I - I

Conférence internationale sur la Recherche Cacaoyère

fi4ICROSTRUCTURE ET COMPORTEMENT D’UN SOL FERRALLITIQUE DU NORD DE LA ZONE CACAOYERE AU CAMEROUN - INCIDENCES

.

PRATIQUES

JEAN PIERRE MULLER

pédologue de I’ORSTOM - IRAF, Statiori Agronornique de Nkolbisson, BP 2067, Yaoundé, Cameroun.

RES UME

Dans les régions tropicales humides i?í vocation cacaoyère, la pédogénèse ferrallitique est dominante. Au Cameroun, du fait d’une relative stabilité des facteurs du milieu, la couverture ferrallitique “initiale” apparaît peu transformée: la majorité des cacao- yeres se situe sur des sols aux horizons meubles épais, Une’observation fine nous enseigne, au-delà de l’apparente monotonie des teintes, du faible contraste des macro-organisations, de ia relative constance des textures, de l’homogénéité géochimique, que ces horizons peuvent être en fait nettement différenciés par leur microstructure. La “maturation structurale” est le résultat d’un anta- gonisme entre des mécanismes, successifs et superposés, de micro-organisation (microstructuration) favorisant l’aération et accen- tuant la friabilité des niatériaux, et des mécanismes de microdésorganisation (“microlyse plasmique”) provoquant une “fonte” des structures et responsables de la dureté-compacité d’horizons de “consistance”. Le développement relatif de ces différenciations conditionne largement les variations des caractéristiques physiques de ces horizons (densité, porosité, perméabilité), donc leur Comportement à la mise en valeur.

L’agropédologie de la cacaoculture est presqu’exclusivement axée sur des problèmes de fertilité chimique. L‘analyse proposée porte sur un sol ferrallitique du Nord de la zone cacaoyère, pédogénétiquement représentatif d’un vaste domaine o Ù cette fertilité chimique est uniformément réduite, et oh la couverture pédologique a, de ce fait, été longtemps supposée homogPne du point de vue de son comportement aux essais de fertilisation. En se plaçant en conditions Bdaphiques marginales pour la cacaoculture, cette analyse pédogén6tique démontre l’intérêt d’une étude fine des organisations et des propriétés physiques associées. Elle devrait aider a préciser la définition du substrat pédologique pour un choix judicieux des zones d’expérimentation.

MICROSTRUCTURE AND BEHAVIOUR OF A FERRALLITIC SOIL I N THE NORTH OF THE CACAO-GROWING ZONE OF CAMEROON

SUMMARY

In the humid tropical cacao-growing regions ferrallitic pedogenesis is dominant. In Cameroon, because of a relative stability in the environmental factors, the “initial” ferrallitic cover seem to have changed little. The majority of cacao plantations are situated on soils with thick, soft horizons. Close scrutiny shows us that, beyond the apparent uniformity of colouring, lack of contrast in the macro-organization, relative consistency of the textures and geochemical homogeneity, these layers can in fact be clearly differentiated by their microstructure. The “structural maturation” i s the result of an antagonism between the successive and super-imposed mechanisms, of micro-organization (micro-structuring), favouring aeration and accentuating the friability of the material, and the mechanisms of micro-disorganization (plasmic microlysis), causing a “melt” of the structures and responsible for the hardness and compactness of layers of “consistency”. The relative development of these differentiations to a large extent condi- tions the variations in physical characteristics of these layers (density, porosity and-permeability), and therefore their behaviour under exploitation.

The agropedology of cacao cultivatidn is almost exclusively centred around questions of chemical fertility. The proposed analysis focuses on a ferrallitic soil in the north of the cacao-growing zone, pedogenetically representative of a vast area where this chemical fertility is uniformly reduced, and where the pedological cover has consequently long been supposed homogeneous from the point of view of its reaction to attempts at fertilization. By placing itself in marginal edaphic conditions for cacao cultivation, this pedogenetic analysis demonstrates the a vantages to be gained from a close study of the organization and associated physical properties. It should assist in a clearer definition of the pedological substratum, and so facilitate a judicious choice of experimental zones.

Q

MICROESTRUCTURA Y COMPORTAMIENTO DE UN SUELO FERRALITICO DEL NORTE DE LA ZONA CACAOTERA EN EL CAMERUN - INCIDENCIAS PRACTICAS

RESUMEN

En las regiones tropicales húmedas cacaoteras predomina la pedogenésis ferralitica En el Camerdn, debido a una estabilidad relati\a de los factores del medio ambiente, la cobertura ferralitica “inicial” se presenta poco transformada. La mayoria de 10s cacaotales se presentan en suelos con horizontes muebles espesos. !Jna observación detallada nos muestra que más allá de la aparente monotonia de los tintes, del débil contraste de las macro-organizaciones, de la relativa constancia de las texturas y de la homo- geneidad geoquimica, esos horizontes pueden, de hecho, estar claramente diferenciados por su microestruccura La ”maduracion

b , 1

c

estructuración) que favorece la aeración y acentlia la friabilidad de los materiales y los mecanismos de micro-desorganización (“niicrólisis plásmica”) que provoca una “fundición” de las estructuras y son responsables de la dureza-tenacidad de horizontes de “consistencia”. EI desarrollo relativo de esas diferenciaciones acondiciona en gran parte las variaciones de las caracteristicas físicas de esos horizontes (densidad, porosidad, permeabilidad) y de ahí su comportamiento en el mejoramiento.

La agropedologia de la cacaocultura se basa casi exclusivamente en los problemas de fertilidad química. EI análisis propuesto trata de UT! suelo ferralitico del Norte de la zona cacaotera, pedogenéticamente representativo de un vasto territorio en que esta fertilidad quimica está reducida uniformemente y en que la cobertura pedológica, por ello, se ha supuesto desde hace mucho tiempo que era homogCnea desde el punto de vista de su comportamiento a las pruebas de fertilización. AI colocarse en condiciones eddficas niarginales para la cacaocultura, este análisis pedogenetico demuestra el interCs de un estudio detallado de las organizaciones y de las propiedades fisicas asociadas. Debería ayudar a precisar la definición del sub-estrato pedologico para una selección prudente de Ias zonas de experimentación.

INTRODUCTION

EN examinant brièvement la répartition desrégions de cacaoculture à travers le monde, on constate: - une certaine hétérogénéité du substrat pédologique en Amérique du Sud (Ferreira da Silva, i972; et al., 1967, 1971; Harvord, 1961; Morais, Page, 1976), ou en Asie (Wirley-Birch, Shao Yen-Tze, 1971). - Une couverture pédologique de nature essentielle- ment ferrallitique en Afrique de l’Ouest (Jadin, 1971 en Côte d’Ivoire; Crosbie, 1967; Burridge et Cunning- ham, 1960; Ahenkorah, 1967 au Ghana; Wessel, 1967 au Nigéria). Mais du fait d’un rajeunissement par troncature (d’âge géologique), les sols de ces régions sont souvent peu épais, présentent une réserve catio- nique et un taux de saturation du complexe d’échange plus élevés que dans les sols “typiques”, une concen- tration fréquente d’Cléments grossiers dans un niveau superficiel, ou un appauvrissement en argile marqué dans les horizons supérieurs. -En Afrique Centrale par contre, la couverture ferrallitique “initiale” est mieux conservée, les organi- sations pédologiques apparaissent pIus uniformes dans leur nature et leur distribution. Les sols y sont très fréquemment épais, leurs horizons indurés profonds (Martin, 1977 au Gabon; Martin, Segalen, 1966; Embrechts, 1978; Muller, Gavaud, 1979 au Ca- meroun).

Ainsi, la majorité des cacaoyères du Cameroun est établie sur des sols ferrallitiques aux horizons meubles épais, en outre fréquemment et fortement lixiviés en Cléments échangeables. En première approximation, cette couverture ferrallitique apparait donc peu dif- férenciée, particulièrement au niveau géochimique. Les subdivisions cartographiques dans ce “con- tinuum” sont alors très fréquemment basées sur les nuances de couleur.

En fait, si une acuité suffisante est donnée à I’obser- vation, on note dans cet ensemble “monotone” des horizons et volumes caractéristiques, un gradient vertical de transformation, ou l’existence d‘organi- sations structurales spécifiques aux échelles micro- scopiques. Cette “séquence verticale d’organisation” (Muller, 1978) a été observée très généralement dans la région, ainsi que les microstructures qui lui sont associées.

Nous nous proposons dans cette étude d’en préciser

pliquer leur dCveloppement relatif. et de déterminer, à \ les composantes macro et micromorphologiques, d’ex-

travers diverses mesures physiques, l’incidence du degré de cette “maturation structurale” (Muller, 1977c) sur la fertilité de ces sols.

Les sols étudiés ici sont des sols représentatifs de la zone cacaoyère du Cameroun par leurs caractères et par leur genèse, mais qui, étant situés auNord de cette zone (près de Bertoua, 5”12’N, 13’25’E) se situent dans des conditions climatiques marginales pour la cacaoculture. Le comportement des cacaoyers à cer- taines périodes critiques du cycle climatique, ou lors d’évènements climatiques particuliers, servira alors de révélateur des caractères du sol favorables ou défa- vorables à cette culture.

MATURATlON STRUCTURALE DES HORIZONS B MEUBLES

2. I . - Morphologie d’un orthotype (profil GOY 11) Les matériaux meubles des sols ferrallitiques de la

zone cacaoyère du Cameroun, d’épaisseur fréquem- ment multimétrique, peuvent être subdivisés en 5 horizons majeurs regroupés en deux ensembles. Chaque horizon dérivant de la transformation de l’horizon sous-jacent, nous distinguons de bas en haut (Fig. 1):

2.1.1 - Un ensemble d’horizons faiblement con- trastes du point de vue de la cobleur et aux limites diffuses : - (a) Des horizons B profonds, les plus rouges, argileux,

à structure polyédrique généralisée, mais com- pacts, fermes, à porosité apparente faible. En lame mince, le plasma apparait faiblement orienté (séparations plasmiques), la microporosité consti- tuée de microfentes dispersées (cf. photo 1).

(b) Des horizons à volumes denses et microstructurés associés. - Les premiers, reliques de l’horizon précédent, ont une macrostructure mieux exprimée, plus fine, mais toujours compacte; leur microstructure est à peine plus développée. - Les seconds, légèrement plus clairs ont une structure grenue à assemblage plus ou moins lâche et sont friables et très poreux. En lame mince, le réseau de séparation plasmique s’est renforcé en se généralisant: il délimite des microagrégats subar- rondis (les micropeds, Brewer, 1964). de 100 B 200 p dont l’individualisation et le contraste croissent de bas en haut; des microfentes périphén-

190

I.

tjorkcus humiCirs

t -

4 phases ' 1 structurales I t I I I (E de consistance) { I I '

! I t I I I 1

EPIPEDON I I

I I

Horizom 6 m,icrostructu r b .

HorAzMrj B inrermediaireS

nwizom B dens-rofond,

i ; I I

Horizonssuperieurs Horizons B Profonds

FIG. I . Schéma d'évolution verticale des horizons meubles.

191

noyaux

o r ', ..

argileux

net

Bbauche

, . .

192

it*vv,. t (LPA) Dans la matrice microstructurée (gauche) il subsiste des ‘‘noyauí argileux” à séparations plasmiques peu différen- ’ ‘

cx- (droite).

LpN.4) Le plasma microstructuré est clair (décolor&) et B porosité d‘assemblage exceptionnellement forte. Le noyau ‘ i

”c..\ au contraire sombre (plus rouge) et tris dense.

193

I

Photo 5 : (LPA) Dans un horizon B de consistance la microstructure est estompte et la porositi constitute de fentes grossières.

LPA = Lumikre polariste analysée, LPNA = Lumière polariske non analyste.

ques apparaissent et le plasma resté peu micro- structuré se décolore (photo 2).

meubles très poreux. Le mat racinaire y es Aucune séparation plasmique n’apparaît.

La matrice restée dense est réduite à quelques sols se caractérisent donc essentiellement p

2.1.2 - Un ensemble d’horizons supérieurs, plus ou - Mécanismes de inicroorgaiiisatioiz : c’est

tout en accentuant la friabilité d’ensemble

masse et sur les faces de leurs agrégats par des ment d’une fragmentation par réticulati matières humiques, A plasma argileux 5 argilo- plasma argileux1 Elle est un agent de stabi sableux décoloré (brun-rouge à jaune). Leur produit des élémencs structuraux résistants structure est B nouveau polyédrique, moyenne à vel, 1976).

sont fermes, la porosité. moyenne. Le système ration du plasma qui débute profondème

(photo 5). Ces horizons sont dits de “consistance”. (b) Des horizons humifères brun-rouge à jaune

lessivage de l’argile (Muller, 1977b). Cett

194

COMPOSITION MINERALOGIOUE(2) ANALYSE TRIACIDE ( 3 ) ARGILE PONDERALE (4 ) ARGILE VOLUMIOUE (51 PROFIL SIMPLIFIE (1)

3 15

60

I

EPIPEDON B C

I micm

,tructu

E inter. lrddiaïre

E d m u profond

O 50 . lo(

B ROUGES

loo

200

300.

1.2 1.4

- - = 1.37

1M

200

300

0,3 I( n

l oo

200

(3) lnslyia triacide (% terre l ind (5)d'aprbr J.P. MULLER. F.X. HUMBEL. 1977 f 2 ) Campodtion mindrdopique

P = perte DU feu ulculdn d'eprds analyre triwide R : rhidu Me : hdmatita R = rCsidu AI = AI,O, K :kaolinite Gi : Gibbiitd Sï = SiO, Fe = Fa,O, Go : goethlte I : illite + TIO,

4. MnO, t EOWI Mn t Ti = MnO, + i 10:

(4) Argila ponderale an % da terre line l i 2 mm' - u;o A = argile L + S = Limons 2. rablei

( 6 ) Section demesure 250cm2

FIG. 2. Quelques caractéristiques minéralogiques physiques et chimiques du profil GOY I 1.

PERMEABILITE M U N T 2 15.6

10 20 30

(Fentes ? )

lyse, donc responsable d’une “fonte” des structures, est à l’origine d’un accroissement de la dureté des agrégats et de la compacité des horizons de consistance.

Simultanément à cette dégradation des organisa- tions du plasma minéral, on constate une emprise croissante de la matière organique (et de la faune associée) sur la différenciation morphologique des horizons supérieurs (taux de matière organique, épaisseur, ameublissement des horizons humifères).

2.3 - Distribution géographique des phbzoinèiies L’importance relative de ces processus de micro-

structuration et de microlyse, aux effets antagònistes sur la structure, mais à fronts superposés dans l’espace et successifs dans le temps, conditionne donc large- ment la différenciation des profils.

A l’échelle de l’unité de modelé, les mécanismes de désorganisation s’accentuent de manière irrégulière (Muller, 1978a et inédit), de l’amont vers l’aval des toposéquences.

A l’échelle régionale, ces mêmes mécanismes se déve- loppent du Nord au Sud du domaine ferrallitique camerounais. Alors que, dans le Nord domine la microstructuration dans des sols rouges, dans le

. Sud, où se situe la zone cacaoyère, le processus de microlyse s’intensifie dans des sols plus ou moins décolorés à leur partie supérieure (Muller, 1978b). Ces sols, de facture plus récente, ont évolué en milieu plus humide. Leur structure est moins différenciée (B partiellement ou incomplètement mic. ostructurés) et leurs assemblages plasmiques moins stables. Un pédo- climat pius humide, entretenu par le climat atmos- phérique et la couverture forestière épaisse, favorise l’accumulation organique et l’activité biologique, mais aussi cette microlyse. Cette susceptibilité potei?- fielle aux agents de dégradation est rendue actuelle lors d’une mise en culture intensive (Horizons su- périeurs contrastés, cf. Fig. l).

PROPRIETES PHYSIQUES ASSOCIEES

3.1 - Mesures pli~siques En reprenant l’exemple du profil GOY I 1 (cf. $ .2.1)

on constate qu’à cette séquence verticale d’organisa- tion ne correspondent que de faibles variations granu- lométriques et minéralogiques (cf. Fig. 2). Les carac- téristiques physiques, et notamment les variations de porosité, reflètent par contre nettement I’évolution structurale.

La figure 3 permet d’apprgcier le développement relatif des horizons meubles dans deux sols, l‘un “rouge et fortement microstructuré” au Nord de la zone cacaoyère. l’autre “jaune et fortement micro- lysé” au Sud. Ce schéma met clairement en évidence l’incidence de l’organisation des matériaux sur la densité apparente dont les variations sont pratique- ment imerses de celles de la porosité totale (Humbel, 1976).

3.2 - Quelques obseriiations directes 3.2.1 - Sur les sols:

L‘observation porte sur des profils distants de quelques dizaines de mètres sur une longue topo- séquence de la région de Bertoua, sous couvert forestier (Muller, 1974). L’un, situé topographique- ment le plus haut, conserve un B rouge microstruc- turé proche de la surface et des horizons supérieurs peu contrastés (Fig. 1); l’autre présente des horizons très contrastés sur 150 cm, décolorés, intensément “microlysés” et lessivés. Dans cette zone climatique marquée par une longue saison sèche, le second se dessèche profondement, fortement et hétéro- gènement, à partir d’un réseau de vides larges et par- ticulièrement de fentes verticales. La réhumectation du premier est rapide et quasi uniforme en saison humide, plus lente et hétérogène dans le second, à par- tir de ce même réseau de fissures.

Le mode d’enracinement est tout aussi significatif des différences de propriétés de ces sols. Dans le pre- mier, le mat racinaire, certes très dense en surface exploite aussi d‘une manière relativement homogène la masse de l’horizon B de consistance peu différencié sous-jacent. Dans le second, l’enracinement est très dense et subhorizontal dans les horizons humifères (plus épais), puis, par une transition brutale, se con- centre dans le réseau fissural et les vides d’origine biologique, ou tend à contourner les agrégats grossiers et fermes du B de consistance.

3.2.2 - Sur le comportement du cacaoyer Dans cette même région, qui rappelons-le est margi-

nale pour la cacaoculture sur le plan climatique, et en année marquée par une saison sèche exceptionnelle- ment longue (15.11.75-15.4.76), nous avons pu com- parer le comportement de deux cacaoyères. La pre- mière pourtant située en bas de pente, à proximité du thalweg et bénéficiant d‘un ombrage très dense, était fortement affectée par le dessèchement: les sols jaunes, microlysés et compacts, appauvris en argile, s’étaient rapidement et fortement desséchés. L‘autre, située à 10 kin en sommet d’un modelé convexe, plus faiblement ombragée, avait nettement moins souffert de cette sécheresse: son substrat pédologique, rouge et fortement microstructuré était resté frais.

Cette dépendance du comportement du cacaoyer vis-à-vis des caractéristiques structurales, donc physiques, est clairement mise en évidence dans le tableau 3, à propos de deux sols des types morpholo- giques précédents, présentant par ailleurs des carac- téristiques chimiques très voisines.

CONCLUSIONS - INCIDESCES PRATIQUES

L’analyse bibliographique effectuée révèle que les relations sol-plante sont, en cacaoculture comme pour de nombreuses autres spéculations, envisagées le plus fréquemment sous l‘angle de la fertilité chimique, pl& rarement sous celui des contraintes morphologiques (problèmes pos& par des horizons nodulaires super-

196

TABLEAU 3

7 , pc rie 501 “Rouge microstrucluré” I L Jaune, microlysé appau sri en argile” - Profil GOY 16 CFT 21

0-5 15-20 50-55 120-130 0-5 15-20 50-55 120-1 30

Comportement du ’

cacaoyer Bon Mauvais

ficiels par exemple) ; plus exceptionnellement encore sous celui des propriétés physiques.

Or dans un milieu à potentialités nutritives faibles2 et souvent différencié d’après des caractères de couleur (sols “rouges, ocres, jaunes”), et dans des sols aux horizons nodulaires hors d’atteinte de la majeure par- tie du système racinaire, nous venons de montrer que les caractéristiques physiques pouvaient varier no- tablement. Dans les conditions édaphiques marginales pour la cacaoculture qui correspondent aux sols présentés ici, l’incidence de ces variations sur le cycle

*Exception faite des sols ferrallitiques “rajeunis” ou “péné- volués” (jeunes, plus riches en bases, mais d’extension limitée).

ACCUMULATION O R G A N I Q U E

ET

BIOLOGIQUE FORTES

A C T I V I T ~

- INTENSE MICROLYSE

Horizons --- humifères -

.epis

. appauvris

. tres poreux -tres meubles

Horizon B de ronsistance -

. epais

. profond - compact . tres dur -_ -_

FAIBLE - Horizons B - microstructurés

MICROSTRUCTURATION - . faiblement . . poreux . triables

1 . 1 da

I

I f

P U m l

végétatif du cacaoyer s’est même trouvée exacerbée : il y a opposition de comportement entre le sol rouge microstructuré et le sol jaune microlysé situé à proximi té.

Cette différence de comportement des cacaoyers constatée sur deux sols voisins peut se retrouver à I’échelle de la zone cacaoyère dans son ensemble, où les sols rouges microstructurés dominent au Nord et les sols jaunes microlysés au Sud. On peut penser alors que la meilleure résistance à la sécheresse des ;OIS rouges permet le maintien de la cacaoculture au Nord, en dépit de conditions moins favorables du fait de la longueur de la saison sèche ou de certaines sécheresses exceptionnelles. Mais ce sont alors les sommets de colline, où les sols rouges microstructurés

I meubles E T RGANIQUE

I

ACTlV lT€ BIOLOGIQUE FAIBLES

- MICROLYSE LIMITEE

\ 4orizon B de consistance

. peu Bpais I I - superficiel I / - dur

- compact

I FORTE - - MICROSTRUCTURATION

. tres friables

3 ---- ecari reduit eca‘t important

sur da sur da DOMAINE FERRALLlTlQUE DOMAINE FERRALLITIQUE

SUD NORD

( S o l s slaunesul ISols ~rougesul

FIG. 3. Traduction en termes de densité apparente (da) du dweloppemenr relatif des horizons meubles, au sud et au nord d u domair ferrallitique camerounais (d’après F. X. Humbel, 1974 et J. P. hluller, F. X. Humbel, 1977).

197

dominent et non les bas de versant où les sols sont souvent jaunes et microlysés qui présentent de ce point de vue les meilleures caractéristiques physiques et hydriques

Ces différences de comportement du cacaoyer, et leurs relations avec des caractères d'organisation du sol, demandent à être confirmées ou appuyées par des données chiffrées. II pourrait être intéressant. dans cette optique, d'entreprendre des études sur des par- celles d'essais qui seraient calées sur la différenciation pédologique.

Le champ d'application de ces données nouvelles sur l'organisation structurale est en fait très vaste. Nous ne citerons que quelques exemples parmi les plus accessibles : - Détermination de données volumiques pour les

- Mesure de bilans hydriques sur des sites sénés en essais de fertilisation.

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19s

fonction de variations morphologiques. meme tenues. Cette impomnce de I'économie de l'eau, mise en wleur dans cet article. a d'ailleurs été soulignée p3r divers atiteurs (.41vin. 1959; Fordham, 1971; Hutcheon, 1931).

- Estimation d u mode de pinitration des racines en fonction des caractiristiques structurales.

- Evaluation de la susceptibiIiti des sols B la de,%&- tion en fonction du degr2 de leur maturation struc- tumIe (h?ullcr, 197Sa).

- Rivision de la répartition paysagique de la cacao- culture, et notamment choix approprie des parceIIes d'essais. Traditionnellement, les cacaoyèm sont p~firentiellement placées en bas de pente, à proXimit6 des thahvegs. Or les SOIS de bas de pente ont sowent des caract6nstique.s physiques défavo- nbles, et notamment se dessèchent rapidement en surface.

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