Pratiques en agriculture périurbaine à Dakar. Qualité des sols et eaux souterraines

séminaire 10ans de collaboration UNIL-UCAD

Anne Gueye-Girardet

IFAN-Université Cheikh Anta Diop Dakar

16 juillet 2013Projet interdisciplinaire de collaboration UniLausanne-UniDakar

Sites d’étude

Dakar 3 millions hab.(12’000 hab/km2 Pikine)

Déficit approvisionnement eau potable

Agriculture urbaine et périurbaine

140 ha cultivésMaraîchage: laitue, tomates, aubergines locales, oignon, choux.

AU : 40-60% de la demande de Dakar de ces produits

23% parcelles Pikine irriguées avec eaux usées

0.1 hectare/ exploit. moyenne

Producteurs non propriétaires de leur terre

Intro

1980 2010

Urbanisation des Niayes de Dakar

Thiaroye, Pikine1940

Thiaroye, Pikine2010

AU Pikine

AU Patte d’Oie

Intro

Méthodologie

Approche bio-géochimique:Contribuer à une meilleure connaissance des processus de transfert de polluants, des nutriments et de l’eau à l’échelle des parcelles cultivées.

Analyse globale de la durabilité de l’agroécosystème Indicateurs de la

qualité des sols

Réseau de piézomètres, toposéquences en fonction des pratiques et suivi de parcelles pendant la période culturale, analyse d’intrants (eaux d’arrosage et fumiers).

Enquêtes individuelles,Analyse qualitative de flux et risques

Eaux d’irrigation

N-NH4: 125 mg/L

Norg: 40 mg/L

Corg: 90 mg/L

PO4: 50 mg/L

K: 65 mg/L

CE: 3100 μS/cm Na: 310 mg/L Cl: 370 mg/LSAR: 10ARC ≥ 0

N-NO3: 62 mg/L

Norg: 10 mg/L

Corg: 20 mg/L

PO4: 25 mg/L

K: 40 mg/L

eaux usées domestiques non traitées (EU)

10 mm par jour

eaux de nappe saumâtres (ES)

CE: 3300 μS/cm Na: 300 mg/L Cl: 400 mg/L SAR: 10ARC > 0

Matière org. et nutriments des EU susceptibles d’enrichir le sol?

Dans les regions arides et semi-arides, les impacts physico-chimiques des eaux usees sur le sol sont accentues et acceleres par la forte demande evaporative qui concentre rapidement les constituants mineraux et autres polluants apportes au sol par l’eau d’irrigation. Les impacts majeurs observes sont la salinisation, la sodisation/alcalinisation et les changements structuraux du sol.

Caractéristiques microbiologiques des eaux d'arrosage à Pikine et Patte d'Oie (Ndiaye et al., 2011a)

Parasites mis en évidence dans les eaux d'irrigation (Source des données (Diop, 2007)

Resp. 27 et 38% des échantillons d’eaux analysés sont contaminés à PO et Pi.

Norme OMS: 105 (2006)

- eau de bonne qualité

- qualité moyenne à médiocre

- qualité médiocre à mauvaise (sols légers, lessivage)

- qualité mauvaise (plantes résistantes, lessivage et apport de gypse)

- qualité très mauvaise (circonstances exceptionnelles)

Qualité des eaux médiocres, restrictions d’utilisation.

Pouvoir salinisant/alcalinisant EU et ES similaire

Propriétés des eaux d’irrigation

Diagramme de Wilcox

Salinisation des sols (2)

saturation du complexe org

Alcalinisation: augment pH, dissolution de la mat orgSodisation: dispersion des argiles, déstructuration des sols, dimin perméabilité, augment érosion

Conductivité électr. Extrait saturé.

Evaluation de la salinisation des sols

concept d'alcalinite residuelle (vis-a-vis d’un mineral dissous dans

l’eau) decoule de la defi nition de l’alcalinite, elle-meme defi nie comme la

somme des anions de bases faibles susceptibles d’etre neutralises par

apport d’ions H+

La calcite etant le principal mineral qui precipite de facon signifi cative

sous l’action de l’evaporation, il est donc generalement question

d’alcalinite residuelle calcique (ARC)

ARC (mmolc l-1) = [Ca2+] + [Mg2+] + [K+] + [Na+] - [SO42-] - [Cl-] - [Ca2+] ; [ ] en mmolc l-1

Insuffisance de la conductivité et SAR pour évaluer la salinisation du sol : ARC

- une ARC negative traduit un exces de calcium dont la concentration augmentera au cours de l’evaporation. Les sols evoluent vers une voie saline, avec un pH legerement acide a neutre - une ARC positive traduit au contraire un defi cit de calcium (ou un exces de carbonates/bicarbonates), si bien que le SAR et le pH augmentent, entrainant le sol vers une voie alcaline et sodique.

Impact sur la qualité des sols

Sols sableuxCorg 1%

N 1‰

• sodisation des sols irrigués par des eaux usées est limitée par l’ammonium présent dans les eaux usées

• sols irrigués par EU et ES stockent moins de C et N que les sols irrigués par eau douce

• sodisation des gleysols avec irrigation par eaux saumâtres

Irrigation

Impact sur la qualité des solsES EU

Occupation du sol et nitratesdans la nappe

- Différentiation des sources potentielles:

Eaux usées, fosses septiques, fertilisants minéraux, fumiers, pollution urbaine

- Compréhension des processus de transformation de l’azote

Analyses isotopiques des nitrates

Azote

(Ndiaye, 2009)

Risques sanitaires (sols, eaux)

Persistance E. Coli dans sol à 60cm en saison sèche et 2m en saison pluvieuse

Analyses isotopiquesIsotopes: atomes ayant le même nombre de protons (même numéro atomique), mais un nombre différent de neutrons (nombre de masse A différent). 15N, 14N

18O, 16O

Nitrates NO3 :

Méthode d’analyse: Silva et al, 2000

R = ratio isotopique = 15N/14N ou 18O/16O aussi écrit δ15N ou δ18O

Réchantillon – Rstandard / = Rstandard x 1000 (en‰)

• Séparation des nitrates sur une résine, désorption et précipitation sous forme de AgNO3 pure (élimination des phases indésirables), liophilisation et analyse par spectrométrie de masse

Fractionnement isotopique dans la nature: lors de transformations bio-chimiques dans le cycle de l’azote (minéralisation, nitrification, dénitrification, fixation biol, etc) ou physiques dans le cycle de l’eau (évaporation): préférence pour l’isotope léger signatures isotopiques des fractions résiduelles (enrichis) ou des produits

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Origine des nitratesDifférentiation eaux d’irrigation

Dénitrification lors d’irrigation avec eaux de nappe sur gleysols

Nitrification différentiée: quartiers éloignés de l’AU: enrichis en 18O: nitrification avec oxygene du sol enrichi

D’après Kendall, 1998; Shomar, 2008; Widory, 2005; Böhlke, 2002; Fogg, 1998

Analyses isotopiques et relations NO3 avec HCO3 et SO4 : mise en évidence de processus d’atténuation des nitrates dans la nappe

Analyses statistiques : confirmation de la signature de l’occupation du sol dans la nappe. avec ratio majeur/Cl, éléments traces et compositions isotopiques

Flux de pesticides

1 traitement du sol nématicide et/ou fongicide avant repiquage, puis traitements préventifs avec insecticides à large spectre d’action de la floraison jusqu’à la récolte

Mélanges de pesticides (2-3) Doses 2 kg/ha par application (moy) Flux total 60 kg/ha/an

Indicateurs qualitatifs de risques: EPRIP 2 et SIRIS

Hiérarchisation et non prédiction de concentrations

57 substances potentiellement utilisées en AU

GUS: > 2.8SIRIS: >60EPRIP2: >4

4 pesticides utilisés avec fort potentiel de contamination de la nappe et écotoxicité

Certains pesticides recommandés ISRA ou autorisés par CSP: fort potentiel contamin et/ou ecotoxicité

4 pesticides utilisés à risques moindres

2 pesticides utilisés interdits par Convention de Rotterdam

Evaluation des risquesPesticides

Conclusions

• Processus de sodisation des gleysols irrigués par ES. Attention aux années déficitaires en pluviométrie.

Conclusion

• Dénitrification importante sur gleysol irrigués avec eau de nappe: « dépollution naturelle de la nappe », mais production de N2O, effet de serre et destruction de

l’ozone

• Eaux usées limitent l’alcalinisation des sols, ainsi que la dénitrification

• Eaux usées n’augmentent pas le stock de N dans le sol, nitrification et lessivage des nitrates. Signature isotopique dans la nappe

• Les fertilisants minéraux ne contribuent pas à la contamination en nitrates de la nappe

• Parmi les pesticides utilisés, le carbofuran, le methomyl, l’ethoprophos et le dimethoate présentent des hauts risques de contamination de la nappe et d’écotoxicité: A bannir. produit de remplacement: cypermethrine (autorisé)

• Les flux de pesticides sont très élevés et les doses d’application sont deux fois trop concentrées. Certains pesticides très difficiles à analyser, Sénégal et Europe !

Gestion de la durabilité de l’AU

• Accès à une eau d’irrigation de meilleure qualité: eau usée traitée (moins de sels, rabattement des pathogènes et de l’azote). Limites de l’irrigation par goutte-à-goutte dans les arenosols (projet FAO). Lessivage des gleysols essentiel pour éviter dégradation des sols

• Multifonctionnalité de l’AU: vente directe de légumes / aspects récréatifs, éducatifs

• Gestion des ravageurs: Bannissement des pesticides écotoxiques et à haut risque de contamination de la nappe. Diminution des doses: évaluation de la formation = encourageant ! Remplacement par cypermethrine et biopesticides (neem)

• Contrainte à la durabilité: la faible sécurité foncière. Nécessaire pour une gestion des sols à long terme par les producteurs périurbains / statut reconnu de producteur urbain

• Apport de fumiers compostés: augmentation de Corg et Norg car ralentissement de la minéralisation, diminution du lessivage de COD et nitrates, augmentation de la structure du sol donc de la capacité de rétention de l’eau, augmentation de la CEC donc de l’adsorption des nutriments, diminution de la saturation du complexe humique par le sodium. Préféré au gypse

Ghana

Conclusion

MERCI POUR VOTRE ATTENTION!