Analysis of the functioning of an irrigated rice field on alkali soil. Application to the integrated nitrogen fertilizer management and cultural calendar in the interior delta of the Niger (Mali).
Analyse du foncionnement d'une parcele de riz irrigué sur sol alcalin. Application à la gestion intégrée de la fertilisation azotée et du calendrier cultural dans le delta intérieur du fleuve Niger (Mali)
Résumé
The irrigated perimeters of the “Office du Niger” (Mali), is characterized by a tendency of soils toward alkalization and the variable yield performances of irrigated rice, as influenced by nitrogen fertilization. The objective of this study is to analyze the interactions between the in situ physical/chemical properties of soil and the modes of application of cultural practices such as nitrogen fertilization, rice transplanting and water management, and their influence on the nitrogen use efficiency by the rice plant, rice growth and yield. The operational objective is to identify the rice growing practices that can improve the nitrogen use efficiency in the specific context of alkaline soils. The method combines an agronomic diagnosis in other to identify factors that influence the actual situation of farmer plots and laboratory and field experiments to analyse the identified factors.
The agronomic diagnosis done in the field of ten peasants permitted to classify the plots in three groups according to the nature of soils and the floodwater management. If the alkali nature of soil and/or the bad floodwater management practices determined the measured outputs, great yield variability within the same group remained nevertheless influenced by cultural practices. The respect of nitrogen fertilization plan and/or the age of the transplanted rice plants appear to be factors that can explain this variability.
The results of laboratory and pot experiments permitted to determine the effects of soil alkalinity and floodwater level on the nitrogen dynamics following urea topdressing. The volatilization process of ammonia is more important on alkali soil and in presence of a floodwater. This process concerns only 20% of the applied nitrogen, while denitrification appears potentially more important in the absence of a floodwater and on a less or non alkali soil. These observations are probably the results of favourable conditions for nitrification in the absence of floodwater and a more microflore activity on non alkaline soil. Without flooding, rice growth in pot is more affected on alkaline than non alkaline soil, depending on the availability of nitrogen and the in situ soil pH.
The results of field experiments confirmed the important effect of nitrogen application, soil type, water management and their interactions on N use efficiency and rice yield. The nitrogen use efficiency rate was much higher and resulted in more vegetative growth on alkaline soil, showing less nitrogen losses since irrigation water was well managed. Independently of N nutrition, rice reproductive organs and grain production are affected on alkaline soils. Short draining periods during fertilizer applications does not show significant effects on N use efficiency and yield. In contrast to the working hypothesis, transplanting of old rice plants does not show negative effect on rice production; even though tillering is affected, plants seem to adjust the unfavourable conditions of their new environment.
Yield improvement strategies must be sought through nitrogen management practices (reduction in N losses during applications) in non alkaline soils, and reduction in the effects of unfavourable pH on grain production in alkaline soils. In non alkaline soil, the benefit of short drainage during the period of fertilizer application is questionable since N loses are mainly related to nitrification and denitrification processes. It seems then preferable to take into account the high reducing conditions when applying N fertilizer. On alkaline soils, lowering the in situ pH and maintaining flood water at optimal level should be preferred. Cultural practices based on knowledge of soil pH and redox potential would be an ideal solution. A deeper analysis and modelling of soil-water-plant system seem necessary to improve management of the alkali soils of the “Office du Niger”.
The agronomic diagnosis done in the field of ten peasants permitted to classify the plots in three groups according to the nature of soils and the floodwater management. If the alkali nature of soil and/or the bad floodwater management practices determined the measured outputs, great yield variability within the same group remained nevertheless influenced by cultural practices. The respect of nitrogen fertilization plan and/or the age of the transplanted rice plants appear to be factors that can explain this variability.
The results of laboratory and pot experiments permitted to determine the effects of soil alkalinity and floodwater level on the nitrogen dynamics following urea topdressing. The volatilization process of ammonia is more important on alkali soil and in presence of a floodwater. This process concerns only 20% of the applied nitrogen, while denitrification appears potentially more important in the absence of a floodwater and on a less or non alkali soil. These observations are probably the results of favourable conditions for nitrification in the absence of floodwater and a more microflore activity on non alkaline soil. Without flooding, rice growth in pot is more affected on alkaline than non alkaline soil, depending on the availability of nitrogen and the in situ soil pH.
The results of field experiments confirmed the important effect of nitrogen application, soil type, water management and their interactions on N use efficiency and rice yield. The nitrogen use efficiency rate was much higher and resulted in more vegetative growth on alkaline soil, showing less nitrogen losses since irrigation water was well managed. Independently of N nutrition, rice reproductive organs and grain production are affected on alkaline soils. Short draining periods during fertilizer applications does not show significant effects on N use efficiency and yield. In contrast to the working hypothesis, transplanting of old rice plants does not show negative effect on rice production; even though tillering is affected, plants seem to adjust the unfavourable conditions of their new environment.
Yield improvement strategies must be sought through nitrogen management practices (reduction in N losses during applications) in non alkaline soils, and reduction in the effects of unfavourable pH on grain production in alkaline soils. In non alkaline soil, the benefit of short drainage during the period of fertilizer application is questionable since N loses are mainly related to nitrification and denitrification processes. It seems then preferable to take into account the high reducing conditions when applying N fertilizer. On alkaline soils, lowering the in situ pH and maintaining flood water at optimal level should be preferred. Cultural practices based on knowledge of soil pH and redox potential would be an ideal solution. A deeper analysis and modelling of soil-water-plant system seem necessary to improve management of the alkali soils of the “Office du Niger”.
Dans les périmètres irrigués de l'Office du Niger (Mali), le contexte est caractérisé par une tendance à l'alcalinisation des sols et des performances variables de la riziculture irriguée, en relation avec l'efficience de la fertilisation azotée. L'objectif de ce travail est d'analyser les interactions entre les propriétés physico-chimiques du sol in situ et les modalités d'application des techniques culturales telles que la fertilisation azotée, le repiquage et la gestion de l'eau, et leur influence sur l'alimentation azotée, la croissance et le rendement du riz. L'objectif finalisé est d'identifier les pratiques culturales sur lesquelles on pourrait agir pour améliorer l'efficience des apports d'azote et le rendement dans ce contexte spécifique de sols alcalins. La démarche combine un diagnostic agronomique pour identifier les situations que l'on rencontre dans les parcelles des agriculteurs puis une analyse expérimentale au laboratoire et au champ pour analyser l'influence des principaux facteurs identifiés.
Le diagnostic agronomique effectué dans les parcelles de dix paysans de la zone a permis de classer les parcelles suivies en trois groupes en fonction de la nature des sols et de la maîtrise de la lame d'eau en riziculture irriguée. Si la nature alcaline du sol ou la mauvaise maîtrise de la lame d'eau déterminent les rendements mesurés, il reste néanmoins une forte variabilité à l'intérieur d'un même groupe en fonction des pratiques culturales. Le respect du calendrier de fertilisation azotée ou l'age des plants au repiquage apparaissent comme variables et susceptibles d'expliquer cette variabilité.
Les résultats obtenus au laboratoire en réacteur fermé et en pot de culture ont permis de mettre en évidence l'effet déterminant de la nature plus ou moins alcaline du sol et de la présence d'une lame d'eau sur la dynamique de l'azote suite à un apport d'urée. La volatilisation d'ammoniac est plus importante sur sol alcalin et en présence d'une lame d'eau. Ces pertes ne dépassent cependant pas 20% de l'azote apporté, et les pertes d'azote par dénitrification apparaissent potentiellement plus importantes en l'absence d'une lame d'eau et sur sol peu alcalin. Ces observations résultent probablement d'une activité plus importante de la microflore sur sol non alcalin et de conditions favorables à la nitrification en l'absence d'une lame d'eau. La croissance du riz en pot est très fortement affectée sur sol alcalin mais aussi dans une moindre mesure sur sol non alcalin en l'absence de lame d'eau, en relation avec la disponibilité de l'azote et le pH in situ.
Les résultats obtenus dans les expérimentations au champ confirment l'effet déterminant de la fertilisation azotée, du type de sol, de la gestion de lame d'eau et de leurs interactions sur l'efficience de la fertilisation azotée et le rendement du riz. Le coefficient apparent d'utilisation de l'azote est plus élevé et favorise le développement végétatif sur sols alcalins, témoignant de moindres pertes d'azote dans la mesure où la lame d'eau est maîtrisée. Par la suite, la mise en place des organes reproducteurs et la production de grain sont affectées sur les sols alcalins, indépendamment de la nutrition azotée. Un assec de courte durée lors des apports d'engrais ne montre pas d'effet significatif sur l'efficience de l'azote et le rendement. Contraitrement à l'hypothèse de départ, le repiquage de plants âgés ne montre pas d'effet négatif sur la production ; si le tallage est affecté il semble que les plants soient en mesure de mieux s'adapter ensuite aux conditions défavorables du milieu.
Les voies d'amélioration doivent donc être recherchées par une diminution des pertes d'azote lors des apports d'engrais, principalement sur les sols non alcalins, et une minimisation des effets défavorables des pH alcalins sur la production de grain. C'est paradoxalement sur sol non alcalin que l'intérêt d'un assec de courte durée lors des apports d'engrais est le plus discutable dans la mesure où les pertes sont principalement liées à un processus de nitrification et dénitrification. Il semblerait alors préférable d'associer l'apport d'engrais azoté au maintien de conditions fortement réductrices. Sur sols alcalins, une diminution du pH in situ dans le sol et la lame d'eau devra être recherchée. Un pilotage raisonné des opérations culturales en fonction d'une connaissance du pH et du potentiel d'oxydoréduction serait une solution idéale. Une analyse et une modélisation plus approfondies du fonctionnement du système sol-eau-plante en conditions alcalines semblent nécessaires pour accompagner l'amélioration de la gestion des sols alcalins de l'Office du Niger.
Le diagnostic agronomique effectué dans les parcelles de dix paysans de la zone a permis de classer les parcelles suivies en trois groupes en fonction de la nature des sols et de la maîtrise de la lame d'eau en riziculture irriguée. Si la nature alcaline du sol ou la mauvaise maîtrise de la lame d'eau déterminent les rendements mesurés, il reste néanmoins une forte variabilité à l'intérieur d'un même groupe en fonction des pratiques culturales. Le respect du calendrier de fertilisation azotée ou l'age des plants au repiquage apparaissent comme variables et susceptibles d'expliquer cette variabilité.
Les résultats obtenus au laboratoire en réacteur fermé et en pot de culture ont permis de mettre en évidence l'effet déterminant de la nature plus ou moins alcaline du sol et de la présence d'une lame d'eau sur la dynamique de l'azote suite à un apport d'urée. La volatilisation d'ammoniac est plus importante sur sol alcalin et en présence d'une lame d'eau. Ces pertes ne dépassent cependant pas 20% de l'azote apporté, et les pertes d'azote par dénitrification apparaissent potentiellement plus importantes en l'absence d'une lame d'eau et sur sol peu alcalin. Ces observations résultent probablement d'une activité plus importante de la microflore sur sol non alcalin et de conditions favorables à la nitrification en l'absence d'une lame d'eau. La croissance du riz en pot est très fortement affectée sur sol alcalin mais aussi dans une moindre mesure sur sol non alcalin en l'absence de lame d'eau, en relation avec la disponibilité de l'azote et le pH in situ.
Les résultats obtenus dans les expérimentations au champ confirment l'effet déterminant de la fertilisation azotée, du type de sol, de la gestion de lame d'eau et de leurs interactions sur l'efficience de la fertilisation azotée et le rendement du riz. Le coefficient apparent d'utilisation de l'azote est plus élevé et favorise le développement végétatif sur sols alcalins, témoignant de moindres pertes d'azote dans la mesure où la lame d'eau est maîtrisée. Par la suite, la mise en place des organes reproducteurs et la production de grain sont affectées sur les sols alcalins, indépendamment de la nutrition azotée. Un assec de courte durée lors des apports d'engrais ne montre pas d'effet significatif sur l'efficience de l'azote et le rendement. Contraitrement à l'hypothèse de départ, le repiquage de plants âgés ne montre pas d'effet négatif sur la production ; si le tallage est affecté il semble que les plants soient en mesure de mieux s'adapter ensuite aux conditions défavorables du milieu.
Les voies d'amélioration doivent donc être recherchées par une diminution des pertes d'azote lors des apports d'engrais, principalement sur les sols non alcalins, et une minimisation des effets défavorables des pH alcalins sur la production de grain. C'est paradoxalement sur sol non alcalin que l'intérêt d'un assec de courte durée lors des apports d'engrais est le plus discutable dans la mesure où les pertes sont principalement liées à un processus de nitrification et dénitrification. Il semblerait alors préférable d'associer l'apport d'engrais azoté au maintien de conditions fortement réductrices. Sur sols alcalins, une diminution du pH in situ dans le sol et la lame d'eau devra être recherchée. Un pilotage raisonné des opérations culturales en fonction d'une connaissance du pH et du potentiel d'oxydoréduction serait une solution idéale. Une analyse et une modélisation plus approfondies du fonctionnement du système sol-eau-plante en conditions alcalines semblent nécessaires pour accompagner l'amélioration de la gestion des sols alcalins de l'Office du Niger.