Spatial Variability of soil along Toposequance in the Workaria Watershed, South Wollo Zone, Ethiopia

Résumé technique : Variabilité spatiale des sols le long d'une toposéquence dans le bassin versant de Workaria, zone de South Wollo, Éthiopie

Énoncé du problème
Le bassin versant de Workaria, dans la zone de South Wollo en Éthiopie, est confronté à des défis liés à la dégradation des sols, à l'érosion et au déclin de la fertilité, causés par un relief accidenté, la déforestation, le surpâturage et les inondations. Bien que le sol soit une ressource dynamique et hétérogène essentielle au développement durable, il existe un manque d'informations intégrées concernant la variabilité spatiale des nutriments du sol et leur relation avec les positions topographiques dans cette région spécifique. Comprendre ces variations est crucial pour atteindre les Objectifs de Développement Durable (ODD 2 : Faim Zéro et ODD 15 : Vie Terrestre), pourtant, une planification efficace de l'utilisation des terres nécessite des données spécifiques au site qui font actuellement défaut.

Méthodologie
L'étude a employé une approche systématique pour caractériser les propriétés du sol et cartographier leur distribution spatiale à travers les 375 hectares du bassin versant de Workaria.

• Conception de l'étude : Le bassin versant a été classé en trois positions topographiques distinctes : versant supérieur (pente de 30 %), versant moyen (8–30 %) et versant inférieur (0–8 %).
• Stratégie d'échantillonnage : Une approche d'échantillonnage par tarière basée sur une grille a été utilisée. Trente-deux points de prélèvement par tarière ont été prédéfinis via ArcGIS avec une taille de grille de 316 m × 316 m. À chaque point de grille, quatre sous-échantillons ont été collectés d'une profondeur de 0 à 20 cm pour créer des échantillons composites.
• Description des pédons : Trois pédons représentatifs ont été sélectionnés correspondant aux positions paysagères supérieure, moyenne et inférieure. Ils ont été décrits in situ jusqu'à une profondeur de 200 cm (ou jusqu'à la roche mère), avec des échantillons prélevés dans tous les horizons génétiques identifiés.
• Analyse en laboratoire : Les échantillons de sol ont été soumis à des analyses de propriétés morphologiques, de la distribution granulométrique (méthode de l'hydromètre), de la densité apparente, du pH, de la conductivité électrique (CE), du carbone organique (Walkley-Black), de l'azote total (Kjeldahl), du phosphore disponible (Olsen) et des cations échangeables (Ca, Mg, K, Na). La capacité d'échange cationique (CEC) et la saturation en bases ont également été calculées.
• Classification et cartographie : Les sols ont été classés selon le système de la Base de Référence Mondiale (WRB). La variabilité spatiale a été analysée à l'aide de techniques géostatistiques (interpolation par krigeage) dans ArcGIS 10.4, après des tests de normalité (Shapiro-Wilk). Une approche de superposition pondérée a été utilisée pour générer des cartes de gestion spécifiques au site.

Résultats clés

• Classification et distribution des sols : Trois types de sols dominants ont été identifiés, fortement corrélés à la position topographique :
  • Cambisols : Couvrant 55,2 % (206,9 ha) du bassin versant, ils dominent les positions de versant supérieur.
  • Luvisols : Occupant 32,4 % (121,4 ha), ils se trouvent principalement sur les versants moyens.
  • Vertisols : Représentant 12,3 % (46,2 ha), ils sont situés dans les zones basses et presque plates.
• Propriétés physiques : La texture du sol sur toutes les positions était principalement de type argileuse à argile lourde. La densité apparente variait de 0,97 à 1,78 g/cm³.
• Propriétés chimiques :
  • pH : Il variait de 5,42 à 7,53, les couches de surface variant spécifiquement de 5,61 à 7,53. La réaction du sol était modérément acide sur les versants supérieurs et moyens, mais neutre sur les versants inférieurs, augmentant généralement avec la profondeur et diminuant avec la pente.
  • Carbone organique (CO) et Azote total (AT) : Les niveaux de CO étaient généralement faibles à très faibles (1,95–3,41 %), tandis que l'AT variait de moyen à élevé (0,17–0,29 %). Une forte corrélation a été observée entre le CO et l'AT.
  • Phosphore disponible (P dispo.) : Il variait de 4,03 à 9,04 mg/kg, classé comme très faible à faible à travers tout le bassin versant.
  • Bases échangeables : Le potassium échangeable (K) a montré une grande variabilité (CV = 61,49 %), avec des niveaux faibles de K échangeable et d'azote total dans de petites zones (26,7 %) dans la partie nord du bassin versant. Le calcium (Ca) et le magnésium (Mg) étaient généralement de niveau moyen à élevé.
  • CEC et saturation en bases : La CEC était très élevée (52,2–62,22 cmol(+)/kg), attribuée à la matière mère riche en argile. Cependant, le pourcentage de saturation en bases (PSB) était faible (21,14–28,25 %), indiquant un lessivage important des cations basiques.
• Variabilité spatiale : L'analyse géostatistique a révélé que le pH, le Ca, le Mg, la CEC et la saturation en bases étaient les moins variables, tandis que le K était le plus variable. Le phosphore disponible et le CO présentaient une dépendance spatiale modérée.

Signification et affirmations
L'article affirme que les processus de redistribution des sols induits par la toposéquence sont les principaux contrôleurs des propriétés du sol et de l'état de fertilité dans le bassin versant de Workaria. L'étude fournit des données de référence critiques démontrant des déficiences généralisées en carbone organique du sol et en phosphore disponible, qui sont les facteurs limitants les plus importants pour la production agricole dans la zone.

Les auteurs soutiennent que les cartes de distribution spatiale générées et les recommandations de gestion spécifiques au site offrent un fondement scientifique pour :

1. Interventions ciblées : Permettre aux agriculteurs et aux services de vulgarisation d'appliquer des engrais (spécifiquement P, N et K) et des amendements organiques basés sur des déficits nutritionnels spécifiques plutôt que sur une application uniforme.
2. Gestion durable des terres : Identifier les sites vulnérables, tels que les versants supérieurs sujets à l'érosion, pour mettre en œuvre des pratiques de conservation.
3. Alignement sur les ODD : Contribuer directement à l'ODD 2 (Faim Zéro) en optimisant la productivité agricole grâce à une gestion des nutriments fondée sur des preuves, et à l'ODD 15 (Vie Terrestre) en promouvant la gestion durable des écosystèmes terrestres et la restauration des sols.

L'étude conclut que bien que la texture du sol soit relativement uniforme, l'état de fertilité varie considérablement selon la position paysagère, nécessitant des stratégies de gestion différenciées pour assurer la sécurité alimentaire et la durabilité environnementale dans la région.