CHAP II. MILIEU, MATERIEL ET METHODES

2.1. Milieu
L’essai était installé à Karhale sur le site d’expérimentation de la faculté des sciences agronomiques de l’université catholique de Bukavu.
2.1.1. Localisation
La colline de Karhale se situe à 2°29’55,1’’ de latitude Sud, 28°50’34,6’’ de longitude Est et à une altitude de 1666 m, dans la commune de Kadutu, ville de Bukavu, province du Sud-Kivu en République Démocratique du Congo.
2.1.2. Climat
D’après la classification de KOPPENS, Bukavu bénéficie d’un climat tropical humide de type AW3. C’est un climat tropical humide à courte saison sèche et tempéré par l’altitude (Lunze, 1998). La moyenne annuelle de température journalière est de 19.8°C pondérée en plus par la présence du lac Kivu. Les précipitations annuelles varient de 1000-1700 mm. La période la plus sèche va de juin à Août et la plus humide de septembre à Mai (Chamma et al 1981, cité par Aganze, 2014).
Les différentes quantités de pluies mensuelles et leurs nombre de jours de pluies de la période de l’essai, allant de Septembre 2015 à Février 2016 de la ville de Bukavu sont repris dans le tableau 1.
Tableau 1: Quantités de pluies mensuelles et nombre de jours de pluie pendant la période de l’essai, allant de Septembre 2015 à Février 2016. Mois Septembre Octobre Novembre Décembre Janvier Février
Jours de pluies
12
23
24
22
15
11
Quantité en mm
104
169
208
184
161
89
Source : IPAPEL 2016
Du tableau 1, on remarque que les quantités de précipitations recueillies pendant la saison culturale (915mm) répondent aux exigences du maïs. Le maïs est une plante exigeante en eau, à l’inverse du sorgho ou du mil qui lui sont préférés dès que la pluviométrie annuelle est inférieure à 700 ou 800 mm. Les besoins sont étroitement liés au climat (Rouanet, 1984).
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2.1.3. Sol
La ville de Bukavu comprend presqu'entièrement des sols volcaniques argileux de couleur rouge et résulte de l'altération des basaltes donnant naissance aux argiles et aux roches apparentées. Les argiles vérifiées un peu partout dans les sols de Bukavu, montrent une épaisseur de 2 à 3 m ; elles servent aussi de ciment aux graviers des basaltes (Bitijula et al., 1998).
Le sol du site expérimental de Karhale est de couleur brune rougeâtre sombre 5YR 2,5/2 (selon l’échelle de couleur de Munsell) qui indique qu’on se trouverait en présence d’un sol jeune. Sa consistance à l’état humide prouve qu’il s’agit d’un sol collant, adhérant à l’outil à cause de son pourcentage élevé en argile. Sa plasticité à l’état sec renvoie à un sol dur et à l’état frais le sol est meuble (Lunze, 1998).
Les caractéristiques chimiques de sol du site expérimental de Karhale au cours de la période de l’essai sont présentées dans le tableau 2.
Tableau 2: Caractéristiques chimiques du sol du site expérimental de Karhale. Paramètres du sol pH C-org en % P assimilable en Ppm K ech en méq/100g N total en %
Valeurs
6,25
1,17
21,1
1,14
0,097
Source : Laboratoire du sol de l’UCB 2015.
Il ressort du tableau 2, que les résultats moyens de l’analyse des sols prélevés au cours de l’essai, que le pH est celui d’un sol légèrement acide, il se trouve dans la gamme de pH des sols convenables à la culture du maïs parce que cette dernière exige un pH variant entre 6 à 7.
La teneur en azote est faible car selon Tenssens et Gourdin (1993), le seuil critique de l’azote dans le sol se situe à 0.3% pour un sol à pH 6. Dans ce cas, l’apport externe de cet élément est indispensable pour la bonne croissance et le développement de cette culture.
Ce sol est pauvre en phosphore avec une valeur de PË‚50 Kg/ha qui est la concentration moyenne (CRAAQ, 2003) pour la culture du maïs. Le taux de potassium est supérieur à 0,2% qui est considéré comme étant le seuil critique (Bahizire, 2006, cité par Ahadi, 2012).
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Il en découle que l’état chimique du sol ne constituait pas une grande contrainte à la culture du maïs pour l’élément K, cela n’impliquant nécessairement pas qu’un apport d’engrais potassique ne serait pas un atout pour une bonne croissance et production de la culture. Ce statut permettrait toutefois de définir les éléments qui semblent être en faible proportion et donc limitant pour la culture.
II.2.MATERIEL
Le matériel végétal utilisé était le maïs (Zea mays), variété ECAVEL obtenue à partir de l’INERA/Mulungu.
Les caractéristiques variétales de la variété utilisée sont présentées dans le tableau 3 suivant :
Tableau 3: Description synthétisée de la Variété ECAVEL Paramètres Caractéristiques
Hauteur de la plante
160-270cm
Hauteur de plant à l’insertion de l’épi
100-130 Cm
Couleur du grain
Blanc concassée
Floraison en jour
59
Texture du grain
Semi dentée
Durée de semi-floraison
70 jours
Durée semi-maturité
140-160 jours
Aire de culture
cultivée entre 800-1300m d’altitude.
Rendement
3 à 4 tonnes / ha pouvant atteindre 6 tonnes / ha en milieu contrôlé
Maladies et ravageurs
Résistance à la maladie de bande ; sensibilité à l’helminthosporiose, Sensibilité aux chenilles foreuses des tiges
Source: (SENASEM ,2012b).
II.3. METHODES
Pour réaliser ce travail un essai a été installé au champ au cours de la saison culturale A qui s’étend de septembre 2015 à février 2016.
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II.3.1. DISPOSITIF EXPERIMENTAL
L’expérimentation a été conduite suivant un dispositif en blocs aléatoires complets. Le principal facteur en étude était les différentes combinaisons de N, P et K, les blocs étant un facteur secondaire. Au total quatre traitements plus témoin dans trois blocs étaient soumis à comparaison à savoir :
ï‚· Témoin: aucun apport d’engrais
ï‚· NP: apport de 90 Kg d’azote et 60 Kg de phosphore
ï‚· NK : apport de 90 Kg d’azote et 40 Kg de potassium
ï‚· PK : apport de 60 Kg de phosphore et 40 Kg de potassium
ï‚· NPK : apport de 90 Kg d’azote, 60 Kg de phosphore et 40 Kg de potassium
Les parcelles étaient séparées par des sentiers de 0, 50 m tandis que les blocs étaient séparés de 1m. Les écartements étaient de 0,75 m x 0,50 m avec une densité de semis de 26 666 plants/ha. Le schéma du dispositif expérimental est montré dans la figure 2.
Chaque unité expérimentale comportait 24 plants de maïs de manière à pouvoir s’assurer de 8 plants observables. La figure 2 présente le dispositif expérimental.
Figure 3: schéma du dispositif expérimental
Le schéma d’une unité expérimentale se présente à la figure 3.
Témoin
NP - K
PK - N
NK - P
NPK
3 m
2.5 m
0.5m
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Figure 4: schéma d’une unité expérimentale.
II.3.2. CONDUITE DE L'EXPERIMENTATION
Avant la mise en place des cultures, des échantillons des sols été prélevé. A 60 jours après semis, des échantillons de feuilles ont été prélevés.
II.3.2.1. Prise des échantillons de sol et analyse au laboratoire
Le prélèvement de sol été fait à une profondeur de 0-20 Cm en cinq points du champ : un point au milieu des diagonales du rectangle que constitue la parcelle et deux points sur chacune des diagonales et de part et d'autre de ce milieu. Ces cinq échantillons sont mélangés ensuite pour en faire un échantillon composite qui a été séché à l'air libre jusqu'à stabilisation de son poids, puis analysé au laboratoire de sciences du sol de l’UCB.
Les analyses ont consistaient à déterminer la composition chimique du sol en pH, C-organique, P assimilable, N total et K échangeable. Les valeurs de ces paramètres constituent les données d’entrée dans QUEFTS dans le but d’évaluer les fournitures potentielles en NPK afin de prédire le rendement à partir de la fertilité native du sol.
II.3.2.1.2. Prise des échantillons de feuilles et leur analyse
La méthode adoptée pour le prélèvement de la paille est celle de diagnostic foliaire du maïs annoncée par Thomas en 1938, adoptée par Janssen et al 2010 ; stipulant qu’il existe des corrélations positives entre les rendements du maïs et les teneurs foliaires en N, P, K à 50% de la floraison mâle.
A ce stade, les teneurs en N, P et K des feuilles sont donc les plus typiques, car c'est la période critique. En plus les poids de matière sèche de la feuille de l'épi présente une corrélation très positive avec le poids de matière sèche de l'ensemble des organes aériens. La
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demande d'éléments nutritifs est très élevée pour les trois éléments N, P et K au stade de floraison mâle.
Dans cette étude, les prélèvements concernaient toujours la feuille de l'épi principal et des 2 feuilles qui l'avoisinent, en haut et en bas. On ne conservait que le tiers central de la feuille.
Pour les échantillons qui concernaient l’analyse de phosphore, les prélèvements étaient effectués au début de la floraison mâle (émission du pollen) (soit à 60 jours après le semis soit le 20/12/2015) et pour l'azote et le potassium, les prélèvements ont intervenus début dessiccation des soies (stigmates) (soit à 70 jours après semis) ceci afin d’avoir des meilleures teneurs pouvant fournir les meilleurs liaisons entre teneurs- rendements comme le décrit la méthode.
II.3.2.2. Travaux culturaux
Les travaux culturaux de l’essai ont consisté à :
a) labour
Le labour a été fait par la houe, afin d’ameublir le sol avant le semis. Un seul labour été appliqué en date du 15/10/2015.
b) Semis et fertilisation
Le semis était fait le 20/10/2015. La fertilisation a eu lieu le même jour que le semis pour le P et K et en deux apports pour l’azote. La moitié de la dose de N a est apporté le jour du semis et l’autre moitié à un mois après semis; car selon IFDC (2010b) le fractionnement intéresse les éléments très mobiles tels que l’azote. Il permet de minimiser les pertes par lessivage, permet en outre de fournir les éléments nutritifs au moment où la plante en a besoin
Les doses appliquées à notre essai sont des doses couramment utilisées dans la région.
Le tableau 4 montre les sources de nutriments utilisées et leur taux d’application.
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Tableau 4: source de nutriments et le taux d’application Nutriments Source Taux d’application (Kg/ha) Quantité appliquée par poquet en gramme
N
Urée
90 kg de N soit 195,5kg d’urée
7,33
P
TSP
60 kg de P soit 298,7 kg de TSP
11,20
K
KCl
40kg de K soit 80,7 kg de KCl
3,02
c) Entretien
L’entretien a consisté au sarclage qui était intervenu le 19 novembre et le 20 décembre, soit après chaque un mois, et au buttage qui a intervenu un mois et demi après le semis.
c) Récolte
La récolte a été effectuée en une seule fois en date du 20 février 2016 à la maturité complète des grains, soit à quatre mois après semis.
II.3.2.3. Paramètres étudiés
Il s’est agi des paramètres végétatifs et des composantes du rendement et les absorptions de N, P et K dans les feuilles.
Les paramètres végétatifs étaient composés de taux de levé des plants à 10 jours après semis, nombre des feuilles par plant, diamètre au collet des plants, hauteur des plants et la surface foliaire. Pour les composantes du rendement et le rendement, l’étude portée sur la longueur de l’épi, le diamètre de l’épi, le nombre de grains par épi, le poids de 100 grains par parcelle et le rendement en grains par traitement, puis extrapolé à l’hectare à l’aide de la formule ci-après :
Rendement en grain =
II.4. Modélisation par QUEFTS
La modélisation avec QUEFTS se fait de deux manières pour détecter les éléments limitant et prédire ensuite le rendement d’une culture :
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ï‚· A partir de données de la fertilité initiale de sol et apport des engrais ;
ï‚· A partir des absorptions de N, P et K dans les feuilles à 50% de la floraison mâle.
Dans cette étude la version QUEFTS 1.1 a été utilisée dans un ordinateur à Windows seven.
II.4.1. Prédiction de rendement à partir de données de sol et apport des engrais
Après avoir calibré (qui a consisté à ajuster les données des paramètres de sol du milieu expérimental dans le modèle), l’utilisation de QUEFTS se fait en quatre étapes :
a). Fournitures potentielles de N, P et K dans le modèle
En vue de déterminer le rendement dans QUEFTS, la première étape consiste à calculer la quantité de N, P et K bio-disponible dans le sol à partir des équations mathématiques. Ces équations mathématiques prennent en compte certaines propriétés chimiques spécifique au sol d’étude, notamment pH, C-organique (en g/Kg), P assimilable (en mg/Kg) et K échangeable (en mmol/Kg).
Le logiciel se base sur les relations ci-après :
 Pour l’azote
Les fournitures potentielles de l’azote ont été déduites de l’équation suivante : ( ) Les valeurs de sols utilisés sont présentées dans le tableau 2.
 Pour le Phosphore
La relation SP = 0.35*(1-0.5 * (pH-6)2 * C-org. + 0.5 * P Assimilable a été appliquée.
 Pour le Potassium
La relation suivante a été utilisée : SK ( )
b). Absorption des nutriments N, P et K (UN, UP et UK)
Les absorptions de N, P ou K sont calculée dans QUEFTS en fonction de la fourniture potentielle de cet élément nutritif tout en tenant compte de la fourniture potentielle des deux autres éléments nutritifs. UN peut être estimé en fonction de fourniture de P ou de K ; de la même façon UP ou UK peuvent être estimés en fonction de de SN, SP ou SK. Dans le cas où
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l’absorption de N est estimée en fonction de fourniture de P et les absorptions de P et K en fonction de la fourniture de N, les équations suivantes peuvent être appliquées:
 Pour azote: ( )
 Pour le Phosphore : ( )
 Pour le potassium: ( )
Pour dériver une formule à utiliser pour déterminer l’absorption d’un nutriment quelconque (soit N, P ou K) en fonction de fourniture des autres nutriments (soit N, P ou K), les coefficients que le modèle utilise dans chaque situation sont présentés dans le tableau 5 étape II.
c). Gammes de rendement calculées pour chaque élément, en fonction de son absorption
La troisième étape a consisté à calculer les gammes du rendement pour chaque nutriment qui correspondent avec sa compréhension réelle. Les équations ci-dessous ont été utilisées:
YNA = 30 * (UN – 5) YND = 70 * (UN – 5)
YPA = 200 * (UP – 0.4) YPD = 600 * (UP – 0.4)
YKA = 30 * (UK – 2) YKD = 1200 * (UK – 2)
Légende :
 YNA, YPA et YKA sont les rendements calculés pour des absorptions maximales de N, P et K respectivement.
 YND, YPD et YKD sont les rendements calculés pour des absorptions minimales de N, P et K respectivement
 UN, UP et UK sont les absorptions respectives de N, P et K déterminées à l’étape b.
d). Prédiction de rendement.
La procédure a consisté à combiner les gammes de rendement calculé dans l’étape c. Elle est réalisée en deux parties. En premier les gammes du rendement sont combinées dans les paires (azote et phosphore, azote et potassium, phosphore et potassium) et seconde, le les rendements trouvés pour les éléments nutritifs deux par deux sont faits la moyenne. Cette moyenne est le rendement ultime estimé.
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Le détail de ces quatre étapes du fonctionnement de QUEFTS cité ci haut dans la prédiction de rendement est présenté dans le tableau 5.
Tableau 5 : Relations entre les paramètres du sol, les fournitures potentielles des nutriments, l’absorption de ces nutriments et rendement du maïs prédit en utilisant QUEFTS version 1.1.
Etape I
( ) ( ) ( ( ) ) ( ( ) ) ( ) ( )
Etape II
Situation
Condition
A
( )( )
B
( )( )
C
in between
Equation for ( ):
A
( )
B
( ) ( )( )
C
( ) [ ( )( )] ( )( )
Nutrient
Value of constants
a
D
r
N
30
70
5
P
200
600
0,4
K
30
120
2
Etape III
( )
( )
( )
( )
( )
( )
Etape IV
( )
A la suite de la prédiction de rendement à partir de la fertilité initiale du sol (donc sur le traitement témoin), la partie engrais est pris en compte dans le modèle tout en considérant la fourniture potentille initiale du sol. A chaque fois l’ajustement de la quantité d’un nutriment appliqué est fait dans le modèle (pour chaque traitement appliqué), il en suit l’ajustement du taux de recouvrement de ce nutriment.
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Dans cette étude, les taux de recouvrement utilisés sont les moyennes trouvées par IFDC dans les essais de fertilisation en Afrique tropicale, plus spécifiquement au Kenya, Rwanda, Ouganda et Burundi. Ce sont 50%, 10% et 50% respectivement pour les trois éléments N, P et K étudiés.
II.4.2. Prédiction de rendement d’une culture par QUEFTS à partir de données des absorptions des nutriments dans les feuilles.
Le rendement en grain du maïs peut-être déterminé à partir de l'absorption de N, P et K dans les feuilles du maïs sur les parcelles sans engrais et dans l’essai soustractif à 50% de la floraison mâle.
Pour arriver à prédire ce rendement à partir des absorptions des nutriments, QUEFTS utilise comme données d’entrées (calibrage) les quantités totales de NPK absorbées par la plante (en Kg/ha) avant qu’elle forme les épis. Après cet ajustement, les autres étapes dans la prédiction de rendement par QUEFTS se poursuivent avec la même logique comme vu à partir des données chimiques de sol.
La formule utilisée pour déterminer les absorptions de N, P et K est la suivante :
Absorption = Poids paille * teneur de nutriment.
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II.4. ANALYSE STATISTIQUE DES RESULTATS
L’analyse de la variance à deux critères de classification a été utilisée pour détecter les différences pouvant exister entre les variables et variantes étudiés, mais aussi pour comparer les rendements obtenus issu de trois modes de prédiction effectués (rendement de l’essai, rendement QUEFTS via sol et rendement QUEFTS via absorption de nutriments dans les feuilles).
A chaque fois que les différences étaient significatives, elle a été suivie par le test LSD pour comparer les différentes moyennes.
Un modèle de régression linéaire a été réalisé pour détecter le lien existant entre les fournitures potentielles des nutriments N, P et K estimées par QUEFTS et les rendements en grain obtenus dans l’essai, mais aussi entre les absorbions des nutriments obtenues dans les feuilles et le rendement en grain de l’essai.
Pour toutes ces analyses, les logiciels Genstat et Excel ont été utilisés.