Méthodes et alternatives d’irrigation conservant l’eau et le sol

Phot de couverture: Irrigation par conservation de l’eau pour la riziculture. La conservation des sols et de l’eau peut être combinée à l’irrigation, par exemple l’irrigation par inondation du riz au Vietnam (ci-dessus). L’eau peut également être conservée en favorisant l’infiltration dans le sol, le stockage dans des réservoirs ou des barrages, ou en utilisant l’eau d’irrigation de manière plus efficace.

Conservation de l’eau

L’eau peut être conservée en luttant contre l’érosion éolienne et hydrique, comme mentionné, mais aussi en améliorant l’efficacité de l’utilisation de l’eau, par exemple en fournissant des nutriments et en irriguant les cultures de manière appropriée.

• En bref, plusieurs stratégies essentielles ont été abordées pour améliorer le bilan hydrique dans les champs. Il s’agit notamment de réduire la vitesse du vent pour limiter l’évapotranspiration de l’eau et favoriser l’infiltration de l’eau dans le sol, la teneur en matière organique, la structure du sol et la croissance des racines plus profondément dans le sol. De plus, les cultures intercalaires et l’agroforesterie peuvent parfois réduire le risque économique des agriculteurs face aux problèmes de sécheresse, et être combinées à des structures de sol conservant l’eau et le sol. Figure 1.
• L’efficacité de l’utilisation de l’eau est le rendement des cultures par unité d’eau utilisée. Elle peut être améliorée en réduisant d’autres problèmes comme la fertilité des sols ou la lutte intégrée contre les parasites ou en irriguant plus efficacement.
• Les facteurs de croissance limitants. La disponibilité de l’eau et la fertilité des sols sont les défis les plus courants pour les cultures. Investir dans l’un sans l’autre peut ne pas être efficace, du moins les années à problèmes. Comme la fertilisation, l’irrigation peut aider si elle est bien appliquée et peut nuire si elle est mal faite. La nutrition des cultures ne consiste pas seulement à supprimer une autre contrainte à la croissance des cultures, mais aussi à affecter la résilience à la sécheresse.
• L’amélioration de la nutrition des cultures peut parfois aussi préserver directement l’eau. La carence en potassium (élément K) affaiblit la capacité des parties vertes à fermer les pores (stomates) et à arrêter la transpiration lorsque cela est nécessaire. La carence en K donne souvent des bordures jaunes ou flétries aux feuilles matures avant que celles-ci ne soient vieilles. La carence en phosphate (P) retarde la croissance de toutes les parties et la maturité. Une carence sévère en nutriments entraîne généralement la production de petits sommets qui ne produisent que du sucre à un système racinaire petit et peu profond, comme c’est le cas dans certaines petites exploitations tropicales.
• Cependant, un niveau très élevé de nutriments combiné à une quantité suffisante d’eau dans la terre végétale peut rendre les systèmes racinaires plus courts et plus superficiels. Ceci est dû au fait que les parties supérieures bien alimentées peuvent utiliser presque tous leurs sucres pour la nouvelle croissance, laissant peu aux racines. Ce phénomène est également documenté dans le cas du phosphate, malgré des généralisations contradictoires dans la littérature.
• Les quantités d’irrigation peuvent être plus efficaces en arrosant lorsque cela est nécessaire. Il existe des formules mathématiques qui peuvent être utilisées pour calculer cela. Sinon, l’humidité du sol peut être observée à une profondeur pertinente (couleur et toucher), et les plantes sensibles indicatrices de sécheresse peuvent montrer clairement le stress de la sécheresse avant que la culture ne cesse de croître et ne le montre plus tard. Les calculs peuvent être basés sur la température quotidienne, le vent, les cultures, le sol et l’efficacité de l’irrigation, et la pluie, par exemple, en utilisant la FAO (www.fao.org/3/S2022E/s2022e08.htm) ou des applications appropriées. Les précipitations inférieures à 2 mm peuvent être écartées car elles sont inefficaces pour la croissance des plantes. De même, la température des feuilles augmente lorsque la plante arrête la transpiration en fermant les cellules des lèvres (stomates). Un drone, un ballon ou un cerf-volant équipé d’une caméra IR peut être utile.
• Les stades sensibles des cultures. L’irrigation peut être concentrée sur les stades sensibles à la sécheresse des cultures comme la germination, la pollinisation et le remplissage des grains/fruits, Pour le jeune riz humide (= riz paddy), le désherbage par inondation, et seulement quelques fois est suffisant. Cela permet d’économiser beaucoup d’eau par rapport à une inondation constante. Cette méthode peut être combinée avec le semis ou la plantation du riz en rangées et des types récents d’outils de désherbage simples. Google, par exemple : Système d’intensification du riz (SRI). Cependant, l’irrigation par temps chaud et ensoleillé peut également conduire la chaleur de la surface vers la graine, alors que le sol sec est plus isolant. L’irrigation par temps chaud peut, dans tous les cas, être moins efficace.
• L’efficacité de l’irrigation peut être améliorée en utilisant l’irrigation par aspersion par rapport à l’irrigation par inondation (dans la plupart des champs). Une pente adaptée et la perméabilité du sol sont importantes pour l’irrigation par submersion. Le goutte-à-goutte et l’irrigation par ruissellement similaire sont les plus efficaces mais nécessitent des investissements relativement élevés. L’agriculteur peut toutefois utiliser des tuyaux mobiles. L’eau peut devenir chaude dans les tuyaux en surface, mais les ouvertures qui obstruent les tuyaux souterrains peuvent être encore plus difficiles. Les systèmes à petite échelle peuvent être assemblés près d’un conteneur surélevé avec des filtres. Des photos et une introduction peuvent être vues ici : irrigation au goutte-à-goutte.
• Une irrigation superficielle fréquente est principalement nécessaire lors de l’établissement de plantes, par exemple, en utilisant de petites graines ou des plantules. L’apport de grandes quantités d’eau, et de grosses gouttes rapides, peut endommager la structure du sol. Cependant, une irrigation moins fréquente donne moins d’évaporation à la surface du sol. Une humidification plus profonde du sol peut favoriser un développement plus profond des racines. Le système racinaire peut absorber de l’eau et des nutriments mobiles comme le nitrate d’azote (NO₃-) et le potassium (K⁺) qui ont pu être lessivés dans les couches profondes du sol à la suite de pluies intenses sur un sol nu. Les racines peu profondes peuvent également contribuer à l’absorption des nutriments dans la couche arable. En outre, les systèmes racinaires longs (non profonds), avec des champignons symbiotiques communs et de l’humidité, sont particulièrement importants pour absorber le phosphate. Les jeunes plantes ont besoin de la plus grande disponibilité. Si beaucoup d’eau doit être appliquée simultanément, l’érosion, le ruissellement, le compactage et l’obturation des pores en surface peuvent poser problème. Ainsi, les pots arrosés ont besoin de mélanges de rempotage sableux ou fibreux. L’eau peut s’écouler lentement d’un tuyau, d’un sac ou d’un autre récipient approprié ou être versée dans un trou où le sol de surface peut sceller et libérer l’eau lentement. Le sable retient peu d’eau, et celle-ci se déplace rapidement. L’argile retient beaucoup d’eau, laissant peu d’eau à absorber pour les plantes, et le point de flétrissement du sol sera atteint en premier. La texture moyenne, le limon, retient la plupart de l’eau disponible pour les plantes mais est érodable et donne une structure de sol instable. Les textures mixtes et les matières organiques améliorent la capacité du sol à retenir l’eau disponible pour les plantes et réduisent les problèmes de structure du sol. Les substances artificielles peuvent également augmenter la capacité de rétention d’eau, mais un type courant, l’amide polyacrylique, est soupçonné de présenter un risque de cancer.
• La croissance des racines profondes peut réduire les besoins en irrigation en donnant accès à l’eau et en rendant possible la croissance des racines profondes des cultures suivantes. Certaines plantes peuvent ouvrir les sols compacts, par exemple le pois d’Angole (Cajanus cajan) dans les régions tropicales semi-arides et, par exemple, le lupin jaune ou le radis fourrager dans les régions tempérées. Des pores larges et profonds après des racines mortes peuvent conduire l’eau vers le bas rapidement. Cela peut aider à lutter contre l’érosion, mais parfois l’eau peut descendre trop profondément et trop vite avec des nutriments, même du phosphate, et des pesticides. Les racines bien développées des herbes vivaces et du seigle peuvent être prises en compte, mais les racines pivotantes ont tendance à mieux pénétrer. Les racines peuvent être arrêtées par des hardpans (couches) d’oxydes de fer rougeâtres, d’argile compacte et de sol acide – avec un pH dans l’eau (sol : eau 1 : 2,5) inférieur à 5,5 pour les plantes sensibles et à 5,0 pour les autres. Dans ces sols acides riches en aluminium échangeable (soluble dans l’acide), les racines ne peuvent pas s’étendre correctement et les plantes sensibles sont rabougries. Le chaulage des sols tropicaux au-dessus de pH 5,5 dans l’eau provoque souvent des carences en micronutriments qui affectent la couleur, la forme ou les fruits des jeunes feuilles. Le pH extrait dans du CaCl₂ ou du KCl dilué sera inférieur d’environ 0,5 et 1,0 unité, respectivement. Voir également le chapitre prévu sur la gestion intégrée de la fertilité des sols.
• Le drainage est souvent négligé lors de l’irrigation. L’excès d’eau doit pouvoir être évacué. Dans les zones arides et semi-arides, la pluie sera généralement trop faible pour laver les sels de l’eau d’irrigation dans le sol. Les sels s’accumuleront si l’on n’y prend garde et causeront des toxicités aux plantes (par exemple, le sodium, le chlorure et le bicarbonate sont toxiques pour les plantes sensibles). Ainsi, une irrigation excessive avec drainage est parfois nécessaire. Il faut être particulièrement prudent si l’on peut goûter les sels dans l’eau d’irrigation. La conductivité électrique (CE) indique la concentration totale en sels, mais la méthode d’analyse (concentration et unités) importe, et la tolérance des plantes diffère beaucoup. Le sodium (Na⁺) est également un problème pour la structure du sol, principalement si la quantité de calcium et de magnésium est faible. Le sol peut aussi devenir très alcalin, et la matière organique se disperse, donnant des sols noirs alcalins. On trouve également des sols alcalins blancs affectés par le sel. L’utilisation de gypse (CaSO₄) et/ou de salicornes (Atriplex spp.) peut aider. L’irrigation, du moins dans les zones semi-arides et arides, nécessite plus de perspicacité ou d’expérience que ce qui peut être couvert ici.
• La couverture de paillis peut parfois réduire les pertes d’eau des surfaces.

Le paillis est une couverture superficielle de litière végétale morte ou d’autres matériaux. La surface du sol sous le paillis semble souvent plus fraîche et plus humide. Cependant, les pluies légères peuvent aussi rester sur le dessus du paillis, loin des racines, et le paillis peut abriter des insectes qui coupent les semis et attirer les poules grattant ou les serpents. Le feu peut se propager dans le paillis, ou l’azote peut se perdre dans l’air sous forme d’ammoniac provenant d’un paillis riche en azote. Une surface de sol visiblement sèche ne s’assèchera lentement que si elle est dépourvue de plantes actives ou de grosses mottes de terre. Cela est dû à la succion (mouvement capillaire de l’eau) rompue par la sécheresse de surface.

• Les serres recyclent parfois une grande partie de l’eau utilisée. Il faut tout de même une ventilation suffisante pour que les niveaux de CO₂  restent élevés pendant la journée. Au Royaume-Uni, le CO₂ des centrales électriques est recyclé dans d’immenses serres situées à proximité, mais cela nécessite des gaz d’échappement propres et contrôlés surveillés, par exemple le monoxyde de carbone (CO) toxique.
• Les plantes tolérantes à la sécheresse peuvent aider. Une plante tolérante à la sécheresse peut avoir une ou plusieurs des capacités-caractéristiques suivantes :

– peut faire pousser rapidement des sommets et des racines lorsque les pluies sont fiables,

– les pousses et les racines peuvent survivre aux périodes de sécheresse (gènes différents),

– se reproduire (par exemple, produire des fruits ou des grains) et arriver à maturité tôt, lorsque l’humidité du sol est encore abondante, et « échapper » à la sécheresse,

– ont des couches de cire/poils et des feuilles qui roulent ensemble.

• Conserver les fruits et légumes plutôt que de les cultiver en irrigué pendant la saison sèche. Pour éviter le brunissement des fruits en cours de séchage, un chauffage contrôlé à environ 60-80°C pendant environ 5-10 minutes peut souvent être utilisé pour gâcher certaines des enzymes phénolases provoquant le brunissement par oxydation. Les antioxydants, par exemple le jus de citron, peuvent aussi aider pendant un certain temps (Zawawi et al. 2022). L’agroforesterie peut également fournir du bois pour de bonnes structures de séchage et de stockage.
• Une méthode d’établissement peu coûteuse comme le semis direct amélioré peut aider les plantes à tolérer le manque d’eau en favorisant la croissance précoce des racines. Elle peut contribuer à éviter le stade sensible où les racines endommagées alimentent les sommets en eau ou en rendant abordable le réétablissement en cas d’échec. Ce qui apparaît comme un problème de sécheresse pendant la germination sous le soleil chaud peut être dû à la chaleur de la surface du sol. Dans certains cas, l’élevage de semis, par exemple à partir d’une serre ou d’un écran irrigué, peut permettre d’économiser de l’eau d’irrigation s’il est bien fait.
• Approche intégrée, Plus d’irrigation n’est pas la seule solution au manque d’eau ou à l’agriculture, comme beaucoup le prétendent. Cependant, si elle est bien appliquée, elle peut souvent aider beaucoup. En revanche, si elle est appliquée de la mauvaise manière, elle peut être dévastatrice. En résumé, il est possible de conserver une grande quantité d’eau en adoptant une approche intégrée et globale de l’approvisionnement en eau des cultures (ainsi que de l’ombrage et de la bonne alimentation du bétail). Cependant, de nombreux détails sont importants et souvent négligés. Vous trouverez plus de détails sur certains aspects dans d’autres sections.

Figure 1.  Conservation de l’eau sur le site (« in situ »). La conservation de l’eau peut inclure l’infiltration de l’eau ou des fossés de rétention (si les glissements de terrain ne sont pas un problème). P La plupart des méthodes de conservation du sol et de l’eau peuvent aider en réduisant le vent et/ou en augmentant l’infiltration de l’eau à travers la surface du sol et la matière organique du sol. La conservation de l’eau peut également inclure des méthodes d’irrigation efficaces – et la résolution d’autres problèmes pour les plantes afin qu’elles puissent utiliser efficacement l’eau disponible. D’après Muriuki & Macharia (2011).

Les références:

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