1. 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 2013
Projet interdisciplinaire
de collaboration
UniLausanne-UniDakar
3. Agriculture urbaine et périurbaine
140 ha cultivés
Maraîchage: 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
4. 1980 2010
Urbanisation des Niayes de Dakar
Thiaroye,
Pikine
1940
Thiaroye,
Pikine
2010
AU
Pikine
AU
Patte
d’Oie
Intro
5. 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
6. 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/L
SAR: 10
ARC ≥ 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: 10
ARC > 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 lá ́ ́ ́ ́ ́
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.́
7. 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)
8. - 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
9. Salinisation des sols (2)
saturation du complexe org
Alcalinisation: augment pH, dissolution de la mat org
Sodisation: dispersion des argiles, déstructuration des sols,
dimin perméabilité, augment érosion
Conductivité électr. Extrait saturé.
10. Evaluation de la salinisation des sols
concept d'alcalinite residuelle (vis-a-vis d’un mineral dissous danś ́ ̀ ́
l’eau) decoule de la defi nition de l’alcalinite, elle-meme defi nie comme lá ́ ́ ̂ ́
somme des anions de bases faibles susceptibles d’etre neutralises par̂ ́
apport d’ions H+
La calcite etant le principal mineral qui precipite de facon signifi cativé ́ ́ ̧
sous l’action de l’evaporation, il est donc generalement questioń ́ ́
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 negativé traduit un exces de calcium̀ dont la concentration
augmentera au cours de
l’evaporation. Les sols evoluent vers une voie saline, avec un pH́ ́
legerement acide a neutré ̀ ̀
- une ARC positive traduit au contraire un defi cit de calciuḿ (ou un
exces de carbonates/bicarbonates), si bien que le SAR et le pH̀
augmentent, entrainant le sol vers unê voie alcaline et sodique.
11. Impact sur la qualité des sols
Sols sableux
Corg 1%
N 1‰
12. • 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 sols
ES EU
13. Occupation du sol et nitrates
dans 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
15. Analyses isotopiques
Isotopes: atomes ayant le même nombre de protons (même numéro atomique), mais
un nombre différent de neutrons (nombre de masse A différent). 15
N, 14
N
18
O, 16
O
Nitrates NO3 :
Méthode d’analyse: Silva et al, 2000
R = ratio isotopique = 15
N/14
N ou 18
O/16
O aussi écrit δ15
N ou δ18
O
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
16. 12
Origine des nitrates
Différentiation eaux d’irrigation
Dénitrification lors d’irrigation
avec eaux de nappe sur
gleysols
Nitrification différentiée:
quartiers éloignés de l’AU:
enrichis en 18
O: 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
17. 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
18. Indicateurs qualitatifs de risques:
EPRIP 2 et SIRIS
Hiérarchisation et non prédiction de
concentrations
57 substances potentiellement
utilisées en AU
GUS: > 2.8
SIRIS: >60
EPRIP2: >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 risques
Pesticides
19. 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 !
20. 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
