:178,8kg.ha-1,P:15,4kg.ha-1,K:112,4kg.ha-1,Ca:61,4kg.ha-1, Mg: 29,8kg.ha-1]), alors que le témoina exporté (N: 44,5kg.ha-1, P: 4,9kg.ha-1,K:21,6kg.ha-1,Ca:8,7kg.ha-1,Mg:4,7kg.ha-1)leTa

blea

u 3.Com

positiongranulom

étriqueetchimiquedusolexpérimentalavantetaprèsl’expérienceetanalysedelavariance(AV)—C

hem

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K

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1 )C

a (cmol. kg-

1 )M

g (cmol. kg-

1 )C

EC

(cmol. kg-

1 )m

Al

(%)

Avant

4,68

6,25

89,1

5,18

b0,98

c0,051a

12,7

bc0,03

cd0,38

a0,12

a3,7c

73ab

Après T 0

4,66

6,17

89,1

4,82

c0,83

c0,015c

7,43

d0,01

d0,11

b0,03

c2,4d

80a

T 14,68

6,24

89,0

4,86

c0,90

c0,027b

10,4

c0,02

cd0,13

b0,043c

2,73

d77,6

ab

T 24,77

6,25

88,9

6,07

a2,25

a0,028b

13,8

b0,04

bc0,30

a0,083b

14,88a

46,6

c

T 34,72

6,34

88,9

4,12

d1,52

b0,044a

11,9

bc0,06

b0,40

a0,11

ab11,3

b69,6

b

T 44,65

6,28

89,0

6,13

a2,34

a0,042a

19,2

a0,09

a0,31

a0,106a

b14,47a

44,6

c

T 54,59

6,22

89,1

4,87

c0,88

c0,031b

10,5

c0,04

bc0,14

b0,046c

2,8c

d73,6

ab

SP0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

0,05

p-value

0,000

0,000

0,006

0,0001

0,0001

0,0001

0,0002

0,000

0,0003

CV

2,07

19,08

22,03

12,18

29,29

23,53

23,57

6,99

7,85

T 0:témoin—c

ontro

l;T

1:N

120P

141K

134;T

2:N

60P

71K

67+biochar;T 3:N

60P

71K

67+T

ithon

ia d

iver

sifo

lia;T 4:N

120P

141K

134+biochar;T 5:N

160P

188K

179;SP:seuilde

signification—si

gnifi

canc

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vel;CV:coefficientdevariation—c

oeffi

cien

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aria

tion;C

EC:capacitéd’échangecationique—c

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ity ;mAI:saturationen

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alu

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satu

ratio

n;lesmoyennessuiviesdelamêm

elettreneso

ntpasdifférentesauseuildeprobabilitéde5%—

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t at

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babi

lity

leve

l of 5

%.


moinsd’éléments.Lesquantitésd’élémentsexportéesau cours de la première campagne sont supérieuresà celles exportées lors de la deuxième campagne(Tableau 4). Conformément aux rendements enbiomasse et en grains, les exportations de deuxcampagnes se classent selon l’ordre décroissant:T4 ([N120 P141 K134]+ biochar)> T3 ([N60 P71 K67) +T. diversifolia)>T2([N60P71K67]+biochar)>T5(N160P188K179)>T1(N120P141K134)>T0.

3.4. Coefficient apparent d’utilisation des éléments minéraux

Le tableau 5 présente le coefficient apparentd’utilisation des élémentsminéraux (N, P, K) par laculturedemaïs,en fonctiondes traitements,pendantlesdeuxcampagnesculturales.Lecoefficientapparentd’utilisation(CAU)leplusélevépourl’NaétéobservédansletraitementT3(N60P71K67+T. diversifolia[N:110,4%]), alors que pour le P et leK, le traitementT2(N60P71K67+biochar[P:27,04%etK:87,5%])a donné les plus grandsCAU (Tableau 5). Les tauxles plus faibles d’utilisation d’éléments N, P, K ont

Figure 3. Rendement en grain de maïs pendant les deuxcampagnes culturales en kg.ha-1 (MS) — Yield of maize grain during the two crop seasons in kg.ha-1 (DM).

Significationdestraitements—meaning of the treatments:voirtableau 3—seetable 3; lesmoyennessuiviesdelamêmelettrenesontpasdifférentesauseuildeprobabilitéde5%—Means followed by the same letter are not different at probability level of 5%.

Tableau 4. Quantitésd’élémentsexportésparlaculturedumaïsenfonctiondestraitementsaucoursdelapremièreetdeladeuxièmesaison(enkg.ha-1dematièresèche)—Quantities of mineral elements exported by growing maize based on the treatments during the first and the second season (in kg.ha-1 of dry matter).Campagne culturale Élément Traitement

T0 T1 T2 T3 T4 T5

Campagne1 N 27,3 40,5 67,5 94,4 99,5 88,7P 3,2 7,9 18,5 10,8 21,2 11,9K 12,4 34,5 45,4 82,9 84,7 29,8Ca 5,8 10,5 12,4 49,5 32,5 11,5Mg 2,9 3,4 7,5 22,9 18,1 7,5

Campagne2 N 17,2 29,4 41,7 81,4 68,8 49,8P 1,7 3,8 5,6 4,6 13,9 4,1K 9,2 17,2 34,8 29,5 49,8 17,3Ca 2,9 5,9 9,3 11,9 11,2 5,8Mg 1,8 2,3 3,5 6,9 6,7 2,5

Totaldesexportationsdesdeuxcampagnes N 44,5 69,9 109,2 175,8 168,3 138,5P 4,9 11,7 24,1 15,4 35,1 16,0K 21,6 51,7 80,2 112,4 134,5 47,1Ca 8,7 16,4 21,7 61,4 43,7 17,3Mg 4,7 5,7 11,0 29,8 24,8 10,0

Significationdestraitements—meaning of the treatments:voirtableau 3—seetable 3.

Tableau 5. Valeurs du coefficient apparent d’utilisationpour les éléments N, P, K en fonction des traitements(en%) pour les deux saisons—Values of the apparent coefficient of use for the elements N, P, K based on the treatments (in %) during the two seasons.Élément Traitement

T1 T2 T3 T4 T5

N 21,1 107,8 110,4 103,2 58,75P 4,8 27,04 13,7 21,4 5,9K 22,5 87,5 73,2 84,3 14,2Significationdestraitements—meaning of the treatments:voirtableau 3—seetable 3.

Ren

dem

ent

en g

rain

(kg.

ha-1)

4000300020001000

0T0 T1 T2 T3 T4 T5 T0 T1 T2 T3 T4 T5

Première Deuxième

Campagne culturale

ab

ccd

e

f gh

hij


étéobtenusaveclestraitementsàl’engraisminéralT1(N120P141K134[N:21,1%,P:4,8%,K:22,5%])etT5(N160P188K179[N:58,75,P:5,9,K:14,2]).

3.5. Indice d’acceptabilité des différents traitements

Les valeurs des indices d’acceptabilité (IA) desdifférents traitements ainsi que celles des variablesqui ont servi à leurs calculs sont présentés dans letableau 6. Ces valeurs montrent que les IA obtenusaveclestraitementsàl’engraisminéral(NPK)T1(N120P141 K134 [IA: 0,45]) et T5 (N160 P188 K179 [IA: 0,6])sont inférieurs à1, alors que ceux obtenus avec lestraitementsaubiochar(T2[IA:2,14]etT4[IA:2,92])etauT. diversifoliaT3(IA:3,09)sontsupérieursà2.

4. DISCUSSION

4.1. Propriétés du sol au début de l’expérimentation

Latexturesableusedusolexpérimentallaisseprésagerune pénétration facile des racines. Cependant,la rétention de l’eau et des éléments minérauxconstitueraient dans ce cas une contrainte pour uneproductionagricolesoutenue.Destexturessemblablesontétéégalement trouvéesparKoy(2010)etMulaji(2011)pourlessolsdeKinshasa.Cesauteursontmontréque la fractionsableusedece solestdominéepar lequartz.Lecaractèreacidedecesolimpliqueuneforterétention du phosphore car le phosphate se combineauferetàl’aluminiumpourformerdescomposéstrèspeusolublesetdoncpeudisponiblespourlesplantes(Dabin,1963;Kadiataetal.,2003).Ceciseraitlacauseprincipaledelafaibleteneurenphosphoreassimilabledans le solexpérimental (Tableau 3).Les teneursenélémentsnutritifs(N,P,K,CaetMg),enCetlaCECsont très faibles comparativement aux valeurs testsproposéesparLandon(1991)pourlessolstropicaux.

Le rapport C/N est élevé (19,2). Ce rapport s’écartede la zone de 10-14, considérée comme optimalepourdesbesoinsagronomiques(Aubertetal.,1966;Hollandetal.,1992;VanEngelenetal.,2006).Ceciindiqueaussiquelamatièreorganiqueestdemauvaisequalitédanscesol(VanEngelenetal.,2006).LatrèsfaibleCECest une indicationque ce sol contient defaibles réserves d’éléments nutritifs (Tableau 3).CettetrèsfaibleCECestdueàlaminéralogiedusoldontlafractionargileuse,trèsfaible,estdominéeparlakaolinite (phyllosilicate1:1)avecdeshydroxydes/oxydes résiduelsd’Al (Al(OH)3) (Baert et al., 2009;Koy,2010)etàlafaibleteneurenmatièreorganique(Tableau 3). La saturation en aluminium (73%)est largement supérieure à la limite tolérable pour laplupartdesculturescarselonBoyer(1976)etLandon(1991),lessolssaturésàplusde60%d’Al+3présententunetoxicitéaluminiqueconsidérable.

4.2. Effet de différents traitements sur les propriétés du sol

LabaissedupHdanslessolsnonamendésaubiocharserait due aux exportations des cations basiques telsque leCa+2 et leMg+2, ainsi qu’à leur remplacementpar l’Al+3 et l’H+ dans le complexe absorbant. Cecise justifie par l’augmentation de la saturation enaluminiumdanslecomplexeabsorbant(T0,T1,T3,T5)(Tableau 3).LaplusgrandebaissedupHdanslesoltraitéauT. diversifolia(Tableau 3)seraitaccentuéeparlaprésencedesanionsacidesNO3

-etSO4-2provenant

de ladécompositiondesesfeuilles(Ruganzu,2009).DesbaissesanaloguesdepHavecl’apportdesfeuillesde T. diversifolia ont été également observées parKahoetal.(2011)auCamerounetRuganzu(2009)auRwanda.L’augmentationdupHdanslessolsamendésau biochar est principalement due au pH initial dubiochar qui était de 7,8.Cette augmentation a eu uneffetsurlaréductiondelasaturationenAl(Tableau 3).Ceci confirme les expériences de Lehmann et al.(2009)etdeSchulzetal. (2012)quiontmontréque

Tableau 6.Indiced’acceptabilité(IA)desdifférentstraitements—Acceptability index (IA) of the different treatments.Traitement Cout du

NPK ($.ha-1)Cout du biochar($.ha-1)

Cout de Tithonia diversifolia($.ha-1)

Rendementmaïs(kg.ha-1)

Revenu brutmaïs ($.ha-1)

Bénéfice brutmaïs ($.ha-1)

IA

T0 0 0 0 1206,7 1086 1086T1 1411,7 0 0 2110 1899 487,3 0,45T2 706,3 42,6 0 3513,3 3162 2328,5 2,14T3 706,3 0 400 4920 4428 3321,7 3,06T4 1411,7 42,6 0 5236,7 4713 3174,1 2,92T5 1884,4 0 0 2820 2538 653,6 0,60Significationdestraitements—meaning of the treatments:voirtableau 3—seetable 3.


lebiocharréduitletauxd’aluminiumbiodisponibleetl’aciditédessolstropicaux.LechangementsignificatifdupHdanslesolsousbiocharaeudeseffetspositifssurladisponibilitédeP(Tableau 3)cardanslessolstropicaux,lePestbloquéaupHinférieurà6etilestdisponible pour des pH compris entre 6 et 8 (Zhangetal.,2010).L’augmentationdelateneurenCadanslesol traitéauT. diversifolia (T3)estdueàlagrandeteneur enCacontenuedans ses feuilles (Tableau 2).Ladiminutionde la teneur enMgdans tous les solspar rapport au sol initial est due aux exportations(Tableau 4) et aux lixiviations (Schulz et al., 2012).L’augmentation de la CEC dans les sols traités aubiocharetauxfeuillesdeT. diversifolia(T2,T3etT4)estenrelationaveclateneurencarbone(Tableau 3).DesaugmentationssimilairesdelaCEContétéégalementobtenuesdanslessolstropicauxauBrésilavecl’apportdu biochar combiné au compost par Schulz et al.(2012)etl’apportsimpledubiocharparSchulzetal.(2013).Aussi,unedisponibilitésuffisanteencarbone,apportéeparlebiocharetlesfeuillesdeT. diversifolia,stimulerait l’activité biologique du sol en améliorantparlàlecycledel’azote,avecunemoindrelixiviationdesnitrates(Steineretal.,2007;Lehmanetal.,2009;Majoretal.,2010;Zhangetal.,2010).LesvaleursdelasaturationenaluminiumducomplexeabsorbantsontenrelationinverseaveccellesdupH(Tableau 3).

4.3. Effet de différents traitements sur le rendement en grains du maïs

Le faible rendement obtenu avec les feuilles deT. diversifolia (T3) pendant la première campagne,par rapport au rendement sous biocharT4 ([N120 P141K134]+ biochar), résulterait de la libération lentedes nutriments dont la fourniture dans le sol n’estpas synchronisée avec les besoins de la plante.Cecijustifielemeilleurrendementobtenuavecletraitementcontenant les feuilles de T. diversifolia, par rapportaux autres traitements, à la deuxième campagne(Figure 3).Labaissedesrendementsengrainsdemaïsobservéesousdifférentstraitementsentrelapremièreetladeuxièmecampagneestdueàl’appauvrissementdu sol en éléments nutritifs suite aux exportations.Le rendement de 700kg.ha-1 obtenu avec le maïstémoin (T0) à la première campagne est largementinférieur à celui attendu (1000-1800kg·ha-1) pourla variétéQPM-SR (Ministère de l’Agriculture de laRDC, 2008). Ceci confirme que le sol expérimentalesttrèspeufertile.Cettefaiblefertilitén’apaspermisà la variété utilisée, bien qu’adaptée dans le milieu,d’exprimer ses potentialités, conformément auxrésultatsdeViolic(2002)etPixley(2003).Toutefois,cerendementrestedanslagammedeceuxobtenusenmilieupaysanenRDC(entre700à900kg.ha-1).Àladeuxième campagne culturale, le rendement avec le

témoin(506,7kg.ha-1)estdescenduen-dessousdeceuxobtenusenmilieupaysan.Pourlamêmedosed’engraisminéral appliquée, le T1 (N120 P141 K134) comparé auT4 ([N120 P141 K134]+ biochar), l’amendement du solaubiocharapermisdetriplerlerendementengrainspendantlesdeuxsaisonsculturales.Cetteaugmentationderendementprovientdel’améliorationdespropriétésdu sol dont particulièrement la CEC et le pH. Lesrendements obtenus avec le traitement T4 ([N120 P141K134]+biochar)respectivementàlapremièrecampagne(3200kg.ha-1)etàladeuxièmecampagne(2036,7kg.ha-1) montrent qu’avec l’usage du biochar combinéà l’engraisminéral, onpeutquadrupler le rendementengrainsdemaïspendantdeuxcampagnesculturales(Figure 3) dans les conditions expérimentales. DesrésultatssimilairesontétéégalementobtenusparLuiet al. (2012) sur la culture demaïs avec l’apport dubiocharcombinéaucompostdansunsol sablonneuxd’Allemagne.LerendementobtenuaveclesfeuillesdeT. diversifolia combiné à l’engraisminéral (2700kg.ha-1)àlapremièrecampagneestprochedeceluiobtenupar Ruganzu (2009) (2600kg.ha-1) avec l’utilisationsimplede2,1t.ha-1defeuillesdeT. diversifolia.

4.4. Analyse des exportations et du coefficient apparent d’utilisation des éléments minéraux

Lesvaleursdesexportationssontcorréléespositivementavec celles de rendements en grains de maïs. Cesrésultats sont similaires à ceuxobtenus parRuganzu(2009)auRwandasurunsolargileux.L’absorptionplusimportantedeNauraitétéfavoriséeparlebesoindelacultureencetélément.L’azote joueun rôleessentieldansledéveloppementdescultures,enparticulierlescéréales(Hodge,2005).Bertrandetal.(2000)montrentquelescéréalespeuventexporterdegrandesquantitésd’élémentsminéraux,dontparticulièrementl’azoteetle potassium. Pour les cations, l’absorption est plusrapide pour les monovalents que pour les divalents(Fageriaetal.,2005;Petitetal.,2005).

La variabilité dans l’utilisation des élémentsobservéedépenddesconditionsbiophysiques(Kimetuet al., 2006) et climatiques prévalentes (Laudelout,1954).Ainsi,encomparaisonavec les traitementsauNPK(T1etT5),laplusgrandeutilisationdesélémentsaveclestraitementscontenantlebiocharetlesfeuillesde T. diversifolia serait due à l’amélioration despropriétésdusol,dontlaCEC(Tableau 3).Luietal.(2012) ontmontré que l’apport du biocharmultipliel’utilisationdes élémentsKetPpardes facteurs2,5et 1,2, respectivement, par rapport au sol témoin.Dece fait,onpeutétablirune relationpositiveentrel’amélioration des propriétés du sol, l’utilisationdes élémentsminéraux et la production en grains dela culture. La grande utilisation des éléments par laculture sous le traitement avec T. diversifolia serait


égalementliéeàlaqualitédelabiomassequifavoriseladisponibilitédesnutrimentsetlacroissancedelaplante(Gachengoetal.,1999).LestauxdeCAUobtenusaprèsl’applicationdeNPKT1(N120P141K134)etT5(N160P188K179) (Tableau 5) sont proches de ceux obtenus parRuganzu(2009)àRubonaauRwanda(N:33,1;P:9etK:29)surunsolargileuxetavecl’applicationN75P75K75kg.ha

-1.

4.5. Choix des traitements à diffuser en fonction de l’indice d’acceptabilité

En fonction de l’indice d’acceptabilité (IA), lestraitements T3 (IA= 3,06), T4 (IA= 2,92) et T2 (IA=2,14) peuvent être diffusés aux paysans avec plus defacilité(Tableau 6).Dufaitquel’effetdubiocharpeutsemanifesterdurant50ans(Lehmanetal.,2006)etcomptetenu de la moindre disponibilité du T. diversifolia, lechoixpourrait êtreporté sur le traitement contenant lebiochar (T2 et T4). Toutefois, le choix entre les deuxtraitements pourrait se faire aussi en fonction de ladisponibilité de chaque intrant. L’IA trouvé avec leT. diversifoliaestprochedeceluitrouvéparKahoetal.(2011)(IA:2,53et2,65)surunsolferralitiqueargileuxduCentreduCameroun.

5. CONCLUSIONS

LesrésultatsdecetteétudeontmontréquelebiocharetlesfeuillesdeT. diversifoliacombinésàl’engraisminéralontaugmenté la teneurencarbone,enpotassiumet laCECdusolétudié,ainsiquelesrendementsengrains,les exportations et le coefficient apparent d’utilisationdes éléments par le maïs pendant deux campagnesculturales.Lebiochar,commeamendement,aenoutreréduit l’acidité et la saturation du sol en aluminiumavecuneffetsurl’améliorationdeladisponibilitéduP.L’applicationdes feuillesdeT. diversifoliaaaugmentélateneurencalciumdusolexpérimental.Auregarddel’indiced’acceptabilité,lestraitementsavecdubiocharT2(IA=2,14)etT4(IA=2,92)etceluiaveclesfeuillesdeT. diversifoliaT3(IA=3,06)peuventêtreacceptésparlesagriculteursavecplusdefacilité.

Remerciements

Nous remercions l’ERAIFT (École Régionale PostUniversitaire d’Aménagement et de Gestion Intégrés desForêtsetTerritoiresTropicaux)etlaWBI(Wallonie-BruxellesInternational)pouravoirfinancécetteétude.

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