UNIVERSITÉ LAVALFaculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux sous la commandite de L'AGENCE CANADIENNE DE DÉVELOPPEMENT INTERNATIONAL et L'Université Cheikh Anta Diop Dakar, Sénégal «Rapport de mission au Sénégal du 5 au 15 décembre1992» par le Professeur Gilles Lemieux et Louis Larochelle, agronome Département des Sols Faculté des Sciences de l'Agriculture et de l'Alimentation décembre 1996 Publication n° 39 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada RAPPORT DE LA MISSION AU SÉNÉGAL DU 5 AU 15 DÉCEMBRE 1992. Introduction Comme on le verra dans les annexes à ce rapport de mission, les initiatives ont été prises par le D r Mamadou Amadou Seck, Maître-Assistant à l'École Nationale Supérieure de Technologie (ENSUT) de l'Université de Dakar. La présente mission a été possible grâce au financement de l'Agence Canadienne de Développement International (ACDI), et particulièrement à la compréhension et aux efforts de M. André Létourneau, responsable de la coopération internationale à l'ambassade du Canada à Dakar. Dans un premier temps, le D r Seck, grâce à l'appui financier de l'ACDI, vint faire un stage parmi nous à Québec pour se familiariser avec nos travaux et nos techniques (juillet à septembre 1992). En contrepartie, une mission allait se rendre à Dakar pour la mise sur pied d'essais donnant suite à un projet de recherche en bonne et due forme. Le présent rapport touche donc cette mission qui s'est effectuée depuis le Québec en décembre 1992. On y trouve également le plan de recherche que nous avons adopté conjointement, avec l'appui de nos institutions respectives et les responsables de l'ACDI à Dakar, dans le cadre d'un échange international de coopération universitaire. On aura certainement remarqué que je fus accompagné par un étudiant aux études supérieures, M. Louis Larochelle, dans le but de mettre en place un programme qui permettrait d'une part d'assurer la poursuite du projet à l'Université Laval, et d'autre part de poursuivre des études doctorales. Entre- temps, le projet fut mis sur pied à Dakar, alors que le Canada se désengage de plus en plus de responsabilités qu'il s'était attribué dans les pays du Tiers Monde. Ainsi, M. Létourneau est rentré à Ottawa et est devenu tout à fait silencieux, ne semblant plus assumer de responsabilités au niveau de la coopération internationale. Des efforts auprès du Centre de Recherche en Développement International (CRDI), à Dakar même, n'ont rien apporté de tangible à ce jour. Il en va de même des efforts faits auprès de la FAO. C'est dans ce contexte mouvant et incertain que nous avons retardé la publication du présent rapport de mission en espérant toujours une évolution Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada favorable. La réussite des premiers essais du D r Seck, sa venue au colloque de Val d'Irène en septembre 1993, et les efforts que nous avons faits en décembre 1993 en allant directement au siège international de la FAO, justifient que nous allions de l'avant en rendant public le présent rapport de mission. Nous avions espéré joindre plusieurs photos explicatives à ce texte, mais nous n'avons plus de fonds disponibles à cette fin. LE CONTEXTE Le contexte économique et social dans lequel nous nous insérons est bien décrit dans la présentation du projet faite par le D r Seck. Les travaux se font maintenant dans les Niayes dans une zone dunaire à une cinquantaine de kilomètres à l'est de Dakar. C'est dans cette région que le Canada investit dans un programme de protection grâce à une forêt artificielle de filaos. Il s'agit du projet CTL ou Conservation des Terroirs du Littoral qui s'étend de Dakar à Saint-Louis, sur une distance de plus de 150 km. Bien que forestier, ce projet a pour but de fixer les dunes littorales tout en permettant un accès aux diverses cultures maraîchères, si importantes pour une grande capitale comme Dakar. Ainsi, pour la première fois, nous amorçons un projet à la fois forestier et agricole, volets tout à fait complémentaires. C'est ainsi que nous pensons pouvoir utiliser les BRF de filao (Casuarina equisetifolia) pour augmenter le volume et la qualité de cette production maraîchère. Le choix s'est donc porté sur le village de Noto avec la coopération des maraîchers locaux sous la responsabilité immédiate de M. Mamadou Sarr dans le cadre du grand projet CTL, lui-même sous la gouverne du D r Pape N'Diayes, ancien élève de notre faculté. Le projet CTL Dans la région littorale, l'avancée des dunes est de 8 à 10 m/an, d'où la nécessité d'arrêter cette progression. Cette fixation des dunes a été initiée par la France qui a testé 58 essences différentes pouvant résister au sel et à la sécheresse sur sable. Il y a eu, dans ce contexte, étude de la mycorhization par Frankia par le Prof. Doumergue. Dans ces conditions, seul le filao (Casuarina equisetifolia) a pu répondre aux besoins de cette région. Ce projet est maintenant financé par le Canada depuis 1988, et sera revisé en 1993, date à Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada laquelle il devait se terminer en principe. Il est géré par le D r Pape N'Diayes depuis ses bureaux à Thiès. Dans la pratique, le projet canadien actuel touche la régie des plantations avec des efforts considérables pour y associer les populations locales. À partir de 1993, on doit procéder à l'exploitation des arbres venus à maturité. Ainsi, de grandes quantités de bois raméal deviendront disponibles, autrement perdus si rien n'est amorcé. Le plan d'exploitation devra permettre l'installation d'arbres fruitiers en remplacement des filaos. Ces derniers devraient servir de bois de sciage, de bois de feu, de bois d'étais, de poteaux, etc. Dans la localité voisine de de Sao, de nombreuses plantations d'arbres fruitiers sont en croissance (anacardier [Anacardium occidentale], manguier, eucalyptus, etc.) associées à des essences ayant une abondante frondaison (Acacia holosericeus, Cassia siberiana) et permettant probablement de produire de bonnes quantités de bois raméal. Il faut donc procéder à l'installation d'une pépinière pour la production de plants nécessaires au village. On distingue les types de dunes grâce à leur couleur, probablement à cause de l'oxydation du fer. Ce sont les dunes blanches (les plus récentes et les plus mobiles), les dunes jaunes (encore assez mobiles) et les dunes rouges (peu mobiles et les plus anciennes). On installe des fascines de 50 cm de hauteur pour stabiliser la surface et on plante le filao à raison de 1200 plants/ha. Les projets secondaires. Nous avons pris connaissance de deux projets secondaires qui devraient prendre la suite dans la remise en valeur de ces terres. Le premier, sous la conduite du Prof. Thiam, concerne la connaissance et la mise en valeur de la litière accumulée dans ces peuplements artificiels de filaos. Le second projet, celui qui nous concerne, porte actuellement sur le compostage des balles de riz et des coques d'arachides. Nous sommes assuré que le bois raméal y prendra sa place sous le vocable de pédogénèse plutôt que de compost. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Déjà, des populations de Peuls qui avaient déserté la région depuis fort longtemps, sont revenues former des villages de paillottes tout récemment et semblent bien se débrouiller dans ce nouveau contexte. Le projet de compostage de Tivouane. L'usine de compostage de coques d'arachide est sous la direction de M. Daouda Gueye, directeur technique de FEROR-SÉNÉGAL, qui se spécialise dans le compostage des coques d'arachide. La capacité de production de l'usine est de 9 000 tonnes/an, alors que les besoins locaux sont d'au moins 100 000 tonnes/an. L'usine est équipée d'un composteur horizontal muni d'une hélice consommant 7 kW à 12,5 tours/min. Les coques fraîches sont introduites par succion dans un broyeur, réduites à des particules de 8 mm et déposées dans le fermenteur. La fermentation se déroule en aérobiose, sans ventilation forcée, donnant une «préfermentation» qui sert d'inoculum, à raison d'une tonne sur deux de coques fraîches. Le compostage en tas peut alors se faire. Le compost se déroule en trois phases, dont la dernière après 20 jours, permet le mûrissement dans la zone d'entreposage. Le projet sur les BRF dans le contexte maraîcher régional. L'association des paysans maraîchers de Noto a désigné quatre représentants à ce projet, dont M. Sarr sera le porte-parole et le conseiller technique, de même que l'administrateur local désigné par les responsables du projet CTL. Les principales cultures des Niayes sont la tomate, la tomate amère (Solanum æthiopicum), l'oignon, le choux, les haricots verts, les aubergines et la pomme de terre. L'oignon se cultive en hivernage lors de la saison des pluies. Plusieurs problèmes prennent de plus en plus d'importance comme les insectes et la mosaïque de la pomme de terre. Cette dernière produit 1 t/ha avec 20 kg de semence, deux fois l'an. Comme fertilisants, on brûle les résidus de tomate amère et d'aubergine sur le lit de culture. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Dans les régions adjacentes plus sèches, on cultive le manioc de préférence à l'igname. On en consomme les tubercules et les jeunes feuilles. Plus au nord, dans la région de Thiès, on cultive la carotte, le piment et l'ail. Dans cette région, il y a plus d'élevages de volailles et des fumiers plus facilement accessibles. Ceci résume en gros le contexte dans lequel le projet sur les BRF prendra racine. Nous avons suggéré que la fragmentation des rameaux de filaos se fasse à la main, à l'aide d'une machette, plutôt que de recourrir à de la machinerie de fragmentation. Nous espérons ainsi convaincre les paysans de procéder par eux-mêmes plutôt que de dépendre de l'aide étrangère qui risque de ne jamais venir. Sommaire des discussions sur le terrain pour la mise en marche du projet portant sur l'utilisation des BRF. On doit déplorer que le compost de coques d'arachides ne soit pas disponible pour le comparer à l'action des BRF dans le présent projet. Toutefois, M. Seck s'en occupe et obtiendra au moins une charge de camion de coques d'arachides fraîches. Il y aura toujours des difficultés, puisque la SONACOS utilise les coques d'arachides comme source énergétique pour la transformation industrielle des arachides. Deux solutions sont possibles: soit une aire de compostage à Noto dans la parcelle de M. Sarr ou une autre aire bituminée près des locaux du CTL, ou, deuxième solution, procéder sans le compost de coques d'arachides avec les BRF uniquement. Comme le temps de décomposition des BRF est plus long, dès que les paysans auront assez de BRF, il faut les inciter à enfouir ce qu'ils auront. Les parcelles. Le gabarit des parcelles accepté est celui utilisé au Québec, soit 4 m 2 tant pour les parcelles traitées que pour les parcelles témoins. La distance entre les parcelles est de 2 m. Il y a intérêt à utiliser les coques d'arachide qui ont déjà commencé à s'humifier («coques d'arachide anciennes»), si elles deviennent Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada disponibles. Il faut faire des répétitions de chacune des 5 parcelles, un total de 20 parcelles pour les 4 cuvettes utilisées. La première phase. Ces expériences seront constituées uniquement de BRF de filaos (Casuarina equisetifolia) et comportent 5 parcelles traitées et autant de témoins dans les 4 cuvettes. Après 6 mois, on pourra recommencer l'expérience sur les mêmes parcelles, après la récolte. La deuxième phase Le même gabarit sera retenu et on utilisera les coques d'arachides compostées et les coques d'arachides anciennes. Malheureusement, les coques anciennes ne seront pas disponibles à Tivouane, car elles sont réservées au compostage industriel. Le but de l'utilisation des coques d'arachide est d'amener les paysans à fabriquer leur propre compost et d'acheter le compost de Tivouane, lorsqu'il sera disponible. On utilisera les BRF et les coques d'arachides en égale quantité, mais sans allusion au poids ou au volume. Ainsi, il sera possible de comparer dans les mêmes conditions la phase 1 et la phase 2. Ceci devrait donner une idée du paramètre qui aura eu la plus grande influence. La troisième phase Il sera possible de faire varier le pourcentage de coques d'arachides par rapport aux BRF, soit: 25 %, 50 % et 75 %. À l'aide des résultats obtenus dans ces 3 phases, il sera possible d'établir avec une ceraine assurance, quels sont les paramètres qui mériteront d'être étudiés plus en profondeur. Les paramètres à mesurer. Les paramètres que nous mesurerons d'abord seront: la production fruitière et toute la production végétale épigée. La somme des deux donnera la biomasse primaire fraîche, soit la masse de la végétation sans les fruits. Pour ce qui est de l'apport en eau, il se fera par irrigation et toutes les parcelles (traitées et témoins) devront recevoir les mêmes quantités. Il faudra acheter des seaux pour les maraîchers. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Les paramètres à mesurer Granulométrie des BRF. Les BRF produits par fragmentation à la main sont de l'ordre de 1 à 3 cm. Il faudra faire une évaluation des BRF transformés en séparant les particules restantes. Ceci correspond à une évaluation de la granulométrie en fonction du temps. Contrôle du pH du début à la fin ainsi que du rapport C/N. La responsabilités des analyses. Il faut faire parvenir les échantillons pour la mesure du rapport C/N avec les premiers envois, puisque la détermination de ce rapport se fera à Québec. Le C/N se fera au début et à la fin des expériences. Transport des échantillons. Le transport se fera de préférence par bateau à cause des budgets. Les fonds consentis jusqu'ici sont presque épuisés. Il faudra demander d'autres budgets. Mesure de la CEC. Il faudra mesurer la capacité d'échange cationique (CEC) du sol sans les BRF puis après l'application de ces derniers pour en évaluer la différence. Ceci peut se faire à partir des échantillons récoltés. Les temps d'évolution peuvent être mesurés par analyse de la CEC après trois mois, et à tous les trois mois par la suite. Le compostage des balles de riz Le projet qui nous occupe à ce stade est celui des BRF et accessoirement celui des coques d'arachides. Le compostage des balles de riz viendra dans un second temps . Les analyses microbiologiques. Les champignons seront cultivés sur malt gélosé et seront acheminés en France pour identification chez Kilbertus. Il y a également à Laval toute une équipe spécialisée dans l'étude des champignons comme le Centre de Recheche en Biologie Forestière. Les plats de Pétri peuvent être expédiés pour Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada identification. Ceci pourrait être fait en phase 2 ou 3, en même temps qu'on ferait les analyses microbiologiques. Ce travail pourrait s'avérer intéressant dans les peuplements de filaos sur la dune, en fonction de l'évolution du rapport C/N avec l'évaluation de N, P, K, Fe, Mg, Zn, Mn... Les analyses se feront en groupant les échantillons de chaque parcelle par dispositif, et non pas en analysant tous les facteurs pour chaque parcelle. Quatre analyses seront effectuées pour chaque point. Il est important de commencer à mesurer avant que la transformation des BRF soit complète, puisque les substances disponibles comme les sucres, acides aminés, etc... présents ont un effet immédiat semble-t-il. La lignine et les poyphénols doivent également faire l'objet de mesures appropriées L'application des BRF en milieu tropical. Il faut mesurer la teneur en eau à différentes profondeurs, afin de déterminer la profondeur à laquelle les BRF sont les plus efficaces. Les BRF seront déposés à raison de 300 m 3 /ha, en mélange sous 10cm de sol, mais sans BRF en surface. Il y aurait nécessité de délimiter, à l'extérieur des dispositifs, quelques parcelles de 1 ou 2 m 2 dans lesquelles les BRF seraient ajoutées à raison de 10, 15, 20 et 25 cm d'épaisseur. Le but est d'évaluer la profondeur à laquelle les BRF sont les plus efficaces. La rétention de l'eau La méthode utilisée pour mesurer la rétention en eau ou la capacité de rétention au champ peut se faire en laboratoire avec un système par succion. L'évaluation se fera à l'université Laval, après humidification des échantillons. Les finances Il va de soi que nous avons beaucoup à faire, mais il faut déterminer comment nous allons y arriver. Il reste en caisse 1,3 million de francs CFA. Il nous faut absolument un budget additionnel. Il faut que nous soumettions une demande budgétaire à M. Laviades depuis l'Université Laval, en estimant le coût de toutes les opérations que nous venons de discuter, y compris les frais de déplacement des intervenants. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Le colloque de septembre 1993 La venue de M. Seck en septembre devra faire l'objet d'une demande de fonds de préférence à la FAO. Les relations avec le Québec et les échanciers. Les travaux que nous proposons ici doivent se situer dans le prolongement de ceux de M. Larochelle à Saint-Lambert au Québec. Ceci nous permet de continuer en terrain connu. Tout le dispositif sera mis en place par étape dès le début de 1993. La plante témoin sera la tomate amère (Solanum æthiopicum). Les communications. L'une des difficultés réside dans les moyens de communication par courrier: les délais sont considérables. Le FAX de M. Seck à l'Université est 25- 55-94 (221) ENSUT. Il faut rester en contact les uns avec les autres en répondant aux lettres ou FAX le plus rapidement possible. Il serait bon de se voir de temps en temps. Il est possible d'envoyer le rapport de mission pour approbation sous la forme d'une disquette. Il faut suivre les phases consciencieusement et publier tous les résultats pour que le tout se tienne et ne semble pas un ensemble de données isolées sans aucune relation. Tout nouveau projet doit être présenté sous la forme de «recherche-action» dans le cadre du projet CTL et sans allusion à la recherche purement académique. Le présent rapport de mission sera publié à quelques dizaines d'exemplaires pour une bonne distribution. ________________________________ Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada N-B. Le présent texte a été présenté sous la forme d'une communication scientifique à la conférence de Florence. Les frais inhérents du D r Seck ont été puisés à même la subvention de l'ACDI à notre avant projet. Essais de valorisation agronomique par compostage aérobie d'une biomasse locale:les balles de riz. Septième Conférence Européenne sur la Biomasse pour l'Énergie, l'Industrie, l'Agriculture et l'Environnement. Florence 5-9 octobre 1992. Mamadou A. Seck*, Gérard Kilbertus** *Laboratoire de Biotechnologie et d'Energétique ENSUT B. P. 5085 Université de Dakar, SENEGAL. **Laboratoire de Microbiologie ESSTIB,Université de Nancy, B. P. 239,Vandoeuvre-lès-Nancy, 54506 Nancy, France. RÉSUMÉ Ce travail est axé sur l'étude de l'effet du compostage des balles de riz sur leur valeur agronomique. Les résultats ont montré une trés grande variabilité des constituants minéraux avant et après le traitement, de même qu'une forte phytotoxicité du substrat. Cet effet dépressif diminue cependant dès le début du compostage. INTRODUCTION Pour améliorer la qualité des sols sénégalais, pauvres en matière organique, il nous semble intéressant de valoriser un certain nombre de déchets agricoles en les transformant en facteurs de fertilisation (1). C'est ainsi que nous avons mené des travaux sur les balles de riz. Des analyses chimiques quantitatives et qualitatives de leur composition ont été menées. Des essais comparatifs de germination et de croissance avec la tomate ont été réalisés en laboratoire et in vitro, sur des balles traitées ou non, afin d'étudier l'effet agronomique des substrats. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Matériel et méthodes Afin de déterminer la quantité d'éléments minéraux présents dans les balles, nous avons effectué le dosage du magnésium, du potassium, du calcium, du fer, du cuivre, du zinc et du manganèse, à l'aide d'un spectrophotomètre à absorption (2). Les méthodes Kjeldahl et Anne (3) ont été utilisées pour déterminer le rapport C/N, alors que la colorimétrie et les rayons X (4) nous ont permis de faire des analyses quantitatives et qualitatives de la silice. Nous avons vérifié la valeur agronomique des balles en faisant des tests de germination et de croissance de tomate sur des balles brutes, brutes et lessivés, sur des balles compostées, compostées et lessivées. La même expérience est réalisée sur des échantillons identiques, mais broyés, Sifi (1985), Come, (1979). Résultats On remarque une augmentation du rapport C/N. Ceci indique une consommation intense de l'azote présent, ou des pertes sous une forme inconnue actuellement. Le tableau 1 montre que le compostage provoque une augmentation du manganèse et du cuivre, mais une baisse de la teneur en zinc. Dans tous les cas, les quantités présentes restent inférieures aux limites préconisées par Solbraa (1979) et Kilbertus (1985) pour éviter une éventuelle toxicité. En ce qui concerne la silice, on constate qu'elle domine dès le départ et les analyses chimiques montrent une augmentation de cet élément après la biodégradation. Cette tendance a été aussi observée par Bartoli (1970). Enfin, la diffractométrie aux rayons X révèle une silice totalement amorphe (absence de quartz, de cristobalite et de trydimite). Il s'agit certainement d'une variété d'opale à laquelle s'ajoute un peu de calcédoine. Les résultats des analyses des différents éléments contenus dans les balles de riz apparaissent au tableau 1. Balles brutes Balles compostées Eléments en % MS en % MS C/N 24,5 41,5 Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Mg 0,147 0,115 K 0,46 0,223 Ca 0,165 0,859 Fe 0,452 0,3191 Cu 0,0007 0,00177 Zn 0,162 0,0313 Mn 0 ,014 0,0 Si 19,4 33,1 Tableau 1: Analyses quantitatives des balles de riz Essais agronomiques 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Témoin B.brutes B.brutes less. B.comp. B.comp.less. temps (jour) % d e g e r m i n a t i o n Fig. 1: Essais de germination sur des balles de riz non broyées. Tests de germination Les essais réalisés sur les balles de riz non broyées montrent une nette inhibition de la part du substrat brut. Il apparaît incontestable que les produits hydrosolubles initialement présents dans les balles empêchent la germination (Fig. 1 ). Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Le broyage provoque une libération plus importante des produits hydrosolubles; il n'est donc pas étonnant de voir s'accentuer les effets précédemment observés (Fig. 2 ). D'autres auteurs comme Shindo et Kiwatsuka (1977), Solbraa (1979), ainsi que Ventura et Iwao (1978) ont signalé des phénomènes analogues. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 20 40 60 80 100 Témoin B.bro.less. B.broyées Comp.broyées Comp.bro.less. Temps(jour) % d e g e r m i n a t i o n Fig. 2: Essais de germination sur des balles de riz broyées Les tests in vitro confirment les résultats précités: avec 1% d'extrait, on enregistre un taux de germination nul après 2 jours d'expérience sur les balles brutes contre 50 % au bout de la même période sur les extraits de balles compostées. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Tests de croissance Les données obtenues montrent une influence positive du produit après le compostage (Fig. 3). 3 0 10 20 Témoin B.comp. B.comp.less. B.non comp. B.non comp.less P o i d s e n g r a m m e s Fig. 3 : Influence du traitement sur la production de la biomasse séche Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada L'action phytotoxique des balles brutes est particulièrement sévère sur la croissance des jeunes plantules de tomate, Seck et Kilbertus (1989), sur les coques d'arachides et Sifi (1985), sur les écorces de pin, ont remarqué des effets semblables. On constate une influence analogue des produits broyés, avec cependant un léger effet stimulateur des balles compostées (Fig. 4 ). D'autres chercheurs, Seck (1987) et Sifi (1987), ont signalé des résultats similaires. 0,01 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 B.non comp. Témoin B.comp. B.comp.less. B.non comp.less P o i d s e n g r a m m e s Fig. 4 : Influence du traitement sur la production de la biomasse In vitro, on enregistre une longueur moyenne de tige de 2 cm pour une concentration de 1 % d'extrait hydrosoluble de balles brutes contre 8 cm avec le produit composté. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada CONCLUSION Les résultats de ce travail ont montré que la technique de compostage utilisée a permis de diminuer la quantité de produits hydrosolubles inhibiteurs de la croissance des plantes. Cependant, au stade actuel de nos recherches, nous n'avons pu qu'améliorer la biodégradabilité des balles de riz, sans atteindre un niveau optimum. La persistance de l'effet dépressif, malgré le lessivage, laisse croire qu'il existe d'autres facteurs susceptibles d'en être aussi responsables. La présence importante et inhabituelle de la silice (19 % à 33%), nous semble une voie de recherche intéressante, même si certains auteurs (12) pensent que sa présence est plutôt bénéfique pour la plante. BIBLIOGRAPHIE 1.SECK, M.A.(1987) «Le compostage des coques d'arachide: une technique permettant d'améliorer la qualité des sols sahéliens». Thèse de 3 ième cycle, Université de Nancy 1, 139 p. 2.KILBERTUS, G.(1985) «Décomposition des écorces. Sapin, Epicéa, Pin, Chêne, Hêtre». Université de Nancy 1, 366p. 3.SIFI, B.(1987) «Valorisation des écorces de chêne (Quercus pedunculata) et de leurs substances hydrosolubles».Thése de 3 e cycle, Université de Nancy 1, 239 p. 4.BARTOLI, F.(1981) «Le cycle biogéochimique du silicium sur roche acide. Application à deux écosystèmes forestiers tempérés (Voges)». Thése d'État, Université de Nancy 1, 188 p. 5.SIFI, B.(1985) «Compostage des écorces de chêne». D.E.A., Université de Nancy 1, 82 p. 6.COME, (1979) «Les obstacles à la germination». Monographie de physiologie végétale. Masson ed., Paris 9-131, 7.SOLBRAA, K.(1979) «Composting of bark. III. Experiments on a semipractical scale». Medd. Norsk. Inst. Skogforst, 34:15, 48 p. 8.SHINDO, H. and KUWATSUKA, S. (1977) «Behavior of phenolic substances in the decaying process of plant .VII. Characteristics of phenolic substances in the humic acid of decaying rice straw and compost supplied field soil». Soil Sci.Plant Nutr., 23 (3): 333-340. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada 9.SOLBRAA, K.(1979d) «Composting of bark. IV. Potential growth reducing compounds and elements in bark». Medd. Norsk.Inst.Skogforst. 34: 16 40 p. 10.VENTURA, W. and IWAO, W.(1978) «Growth inhibition due to continuous cropping of dryland rice and other crops».Soil Sci.Plant Nutr., 24: 375-382. 11.SECK, M. A. et KILBERTUS, G.(1989) «La valorisation des coques d'arachide au Sénégal. Mise au point d'une technique de compostage et essais de culture». Bull.Acad. Soc.Lorr. Sci., 28,4,14 p. 12.MIYAKE, Y. and TAKAHASHI, E.(1978) «Silicon deficiency of tomato plant». Soil Sci.Plant Nutr., 24 (2): 175-189. PROGRAMME D'ÉCHANGE INTER-UNIVERSITAIRE (avant-projet) 1. Présentation du projet Protocole de recherches et suivi de fertilisation à partir des bois raméaux fragmentés et balles de riz et/ou coques d'arachides. 2. Intitulé du projet Fertilisation organique des cuvettes maraîchères de la région des Niayes (Sénégal). 3. Programme de recherches Dans la région des Niayes, le climat et les habitudes culturales ne permettent pas le maintien du taux normal de matière organique dans le sol. Un remède consisterait à ajouter à ces milieux des résidus organiques comme le préconisaient déjà en 1975, un rapport de l'ISRA (Institut Sénégalais de Recherches Agricoles), sur «l'importance des enfouissements de matières organiques dans l'amélioration des systèmes culturaux au Sénégal», ainsi qu'une étude du BDPA en 1982 (Bureau du Développement des Produits Agricoles) sur le maraîchage au Sénégal. La région des Niayes est une mince bande de territoire située le long du littoral nord du Sénégal, entre Dakar et Saint-Louis. Elle assure près des deux tiers de la demande nationale en produits maraîchers. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 19 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Ce domaine s'étend sur plus de 80 000 ha, et une population estimée à 120 000 personnes vit presque exclusivement des retombées financières associées à ce secteur d'activités. Depuis quelques années, la réduction sévère de la pluviométrie a introduit une certaine précarité dans les écosystèmes. La couverture végétale s'est considérablement réduite; il y a une accélération de la propagation des sables dunaires et les nappes se sont salinisées, contraignant de plus en plus les maraîchers à abandonner leurs terres. En tenant compte de ces impacts économiques et sociaux négatifs importants, nous nous proposons d'installer un dispositif expérimental de compostage et de fertilisation organique (tant du point de vue maraîchage que reboisement) dans la zone près de la ville de M'boro. Il comprendrait un site expérimental de 1 à 2 ha constitué de plusieurs parcelles, et une aire de compostage. La recherche scientifique est assurée par l'ENSUT et l'Université Laval. Les activités sur le terrain seront menées en collaboration avec un groupe de maraîchers. Les résidus agricoles, en particulier les coques d'arachides et les balles de riz, peuvent être valorisées par voie de compostage aérobie, en substrats horticoles et maraîchers. Les bois raméaux fragmentés (BRF) ont également un rôle très important dans la pédogénèse. Les travaux sur ce type de «résidus» forestiers ont été effectués par les chercheurs du GCBR (Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux) de l'Université Laval. L'intérêt de cette recherche réside dans l'utilisation de petits bois riches en substances assimilables par les microorganismes. Contrairement au bois caulinaire (sciure) souvent inhibiteur de la germination et de la croissance, le bois raméal, utilisé dans des conditions précises, constitue un excellent amendement organique. Les résultats de ces recherches ont été utilisés dans les domaines horticoles, maraîchers et également pour la régénération des sols fortement dégradés. Une autre valorisation possible des résidus forestiers pourrait être la transformation sous forme d'extraits aqueux pour lutter contre les agents phytopathogènes. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 20 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada L'étude comportera: a)- Un volet fondamental En particulier, le suivi de la biodégradation à l'aide de techniques physiques, chimiques et biologiques: -Granulométrie des BRF -Température de compostage (contrôle de la thermophase) -pH du compost -pH au sol après épandage des BRF et déchets compostés -C/N des BRF -C/N des déchets compostés -Oligo-éléments -Capacité d'échange cationique -Vitesse de minéralisation dans le sol -Pouvoir de rétention en eau -Toxicité résiduelle éventuelle des substrats organiques. -Recherche des organismes (bactéries, champignons et microarthropodes) intervenant dans les processus de biodégradation, afin d'obtenir des souches «starters» permettant d'optimaliser les opérations. -Influence de l'épandage des BRF et substrats compostés sur la remontée d'eau salée dans les cuvettes des Niayes. -Recherche des conditions optimales de fabrication des mélanges BRF et coques d'arachides ou balles de riz compostées, selon la quantité d'eau utilisée, cette dernière étant un facteur limitant en zone sahélienne. -Détermination des durées maximales des opérations, afin de trouver un compromis entre le pourcentage de dégradation des matières organiques et la période d'assimilation intense des substrats minéraux par les végétaux. b) Un volet appliqué. Afin de prouver la qualité des produits obtenus, nous désirons tester différentes plantes maraîchères en laboratoire et en plein champ dans les cuvettes des Niayes. Cet aspect sera associé au volet forestier avec l'installation, autour des périmètres expérimentaux, de brise-vent ou boisés (accacias, eucalyptus, filaos, euphorbias etc...). Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 21 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Résumé des différents protocoles Résidus organiques -recherche de microorganismes -analyses chimiques -recherche de phytotoxicité Broyage - granulométrie moyenne Mise en andains (compostage) -addition de souches «starters». -addition d'urée, de superphosphate Retournements -tous les 15 jours Mesures -T o , pH, C/N, cendres, humidité (50%-60%) Résidus compostés -recherche de microorganismes -analyses chimiques -recherche de phytotoxicité Épandage -plantes tests: maraîchage, reboisement. -étude du sol. 4. Raisons qui justifient une coopération internationale La complémentarité entre les deux institutions: -L'ENSUT qui travaille sur le compostage des coques d'arachides et des balles de riz. -Le GCBR qui travaille sur le rôle des petits bois dans la fertilité organique des sols. 5. Résultats attendus. -une augmentation du taux de la matière organique dans des sols sahéliens très fragiles. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 22 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada -une meilleure rétention en eau de ces sols. -une diminution des risques de remontée d'eau salée en limitant l'évaporation en surface. -le recyclage des déchets organiques inexploités actuellement. -une lutte contre les ensablements et l'érosion éolienne. -un accroissement de la production végétale et fruitière. -une diminution du taux d'abandon des surfaces maraîchères par les populations suite à des baisses drastiques de productivité (ce taux se situerait actuellement autour de 45 % selon une étude de la Direction des Eaux et Forêts et de la Conservation des Sols au Sénégal). -une meilleure compréhension des mécanismes de la biodégradation des résidus organiques impliqués. 6. Intérêt local et régional -participer à la solution de problèmes liés à la désertification -contribuer, en augmentant la production végétale, à aboutir en partie du moins, à une autosuffisance alimentaire. 7. Intérêt international -le programme présenté permet à deux institutions universitaires (du Nord et du Sud) d'allier leurs connaissances pour proposer une solution (bien que partielle) pour aboutir aux résultats escomptés. -les techniques mises au point au cours de ces travaux seront directement applicables en Afrique (zone sahélienne) et ailleurs. 8. Participants a) Établissement promoteur: Université Cheikh Anta Diop École Nationale Supérieure Universitaire de Technologie (ENSUT) Sénégal Département:Génie Chimique et Biologie Appliquée. Nom du chercheur devant participer à l'échange: Mamadou Amadou Seck, Maître-Assistant. b) Établissement partenaire: Université Laval , Québec (Canada) faculté des Foresterie et de Géomatique. Département des Sciences forestières Nom du chercheur devant participer à l'échange: Professeur Gilles Lemieux Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 23 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada 9. Moyens demandés à L'ACDI. -Bourse de formation pour Mamadou Amadou Seck à l'Université Laval -nombre: 1 -durée: 3 mois -montant:..... -Mission de mise en route du dispositif et de suivi pour Gilles Lemieux à Dakar -nombre: 2 -durée: l5 jours chacune -montant:... -Participation à des séminaires ou conférences axés sur la fertilisation organique pour Mamadou Amadou Seck: nombre: 2 durée: montant:..... Publications Seck, M.A. (1987).«Le compostage des coques d'arachide: une technique permettant d'améliorer la qualité des sols sahéliens». Thèse de doctorat de 3 ième cycle, Université de Nancy 1, 139 p. Seck, M.A. & Kilbertus, G. (1989) «Le compostage des coques d'arachide». Bull. Acad. Soc. Lorr. Sci. 28 (4): 133-146. Seck, M.A., Sall, M. & Kilbertus G. (1989) «La microflore des coques d'arachide fraîches et compostées». Bull. Ifan. Sec. Sci. Nat. 10 p. Seck, M.A. & Gras, F. (1989) «Caractéristiques hydriques d'un compost de coques d'arachide, capacité en bac et point de flétrissement permanent». Bull. Acad. Soc. Lor. Sci. 28(4): 147-157. Seck, M.A., Sall, M. & Kilbertus, G. (1989) «Mise au point d'un procédé de compostage de résidus ligneux de différents paramètres et influence des substances hydrosolubles de coques d'arachide sur la fertilité biologique». Proceedings of the 5 th European Conference on Biomass for Energy, Industry and Environment. Elsevier Applied Science Publ. London, 2:439-443. Seck, M.A. Sall, M., Kilbertus, G. & Gras F. (1989) «Making of Organic Fertilizers in Sénégal by means of Industrial Composting of Peanut Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 24 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Shell». Proceedings of the 5 th European Conference on Biomass for Energy, Industry en Environment. Elsevier Science Publ. Co. London, 5 p. Séminaires et Conférences -Conférence européenne sur la biomasse pour l'énergie et l'industrie et l'environnement. Lisbonne, octobre 1989, Portugal. -Séminaire organisé par la Faculté des Sciences de l'Université de Dakar septembre 1990 (Comment rédiger une demande pour le financement de la recherche). -Séminaire tenu à l'Université de Donetsk (Ukraine) Octobre-Novembre 1990, (Valorisation agricole des matières organiques). -Conférence européenne sur la biomasse pour l'énergie, l'industrie et l'environnement. Athènes, avril 1991, Grèce. ______________________________ PROJET DÉFINITIF 22 juin 1992 Ambassade du Canada Coopération Internationale Agence Canadienne de Développement International 45 Bd de la République B.P. 3373 Dakar N o 92/3262 Monsieur Lemieux J'ai le plaisir de vous informer que la section de la Coopération de l'Ambassade du Canada à Dakar a approuvé le financement du Programme Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 25 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada d'Échange Inter-Universitaire pour la réalisation du projet «Fertilisation organique des cuvettes maraîchères de la région des Niayes». Ce financement s'effectue dans le cadre des activités du projet de coopération bilatérale entre le Sénégal et le Canada, «Conservation des Terroirs du Littoral». Les intitutions participantes au programme sont l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar, l'École Nationale Supérieure Universitaire de Technologie (ENSUT) et l'Université Laval au Canada, Faculté de Foresterie et de Géomatique. L'envergure des travaux et le détail du budget du projet figurent dans l'annexe «A». La contribution canadienne au financement du projet ne dépassera pas 32,000 dollars canadiens. Elle sera destinée à couvrir vos frais de voyage et de séjour au Sénégal, et les frais de voyage, de séjour et de recherche au Canada, de Monsieur Mamadou Amadou Seck. Je vous indique que vous êtes tenu de présenter toutes les pièces justificatives des dépenses qui seront faites en dedans du budget du projet. Veuillez agréer, Monsieur Lemieux, l'expression de ma considération distinguée. Le premier Secrétaire (Coopération) Carlos Laviades P.J. Je suis d'accord avec les termes de la contribution canadienne au projet. Professeur Gilles Lemieux Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 26 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada et Monsieur le Doyen de la Faculté de Foresterie et de Géomatique Claude Godbout, doyen Faculté de foresterie et de géomatique Université Laval Annexe "A" PROGRAMME D'ÉCHANGES INTER-UNIVERSITAIRES 1. PRÉSENTATION DU PROJET Protocole de recherches et suivi de fertilisation à partir des bois raméaux fragmentés et balles de riz et/ou coques d'arachide. 2. INTITULÉ DU PROJET Fertilisation organique des cuvettes maraîchères de la région des Niayes (Sénégal). 3. PROGRAMME DE RECHERCHES Dans la région des Niayes, le climat et les habitudes culturales ne permettent pas le maintien du taux normal de matières organiques dans les sols. Un remède consisterait à ajouter à ces milieux des résidus organiques comme le préconisaient déjà en 1975 un rapport de l'ISRA (Institut Sénégalais de Recherches Agricoles), sur «l'importance des enfouissements de matières organiques dans l'amélioration des systèmes culturaux au Sénégal», ainsi qu'une étude du BDPA en 1982 (Bureau du Développement des Produits Agricoles) sur le maraîchage au Sénégal. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 27 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada La région des Niayes est une mince bande de territoire située le long du littoral Nord au Sénégal, entre Dakar et Saint-Louis. Elle assure près des deux tiers de la demande nationale en produits maraîchers. Ce domaine s'étend sur plus de 80 000 ha et une population estimée à quelques 120 000 habitants vit presque exclusivement des retombées financières associées à ce secteur d'activités. Depuis quelques années, la réduction sévère de la pluviométrie a introduit une certaine précarité dans les écosystèmes: la couverture végétale s'est considérablement réduite, il y a une accélération de la propagation des sables dunaires et les nappes se sont salinisées, contraignant les maraîchers à des abandons de terres de plus en plus massifs. En tenant compte de ces impacts économiques et sociaux négatifs, nous nous proposons d'installer un dispositif expérimental de compostage et de fertilisation organique, tant du point de vue maraîchage que du reboisement, dans la zone près de la ville de M'Boro. Il comprendrait un site (1 à 2 ha) constitué de plusieurs parcelles et d'une aire de compostage. La recherche scientifique est assurée par l'ENSUT et l'Université Laval. Les activités sur le terrain seront menées en collaboration avec un groupe de maraîchers. Les résidus agricoles, en particulier les coques d'arachide et les balles de riz peuvent être valorisés, par voie de compostage aérobie, en substrats horticoles et maraîchers. Les bois raméaux fragmentés (BRF) ont également un rôle très important dans la pédogénèse. Les travaux sur ce type de déchets forestiers ont été effectués par les chercheurs du GCBR (Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux) de l'Université Laval. L'intérêt de cette recherche réside dans l'utilisation de petits bois riches en subtances assimilables par les microorganismes. Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 28 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Contrairement au bois caulinaire (sciure) souvent inhibiteur de la germination et de la croissance, le bois raméal, utilisé dans des conditions précises, constitue un excellent amendement humifère. Les résultats de ces recherches ont été utilisés dans les domaines horticoles, maraîchers, et également pour régénérer des sols fortement dégradés. D'autres valorisations possibles de déchets forestiers pourraient être leur transformation sous forme d'extraits aqueux pour lutter contre les agents phytopathogènes. L'étude comportera: a) Un volet fondamental avec en particulier le suivi de la biodégradation à l'aide de techniques physiques, chimiques et biologiques: - granulométrie des BRF - température de compostage - pH du compost - pH du sol après épandage des BRF et déchets compostés. - C/N des BRF - C/N des déchets compostés - Oligo-éléments - capacité d'échange cationique - vitesse de minéralisation dans le sol - pouvoir de rétention en eau Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 29 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada - toxicité résiduelle éventuelle des substrats organiques - recherche des organismes (bactéries, champignons et microarthropodes) intervenant dans les processus de biodégradation, afin d'obtenir des souches «starters» permettant d'optimaliser les opérations - influence de l'épandage des BRF et substrats compostés sur la remontée d'eau salée dans les cuvettes des Niayes - recherche des conditions optimales de fabrication des mélanges BRF et coques d'arachide ou balles de riz compostées, en particulier selon la quantité d'eau utilisée, cette dernière étant un facteur limitant en zone sahélienne - détermination des durées maximales des opérations, afin de trouver un compromis entre le pourcentage de dégradation des matières organiques et la période d'assimilation intense des substrats minéraux par les végétaux. b) Un volet appliqué destiné à prouver la qualité des produits obtenus, en les comparant avec différentes plantes maraîchères en laboratoire et en plein champ dans les cuvettes des Niayes. Cet aspect sera associé au volet forestier avec l'installation autour des périmètres expérimentaux de brise vents ou de boisés (avec des acacias, eucalyptus, filaos euphorbias etc...) RÉSUMÉ DES DIFFÉRENTS PROTOCOLES Résidus orgniques - recherches de microorganismes - analyses chimiques - recherche de phytotoxicité Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 30 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Broyage - granulométrie moyenne Mise en andains (compostage) - addition de souches «starters» - addition d'urée, de superphosphate Retournements (tous les 15 jours) - mesure : T o , pH, C/N, cendres, humidité (50%-60%) Résidus compostés - recherche de microorganismes - analyses chimiques - recherche de phytotoxicité Épandage - plantes tests ; maraîchage, reboisement. - étude du sol 4. RAISONS QUI JUSTIFIENT UNE COOPÉRATION INTERNATIONALE La complémentarité entre les deux institutions: - L'ENSUT qui travaille dans le compostage des coques d'arachide et des balles de riz - Le GCBR qui travaille sur le rôle des petits bois dans la fertilité organique des sols Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 31 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada 5. RÉSULTATS ATTENDUS - une augmentation du taux de la matière organique dans ces sols sahéliens très fragiles - une meilleure rétention en eau de ces sols - une diminution des risques de remontée d'eau salée, en limitant l'évaporation en surface - un recyclage de déchets organiques inexploités actuellement - une lutte contre les ensablements et l'érosion éolienne - un accroissement de la production végétale et fruitière - une diminution du taux d'abandon des surfaces maraîchères par les populations, suite à des baisses drastiques de productivité. Ce taux serait actuellement autour de 45% selon une étude de la Direction des Eaux et Forêts et de la Conservation des Sols du Sénégal. - une meilleure compréhension des mécanismes de la biodégradation des résidus organiques impliqués 6. INTÉRET LOCAL ET RÉGIONAL - Participer à la solution de problèmes liés à la désertification - Contribuer, en augmentant la production végétale, à aboutir en partie du moins, à une certaine autosuffisance alimentaire. 7. INTÉRET INTERNATIONAL Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 32 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada - Le programme présenté permet à deux institutions universitaires (du Nord et du Sud) d'allier leurs connaissance pour proposer une solution (bien que partielle) pour aboutir aux résultats escomptés. - Les techniques mises au point au cours de ces travaux seront directement applicables en Afrique (zone sahélienne) et ailleurs. 8. PARTICIPANTS a) Établissement promoteur : Université Cheikh Anta Diop École Nationale Supérieure Universitaire de Technologie (ENSUT), Sénégal. Département de Génie chimique et biologie appliquée. Nom du chercheur devant participer à l'échange: Mamadou Amadou Seck - Maître Assistant b) Établissement partenaire: Université Laval Canada Faculté de Foresterie et de Géomatique, département des Sciences Forestières Nom du chercheur devant participer à l'échange : le Professeur Gilles Lemieux 9. BUDGET a) Bourse de formation pour Mamadou Amadou Seck à l'Université Laval Nombre : 1 Durée : 3 mois Frais de séjour : 3575$ CA/mois10 725.00$ Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 33 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Transport aérien Dakar/Québec/Dakar (90 jours classe économique) 3410,00 $ Matériel didactique935,00 $ sous-total 15 070,00 $ b) Mission de mise en route du dispositif et de suivi pour Gilles Lemieux Nombre : 1 Durée : 20 jours Frais de séjour au Sénégal (20 jours). 3 300,00 $ Transport aérien Québec/Dakar/Québec 2 970,00 $ (45 jours classe économique) Autres dépenses 1 100,00 $ sous-total 7 370,00 $ c) Frais de recherche au Canada 9 240,00 $ Grand Total 31 680,00 $ CONCLUSIONS Cette première mission en terre sénégalaise fut des plus intéressantes en nous permettant d'évaluer la possibilité de l'utilisation des bois raméaux en agriculture et éventuellement en foresterie dans le cadre du projet CTL. Ainsi, Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 34 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada nous avons noué les premières relations avec le directeur de l'ENSUT, M. Amadou Lamide Dia, à qui nous avons proposé des relations institutionnelles plus intimes dans notre lettre du 8 janvier 1993. La rencontre avec les maraîchers de Noto fut des plus intéressantes; elle nous permit de vérifier leurs intérêts et leurs rétiscences. Lors de notre passage, nous avons constaté que déjà la fragmentation des BRF de filaos avait commencé. Nous avons remarqué également que la notion de compost est encore fortement associée aux BRF, ce qui ne nous a pas étonné. Nous sommes confiant qu'après les premières expériences, il y aura une autre perception de cette nouvelle méthode que nous proposons. Il nous est apparu que le compostage des coques d'arachides ne pourrait être une source importante de matériau compostable, puiqu'elles sont utilisées comme source d'énergie industrielle. Dans ce contexte, les BRF représentent un matériau biologique utilisable beaucoup plus intéressant, dans la mesure où il est possible de cultiver des essences appropriées à la production de BRF. L'approche pédogénétique de la question nous semble infiniment plus prometteuse que l'aspect «fertilisant»» qui ne fait appel qu'à la mobilisation des nutriments minéraux en forçant la «consommation du système humique» par les microorganismes. C'est ce phénomène qu'il nous faut contrer, les BRF étant susceptibles d'apporter les solutions que tous cherchent depuis des décennies. Mais comment ajuster le discours des agronomes et des forestiers sur l'importance du système humique, alors que tous sont convaincus qu'il ne peut subsister en terres tropicales! Voilà un défi de taille: humification contre minéralisation! Le présent rapport comporte plusieurs parties, dont les discussions sur le terrain qui ont permi de mieux cerner les actions à poser (pages 4 à 8) le texte de l'exposé du D r Seck à la conférence de Florence de la CEE (pages 8 à 13), son curriculum vitae (pages 13 et 14), l'avant-projet soumis à l'ACDI rédigé par le D r Seck (pages 15 à 20), ainsi que le projet approuvé par l'ACDI (pages 20 à 28), y compris les états financiers du projet. REMERCIEMENTS Rapport de mission au Sénégal 5 au 15 décembre 1992 Lemieux, G et Larochelle L (1992) 35 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval. Québec G1K7P4. Canada Nous désirons remercier le D r Seck pour ses efforts et sa persistance. C'est grâce à lui que le présent projet voit le jour. Nos remerciements vont également à M. André Létourneau, responsable de la coopération internationale à l'Ambassade du Canada, qui a rapidement compris les enjeux et les possibilités apportés par les BRF. Ses efforts ont largement contribué au financement de cet avant-projet qui est la responsabilité de M. Laviades, Premier Secrétaire de l'Ambassade du Canada au Sénégal. Nos remerciements vont également au D r N'Diayes, responsable du projet CTL, ainsi qu'à M. Mamadou Sarr, responsable du projet des BRF sur le terrain même. Nous devons également souligner la participation de M. le Professeur Thiam de l'ENSUT qui nous a accompagnés sur le terrain et nous a donné des avis judicieux sur le monde végétal du Sénégal. _________________________________ décembre 1992 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada publication n° 39 courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-313152 tel. 418-656-2131 poste 2837 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux La thermodynamique et la biodiversité «PASSER DE L'ENTHALPIE À L'ENTROPIE» par le Professeur Gilles Lemieux tiré-à-part ÉCODÉCISION publication environnementale SOCIÉTÉ ROYALE DU Canada hiver 1995 pages 72-74 ISSN 1183.235 Publication n° 49 édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Passer de l'enthalpie à l'entropie ÉCODÉCISION 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada Lemieux, G 1995 PASSER DE L'ENTHALPIE À L'ENTROPIE Professeur Gilles Lemieux Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval Québec G1K 7P4 Canada C'est à dessein que j'ai choisi comme titre deux termes issus de la thermodynamique, fondement même de l'évolution de notre société industrielle. Tous s'accordent pour souligner la réduction de la diversité de la vie sur terre et l'augmentation permanente de la standardisation et de l'égalitarisme de sociétés industrielles associées à la déresponsabilisation des individus au profit des grands ensembles anonymes. .Dans la mesure où nous accumulons de nouvelles richesses par la concentration, nous créons toujours un vacuum par la réduction de la diversité et de la vie. Même si nous nous entendons pour dire que la situation est de plus en plus catastrophique sous tous les cieux, nous nous contentons souvent de réinventer la roue, tout en attirant l'attention sur le fait qu'elle existe et qu'elle est de moins en moins efficace. Après plusieurs années de travaux et de réflexion, ms collègues et moi en sommes venus à la conclusion que, parmi les grands phénomènes biologiques, le système humique était de loin le plus méconnu et probablement l'un des plus importants pour la vie sur cette planète. Il est inutile de démontrer l'importance de la désertification et son avancée fulgurante en Afrique, la pollution de la nappe phréatique par les produits chimiques de synthèse, la réduction de la diversité forestière et l'apparition d'épidémies récurrentes d'insectes ou de maladies. Bien que nous connaissions en grande partie les êtres vivants identifiés comme étant responsables de ces nouvelles "plaies", nous en sommes encore aux stratégies guerrières qui consistent à nous croire au centre d'un équilibre que viennent perturber des ennemis. Or, si nous nous regardons sans complaisance, il y a longtemps que les équilibres primitifs sont disparus, sauf en quelques rares endroits de notre univers terrestre, À bien y regarder, l'homme «technique» s'est développé grâce à l'agriculture, mais à partir des écosystèmes forestiers, principalement constitués de Passer de l'enthalpie à l'entropie ÉCODÉCISION Lemieux, G 1995 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt feuillus climaciques, Cet énoncé ne souffre que peu d'exceptions, si ce n'est la steppe asiatique, la Pampa argentine ou les grandes plaines du centre de l'Amérique du nord, Si les plantes et les animaux diffèrent dans tous ces écosystèmes terrestres, une seule constante demeure : la présence d'un système humique. le véritable estomac, le régisseur des nutriments et de l'eau dont la dynamique est assurée par des centaines d'espèces, le plus souvent microscopiques. Bien que peu spectaculaire, il nous apparaît comme le centre de notre monde terrestre, mais pour lequel peu à été consenti en tant que milieu de vie. Cependant, il ne faut s'interroger sur le fait que l'agriculture ne se soit développée qu'à partir des écosystèmes forestiers feuillus, dans toutes les parties du monde. Toutes les expériences pour coloniser les grandes forêts de conifères et y faire de l'agriculture une industrie prospère et diversifiée ont été des échecs. Ainsi les pinèdes en altitude des Caraïbes sont aussi impropres à l'agriculture que celles du Nord, de la Sibérie ou de l'Alaska, bien que nous soyons au 15° de latitude nord. L'argument souvent invoqué de la température ne tient pas. mais les caractéristiques du sol sont semblables à celles de la Scandinavie ou de la forêt boréale canadienne. Nos travaux, ainsi que ceux de nombreux auteurs, nous ont montré que la qualité du système humique repose en grande partie sur la structure chimique de la lignine, la molécule la plus complexe du bois , et particulièrement sur celle qui est soluble et facilement digestible par les micro organismes du sol. C'est la lignine soluble, produite par les radicelles souvent microscopiques, qui serait responsable du maintien et du renouvellement incessant de l'humus d'un écosystème forestier. Ainsi, l'association "jeune lignine" et champignons est-elle le moteur de la stabilité du sol et de toute sa dynamique. Dans les pays au climat tempéré, la faible productivité des cultures jusqu'au début des années 1950 n'avait presque pas entamé le «capital humus».puisque les résidus de culture et l'épandage de fumier avaient permis de maintenir le capital, Il en va autrement par la suite. C'est à la même époque que l'on procède à une exploitation rationnelle et systématique de la grande forêt tropicale avec l'arrivée des tronçonneuses, boutoirs et camions gigantesques, permettant d'exploiter ce que des millénaires d'occupation humaine indigène n'avaient pu faire, à cause de la taille des tiges. En climat tempéré, surgissent de nouvelles techniques agricoles avec l'arrivée de la mécanisation, des fertilisants et des biocides, auxquelles se joignent de nouvelles variétés plus productives. Dans les deux cas, c'est le système humique qui s'effondre et pour lequel il n'y a aucun substitut. Toute la dialectique est devenue nutritionnelle. Une petite industrie régionale, voulant introduire sur le marché une série de produits portant sur la régénération biologique des sols, essuya une fin de non Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada Passer de l'enthalpie à l'entropie ÉCODÉCISION Lemieux, G 1995 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt recevoir de la part de l'État qui lui interdisait l'exportation de tout produit; seule l'alimentation minérale des plantes pouvait être invoquée. Celà traduit bien dans les faits la perception généralement répandue dans tous les milieux scientifiques : «la non-existence positive du sol» et la primauté absolue de l'alimentation minérale des plantes que nous cultivons. Depuis plus d'un siècle, la science traditionnelle s'est limitée, par les moyens techniques et financiers mis à sa disposition, à mesurer l'efficacité et l'absorption de différents éléments chimiques pour la production massive de matières végétales propres à la consommation humaine ou animale. Celà s'est fait sans égard aux conséquences secondaires qui commencent à peser lourd dans la balance économique sous la forme de restrictions environnementales. Tout se passe comme si le sol n'était qu'un simple support à la croissance des plantes et que la puissance des sciences chimiques et physiques associée à la disposition de capitaux de plus en plus importants, pouvait pallier à tous les maux. Nous voilà donc en présence d'une tendance lourde qui n'a fait que s'amplifier: c'est la tendance enthalpique qui vise à réduire la diversité et à favoriser des types de productions de plus en plus réduits, consommant de moins en moins d'énergie, pour des rendements de plus en plus élevés, dans des temps de plus en plus courts. C'est une tentative sérieuse pour contourner la tendance fondamentale de notre univers qui est entropique. Cette tendance est à l'inverse de la première et favorise la dispersion de l'énergie et l'augmentation de la diversité en fonction du temps. Est-il raisonnable de croire que l'économie pourra croître encore longtemps, mue par l'«idéal enthalpique»? Bien sot qui y croit encore, mais aussi sot celui qui croit au retour à la nature pure et dure! Si l'humanité est au point où elle est aujourd'hui. c'est grâce aux mécanismes entropiques qui nous ont valu en bonne partie notre présence sur cette planète. L'aspect «généreux» de l'entropie à permis l'édification d'un monde biologique qui nous tolère par le foisonnement de l'énergie disponible à travers des systèmes «autocontrôlés» par des mécanismes d'une infinie complexité. C'est ainsi que nous prenons la lâcheté pour la liberté et le farniente pour un droit. Il y a là anguille sous roche. Il est tout à fait remarquable, en cette fin de millénaire et malgré l'abondance des connaissances théoriques, que nous en soyons dans une telle situation! L'Homme étant ce qu'il est, son désir de dominer et de vaincre toujours au moindre coût ne change pas beaucoup. Même le système humique est condamné à se renouveler perpétuellement à travers des règles fort complexes, contenant la mémoire du temps, et cette dernière nous échappe malgré notre grande intelligence. Pour survivre, nous devons faire appel à la raison, d'où le besoin de réinventer notre monde, mais trop souvent à travers la bêtise et la guerre. Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada Passer de l'enthalpie à l'entropie ÉCODÉCISION Lemieux, G 1995 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Pour la première fois dans l'histoire de l'humanité, nous devons inféoder notre liberté à celle de l'entropie, grâce à laquelle nous pouvons jouir d'un immense champ de manœuvre, pourvu que nous soyons quelque peu perspicaces. Si le dépeuplement des océans commence à nous faire réfléchir, le dépeuplement biologique du sol est, à n'en pas douter, une bombe à retardement. Les milliards de tonnes de bois raméal que l'exploitation des forêts laisse à la décomposition inutile sur le sol, sur toute la planète, feront l'objet dans les années à venir de recherches intenses pour leur utilisation. Le bois raméal est riche en nutriments et renferme la précieuse lignine qui, soluble et associée aux celluloses, est utilisable par les organismes telluriques du sol, gestionnaires des nutriments et responsables de la stabilité de ces derniers. C'est ainsi que commencera la véritable lutte intégrée à la désertification et à l'érosion avec des coûts acceptables pour toute la société. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° publication n° 49 hiver 1995 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Dixième conférence internationale de l'INTERNATIONAL FEDERATION OF ORGANIC AGRICULTURE MOVEMENTS (IFOAM) Lincoln University Chrtistchurch Nouvelle-Zélande «RAMIAL CHIPPED WOOD: A BASIC TOOL FOR REGENERATING SOILS» par Céline Caron agro-écologiste décembre 1994 Publication n° 50 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 2 RAMIAL CHIPPED WOOD: A BASIC TOOL FOR REGENERATING SOILS by: Céline Caron Most of the world's agricultural land has been claimed from the forest, with the exception of the Asian steppes, the South American pampas and the North American central prairies. The most fertile agricultural regions were once hardwood forests, especially climax oak forests. The link between the forest and cultivated fields has been forgotten. The lack of ecological foresight and care for the soil and its fundamental biology has devastating consequences. It is a major cause of the actual agricultural crisis. It is leading directly to economic bankruptcy and human starvation. The only difference between a forest and a farm is time, which allows the growth of the crops to become usable or marketable. The shorter growing time required for farm crops partly explains why soil research has been directed mostly to managed agricultural systems. The misunderstanding of the natural forest ecosystems, especially the forest soils, is so deep that all silvicultural practices use agriculture as a reference model. In agriculture, as well as forestry, the entire focus has been placed on mineralization, with little work done on, or interest shown for, humification which regulates mineralization and fertility. The lignin of Angiosperms is central to humification and biological controls of fertility. It has a profound impact on most mesic soils through the multilevel life they bear. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 3 A close look at a forest ecosystem shows a fast transformation of plant tissues into nutrients by soil microorganisms. Nutrients are bound to the organo-mineral complex and are made available as needed for plant growth. In temperate forests, under a deciduous tree canopy ,this organo- mineral humic complex is stable within an internal biological cycle. It becomes fragile under tropical conditions. It has several roles and therefore must be closely examined. The ramial chipped wood (RCW) story began in the mid- seventies when Mr. R. Edgar Guay, former Land and Forest deputy minister in Québec, began searching for new products that could be derived from the huge piles of residues remaining after logging operations: the branches. He linked two techniques: the sheet-composting method, developed in the USA, and the brush-composting method, developed by Jean Pain in France. The first field experiments with ramial wood from deciduous tree trimmings were made during the 1978 summer drought using the sheet composting method. A first set of chemical analyses has shown a good balance of proteins, celluloses, lignin, sugars, starch, pectin, including most chemical nutrients. The C/N ratio ranges from 30/1 to 150/1 while stemwood C/N ratio ranges from 400/1 to 750/1. The research was pursued with enthusiasm and led to unexpected results. The soil-upgrading science was born, based on pedogenesis concepts. A research team nucleus was formed, with Mr. Lionel Lachance and Mr. R. Alban Lapointe joining Mr. Guay. In 1982, Professor Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 4 Gilles Lemieux, from the Faculty of Forestry at Laval University, was asked to provide answers on the mechanisms involved. Scanning scientific literature for clues has shown no conclusive results. Koslwosky and Winget (1964) paid attention to the nutrient content of branches with no other concerns. Nothing was found in the literature on chipped branches and their contribution to agricultural-soil-upgrading mechanisms. The name and description of «ramial wood» was given in 1986 (Lemieux) under the French name of «bois raméal». Since the method put forward by Guay, Lachance & Lapointe (1981) was based on chipping, this «new material» was then called «Bois Raméal Fragmenté or BRF» in French, «Ramial Chipped Wood or RCW» in English (1992), «Fragmentiertes Zweigholz or FZH» in German (1992), «Madera Rameal Fragmentada or MRF» in Spanish (1994), «Aparas de Ramos Fragmentados or ARF» (1993) in Portugese and «Ramoscelli Frammentati or RF» in Italian (1993). "Ramial wood" refers to twigs having less than 7 cm in diameter. They contain soluble or little-polymerized lignin, the base for soil aggregates and highly reactive humus. These small-size branches are not used as firewood, even in the poorest tropical countries. Although fungi are most important for humus formation and cycling, the humic system performs best when fungi are associated with the fungivore soil mesofauna. This process, linked to virus, algae and protozoa, makes nutrients available when needed by plants. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 5 The basic mechanisms lie in the role played by «white rots» which use enzymatic systems to produce both fulvic and humic acids from lignin, the base for aggregate formation (Leisola & Garcia 1989). The best results are achieved with deciduous trees due the chemical structure of their lignin. Evergreens perform poorly, due to the transformation of their lignin by «brown rots» which produce polyphenols and aliphatic compounds (Swift [1991], Larochelle [1993]). Fifteen years of continuous experiments in both forestry and agriculture provide the following facts: • Ramial wood has both non-polymerized and soluble lignin (Lemieux 1993); • The total amount of lignin related to cellulose is much higher than in stemwood; • Chipping or crushing ramial wood encourages fast entry of soil microorganisms, enabling both nutrients and energy to be transferred to the humus complex (Lemieux 1993); • This upgrading process leads to three types of organic matter: inherited, soluble and organo-mineral aggregates (Toutain 1993). The «Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux» now has a membership of fifteen scientists from various fields of the scientific community. Data from various experiments has been collected over the years. Some results are being released. The most promising observations from a 350- plot experimental site are: • Better soil water conservation Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 6 • A pH increase from 0.4 to 1.2 within two years • A yield increase ranging from 30% to 300% • A noticeable increase in frost and drought resistance • More developed and highly-mycorrhized root systems • Fewer and less diversified weeds • A decrease or complete elimination of pests • Enhanced flavor in fruit production • Higher dry matter, phosphorus, potassium and magnesium content in potato tubers • A soil turning from pale to deep brown in the same season • Selective natural germination of tree seeds • A thick moder turning into a soft mull under a sugar maple canopy. AGRICULTURE Experiments with RCWs on wheat, oats, potatoes and strawberries in the late seventies have shown spectacular results with regard to yield increase, water availability, pest and disease control, as well as frost and drought resistance. In addition, the soil has evolved towards an increase in organic matter, pH values and nitrogen availability. After a single application of 200m 3 /ha, the soil-upgrading beneficial effects can be clearly perceived ten years later. Under tropical conditions, a set of experiments with the bitter tomato (Solanum æthiopicum), using RCWs obtained from Casuarina equisetifolia, gave even better results in Sénégal (Seck 1993). Fruit yield Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 7 doubled within a period of 43 days . Fewer weeds were reported, as well as a decrease of more than 50% in water needs and, moreover, a complete control of root nematodes, the worst and most costly pest in garden vegetable growing. Experiments are underway in the Dominican Republic with various crops such as bananas, strawberries, coffee, grapes and reforestation projects, using local species of trees for RCW production. Another project, established recently on the high plateau of the Bouaké region in Ivory Coast with maize and dry rice, is giving astonishing results in a rather short span of time. Similar effects on soil and crops occur in both tropical and temperate climates, the latter being more spectacular in the short run. The soil upgrading effect of RCWs arises from the microbiological process. It is a universal pedogenetic process which deals with humification first with emphasis on nutrient management and availability as well as storage for plant needs. Adding RCWs to agricultural soils allows the recovery of all typical biological, chemical and physical features of forest soils lost by the suppression of the forest canopy. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 8 FORESTRY Thirty experimental plots were established in the spring of 1983 on an open sterile soil known as such for half a century, surrounded by a mature balsam fir/white spruce forest. In 1985, another 30 plots were established under a sugar maple canopy (Lemieux & Toutain 1992). Some major points must be underlined: Under forest canopy RCWs from a high-quality sugar maple stand were used. In mid-summer, all litter from the previous fall was integrated into the soil ecosystem. Some minor changes in vegetation were noticed after four years. Humus status has completely changed from a thick moder to a mull after five years, reversing the podzolic process to a brown soil. Species from rich stands such as red oak, sugar maple, beech, yellow birch, linden and ash, gave much better results than those from poor-quality stands such as red maple or trembling aspen. A mixture of species is preferable. On sterile degraded soil • New seedlings of various local tree species appeared between the third and the fifth year. • The seeds came from the surrounding forest ecosystem. • RCWs from rich stands gave better results in terms of regeneration than those from poor stands. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 9 • Depending on the species used, all from the same rich stand, some RCWs promoted deciduous tree seedlings while others gave conifers, mostly white spruce (Picea glauca). Ten years of observations and measurements is a short period of time in the life of a forest ecosystem, but they bring to light some fundamental questions and answers. The humic system is involved, an element never taken into account in any management plan. METHODS AND TOOLS The basic methods called «Sylvagraire» for agriculture and «Sylvasol» for forestry are better known. They give the best low-cost results. RCWs must not be composted nor ploughed under but spread in a layer not thicker than 2.5 cm, 1.5 cm being the optimum. The upgrading mechanisms best perform when RCWs are mixed with the first 5 cm of the topsoil. The fundamental mechanism relies on massive entry of soil microorganisms into the twigs; therefore, chipping or crushing them is necessary. Effective for twigs less than 3 cm in diameter are pruning shears, machetes and brush axes. The material can first be cut into 15 cm lengths, then the pieces bruised, scarred, scraped, beaten or raked with a large, sharp hoe-type mattock to provide as many entry points as possible to speed the proliferation of microorganisms as soon as RCWs are spread. Softwood branches can also be pounded with a rock. A second-hand forage harvester does a good job on farms. Chipping or crushing can be custom-made or Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 10 chipping devices collectively owned. Many types of chipping devices can be found on the market. Mechanized chipping is costly in both labour and money. Fifteen hours are needed to produce enough RCWs for a surface application of 150 m 3 /ha, the quantity needed to enhance the quality of soil and crops for the next five years under temperate climate conditions. A RCW soil amendment should be perceived as an investment, redeemed over a period of 10 to 15 years. Two projects are now underway to improve machinery for forestry needs, reducing the chipping costs of slash from 2 000 Can$ to less than 800 Can$ per hectare. Chipping on site offers several advantages including reduction in forest fire hazards while enhancing soil quality and productivity. It is the most efficient and the least costly soil-conservation practice one can foresee so far. RAMIAL CHIPPED WOOD SOURCES Trimming trees along public roads produce between 200 000 and 300 000 tons of RCWs yearly in Québec and no access cost is involved. Two large public companies, Hydro-Québec and REXFOR, both in Québec, produce an abundance of RCWs. An effective collection and distribution system must be put in place to use these RCWs wisely for soil regeneration. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 11 With modern forest operation techniques, the whole tree is removed from the site. This practice seems to be more economical at the moment, but it is not in the long run and is unsustainable. Ramial wood must be chipped and spread on site as part of every tree logging operation. Burning ramial wood, letting it rot in piles or burrying it in landfills is a tremendous waste of a highly valuable organic matter. Using ramial wood does not mean the destruction of the remaining natural forests nor the reduction of the turnover process by clearing the understory brush. It means bringing slash residues to a new life as a source of energy and nutrients instead of burning them. It also means intercropping with deciduous shrubs and planting hedges around cultivated fields. Adding RCW production to the many benefits of hedges could become part of any farm operation, especially where farming is not associated with livestock. Importing animal manures or growing green manures is expensive and only deals with mineralization, while RCWs deal with humification and nutrient management and are more valuable over a long period of time. Local small- scale reforestation for RCW production can be envisaged for gardening and horticultural purposes. Coppicing trees might also be a source of RCWs in some countries. CONCLUSIONS Branches and brushes were always perceived as a sign of poverty for centuries and as trash in the modern forest economy that has developed during the last century. A first assessment of small branch Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 12 production shows a mere 100 000 000 tons per annum for Québec alone and probably billions of tons throughout the world. Small-diameter branches can be transformed into a «soil food». Feeding soil microfauna and microflora is more likely to bring mid- and long-term benefits to both agricultural and forest ecosystems in redeeming costs and increasing benefits. RCWs represent the only large-scale upgrading technology. It involves a large number of shrub and tree species resulting in variable responses, all positive with regard to enhancement of the humic system. RCWs bring the benefits of the forest soil to the agricultural soil at the lowest possible cost [Lemieux, 1993]. Agricultural land was «extracted» from the forest. The forest can now help degraded soils by keeping them alive and microbiologically diversified. Ramial chipped wood is a good tool available to all societies, even the poorest, to reverse soil degradation and desertification. As we are now aware of the major role of RCWs upon the formation of a highly reactive humus system, our attitude toward the forest will have to change. Instead of depleting our natural forests as we now do to grow commodity trees, we must grow «forest ecosystems» and tend them like perennial gardens. From an enemy, the forest must become a friend. From a resource to be exploited for immediate profit, it must become the source of infinite wealth. RCWs must be carefully looked at in both the southern and the northern hemispheres. More than 75% of nutrients are stored in twigs. Twigs are the center of life, stemwood being the result of the whole crown activity. Twigs, once chipped and brought in close contact with the soil, momentarily replace the rootlets that are constantly transformed into short-lived aggregates Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 13 by the soil microorganisms. These aggregates are the managers of soil nutrients and energy for the ecosystem's own sake. They enable biological actors to play their vital role, from virus to mammals, using available energy and nutrients. It is of prime importance to understand and visualize the whole picture and the role played by each actor in this formidable evolution of nature's work from which we now benefit after so many millions of years. Time has come for large-scale worldwide organizations to deal with planetary problems. RCWs are the key to understanding the biological basics of our terrestrial ecosystems. They allow for scientific experimental methods to develop. There is no doubt concerning the value of RCWs and their positive impact in pedogenesis, which is a universal process. This universal biological material will have a direct effect in the short term as well as in the long term on soil, crops, economy and on both human and animal societies. It will be seen as one of the most important biotechnological contributions of this century [Lemieux (1993)]. BIBLIOGRAPHY Guay, E. Lachance, L. & Lapointe R.A. (1982) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Rapports techniques 1 et 2, Ministère des Terres et Forêts du Québec, Québec. 74 pages. Guay, E. Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) «La restructuration humique des sols» Ministère des Forêts du Québec et Université Laval, ISBN 2-550-22289-X FQ91-3070 , 14 pages. Koslowsky, G. & Winget, C.H. (1964) «The role of reserves in leaves, branches, stems and roots on shoots and growth of Red Pine» Amer. Journ. Bot. 52: 522-529. Lemieux, G. 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Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. (1993) «Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés» édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec (Canada) ISBN 2- 550-28792-4 FQ94-3014, 187 pages. Leisola, M.S.A & Garcia, S. (1989) «Lignin degradation mechanism» in «Enzyme systems for lignocellulose degradation» Galway, Ireland, Elsevier publication pp 89-99. Seck, M.A. (1993) «Essais de fertilisation organique avec les bois raméaux fragmentés de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal) in Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés» édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec (Canada) ISBN 2-550-28792-4 FQ94-3014, p. 36-41. Swift, M.J. (1976) «Species diversity and structure of microbial communities» in J.M. Anderson & A. MacFaden editors Decomposition processes Blackwell Scientific Publications, Oxford, p. 185-222. Toutain, F. (1993) «Biodégradation et humification des résidus végétaux dans le sol: évolution des bois raméaux (étude préliminaire)» in «Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés» édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec (Canada) ISBN 2-550-28792-4 FQ94-3014, p. 103-110. ISBN -2- 921728 - 07 - 9 Dépôt légal : Bibliothèque nationale du Québec 1994 décembre 1994 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada publication n°50 courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-07-9 Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 15 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Dixième conférence internationale de l'INTERNATIONAL FEDERATION OF ORGANIC AGRICULTURE MOVEMENTS (IFOAM) Lincoln University Chrtistchurch Nouvelle-Zélande «RAMIAL CHIPPED WOOD: A BASIC TOOL FOR REGENERATING SOILS» par Céline Caron agro-écologiste décembre 1994 Publication n° 50 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 2 RAMIAL CHIPPED WOOD: A BASIC TOOL FOR REGENERATING SOILS by: Céline Caron Most of the world's agricultural land has been claimed from the forest, with the exception of the Asian steppes, the South American pampas and the North American central prairies. The most fertile agricultural regions were once hardwood forests, especially climax oak forests. The link between the forest and cultivated fields has been forgotten. The lack of ecological foresight and care for the soil and its fundamental biology has devastating consequences. It is a major cause of the actual agricultural crisis. It is leading directly to economic bankruptcy and human starvation. The only difference between a forest and a farm is time, which allows the growth of the crops to become usable or marketable. The shorter growing time required for farm crops partly explains why soil research has been directed mostly to managed agricultural systems. The misunderstanding of the natural forest ecosystems, especially the forest soils, is so deep that all silvicultural practices use agriculture as a reference model. In agriculture, as well as forestry, the entire focus has been placed on mineralization, with little work done on, or interest shown for, humification which regulates mineralization and fertility. The lignin of Angiosperms is central to humification and biological controls of fertility. It has a profound impact on most mesic soils through the multilevel life they bear. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 3 A close look at a forest ecosystem shows a fast transformation of plant tissues into nutrients by soil microorganisms. Nutrients are bound to the organo-mineral complex and are made available as needed for plant growth. In temperate forests, under a deciduous tree canopy ,this organo- mineral humic complex is stable within an internal biological cycle. It becomes fragile under tropical conditions. It has several roles and therefore must be closely examined. The ramial chipped wood (RCW) story began in the mid- seventies when Mr. R. Edgar Guay, former Land and Forest deputy minister in Québec, began searching for new products that could be derived from the huge piles of residues remaining after logging operations: the branches. He linked two techniques: the sheet-composting method, developed in the USA, and the brush-composting method, developed by Jean Pain in France. The first field experiments with ramial wood from deciduous tree trimmings were made during the 1978 summer drought using the sheet composting method. A first set of chemical analyses has shown a good balance of proteins, celluloses, lignin, sugars, starch, pectin, including most chemical nutrients. The C/N ratio ranges from 30/1 to 150/1 while stemwood C/N ratio ranges from 400/1 to 750/1. The research was pursued with enthusiasm and led to unexpected results. The soil-upgrading science was born, based on pedogenesis concepts. A research team nucleus was formed, with Mr. Lionel Lachance and Mr. R. Alban Lapointe joining Mr. Guay. In 1982, Professor Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 4 Gilles Lemieux, from the Faculty of Forestry at Laval University, was asked to provide answers on the mechanisms involved. Scanning scientific literature for clues has shown no conclusive results. Koslwosky and Winget (1964) paid attention to the nutrient content of branches with no other concerns. Nothing was found in the literature on chipped branches and their contribution to agricultural-soil-upgrading mechanisms. The name and description of «ramial wood» was given in 1986 (Lemieux) under the French name of «bois raméal». Since the method put forward by Guay, Lachance & Lapointe (1981) was based on chipping, this «new material» was then called «Bois Raméal Fragmenté or BRF» in French, «Ramial Chipped Wood or RCW» in English (1992), «Fragmentiertes Zweigholz or FZH» in German (1992), «Madera Rameal Fragmentada or MRF» in Spanish (1994), «Aparas de Ramos Fragmentados or ARF» (1993) in Portugese and «Ramoscelli Frammentati or RF» in Italian (1993). "Ramial wood" refers to twigs having less than 7 cm in diameter. They contain soluble or little-polymerized lignin, the base for soil aggregates and highly reactive humus. These small-size branches are not used as firewood, even in the poorest tropical countries. Although fungi are most important for humus formation and cycling, the humic system performs best when fungi are associated with the fungivore soil mesofauna. This process, linked to virus, algae and protozoa, makes nutrients available when needed by plants. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 5 The basic mechanisms lie in the role played by «white rots» which use enzymatic systems to produce both fulvic and humic acids from lignin, the base for aggregate formation (Leisola & Garcia 1989). The best results are achieved with deciduous trees due the chemical structure of their lignin. Evergreens perform poorly, due to the transformation of their lignin by «brown rots» which produce polyphenols and aliphatic compounds (Swift [1991], Larochelle [1993]). Fifteen years of continuous experiments in both forestry and agriculture provide the following facts: • Ramial wood has both non-polymerized and soluble lignin (Lemieux 1993); • The total amount of lignin related to cellulose is much higher than in stemwood; • Chipping or crushing ramial wood encourages fast entry of soil microorganisms, enabling both nutrients and energy to be transferred to the humus complex (Lemieux 1993); • This upgrading process leads to three types of organic matter: inherited, soluble and organo-mineral aggregates (Toutain 1993). The «Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux» now has a membership of fifteen scientists from various fields of the scientific community. Data from various experiments has been collected over the years. Some results are being released. The most promising observations from a 350- plot experimental site are: • Better soil water conservation Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 6 • A pH increase from 0.4 to 1.2 within two years • A yield increase ranging from 30% to 300% • A noticeable increase in frost and drought resistance • More developed and highly-mycorrhized root systems • Fewer and less diversified weeds • A decrease or complete elimination of pests • Enhanced flavor in fruit production • Higher dry matter, phosphorus, potassium and magnesium content in potato tubers • A soil turning from pale to deep brown in the same season • Selective natural germination of tree seeds • A thick moder turning into a soft mull under a sugar maple canopy. AGRICULTURE Experiments with RCWs on wheat, oats, potatoes and strawberries in the late seventies have shown spectacular results with regard to yield increase, water availability, pest and disease control, as well as frost and drought resistance. In addition, the soil has evolved towards an increase in organic matter, pH values and nitrogen availability. After a single application of 200m 3 /ha, the soil-upgrading beneficial effects can be clearly perceived ten years later. Under tropical conditions, a set of experiments with the bitter tomato (Solanum æthiopicum), using RCWs obtained from Casuarina equisetifolia, gave even better results in Sénégal (Seck 1993). Fruit yield Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 7 doubled within a period of 43 days . Fewer weeds were reported, as well as a decrease of more than 50% in water needs and, moreover, a complete control of root nematodes, the worst and most costly pest in garden vegetable growing. Experiments are underway in the Dominican Republic with various crops such as bananas, strawberries, coffee, grapes and reforestation projects, using local species of trees for RCW production. Another project, established recently on the high plateau of the Bouaké region in Ivory Coast with maize and dry rice, is giving astonishing results in a rather short span of time. Similar effects on soil and crops occur in both tropical and temperate climates, the latter being more spectacular in the short run. The soil upgrading effect of RCWs arises from the microbiological process. It is a universal pedogenetic process which deals with humification first with emphasis on nutrient management and availability as well as storage for plant needs. Adding RCWs to agricultural soils allows the recovery of all typical biological, chemical and physical features of forest soils lost by the suppression of the forest canopy. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 8 FORESTRY Thirty experimental plots were established in the spring of 1983 on an open sterile soil known as such for half a century, surrounded by a mature balsam fir/white spruce forest. In 1985, another 30 plots were established under a sugar maple canopy (Lemieux & Toutain 1992). Some major points must be underlined: Under forest canopy RCWs from a high-quality sugar maple stand were used. In mid-summer, all litter from the previous fall was integrated into the soil ecosystem. Some minor changes in vegetation were noticed after four years. Humus status has completely changed from a thick moder to a mull after five years, reversing the podzolic process to a brown soil. Species from rich stands such as red oak, sugar maple, beech, yellow birch, linden and ash, gave much better results than those from poor-quality stands such as red maple or trembling aspen. A mixture of species is preferable. On sterile degraded soil • New seedlings of various local tree species appeared between the third and the fifth year. • The seeds came from the surrounding forest ecosystem. • RCWs from rich stands gave better results in terms of regeneration than those from poor stands. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 9 • Depending on the species used, all from the same rich stand, some RCWs promoted deciduous tree seedlings while others gave conifers, mostly white spruce (Picea glauca). Ten years of observations and measurements is a short period of time in the life of a forest ecosystem, but they bring to light some fundamental questions and answers. The humic system is involved, an element never taken into account in any management plan. METHODS AND TOOLS The basic methods called «Sylvagraire» for agriculture and «Sylvasol» for forestry are better known. They give the best low-cost results. RCWs must not be composted nor ploughed under but spread in a layer not thicker than 2.5 cm, 1.5 cm being the optimum. The upgrading mechanisms best perform when RCWs are mixed with the first 5 cm of the topsoil. The fundamental mechanism relies on massive entry of soil microorganisms into the twigs; therefore, chipping or crushing them is necessary. Effective for twigs less than 3 cm in diameter are pruning shears, machetes and brush axes. The material can first be cut into 15 cm lengths, then the pieces bruised, scarred, scraped, beaten or raked with a large, sharp hoe-type mattock to provide as many entry points as possible to speed the proliferation of microorganisms as soon as RCWs are spread. Softwood branches can also be pounded with a rock. A second-hand forage harvester does a good job on farms. Chipping or crushing can be custom-made or Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 10 chipping devices collectively owned. Many types of chipping devices can be found on the market. Mechanized chipping is costly in both labour and money. Fifteen hours are needed to produce enough RCWs for a surface application of 150 m 3 /ha, the quantity needed to enhance the quality of soil and crops for the next five years under temperate climate conditions. A RCW soil amendment should be perceived as an investment, redeemed over a period of 10 to 15 years. Two projects are now underway to improve machinery for forestry needs, reducing the chipping costs of slash from 2 000 Can$ to less than 800 Can$ per hectare. Chipping on site offers several advantages including reduction in forest fire hazards while enhancing soil quality and productivity. It is the most efficient and the least costly soil-conservation practice one can foresee so far. RAMIAL CHIPPED WOOD SOURCES Trimming trees along public roads produce between 200 000 and 300 000 tons of RCWs yearly in Québec and no access cost is involved. Two large public companies, Hydro-Québec and REXFOR, both in Québec, produce an abundance of RCWs. An effective collection and distribution system must be put in place to use these RCWs wisely for soil regeneration. Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 11 With modern forest operation techniques, the whole tree is removed from the site. This practice seems to be more economical at the moment, but it is not in the long run and is unsustainable. Ramial wood must be chipped and spread on site as part of every tree logging operation. Burning ramial wood, letting it rot in piles or burrying it in landfills is a tremendous waste of a highly valuable organic matter. Using ramial wood does not mean the destruction of the remaining natural forests nor the reduction of the turnover process by clearing the understory brush. It means bringing slash residues to a new life as a source of energy and nutrients instead of burning them. It also means intercropping with deciduous shrubs and planting hedges around cultivated fields. Adding RCW production to the many benefits of hedges could become part of any farm operation, especially where farming is not associated with livestock. Importing animal manures or growing green manures is expensive and only deals with mineralization, while RCWs deal with humification and nutrient management and are more valuable over a long period of time. Local small- scale reforestation for RCW production can be envisaged for gardening and horticultural purposes. Coppicing trees might also be a source of RCWs in some countries. CONCLUSIONS Branches and brushes were always perceived as a sign of poverty for centuries and as trash in the modern forest economy that has developed during the last century. A first assessment of small branch Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 12 production shows a mere 100 000 000 tons per annum for Québec alone and probably billions of tons throughout the world. Small-diameter branches can be transformed into a «soil food». Feeding soil microfauna and microflora is more likely to bring mid- and long-term benefits to both agricultural and forest ecosystems in redeeming costs and increasing benefits. RCWs represent the only large-scale upgrading technology. It involves a large number of shrub and tree species resulting in variable responses, all positive with regard to enhancement of the humic system. RCWs bring the benefits of the forest soil to the agricultural soil at the lowest possible cost [Lemieux, 1993]. Agricultural land was «extracted» from the forest. The forest can now help degraded soils by keeping them alive and microbiologically diversified. Ramial chipped wood is a good tool available to all societies, even the poorest, to reverse soil degradation and desertification. As we are now aware of the major role of RCWs upon the formation of a highly reactive humus system, our attitude toward the forest will have to change. Instead of depleting our natural forests as we now do to grow commodity trees, we must grow «forest ecosystems» and tend them like perennial gardens. From an enemy, the forest must become a friend. From a resource to be exploited for immediate profit, it must become the source of infinite wealth. RCWs must be carefully looked at in both the southern and the northern hemispheres. More than 75% of nutrients are stored in twigs. Twigs are the center of life, stemwood being the result of the whole crown activity. Twigs, once chipped and brought in close contact with the soil, momentarily replace the rootlets that are constantly transformed into short-lived aggregates Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 13 by the soil microorganisms. These aggregates are the managers of soil nutrients and energy for the ecosystem's own sake. They enable biological actors to play their vital role, from virus to mammals, using available energy and nutrients. It is of prime importance to understand and visualize the whole picture and the role played by each actor in this formidable evolution of nature's work from which we now benefit after so many millions of years. Time has come for large-scale worldwide organizations to deal with planetary problems. RCWs are the key to understanding the biological basics of our terrestrial ecosystems. They allow for scientific experimental methods to develop. There is no doubt concerning the value of RCWs and their positive impact in pedogenesis, which is a universal process. This universal biological material will have a direct effect in the short term as well as in the long term on soil, crops, economy and on both human and animal societies. It will be seen as one of the most important biotechnological contributions of this century [Lemieux (1993)]. BIBLIOGRAPHY Guay, E. Lachance, L. & Lapointe R.A. (1982) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Rapports techniques 1 et 2, Ministère des Terres et Forêts du Québec, Québec. 74 pages. Guay, E. Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) «La restructuration humique des sols» Ministère des Forêts du Québec et Université Laval, ISBN 2-550-22289-X FQ91-3070 , 14 pages. Koslowsky, G. & Winget, C.H. (1964) «The role of reserves in leaves, branches, stems and roots on shoots and growth of Red Pine» Amer. Journ. Bot. 52: 522-529. Lemieux, G. 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[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-07-9 Ramial Chipped Wood..... Céline Caron, QUÉBEC, Canada IFOAM, Lincoln University, N.Z. 1994 15 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Symposium du 50 e anniversaire de la FAO, Québec. 28 octobre 1995 Document de proposition d'une étude de cas dans le cadre du Symposium de Québec «Les nouvelles technologies ne sont -elles que des modes ou de réels outils de développement en vue de répondre aux impératifs de la sécurité alimentaire?» par le Professeur Gilles Lemieux et Jean-Pierre Tétreault. biol Publication n° 53 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» THÈME 3 sous-thème 9 Les nouvelles technologies (comme les technologies de l'information et la biotechnologie) ne sont-elles que des modes ou de réels outils de développement en vue de répondre aux impératifs de la sécurité alimentaire? 1.0 Sommaire exécutif Bien que la forêt et l'agriculture soient perçues comme étant des entités séparées, dont la complémentarité n'est perceptible qu'au niveau de l'utilisation humaine, la réalité est toute autre. Toutes les terres agricoles utilisées par l'Homme, sous tous les cieux sont d'origine forestière et encore plus spécifiquement de la forêt feuillue. Ceci nous a mené à nous interroger sur la raison profonde de cet état de fait. Nous avons été conduit à nous intéresser aux caractéristiques biologiques fondamentales, alors que les connaissances actuelles portent avant tout sur les caractéristiques physiques et chimiques des écosystèmes, avec une emphase sur les dérèglements dits «pathologiques». Nous avons ainsi reconnu que le seul élément pérenne de tous ces écosystèmes était celui du système biologique édaphique, connu sous le nom de système humique. Beaucoup d'auteurs reconnaissent sa complexité, mais peu se sont penchés sur son dynamisme. Les études portant sur les polyphénols et les complexes tanins-protéines montrent l'importance de la lignine et de sa structure dans la dynamique et la gestion de l'eau d'une part, et des nutriments d'autre part, dans les cycles annuels forestiers. De nombreuses études portant sur la dépolymérisation enzymatique de la lignine nous ont mis sur une piste particulièrement favorable à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème édaphique. La relation des Basidiomycètes avec la lignine des feuillus est de loin la plus fertile; elle amène la formation d'agrégats composés des fractions humiques et fulviques, sous l'action d'enzymes spécifiques comme la lignoperoxydase. 2 Toutefois, ces agrégats ont une vie relativement brève, puisqu'ils font l'objet de prédation de la part des micro-organismes et doivent être constamment renouvelés. Ce renouvellement se fera donc à partir des petites racines contenant de la lignine soluble ou peu Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» polymérisée, ainsi que des débris provenant de la cime des arbres (feuilles et ramilles). La disparition de la forêt donnera donc, dans un premier temps, une abondance de fertilité et de productivité, puisque tout le système humique est métabolisé, restituant ainsi les nutriments engagés dans des cycles complexes. Après quelques années sous des conditions tropicales, et quelques décennies sous des climats tempérés, tout s'effondre. Nous avons regardé quelles pourraient être les sources de matériaux susceptibles de remettre le «système humique d'origine forestière sur les rails». Nous en sommes venus à la conclusion que sous toutes les latitudes, les résidus de coupe n'avaient jamais été utilisés sous la forme de petits rameaux. Dans les pays les plus pauvres, ils sont laissés pour compte à pourrir ou à brûler. Ainsi, nous avons décrit sous le nom de bois raméal, ces rameaux non utilisés comme bois de chauffe et dont la production mondiale s'élève à des milliards de tonnes annuellement. Pour transformer au sol ce matériau contenant celluloses, lignine et protéines, nous avons imaginé de fragmenter ces rameaux en petits morceaux ou de les défibrer en les écrasant entre des pierres. Ils sont par la suite mélangés avec les premiers centimètres du sol, pour ainsi forcer l'«infection» des Basidiomycètes dans les tissus et transformer la lignine, tout en introduisant l'énergie des parties cellulosiques dans le complexe organo-minéral vivant. La formation des agrégats propres aux sols fertiles s'accompagne, après quelques mois seulement en climat tempéré, d'une mélanisation caractéristique, une augmentation du pH ou une réduction, selon le cas, tendant vers la neutralité, avec une stabilisation du rapport C/N entre 40/1 et 20/1. Il en va de même du taux de matière organique. Le cycle nécessaire à la gestion de la croissance des plantes est rétabli, donnant ainsi toutes les conditions forestières au sols agricoles, sans la présence des arbres cette fois, mais avec tous les bénéfices qu'ils apportent. Tous les projets mis de l'avant nous ont donné des augmentations allant de 30 % à 300 % selon les cultures. En climat tropical, ces rendements ont augmenté de 100 % à 200 % après deux ans, avec en surprime, une diminution draconienne de parasites comme les nématodes, ainsi que de l'agressivité des 3 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» mauvaises herbes, sans apport d'engrais ou de produits antiparasitaires. Nous sommes maintenant certains d'avoir mis au jour un processus fondamental, universel et peu coûteux, utilisant un matériau présent sous tous les cieux, d'une grande complexité, permettant de retrouver les conditions antérieures aux dégradations actuelles et permettant d'assurer aux plus démunis une sécurité alimentaire et forestière. La forêt retourne donc a son rôle primitif en assurant la pérennité de l'écosystème, la gestion de l'eau et la stabilisation des sols. Ceci représente la base de la lutte à la désertification, la perte des sols, le contrôle de l'eau et la sécurité alimentaire pour une grande partie de l'humanité. Nous pouvons ainsi prétendre à une interprétation fondamentalement différente de la notion de «biomasse», telle que définie depuis deux décennies. Nous mettons actuellement sur le même pied tout ce qui est d'origine organique, en tant que source énergétique ou «fertilisante», après dégradations et pertes énormes sans aucune raison véritable sinon d'imiter les fumiers. C'est une conception inadéquate pour la majorité des pays, en particulier dans les régions tropicales et subtropicales, voire méditerranéennes. Nous apportons ainsi une nouvelle dimension à l'agriculture, ses techniques et produits «fertilisants», ainsi qu'à la notion de fertilisant même. Nous rejoignons et stimulons tous les processus propres à la pédogénèse. 2.0 Contexte du projet Le projet a été initié au milieu des années 70 par monsieur R. Edgar Guay, alors sous-ministre au ministère des Forêts du Québec, dans le contexte de l'appauvrissement des populations rurales et de leur déplacement, associés à une dégradation des forêts par surexploitaion dans un contexte économique frénétique. Constatant le sous-développement chronique des milieux paysans, forestiers en particulier, il chercha de nouveaux produits et de nouveaux emplois pour ce secteur en voie de déchéance sociale. Il combina donc deux techniques connues. La première est le «sheet composting» développée aux USA, c'est-à-dire l'épandage en surface du sol de déchets ou d'ordures ménagères associés au sol par un hersage léger, sans labour ni enfouissement . La seconde consistait à utiliser le bois 4 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» de petits rameaux fragmentés en petits morceaux, comme le préconise la méthode initiée par Jean Pain en France, mais sans compostage en tas, en appliquant ces petits morceaux sur le sol selon la méthode du «sheet composting». Les résultats ne furent pas longs à se manifester, et après 90 jours, le champ de blé traité était sauvé de la sécheresse et le sol, transformé en mull. Nous avons conclu que nous entrions dans un immense processus naturel susceptible de bouleverser les règles actuelles, non seulement au point de vue scientifique, mais également au point de vue économique et social. Il restait à prouver que nous étions en face de mécanismes puissants et que les phénomènes que nous observions étaient universels et qu'ils pouvaient s'appliquer sous tous les cieux de la planète. Les objectifs que nous poursuivons depuis le début sont toujours les mêmes et se précisent de plus en plus . En agriculture: a) nourrir le sol puisqu'il est vivant et qu'il gère l'ensemble des processus de nutrition végétale, b) favoriser sa structuration, pour en assurer la stabilité de même que la conservation et la gestion de l'eau, c) augmenter la productivité végétale, d) contrôler les principaux prédateurs des cultures, e) diminuer l'agressivité et le nombre de mauvaises herbes. En foresterie: a) diminuer les risques d'incendies forestiers après abattage, b) réintroduire dans l'écosystème édaphique l'ensemble des nutriments et de l'énergie contenu dans la ramure des arbres abattus, c) stopper l'érosion et stimuler la régénération naturelle pour remplacer le coût très élevé des plantations artificielles d) protéger les gisements aquifères et favoriser le cycle naturel de l'eau dans les pays fragiles à ce chapitre. 3.0 Description du projet. Le projet consiste à à utiliser les rameaux de Dicotylédones ligneuses de moins de 7 cm de diamètre de préférence, qui ne sont jamais utilisés comme bois de feux et le plus souvent laissés à la pourriture ou à une alimentation partielle du bétail bovin ou caprin. Ceci a donc fait du BOIS RAMÉAL un symbole de pauvreté, bien qu'il soit l'un des matériaux biologiques les plus riches de la terre; ceci s'est vérifié sur tous les continents que nous avons visités. Après fragmentation, nous avons donné le nom de BRF à ce nouveau 5 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» matériau (Bois Raméal Fragmenté). «Ramial Chipped Wood ou RCW» en anglais (1992), «Fragmentiertes Zweigholz ou FZH» en allemand (1992), «Madera Rameal Fragmentada ou MRF» en espagnol (1994), «Aparas de Ramos Fragmentados ou ARF» (1993) en portugais, et «Ramoscelli Frammentati ou RF» en italien (1993). Méthodologie Nous avons fragmenté et appliqué les rameaux directement au sol pour forcer l'infection par la microflore, permettant ainsi le développement de la microfaune édaphique, seule capable d'intégrer le matériau au sol et d'en faire de l'humus. (Anderson, J.M. [1988], Anderson, R,V., Coleman, & Cole [1981], Boddy, [1983] Swift, Heal & Anderson, J.M. [1979], Larochelle [1993], Lemieux [1994], Lemieux & Toutain [1992], Pagé [1993], Toutain [1993]). Au début, la fragmentation a été réalisée à l'aide d'appareils destinés à la fragmentation des rameaux en milieux urbains. Puis, nous avons fait appel à des appareils plus spécialisés pour finalement, mettre l'emphase sur l'utilisation d'appareils d'origine agricole comme les fourragères. En milieux tropicaux, nous avons favorisé la fragmentation manuelle à l'aide de machettes en utilisant une méthode plus simple, le défibrage par écrasement des rameaux entre de simples pierres. Malgré des résultats spectaculaires à tous les points de vue, ce n'est que récemment que nous avons pu poser les bases fondamentales des mécanismes en cause, puisque les découvertes ne datent que de quelques années à peine. L'hypothèse de travail, qui ne cesse de se vérifier, repose sur l'utilisation par les Basidiomycètes de la lignine jeune ou peu polymérisée des rameaux de feuillus ligneux Dicotylédones pour élaborer deux facteurs fondamentaux, les acides fulvique et humique (Garcia, Latge, Prévost & Leisola [1987], Lewis, Razal & Yamamoto [1987], Kirk & Farrell [1987], Leisola & Garcia [1989], Tien & Kirk [1983]). Ainsi, les rameaux transformés en BRF doivent-ils être mis en contact avec le sol, par hersage en milieu agricole (méthode «SLVAGRAIRE») ou sous la forme de paillis ou litière artificielle en milieu forestier (méthode «Sylvasol»). 6 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» Les résultats attendus sont la restructuration du sol par la formation de nouveaux agrégats, une réduction des polyphénols, des substances aliphatiques ainsi que des acides aminés libres du sol, un changement complet du métabolisme microbien avec augmentation ou réduction du pH par une plus grande capacité de chélation du fer en particulier, d'où un impact positif important sur les processus de podzolization en climat tempéré et de feralisation en climat tropical. La réversion du processus de podzolisation a été observée (Lemieux & Toutain [1992]. L'importance des processus auxquels nous nous sommes attaqués a nécessité beaucoup de réflexion, perspicacité et patience. Ainsi, les débuts ont été facilités par les ministères québécois de l'Agriculture et des Forêts, avec l'appui de la société Hydro-Québec, fournissant les premiers matériaux et de nombreux sites expérimentaux. Plus tard, à partir de 1989, la société d'état REXFOR nous appuyait dans la mise sur pied de plusieurs expériences forestières qui sont toujours en cours et qui permettront les premières publications à compter de 1996. En Europe, nous avons la complicité du Prof. Kilbertus de l'Université de Nancy, celle du Professeur Toutain du Centre de Pédologie Biologique au CNRS de Nancy, ainsi que celle du D r Ponge du Muséum National d'Histoire Naturelle. Nos coopérations s'étendent également en Belgique avec le Comité Jean Pain, et au Portugal avec le ministère de l'Agriculture à Oeiras dans la banlieue de Lisbonne. En milieu tropical, nous bénéficions de l'appui de l'ACDI avec un projet initié au Sénégal sous la double responsabilité de l'Université de Dakar et de celle de Laval. Un second projet vient de prendre corps à travers l'Institut Africain des Savanes à Bouaké en Côte d'Ivoire où nous espérons une coopération d'une université anglophone au Québec. Le Professeur Badibanga, de l'Université de Moncton au Nouveau Brunswick (Canada), est à mettre sur pied un autre projet au Bénin. En Amérique latine, plusieurs projets ont vu le jour en République Dominicaine sous l'égide d'associations locales et financés en partie par la Fundación Falconbrige, sous la responsabilité de l'Université Pedro Henriquez Ureña de Santo- Domingo. Nous y avons l'appui du Dr Ortiz Quezada, doyen de la faculté d'Agriculture, ainsi que du Professeur José Marcano du Département des ressources naturelles. 7 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» 4.0 Déroulement du projet Le projet a ceci d'original qu'il a pris naissance sous nos conditions de climat tempéré; puis, après plusieurs années, s'est transposé en climat tropical étant donné l'universalité des méchanismes en cause. Il y a en plus deux volets tout à fait complémentaires que sont la forêt et l'agriculture. En climat tempéré a) l'expérimentation agricole Les premières expériences remontent à la fin des années 70 et ont fait l'objet de deux rapports publiés simultanément en 1982 (Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture, (Guay, Lachance et Lapointe, [1982], Tremblay [1985]). En 1994, Larochelle dépose son mémoire de maîtrise portant sur la stimulation de la mésofaune en agriculture. b) l'expérimentation forestière L'importance et la nouveauté du matériau et des résultats incitèrent à monter un dispositif plus élaboré et surtout plus diversifié en milieu forestier, ainsi qu'à délimiter des parcelles plus vastes sur le terrain (Dunnigan [1987]). De 1985 à 1994, près d'une cinquantaine de publications virent le jour portant sur la question des BRF dans le cadre technique, scientifique, économique et social dérivant directement de nos travaux, dont plusieurs touchent les pays tropicaux. Le publications sont faites en français, quelques unes en anglais, allemand ou espagnol. Dans tous les cas, l'expérimentation agricole et forestière a été faite chez des paysans ou des forestiers sans appui financier de l'État. Le caractère «insolite» de nos résultats nous ont confiné à la portion congru en ce qui regarde le financement des travaux. Tout a été accompli d'une façon spontanée et sans financement. La coopération et les observations ont été les moteurs de tout ce développement entre individus et entre institutions. Au Québec, il nous est difficile de mesurer l'impact de nos travaux si ce n'est que par les programmes de distribution des BRF financés par Hydro-Québec ou encore l'acceptation de financer la fragmentation des résidus de coupe dans les programmes d'aménagement forestiers 8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» actuels. Aucun programme d'évaluation n'a été institué à notre connaissance malgré les fortes sommes investies. En climat tropical a) Sénégal Le premier programme de recherche et de diffusion, convenablement identifié et financé, a pris naissance au Sénégal dans le cadre du programme canadien Conservation des Terroirs du littoral à Notto à l'est de Dakar. De petite envergure, il a été amorcé par des paysans qui ont tout de suite réalisé l'effet des BRF sur la culture de la tomate amère (Solanum æthiopicum) Ce projet, entrepris conjointement avec l'Université de Dakar, et sous la responsabilité du D r Seck de l'Ecole Nationale Supérieure de Technologie, a fait l'objet d'une première publication lors du colloque international de Val d'Irène au Québec (Seck [1993]). Des discussions sont en cours pour un financement plus adéquat par le Centre de recherche en développement international du gouvernement canadien. Nous espérons que M. Larochelle pourra ainsi faire sa recherche de doctorat sur les mécanismes en cause, tant au Sénégal qu'au Québec. Le projet sénégalais sur les BRF est fortement intégré au programme canadien dans ce pays et est assuré d'un financement pour les sept prochaines années. b) Côte d'Ivoire Un autre projet en est à ces débuts à Bouaké en Côte d'Ivoire concernant la culture du maïs et éventuellement du riz sur les hauts plateaux. Il est initié par M me Despatie et par le D r Aman de l'Institut Africain des Savannes. Ici également, nous cherchons le financement des travaux de terrain par le CRDI, dans le cadre du doctorat de M me Despatie de concert avec le D r Furlan d'Agriculture Canada. c) République Dominicaine Un série de rencontres et de conférences, suivies d'un séminar à l'Université Pedro Henriquez Ureña s'est concrétisée grâce au financement de la Fundación Falconbride dirigée par M me Erelis Rodriguez et l'appui indéfectible du Chargé d'affaires canadien, M. 9 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» Louis Guay..Pendant plus de deux semaines, nous avons rencontré les groupes suivants sur le terrain : D r Roberto Berges, recteur, D r Rafael Ortiz Quezada, doyen, et le Prof. José Marcano de l'Université Pedro Henriquez Ureña. M. Adan Mendez Gomez, FAO, Republica Dominicana. Sr. Raúl Pineda -Instituto Interamericano de Cooperacion para la Agricultura. Instituto Agronomico Salesiano de La Vega. Enda Caribe. Associacion para el Desarrollo de San José de Ocoa Banco Commercio de Neiba. Fundacion Dominicana del Desarrollo. Fundacion de Apoyo al Sureste (FUNDASUR). Fundacion de Desarrollo Agropucuario. Fundacion Progressio. Fundacion para el Desarrollo de la Comunidad Integral de Pedernales (FUNDACIPE). Comision Nacional Tecnica Forestal (CONATEF). Plan Sierra. Les rencontres ont eu lieu au début de cette année et les projets sur le terrain, au nombre d'une trentaine, ont été mis en place dès mai 1994. Nous nous sommes entretenu sur le terrain avec plus de 200 paysans et techniciens. Les résultats après 90 jours sont semblables à ceux obtenus au Québec, au Sénégal et en Côte d'Ivoire, tout particulièrement en ce qui regarde le maïs. Les projets seront revus en novembre 1994 et en février 1995. 5.0 Conclusions et leçons apprises Les conclusions que nous apportons ici sont de plusieurs ordres set les leçons apprises plus nombreuses encore. Plusieurs rencontres internationales et discussions avec des spécialistes corroborées par une étude de la littérature scientifique des cinquante dernières années, nous confortent dans les énoncés suivants: a) pour la première fois, nous observons un ensemble de phénomènes traitant de la pédogénèse plutôt que de la fertilisation, b) le phénomène pédogénétique enclenché par les BRF est universel, 10 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» c) il tient de l'entropie exprimée dans le vocabulaire de la thermodynamique en augmentant l'énergie du sol, sa biodiversité ainsi que celle de l'écosystème épigé, d) pour la première fois, nous pouvons mettre l'emphase sur l'humification à court et long terme, par opposition à la minéralisation invoquée dans toutes les techniques actuelles, e) nous ouvrons une porte à la compréhension du rôle de la lignine et de sa qualité dans les mécanismes intimes de la pédogénèse, f) par des techniques simples, nous permettons l'utilisation d'une production végétale de plusieurs milliards de tonnes annuellement, particulièrement dans les régions chaudes de la planète, et qui n'a jamais été perçue comme une valeur dans tous les pays du monde, g) ce «nouveau matériau», en plus d'augmenter la qualité du sol et sa productivité permet de modifier les points suivante: 1) correction positive du rapport C/N, 2) formation des agrégats du sol sous la forme d'un mull, 3) rééquilibrage du pH vers la neutralité, 4) diminution de l'occurrence de certains insectes, maladies ou prédateurs, 5) augmentation de la biomasse des cultures au regard du taux matière sèche ou de leurs qualités organoleptiques, 6) diminution sensible de l'érosion du sol. 7) réduction des risques d'incendies forestiers après abattage, 8) augmentation des réserves d'eau dans le sol, 9) évite les pertes de nutriments et d'énergie du sol en systèmes forestiers, 10) remet en cause la notion de «matière organique» telle que nous la concevons actuellement. Au chapitre des leçons apprises, la première est sans doute celle de notre perception du sol, en cette fin de millénaire, basée uniquement sur l'utilisation agricole que nous en faisons, et plus précisément sur la minéralisation. La transposition de cette perception en forêt a vraisemblablement stérilisé toute l'approche scientifique de ce siècle. L'utilisation et le développement du concept de BRF nous forcent à véritablement regarder l'origine des sols agricoles et d'en déduire un grand nombre de règles fondamentales mais inconcevables jusqu'ici. L'universalité de la ressource «bois raméal» permet d'espérer la mise en place de techniques simples, basées sur la pédogénèse, plutôt que 11 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» sur une «fertilisation» le plus souvent perçue comme «miraculeuse», avec toutes les dépendances qu'une telle vue suscite. Restent les techniques de production du «bois raméal» et de l'organisation sociale nécessaire qui, à notre expérience, seront très variables d'un pays, voire d'un continent à l'autre. Ainsi, l'utilisation du bois de baobab (Adansonia digitata) à la tige gorgée d'eau en période de grandes sécheresses en l'enfouissant au sol, peut être un exemple à utiliser auprès des paysans sénégalais pour promouvoir cette technique des BRF. Au Burkina Faso, un frein peut être posé à l'implantation de cette technique: la plantation d'arbres ou d'arbustes signifie que le paysan réclame et obtiendra le droit de possession exclusive de ce lopin de terre, d'où la grande difficulté de produire des BRF localement, sans perturbations sociales importantes par rapport à la tradition communautaire de la possession du sol. Il en sera autrement en Amérique latine, où la notion de propriété privée existe et même exagérée à certains points de vue. Il sera plus facile de faire la promotion d'un matériau que tous s'empresseront de produire chez eux, à travers le système coopératif ou autrement. En conclusion, nous ne pouvons passer sous silence l'importance universelle des techniques reliées aux BRF, de la disponibilité, quoiqu'inégale en terre africaine, et de la possibilité de production, la voie royale au combat de la désertification et de l'insécurité alimentaire. Nous avons ici toutes les assises d'une véritable révolution verte où l'entropie remplacera l'enthalpie de nos techniques agricoles et forestières actuelles. ********************* 12 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. «Le bois raméal, le système humique...» BIBLIOGRAPHIE Anderson, J.M. (1988) «Spatio-temporal effects of invertebrates on soil processes» Biol. Fertil. Soils. 6 : 216-227. Anderson, R.V., Coleman, D.C. & Cole, C.V. 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[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-10-9 15 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux TEXTE PRÉSENTÉ EN CONFÉRENCE À L'INVITATION DE L'AGENCE CANADIENNE DE DÉVELOPPEMEMT INTERNATIONAL ACDI à la réunion du CLUB DU SAHEL Pointe-au-Pic QUÉBEC 5 octobre 1995 «LES GERMESÉCONOMIQUES ET SCIENTIFIQUES DE LA RÉVOLUTION VERTE AU SAHEL» par le Professeur Gilles Lemieux avril 1996 Publication n° 55a http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux LES GERMES ÉCONOMIQUES ET SCIENTIFIQUES DE LA RÉVOLUTION VERTE AU SAHEL 2 Université Laval, Québec, Canada Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt par Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 Canada Je suis reconnaissant de l'invitation qui m'est faite de vous adresser la parole sur un sujet particulièrement difficile, pour lequel nous pensons pouvoir apporter plusieurs éléments nouveaux et susceptibles de renverser les tendances actuelles, aussi bien dans les régions sahéliennes qu'ailleurs dans le monde. Je me permets donc d'établir le contexte dans lequel s'inscrivent les différentes découvertes qui ont mené aux propos que je tiendrai. Elles sont liées aux difficultés économiques et sociales déjà inscrites dans les faits au début des années 70. Elles se sont manifestées par la crise de l'environnement, fruit d'une percée fulgurante de la technologie et de la productivité industrielles. Deux pôles sont à l'origine de nos découvertes. Ce sont la pauvreté en milieu forestier et la pollution causée par les produits chimiques servant à blanchir les papiers, dont le mercure a été identifié comme le résidu le plus dangereux et le plus pernicieux. En utilisant le bois de rameaux des arbres, après fragmentation et en le mélangeant aux premiers centimètres du sol, nous avons obtenu des augmentations des rendements agricoles allant de 30% à 300%, selon les cultures et cela sans utilisation d'engrais ou amendements quelconques. Aussi surprenant que cela puisse paraître, la littérature scientifique n'avait jamais fait mention d'un tel matériau et de tels effets. Au début des années 80, d'autres essais, en milieu forestier cette fois, montrent des effets sur la régénération, la morphologie du sol, les réactions physico-chimiques, la flore, etc., sans que personne ne sache à quoi attribuer de telles modifications. La perception traditionnelle que nous avons des branches et du sol nous plaçait derechef dans l'optique déchettaire qui se développait rapidement à l'époque, et qui est devenue la principale préoccupation de notre société industrielle et urbaine. Ainsi, ces observations furent reléguées au niveau du fait divers inexpliqué, sans plus. Toutefois, en étudiant les différentes composantes des rameaux, il nous fallait bien convenir que ceux-ci étaient extrêmement riches en Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 3 Université Laval, Québec, Canada nutriments. Ils possédaient une substance particulière qu'est la lignine peu polymérisée, sous la forme de monomères facilement attaquables biologiquement. Au début de nos travaux, la fameuse maladie de Minamata par empoisonnement au mercure, força les scientifiques, financés par la grande industrie et les États, à trouver de nouvelles techniques de blanchiment du papier, la lignine donnant une teinte indésirable aux papiers. C'est ainsi que débuta de par le monde de très importants travaux sur la "dégradation" de la lignine par voie enzymatique, et particulièrement celle des conifères. Pour la première fois, un effort considérable était accordé à cette molécule extrêmement complexe et très énergétique, pour laquelle l'industrie des pâtes et papiers n'avait aucune utilité, d'où son rejet dans l'environnement accompagné de produits secondaires, tels les composés organo- mercuriques. Ce n'est que 10 ans plus tard que nous avons trouvé dans la littérature un article de deux savants européens, les D rs Leisola du Finish Sugar Institute et Garcia de l'Institut Pasteur, qui décrivait le rôle joué par plusieurs enzymes dans la production d'acide humique à partir de la lignine, l'élément principal de la pédogenèse, c'est-à-dire de la formation des sol et de la fertilité. Pour la première fois, étions-nous en mesure de mieux comprendre sous quel angle les BRF (Bois Raméal Fragmenté) avaient un impact aussi puissant sur les rendements, sans faire appel à une présence additionnelle de nutriments chimiques sous la forme de fertilisants de synthèse. Pour une première fois, nous étions contraints de délaisser l'approche traditionnelle, soit celle de la minéralisation et de son cortège chimique. Nous voici lancés sur la piste biologique, mais cette fois, dans l'optique forestière où nous fûmes vite confrontés aux tenants des composts et des fumiers, dans la logique déchettaire si chère à l'économie de cette fin de millénaire. Il faut souligner ici que tous les travaux portant sur la lignine sont réalisés dans une optique de dégradation, de transformation et d'élimination. Nous n'avons trouvé aucun travail récent portant sur l'aggradation, c'est-à-dire sur la structuration énergétique du sol à partir des noyaux benzéniques incorporés au nouveau milieu. Nous sommes toujours dans l'optique déchettaire, où seule la dégradation est prise en compte, sans aucune mention du phénomène le plus important: l'aggradation énergétique, biologique et structurelle du sol, ce monde vivant. Ce sont les caractéristiques de cette lignine qui ont permis à l'homme de se développer de par le monde. Toute l'Afrique fut sous l'emprise de la forêt feuillue à une époque ou à une autre. La forêt tropicale est feuillue, et dans ces conditions, elle Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 4 Université Laval, Québec, Canada génère les meilleurs rendements tant agricoles que forestiers. L'Histoire nous apprend que tout le Sahel a été un jour sous cette forêt. Elle se retire sous les coups du développement de la pression démographique et de l'évolution du climat ainsi créée. Même si l'hypothèse que la lignine soit la base de l'humus naturel a été émise à plusieurs reprises depuis 1926, peu y ont porté attention. Les travaux les plus importants et les plus récents ne font en rien référence à cette évolution de la lignine. Ils essaient tous de comprendre la dégradation de cette molécule, non pas son évolution positive. La transformation de l'humus dans le sol a comme caractéristique principale d'évoluer en conservant intacts ou peu modifiés les noyaux benzéniques, la base même d'autres composés complexes, en augmentant l'énergie stockée. À l'inverse, la minéralisation consomme et diminue les réserves énergétiques. Ce phénomène relèvera donc de l'entropie, en augmentant l'énergie et sa dispersion dans la matière, par opposition à l'enthalpie dans le cas de la minéralisation où elle est concentrée et expulsée de cette dernière. L'agriculture actuelle ne réfère qu'au second phénomène, soit la minéralisation, avec toutes les conséquences inhérentes: la dégradation et la pollution sont deux des facettes les mieux connues. Il en va de même dans l'agriculture traditionnelle où les résidus sont brûlés pour avoir accès aux nutriments, au détriment de la formation des chaînes trophiques. CE QUE L'HISTOIRE ET LA GÉOGRAPHIE NOUS ENSEIGNENT Après quelques observations, réflexions et déductions, force nous est de conclure que c'est dans le cadre de la forêt feuillue que les grandes civilisations de notre monde se sont développées. C'est en utilisant les sols de ces forêts que sont apparus les meilleurs rendements dans toutes les conditions, en fonction du temps. L'accumulation des richesses devint possible avec la croissance de la population et des différentes civilisations. Toutes les tentatives d'utiliser les sols dérivés de la forêt coniférienne se sont soldées par des échecs sous toutes les latitudes et tous les climats. Plusieurs explications ont été proposées pour justifier ces échecs, mais sans vraiment y parvenir. On ne peut en dire autant des sols agricoles dérivés des formations de monocotylédones généralement fertiles, mais où l'on remarque toujours des tendances xériques, rendant surtout la production de graminées intéressante. Ces grandes formations herbeuses se trouvent aussi bien dans les Amériques qu'en Asie, et accessoirement en Europe. On y trouve généralement des populations d'une densité moyenne. L'utilisation des sols de façon intensive mène le plus souvent à la désertification totale, partielle ou temporaire, dans ces conditions climatiques précaires. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 5 Université Laval, Québec, Canada La forêt feuillue, de par toutes les parties de notre planète, serait donc responsable de la vie de l'Homme et d'un très grand nombre d'espèces animales, dont les Primates, nos plus proches parents. C'est dans ces conditions que la diversité biologique est la plus grande. La disparition de la forêt stoppe le cycle de l'eau et conduit inexorablement à la désertification sous les tropiques. Il est certain que de grands cycles favorisent le passage d'un stade à l'autre, assurant ainsi l'adaptation et la création de nouvelles espèces dont nous sommes l'exemple parfait. Tout comme la Terre a une mémoire de par ses différentes composantes, il nous semble évident que le sol soit la mémoire de la forêt et qu'il ne se transformerait que très lentement, conservant un réservoir génique sans pareil, qui lui permet de reconstituer les conditions nécessaires à l'élaboration de nouveaux équilibres biologiques. Seule la forêt feuillue montre de véritables climax, tant en milieu tempéré que tropical, pouvant prétendre à l'«autoperpétuation» comme société, aussi longtemps que les paramètres fondamentaux sont stables. L'EXPÉRIMENTATION CANADIENNE, AFRICAINE ET ANTILLAISE. Après s'être interrogés sur les résultats obtenus en incorporant 150 m 3 /ha de bois de rameaux aux premiers centimètres du sol, il nous a fallu poser des hypothèses de travail qui arriveraient à cerner les mécanismes en cause. La première hypothèse nous a obligés à formuler des règles qui soient larges et puissent mener à la formulation de principes fondamentaux universels. Pour ce faire, il fallait tester cette hypothèse sous des conditions différentes. Les nôtres, en climat tempéré, montrent un grand nombre de facteurs limitatifs, très différents de ceux des climats tropicaux. En posant comme hypothèse de base que nous étions en présence d'un phénomène universel qu'est la pédogénèse, nous avons établi les principes de l'expérimentation. C'est ainsi que nous avons estimé que la régie de l'écosystème hypogé était assurée par des facteurs biologiques plus ou moins clair et dont le type de lignine était la base et le centre. Le point de départ était fixé et nous nous sommes risqués dans l'expérimentation en Afrique, dans la région subsahélienne du Sénégal, ainsi que dans les Antilles, en utilisant une seule et même espèce, Casuarina equisetifolia. En quelques mois, les résultats nous parvinrent; ils confirmaient en tous points ceux que nous avions obtenus, mais le plus souvent multipliés par un facteur variant de 4 à 6 en cultures maraîchères. En Afrique, les résultats sont encore meilleurs, en utilisant des essences locales à mesure qu'on se rapproche de la forêt équatoriale. Tant au Canada qu'en Afrique et aux Antilles, l'augmentation de rendement n'est pas due à l'application de fumure, donc de nutriments chimiques. Tous les Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 6 Université Laval, Québec, Canada paramètres biologiques, chimiques, physico-chimiques et physiques tendent vers l'équilibre, ce dont nous discuterons plus loin. UN RETOUR VERS LES ÉQUILIBRES BIOLOGIQUES FORESTIERS EN MILIEUX AGRICOLES. L'Histoire nous apprend que pour prendre pied dans la vie, l'Homme a dû lutter durement contre la forêt et ses habitants. De cette courte phrase, on peut déduire que la forêt a précédé l'Homme sur terre de quelques millions d'années, avec comme conséquence un équilibre sol-forêt-animaux imperturbable jusqu'à tout récemment. Cet équilibre, plus ou moins maintenu durant des millénaires en absence de technologie, a donc persisté avec succès à travers les guerres et les épidémies de toutes sortes. L'arrivée de la force motrice et des connaissances apportées par la chimie a bouleversé tous ces équilibres, par une course effrénée vers la productivité exprimée en volume. La "mémoire" du sol étant immense, ce dernier a accusé le coup, mais uniquement dans les conditions les plus favorables. Ailleurs, ce fut la catastrophe. Si tel n'a pas encore été le cas, elle se pointe à l'horizon; non pas que nous ne puissions obvier à cette situation par la technique, mais c'est l'économie qui en fait les frais. Tout est en place pour un retour aux guerres tribales, aux famines et aux épidémies gigantesques. C'est ainsi que nous avons fait le pari de démontrer que les équilibres microbiologiques du sol étaient le résultat de l'histoire de l'évolution écologique en milieu forestier. L'agriculture utilisera ainsi les caractéristiques physiques et biologiques propres à chaque région dans un processus incessant de dégradation, pour une productivité de plus en plus grande, mais dont le maintien artificiel par la technique atteint des coûts que l'économie a de plus en plus de difficulté à supporter. C'est en retournant au sol la partie la plus productive des arbres de la forêt que nous remettons en équilibre toutes les chaînes trophiques, dans lesquelles les nutriments chimiques sont captifs, totalement à l'abri des cycles chimiques et physico-chimiques que nous mesurons avec tant d'ardeur depuis plus d'un siècle. C'est ainsi que nous entrons dans une série de systèmes de régie des nutriments chimiques strictement d'ordre biologique. Toutes les règles de la chimie du sol sont bouleversées, les cycles et les contrôles étant effectués soit par des groupes d'êtres vivants ou tout simplement par des chaînes constituées de plusieurs niveaux de vie, et finalement, par des séries d'enzymes dérivées de cette activité. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 7 Université Laval, Québec, Canada Pour que ces équilibres prennent place à la suite de la "dégradation agricole", il faut procéder à la mise en place de tous les mécanismes de pédogénèse, c'est-à-dire tous ceux qui contribuent à constituer le sol et ses équilibres de toutes sortes. En climat tempéré, les faibles rendements ont contribué à maintenir un certain équilibre, surtout en présence d'un complexe argilo-humique bien structuré. En climat tropical, le plus souvent en milieu forestier, l'agriculture à courte révolution culture-forêt a le mieux protégé ces équilibres. La récolte des arbres et la culture industrielle constituent une catastrophe sans nom, dont on ne fait que commencer à mesurer les effets. Nous reconnaissons maintenant que les sols tropicaux sont relativement pauvres en nutriments pour des raisons qui nous semblent maintenant évidentes. La grande diversité biologique en microorganismes et l'énergie disponible empêcheraient la végétation supérieure de croître, si les nutriments n'y étaient pas stockés dans les rameaux plutôt que dans le sol même. De récentes études en forêt amazonienne montrent que tous les types de microorganismes vivent également dans la canopé, mais en équilibre avec le support qui est maintenant strictement végétal: les rameaux des grands arbres et leurs feuilles. À la lumière de ces propos, il est plus facile de comprendre pourquoi, lorsqu'on retourne les rameaux au sol, nous obtenons des rendements qui nous étonnent et nous renversent parfois. Nous bouclons un cycle que la nature s'abstient de faire. Il faut préparer ces rameaux à une attaque massive des microorganismes et particulièrement ceux d'une famille de champignons portant le nom de Basidiomycètes. Les nutriments contenus dans les BRF (Bois Raméal Fragmenté) passeront directement dans la masse des champignons, dans celle des bactéries, des protozoaires, des algues et ainsi de suite, plutôt que dans la solution du sol. Je tiens ici à réitérer que ce sont les champignons qui sont les plus importants, non pas les bactéries comme dans le cas des composts. Le premier mécanisme en cause sera donc la constitution des chaînes trophiques, alors que le second sera la dépolymérisation de la lignine en deux composés majeurs: les acides humiques et fulviques. Il ne s'agit pas de mécanismes de dégradation comme la majorité des auteurs ont prétendu jusqu'ici dans l'optique de la minéralisation. Ainsi, l'acide humique dérivé de la lignine est-il le premier constituant des agrégats du sol qui, en présence d'argile, permet ce complexe argilo- humique si recherché, responsable de la stabilité et de la fertilité des sols. En climat tropical, les agrégats formés sont rapidement métabolisés à leur tour, permettant la concentration des nutriments dans les parties vertes des plantes. C'est par les champignons Basidiomycètes et la dépolymérisation de la lignine, non pas sa dégradation, que les BRF sont en mesure d'induire les Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 8 Université Laval, Québec, Canada mécanismes de base qui régissent la pédogénèse, c'est-à-dire la création et le maintien d'un sol, et d'en augmenter le contenu en énergie et en nutriments utilisables par les plantes. C'est un processus entropique d'origine forestière qui n'a rien de commun avec les techniques enthalpiques actuelles qui sont le propre de l'agriculture. Fondamentalement, c'est la transformation de la lignine qui est le pivot de toute la pédogénèse. Sa structure chimique permettra à d'autres mécanismes ancillaires d'avoir des effets majeurs, comme la chélation du fer et la production de polyphénols, ainsi que sur les mécanismes de formation des podzols ou des latérites dans certains cas. L'utilisation des BRF permettra donc de provoquer et de maintenir des sols «forestiers» en milieux agricoles et d'en contrôler la fertilité et la structure sur de longues périodes: c'est «l'agriculture forestière sans arbres» ou la véritable agroforesterie, la base même du développement durable tant recherché et avec justesse. L'INTERPRÉTATION DE L'EFFET DES BRF SUR LE SOL APPELLE DES CHANGEMENTS FONDAMENTAUX. Si la régie des nutriments est bien connue en climat tempéré, il semble bien qu'il en soit autrement en climat tropical, ce qui expliquerait les échecs successifs et la pauvreté endémique de la grande majorité des habitants de cette planète. En climat tempéré, et uniquement en présence de dépôts fins argileux ou limoneux, la régie des nutriments est assurée surtout par le complexe argilo- humique. Même sous les conditions climatiques les meilleures, l'absence de ce complexe a des répercussions majeures sur la population et l'économie locale. Même si les peuplements forestiers existants auparavant étaient très productifs pour la plupart, la productivité agricole diminue. Il y a là un illogisme fondamental que nous pensons devoir attribuer tant à l'ignorance qu'aux déficiences techniques. Il nous faut donc admettre que les augmentations de rendement, les modifications à la structure du sol, l'utilisation de l'eau et une réduction des parasites et maladies sur plusieurs années et sous plusieurs conditions climatiques, doivent avoir une signification profonde. En climat tropical, il est admis que les sols sous couvert forestier sont de mauvaise qualité pour les besoins agricoles. Nous tirons donc la conclusion que si la productivité forestière est bonne, c'est parce que les nutriments sont logés dans les plantes elles-mêmes, particulièrement dans la cime des arbres, le siège immédiat de la photosynthèse. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 9 Université Laval, Québec, Canada Cette hypothèse fut corroborée par l'expérimentation de Notto au Sénégal dès 1993, avec une augmentation spectaculaire de la production de fruits de la tomate amère, Solanum æthiopicum, avec disparition totale de la faune de nématodes au niveau racinaire. La seconde année, la récolte doubla encore avec la remise en circuit des nutriments des BRF de Casuarina equisetifolia! L'expérience fut reprise en Côte d'Ivoire avec des BRF de diverses essences feuillues: les résultats en matière sèche sont du même ordre, voire supérieurs chez le maïs. La réticence que nous avons rencontrée, et que nous sentons encore, vient sans doute d'une erreur d'interprétation des mécanismes en cause, dont la lignine des feuillus et la biomasse microbienne sont le coeur. L'agriculture actuelle n'est basée que sur la minéralisation. C'est l'interprétation qui est faite de l'action des composts et fumiers. Avec les BRF, nous amenons une autre réalité bien plus importante et omniprésente, celle de la pédogénèse qui remet tous les mécanismes biologiques et nutrimentiels en place. Ceci nous permet d'amorcer la "pompe" au redressement autorégulé, un outil pour l'homme, selon ses besoins, et sans pareil jusqu'à ce jour. Il nous faut admettre que c'est l'humification et les chaînes trophiques induites qui sont la base de la fertilité à court, moyen et long terme. C'est le complexe biomasse microbienne-humus stable qui régit la disponibilité des nutriments, ainsi que leur dosage approprié pour la croissance de la végétation. En climat tropical, ce serait le complexe biomasse microbienne-végétation ligneuse arborée. Nous sommes maintenant en mesure de soutenir que la lignine des feuillus est la plus apte à structurer les sols et à y ajouter l'énergie nécessaire à la constitution des chaînes trophiques capables de réguler qualitativement et quantitativement le flot des nutriments. De la biomasse microbienne, nous pensons que ce sont les Basidyomycètes qui sont les plus importants en dépolymérisant la lignine qui donnera les acides humique et fulvique à la base de la structuration chimique et physique de l'humus, source première de l'énergie du sol. C'est ainsi que nous pensons que l'avenir repose sur une agriculture pratiquée sur des sols forestiers, sans la présence des arbres; ces derniers pouvant être cultivés uniquement pour la production de BRF. Voici une affirmation que le début de nos travaux ne nous permettait en aucun cas de formuler. Nous posons ainsi les fondements d'une loi universelle qui vaut tant pour l'agriculture que la forêt: la régie des nutriments se fait par l'intermédiaire de la biomasse microbienne contrôlée par la lignine et ses dérivés. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 10 Université Laval, Québec, Canada En corollaire à cette loi, nous proposons que les sols agricoles sont régis par les mécanismes forestiers fondamentaux dont la lignine et ses dérivés sont le pivot. DES PROPOSITIONS CONCRÈTES Dans l'optique souhaitée et souhaitable du développement durable, que nous aurions plutôt qualifié d'écoviabilité, il nous semble que le temps est venu de passer à des techniques plus adaptées, à travers la biodiversité que nous sommes tous à rechercher. Les mécanismes que je viens d'exposer sont la base même de l'écoviabilité et de la biodiversité, alors que nous avions mis l'emphase sur la productivité à tout prix, l'uniformité et le volume. Il ne devrait pas y avoir d'incompatibilité entre l'écoviabilité et la productivité, pourvu que nous en comprenions les tenants et les aboutissants. Tout comme les forêts climaciques semblent éternelles avec des rendements élevés, ces caractéristiques pourraient, à très peu de frais, être attribuées à l'agriculture dont la base serait l'humification contrôlée, par opposition à une minéralisation incontrôlée, comme c'est actuellement le cas de par le monde. Ceci nous permet de proposer que l'agriculture et la foresterie modernes, tant en milieux tropicaux que tempérés, soient régies par les mécanismes d'humification basés sur la constitution et le maintien des chaînes trophiques, dont la lignine et ses dérivés sont responsables. Dans un premier temps, la priorité devrait être donnée à la production de bois raméal, plutôt qu'à celle du bois caulinaire traditionnel. En climat tropical, surtout subsahélien, la production devrait être très rapide et donner de grands volumes en quelques années, voire quelques mois parfois. La simplicité des techniques de fragmentation ou de broyage, rapidement associée à des augmentations de rendements spectaculaires, va se répandre parmi les populations à la vitesse d'un feu de brousse. Il faudra y mettre les formes pour qu'une grande partie des BRF produits soient dirigés vers le secteur forestier pour accroître le plus rapidement possible l'installation d'une forêt stable et productive. Ceci sera la tâche des pays qui aident, en donnant, puis en prêtant les fonds et l'expertise nécessaires. Avec une série de techniques gagnantes comme celles que nous proposons, il devrait y avoir des changements très importants à l'intérieur d'une période de 20 ans. Plus au sud, où les précipitations sont plus élevées, l'utilisation des essences locales comme source de BRF devrait très largement contribuer à stabiliser les populations qui ne sauraient l'être autrement. Il nous faut à tout prix reconnaître la valeur des plantations forestières pour la production de BRF; c'est une nécessité absolue pour désamorcer le cycle infernal Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 11 Université Laval, Québec, Canada de la désertification, de la pauvreté et de l'instabilité physique et sociale des populations. Pour ce faire, il faut procéder le plus rationnellement possible, et modifier un grand nombre de critères d'évaluation pour le choix des projets et l'attribution des fonds. L'une des priorités est de modifier le choix des essences favorisées actuellement; ces essences sont retenues parce qu'elles sont indépendantes du sol dégradé, et qu'elles peuvent quand même produire du bois. L'insistance à vouloir faire des plantations à partir d'essences d'origine australienne comme Eucalyptus spp. Casuarina equisetifolia, Acacia mangium... doit être modifiée, puisque ces essences sont à leur meilleur sur des sites pauvres et n'ont aucune valeur améliorante à moyen et long terme. Il faut procéder à des choix plus judicieux comme nous l'indique les expériences d'Aman et Despatie à Bouaké, en Côte d'Ivoire. Il faut rapidement, par voie expérimentale, donner la valeur propre des BRF des différentes essences selon les critères recherchés. Une codification de la flore dendrologique indigène et allochtone est une priorité absolue. Tous les efforts doivent être consentis pour faire savoir que c'est à travers la reconstitution des sols, en y réintroduisant l'énergie nécessaire et en mettant l'emphase sur la reconstitution des chaînes trophiques, que le développement peut être envisagé. PLANIFIER LENTEMENT LE RETOUR DE LA FORÊT ET D'UNE AGRICULTURE ANCILLAIRE. Je me permets ici d'insister sur l'absolue nécessité de viser au retour de la forêt constituée d'essences autochtones, dont l'expérience s'est constituée au cours de millions d'années. Tout comme les nôtres, elles sont à la fois très fragiles et d'une robustesse incroyable, tout le paradoxe de la vie sur cette terre. La reconstitution d'un sol fertile devrait permettre un retour rapide et stable. Le retour à la biodiversité en pays sahéliens serait en fait un juste retour des choses, puisqu'il semble bien que le phénomène actuel est partie intégrante de l'Histoire de l'Afrique. De tels efforts seraient conformes au sens de l'Histoire biologique de ce coin du monde. Nous pensons que l'utilisation des techniques liées aux BRF représente l'unique solution scientifique et économique envisageable à moyen et long terme. Elle peut être entreprise et menée par les Africains eux-mêmes, avec l'aide de moyens fournis ou non par les pays riches de cette planète. Le redressement de cette région du monde ne peut se faire qu'en y réinstallant la forêt qui n'existe plus, non pas des plantations monospécifiques. L'Histoire nous apprend douloureusement que les techniques agricoles développées en climat tempéré ne sont pas viables en pays tropicaux, particulièrement sahéliens. Il faut Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 12 Université Laval, Québec, Canada passer par les fourches caudines du savoir et de la technique pour en comprendre les raisons de notre ignorance. Nous proposons donc cette technique simple, dont les résonances scientifiques sont d'une extrême complexité et d'une grande réalité! Il faut renverser les tendances anthalpiques de ce coin de notre monde en y introduisant par voie technique et volontaire les tendances entropiques, ces lois de la physique qui ont permis le développement de notre monde industriel. Il faut donc réorienter les investissements de nos pays développés vers des choses inédites, mais d'une logique imperturbable. Il faut contribuer à l'augmentation des connaissances fondamentales spécifiques à ce monde particulier qu'est le Sahel, tout en sachant que nous contribuons aux nôtres, puisque la pédogénèse est l'un des phénomènes les plus importants sur cette planète. Il faut reconnaître la nécessité de mettre en place un organisme embryonnaire d'obédience internationale, dont l'unique but serait, dans un premier temps, de colliger à la fois l'expérience scientifique et traditionnelle des techniques du sol reliées aux mécanismes chimiques et microbiologiques, mais également anthropogéniques, en ce qui regarde l'influence sur les climats les maladies de l'Homme et des animaux. L'ensemble de ces propositions fondamentales ne sont que la clef pour un changement. Il serait facile de la perdre dans les sables d'un désert qui a frappé à la porte de millions d'individus et qui s'apprête à faire bien pire. Lorsque je pense à l'avenir de mes enfants dans le monde que nous nous sommes donné, je me prends le plus souvent à pleurer plutôt qu'à sourire, mais le retour à la vie de ce trésor universel qu'est le sol m'indique que tout n'est pas perdu. Après la nuit vient la lumière! ------------------------------------ Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 13 Université Laval, Québec, Canada BIBLIOGRAPHIE Aman, S. & Despatie, S. (1995) «Effets des bois raméaux fragmentés (BRF) sur la croissance et les rendements du maïs en zone de transition forêt-savane de la Côte d'Ivoire». Institut des Savanes (IDESSA) Anderson, J.M. (1988) «Spatio-temporal effects of invertebrates on soil processes». Biol. Fertil. Soils. 6 : 216-227. Anderson, R.V., Coleman, D.C. & Cole, C.V. (1981) «Effects of saprotrophic grazing on net mineralization» In: Clark F.E. & Rosswall, T., edit. 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Se dit des arbres d'origine étrangère remplaçant les arbres indigènes. argilo-humique: complexe comprenant un mélange d'humus et d'argile, la base des agrégats, eux- mêmes responsables de la fertilité des sols. Basidiomycètes: familles de champignons à chapeaux dont un grand nombre sont comestibles et qui se développent en forêt. Ils sont les principaux agents de l'utilisation de la lignine en la dépolymérisant sans briser les noyaux benzéniques. benzéniques (noyaux): se dit également cycle. Molécule de base hautement énergétique se rapportant au benzène. Se dit également aromatique. biodiversité: caractérisation d'un état où les formes de vie sontdiverses et en harmonie entre elles. Exemple: la forêt feuillue est la plus diversifiée dans sa faune et sa flore. biomasse microbienne: ensemble des êtres microscopiques vivant dans le sol. BRF: Bois Raméal Fragmenté. Bois de rameaux riche en nutriments dont le diamètre est inférieur à 7 cm et caractérisés par une lignine jeune, peu polymérisée, associée directement à des systèmes biochimiques d'une grande complexité, une transition vers le bois caulinaire (tronc). broyage: techniques qui permettent, à l'aide de machines spécialisées, de réduire le bois en particules; on dit également fragmentation. chélation: phénomènes chimiques naturels ou artificiels qui rendent des molécules inactives, en les enfermant dans un système complexe d'où elles ne peuvent plus réagir. climacique: adjectif permettant de caractériser tous les phénomènes dérivant du climax. climax: se dit des populations végétales en équilibre avec tous les facteurs du milieu et se perpétuant de la sorte. compost: provient de matières organiques diverses soumises à l'attaque microbienne qui en détruit la structure avec émission de chaleur, rendant les nutriments disponibles aux plantes. coniférienne (forêt): forêt composée principalement de conifères ou résineux. Exemple: la sapinière, la pinède, la cédraie, etc. déchettaire: adjectif désignant tout ce qui a trait aux déchets. dégradation: ensemble de phénomènes caractérisant la perte d'intégrité d'une substance ou d'une situation avec une réduction des valeurs énergétiques. dendrologique (flore): ensemble des espèces ligneuses d'une forêt, d'un pays, etc. dépolymérisation: phénomène propre à la chimie organique par lequel des molécules complexes se scindent en leurs éléments de base. désertification: ensemble des actions de l'homme et de la nature aboutissant à la formation d'ensembles biologiques figés par certains facteurs limites, dont l'eau est le plus important. durable: terme proposé par les agences internationales indiquant une tendance à la pérennité de la production en harmonie avec l'utilisation. Exemple; développement durable, agriculture durable, etc. écosystème: système biologique permettant à des êtres vivant de différents niveaux de vivre en harmonie selon des cycles plus ou moins rapprochés. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 18 Université Laval, Québec, Canada écoviabilité: néologisme illustrant la nécessité de l'harmonie et des cycles bouclés avec ou sans référence à la productivité dans tous les domaines de la vie enthalpie: terme tiré de la thermodynamique désignant la somme de l'énergie interne sans référence à sa dispersion. entropie: terme de la thermodynamique qualifiant l'état de désordre d'un système évoluant vers un autre. enzymes: molécules à structures complexes d'origine protéique qui aide, accroît ou permet des réactions très difficiles ou impossibles autrement. fertilisants: produits d'origine chimique ou organique dont l'utilisation en agriculture a pour but d'augmenter la fertilité du sol et la productivité des cultures. feuillue (forêt): ensemble d'arbres Phanérogames Dicotylédones à feuilles décidues ou persistantes formant une forêt. flore: ensemble de plantes autotrophes caractérisant une séquence topographique, une région, ou un pays. Exemple: la flore du Québec, la flore riparienne du Saint Laurent. la flores des Praires canadiennes. Le terme s'applique également aux individus hétérotrophes possédant un système digestif. Exemple, la flore du rumen chez les Bovidés. fragmentation: action par laquelle les rameaux sont réduit en fragments ou en copeaux en menuiserie. fulvique (acide): l'un des deux acides à faible poids moléculaire produits par la dépolymérisation de la lignine sous l'action de la lignoperoxydase dépendante du manganèse ou de la laccase produites par les Basidiomycètes. C'est l'un des éléments fondamentaux de la pédogénèse. fumure: désignation de l'application ou d'un fertilisant spécifique. Exemple: une fumure azotée, une fumure organique, etc. génique (réservoir): milieu très diversifié biologiquement où les échanges et la mutation de gènes sont possibles au niveau des microorganismes. graminées: plantes à feuilles étroites faisant partie des Monocotylédones dont font partie une grande partie des plantes alimentaires. Exemple: le blé, le maïs, le riz, etc. humification: processus naturel par lequel les débris végétaux sont transformés en humus. humique (acide): composé chimique à haut poids moléculaire issu de la dépolymérisation de la lignine, principal agent de la pédogénèse. humus:une substance noire ou brune riche en dérivés de la lignine, polyphénols, tanins, et nutriments à la base de la formation des sols, des tourbes, etc... hypogé: qui signifie en dessous par opposition à épigé qui signifie en dessus. latérites: sol tropicaux issus de la remontée de la nappe phréatique par évaporation qui provoque la dissociation du fer, de l'aluminium et de la silice par un processus dit de feralisation où les agents biologiques jouent un rôle non négligeable. matière organique: terme générique d'une grande ambiguïté qui fait référence aux débris organiques dans le sol sans référence précise à l'humus et à l'humification. Minamata (maladie de): ville de l'archipel nippon qui a donné son nom à une maladie du système nerveux causée par l'ingestion de produits riches en dérivés organiques de mercure. minéralisation: processus de dégradation permettant de concentrer les nutriments chimiques sous l'action de microorganismes dans le sol. monocotylédones: groupe de plantes vasculaires caractérisées par la présence d'un seul cotylédon à la germination de la graine formant le groupe des plus importantes plantes cultivées d'importance alimentaire. Exemple; le blé, le maïs, le riz, l'avoine, le seigle, l'orge, le sorgho, la canne à sucre, etc... Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 19 Université Laval, Québec, Canada monomères: molécule organique simple pouvant donné naissance à des complexes par polymérisation, c'est-à-dire par des liens nouveaux contribuant à former un ensemble où cette molécule est répétée de très nombreuses fois.. morphologie (sol): forme que prend le sol à cause de sa texture et de sa structure et lui conférant ainsi des propriétés physiques et biologiques particulières. nématodes: petits animaux le plus souvent microscopiques, de l'ordre de Némathelminthes, vivant en parasites sur les plantes et les animaux. nutriments: ensemble des minéraux et des produits organiques servant à la croissance des plantes. organo-mercurique: composés où le mercure estt associé a des molécules organiques. Elles sont aouvent des poisons puissants sur l'organisme humain avec des effets sur le système nerveux central. pédogénèse: ensemble de processus d'origine naturelle permettant la constitution d'un sol et d'en maintenir les caractéristiques à l'intérieur d'une certaine dynamique. Ceci permet la régie des nutriments nécessaires à la croissance des plantes et au maintien des équilibres biologiques hypogés et épigés. physico-chimie: science qui touche à la fois la physique et la chimie dans les propriétés qu'elles confèrent. Exemple: la notion de pH qui mesure la dissociation en ions hydrogène. podzols: terme d'origine russe caractérisant les sols possédant un horizon cendreux éluvial associé à une litière fibreuse, propre aux forêts résineuses. De nombreux phénomènes chimiques, biochimiques et biologiques en sont responsables. polyphénols: ensemble de composés dérivés du phénol et formés de noyaux benzénique. racinaire: tout ce qui touche les racines ou les caractérisent régénération: processus naturel par lequel la forêt se régénère tant par voie de semis que de rejets en association avec la végétation et la faune caractéristique. trophiques (chaînes):terme par lequel on désigne l'ensemble des plantes et des animaux qui participent à la transformation des tissus végétaux et au transfert des nutriments et de l'énergie du sol vers les plantes. xérique: se dit des milieux montrant une déficience en eau disponible pour une vie optimum. Ces conditions sont crées soit par le climat, l'exposition ou la texture et la morphologie du sol. ----------------------------------------------------- RÉSUMÉ L'évolution rapide des connaissances au cours du dernier quart de siècle a conduit à des constatations qui en effraient plus d'un, mais qui apportent des espoirs sans pareil. L'agriculture, d'abord activité de récolte, puis de production, s'est engouffrée dans les sentiers tracés par la chimie, la physique et la physico-chimie au siècle dernier. Les résultats obtenus peuvent être considérés comme les plus importants depuis que notre civilisation existe. Au cours des dernières décennies, les faits nous incitent à comprendre que nous avons atteint un seuil à partir duquel la rentabilité des techniques est mise en cause avec des répercussions sur l'industrie, la valeur des monnaies et la productivité réelle. Les difficultés économiques et sociales que nous subissons en sont la preuve. Nous avons opté pour un développement durable en ce qui regarde les ressources renouvelables, mais nous nous épuisons en conjectures en prenant les tendances actuelles comme modèle à long terme.Tous ont cru au début que cet effondrement était le lot des pays du sud et que nos connaissances préservaient ceux du nord des catastrophes annoncées, bien que celles-ci prennent forme sous les aspects les plus divers. Ainsi, dès la fin des années 70, n'avons-nous pas exploré des domaines où la pauvreté semble se plaire et se développer, mais en présence de richesses de toutes sortes? Plusieurs ne voient la richesse que sous forme de métaux, précieux ou abondants, d'importance industrielle, tout comme pour les bois et les productions agricoles. La gestion de ces richesses nous a fait collectivement oublier la plus grande de toutes: la vie avec toutes ses composantes. Alors que nous pensions que les scientifiques s'occupaient de la mer pour en maintenir la fertilité et la productivité, nous nous sommes penchés sur ce que nous croyions de plus humble et de mieux connu: le sol. Notre surprise fut totale en constatant que tous les aspects biologiques, c'est-à-dire la vie, même dans toute sa complexité et sa signification, n'avait été prise en considération que d'une manière bien timide, sauf en ce qui regarde la minéralisation et les nutriments. Ceci nous a amené à examiner de plus près le processus d'humification, dont le modèle universel est celui de la forêt. C'est ainsi que nous en sommes venus, au fil des ans, à reconnaître la relation qui existe entre la cime des arbres et le sol sous-jacent. Les découvertes des dix dernières années ont montré l'importance de la lignine, et plus particulièrement celle qui est peu polymérisée, dans la genèse et la Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 20 Université Laval, Québec, Canada fertilité des sols forestiers. En plus d'une forte concentration de nutriments, les rameaux contiennent une énergie considérable sous formes de sucres, celluloses, hémicelluloses et lignines, auxquels s'ajoutent tous les acides aminés et un grand nombre de protéines, vitamines, hormones et enzymes. Nous avons donc imaginé de fragmenter ces rameaux qui, sous toutes les latitudes et de tous les temps, ont été perçus comme le symbole même de la pauvreté et de la déchéance, et de les incorporer au sol ou à la litière, selon que nous sommes en agriculture ou en foresterie. Très rapidement, les résultats se sont manifestés par des augmentations de rendement importantes des produits agricoles et maraîchers, ainsi que par des effets remarquables sur la germination et la régénération en forêt. Ayant émis l'hypothèse que les processus que nous observions devaient être universels, nous entreprîmes des expériences agricoles en Afrique et aux Antilles. Les résultats furent supérieurs à ceux obtenus sous climat tempéré, ouvrant ainsi la porte à une révolution verte que nous n'avions pas prévue au départ. C'est en intégrant au sol l'ensemble des nutriments et les mécanismes impliqués dans la création et le maintien des chaînes trophiques que les sols agricoles passent à un régime «forestier». Ceci remet en activité la «machine biologique de production» en assurant la gestion à la fois des sols, de l'eau et la disponibilité des nutriments, lorsqu'ils sont nécessaires, évitant ainsi le gaspillage et la pollution qui peuvent en découler. La solution la plus économique, en ce qui a trait à l'Afrique sahélienne, nous semble liée à la production économique de bois raméal fragmenté (BRF) à partir de plantations, plutôt que de réserver les rameaux au bois de feu ou à l'abandon. Les arguments que nous apporterons sont importants et méritent qu'on s'y attarde du point du vue social et économique, pour des raisons biologiques, scientifiques et historiques. ABSTRACT THE BASICS OF THE ECONOMICAL AND SCIENTIFICAL GREEN REVOLUTION OF SAHEL For the last quarter century the boom of knowledge has led to many to frightening conclusions but has also brought hope as never before. A cropping activity at first, agriculture rushed into the high production fields lead by chemistry, physics and physico-chemistry at the end of the last century. The results achieved must be seen as the most important since man has existed on earth. However, the last ten years has shown a threshold from which the economic profitability of techniques is deeply questioned. This is underlined by a decrease in industrial productivity, money value and basic real productivity. Our social and economic problems seem to reflect this reality. We have taken sustainable development as a goal to achieve with regard to renewable resources. By the same token we guess about rules we know very little about while using current models as to make long term predictions. We all agreed upon the fact that this economic collapse was limited to the Third World, since our knolwge and skills was so high, afforded an unbeatable shelter against predictable catastrophies, even if they were taking place in various forms. At the end of the seventies we have explored fields where poverty was flourishing in the face of abundance and wealth. Most of the time one's wealth is seen as abundant precious metals or material of industrial value such as wood and agricultural products. Management of such a common wealth has led us to forget the most important wealth of all: life and all its components. While we thought that scientists were taking care of oceans in order to maintain fertility and productivity, we paid little attention to what we thought to be the best known and humble: the soil. We were striken by the fact that its biological aspects, in other words the life in all its complexity, were never seriously taken into account; only nutrient and mineralization mecanisms were seriously studied. Our curiousity motivated us to examine more closely the humification process; the universal model for this process is found in forest ecosystems. As time went by, we recognized the relation existing between the canopy and the underlying soil. The scientific discoveries of the last decade have shown the importance of lignin and more spcifically the less polymerized lignin, that generates fertility in forest soils. Twigs and branches having this "young", lignin also contain more than 70% of all the nutrients necessary for plant growth. In addition to chemical nutrients, these branches also contain sugars in many forms, celluloses, hemicelluloses and lignin, with all amino acids, a high number of protein, vitamins, hormones and a large number of enzymes. We have chipped those branches in small pieces those branches, material that was always perceived through the centuries as a symbol of poverty, and mixed the material with agricultural soil or forest litter. Rapidly, yield increases were achieved in agriculture and remarkable effects were noted on germination and regeneration in forestry. We then put forward the hypothesis that this process was universal and established scientific experiments in Africa and the Caribbean Islands. Results achieved were much more important than those under our climatic conditions, giving access to a potential green revolution. It is by the integration of nutrients and energy to the soil and mecanisms allowing food web installation and maintenance that agricultural soils are falling under a "forested" regime.. This puts the "biological production machine" back on its feet with the proper management of water, and nutrient availability, and when necessary, by stopping pollution. The most economical solution with regards to Sahelian Africa is to favour economical production and utilization of Ramial Chipped Wood (RCW) from plantations instead of burning or leaving this precious material to rot. Arguments put forward are important and must be taken into account from the social and economical standpoint, for biological, scientific and historic reasons. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 21 Université Laval, Québec, Canada RESUMEN ORIGENES ECONOMICOS Y CIENTIFICOS DE LA REVOLUCION VERDE EN SAHEL La rapidá evolución de los conocimientos a lo largo de este último cuarto de siglo ha conducido a ciertas constataciones que asustan a más de uno, pero que son portadoras de una gran esperanza. La agricultura, en un principio actividad cosechera y después de producción, se ha adentrado por senderos marcados por la química, la física y la físico-química durante el siglo pasado. Los resultados obtenidos pueden considerarse como los más importrantes desde que nuestra civilización existe. En el transcurso de las últimas décadas, los hechos nos incitan a pensar que hemos alcanzado un nivel, a partir del cual la rentabilidad de las técnicas es puesta en tela de juicio, con repercusiones sobre la industria, el valor de la moneda y la productividad real. Las dificultades económicas y sociales de las que somos testigos hoy son la prueba. Hemos optado por desarrollo sostenible en lo que respecta los recursos renovables, pero nos perdemos en conjeturas al tomar las tendencias actuales como un modelo a largo plazo.Todo el mundo creyó que este hundimiento era exclusivo de los países del sur y que nuestros conocimientos preservarían a los del norte de las catastrofes anunciadas, aunque éstas se materializan bajo los más diversos aspectos. Así pues, desde el final de los años 70, ino hemos explorado sectores en los que la pobreza parece complacerse y desarrollarse, pero en presencia de todo género de riquezas? Mucha gente ve la riqueza solamente bajo la forma de metales, preciosos o abundantes, con importancia industrial y lo mismo para el bosque y la produccion agrícola. La gestíon de esta riqueza nos ha hecho olvidar colectivamente la mayor de todas: la vida, con todos sus componentes. Mientras pensábamos que los científicos se ocupaban del mar para mantener su fertilidad y productividad, nosotros hemos vuelto los ojos a lo que creiamos lo más humilde y mejor conocido: el suelo. Nuestra sorpresa fue total al constatar que todos los aspectos biológicos, es decir, la vida misma, con toda su complejidad y significación había sido considerada muy someramente, excepto en lo concerniente a la mineralización de los elementos nutritivos. Esto nos ha conducido a examinar con más detalle los procesos de humificación, cuyo modelo universal es el bosque.Fue así como llegamos, en el correr de los años, a reconocer la relación existente entre la cima de los árboles y el suelo que los soporta. Los descubrimientos realizados en estos últimos diez años han puesto de relieve la importancia de la lignina y, más específicamente, aquélla que está poco polimerizada, en la génesis y la fertilidad de los suelos forestales. Ademas de una alta concentracion en elementos nutritivos, las ramas contienen una considerable energía bajo la forma de azúcares, celulosas, hemicelulosas y ligninas a lo que hay que anadir todos los aminoácidos y un gran numero de proteínas, vitaminas, hormonas y enzimas. Hemos pensado, pues, en fragmentar estas ramas que, en todas las latitudes y en todos los tiempos, fueron considereadas como el símbolo mismo de la pobreza y de la decadencia, e incorporarlas al suelo o a los residuos vegetales superficiales, segun se trate de la agricultura o de las ciencias forestales. Rapídamente los resultados se han traducido en importantes aumentos del rendimiento tanto en cultivos agrícolas extensivos como hortícolas así como en notables efectos sobre la germinación en el bosque. Habiendo aceptado la hipótesis de que los procesos que observamos debían tener ambito universal, emprendimos una serie de experiencias en Africa y Las Antillas. Los resultados fueron superiores a los obtenidos en climas templados, abriendo, con ello, la puerta a una revolución verde que no habíamos previsto en un principio. Es, precisamente, al integrar al suelo el conjunto de los elementos nutritivos y los mecanismos implicados en la creación y el mantenimiento de las cadenas tróficas como los suelos agrícolas pasan a un régimen "forestal". Todo esto activa la "maquína biológica de producción" asegurando, a la vez, la gestión de los suelos, del agua y la disponibilidad de los nutrientes, cuando éstos son necesarios, evitando así el consumo inútil y la contaminación que esto trae consigo.La solucion más económica, en lo que respecta al Africa saheliana, nos parece que va ligada a la producción de madera rameal fragmentada (MRF), a partir de plantaciones mejor que destinar estas ramas a la combustión o al abandono. Los argumentos que aportaremos son importantes y merecen ser tomados en consideración desde el punto de vista social y económico, por razones biológicas, científicas e históricas. RESUMO OS PRINCÍPIOS ECONÓMICOS E CIENTÍFICOS DA REVOLUÇÃO VERDE NO SAHEL A evolução rápida dos conhecimentos no decurso do último quarto de século conduziu a resultados que perturbam algumas pessoas mas que auguram esperanças sem paralelo. A agricultura, antes do mais uma actividade de colheita após a produção, tem sido submersa pelos ditames traçados pela química, pela física e pela físico-química durante o último século. Os resultados obtidos podem ser considerados como os mais importantes desde o início da nossa civilização. No decurso dos últimos decénios, os factos levam-nos a compreender que atingimos um limiar a partir do qual a rendibilidade das técnicas é posta em causa com repercussões sobre a indústria, o valor das moedas e a produtividade real. As dificultades económicas e sociais que suportamos são a prova disso. Temos optado por um desenvolvimento sustentável no que respeita aos recursos renováveis, mas esgotamo-nos em conjecturas ao tomarmos as tendências actuais como modelo a longo prazo. Inicialmente, todos pensaram que a derrocada apenas afectava os países do sul e que os nossos conhecimentos preservariam os do norte contra as catástrofes anunciadas, ainda que estas se apresentassem sob as formas mais diversas. Assim, desde o final dos anos 70, não explorámos nós os domínios onde a pobreza medra e se desenvolve, apesar das riquezas de vária ordem? Muitos não vêem a riqueza senão sob a forma de metais preciosos ou abundantes, de importância industrial, o mesmo se passando em relação às produções florestais e agrícolas. A gestão destas riquezas levou-nos colectivamente a esquecer a maior de todas: a vida com todas as suas componentes. Ainda que pensássemos que os cientistas se ocupavam de Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 22 Université Laval, Québec, Canada tudo para manter a fertitidade e a produtividade, nós estamos inclinados para o que pensávamos ser mais simples e melhor conhecido: o solo. A nossa surpresa foi total ao constatarmos que todos os aspectos biológicos, isto é, a vida, mesmo em toda a sua complexidade e significado, não tinha sido tomada em consideração a não ser de uma forma tímida, salvo no que respeita à mineralização e aos nutrientes. Tal facto levou-nos a examinar com mais cuidado o processo de humificação, cujo modelo universal é o da floresta. É assim que, com o decorrer dos anos, chegámos a reconhecer a relação que existe entre a parte aérea das árvores e o solo subjacente. As descobertas dos dez últimos anos mostraram a importância da lenhina, e mais particularmente da que é pouco polimerizada, na génese e fertilidade dos solos florestais. Além de uma forte cencentração de nutrientes, os ramos contêm uma energia considerável sob a forma de açúcares, celuloses, hemiceluloses e lenhinas, aos quais se juntam todos os ácidos aminados e um grande número de proteínas, vitaminas, hormonas e enzimas. Em face disso, resolvemos proceder à fragmentação destes ramos, conhecidos, em todas as latitudes e em todas as épocas, como símbolos da pobreza e da degradação, incorporando os fragmentos correspondentes no solo ou utilizando-os em cobertura, consoante as actividades se desenvolvem no domínio da agricultura ou da floresta. Muito rapidamente, os resultados têm-se manifestado através de importantes aumentos de rendimento em cultutras arvenses e hortícolas, bem como de efeitos assinaláveis sobre a germinação de sementes e regeneração da floresta. Tendo formulado a hipótese de que os processos observados deveriam ser universais, procedemos ao estabelecimento de experiências agrícolas em Africa e nas Antilhas. Os resultados foram superiores aos obtidos em climas temperados, abrindo-se assim a porta a uma revolução verde que não havíamos previsto no início. É através da incorporação no solo do conjunto de nutrientes e através dos mecanismos implicados na criação e na manutenção das cadeias tróficas que os solos agrícolas passam a um regime "florestal", Deste modo, torna-se a pôr em actividade a "máquina biológica da produção", asseguarando a gestão simultânea dos solos, da água e da disponibilidade de nutrientes sempre que sejam necessários, evitando-se assim o desperdício e a poluição que poderiam resultar. A solução mais económica, no que respeita à África do Sahel, parece-nos estar ligada à produção económica de aparas de ramos fragmentados (ARF) a partir de plantações em vez de reservar os ramos para queimar ou deixá-los ao abandono. Os argumentos que iremos apresentar são importantes e merecem ser encarados sob o ponto de vista social e económico, por razões biológicas, científicas e históricas. ZUSAMMENFASSUNG DIE ÖKONOMISCHEN UND WISSENSCHAFTLISCHEN KEIME DER GRÜNEN REVOLUTION IM SAHEL. Die schnelle Entwicklung der Kenntnisse in den letzen 25 Jahren hat zu Fetstellungen geführt, die so mancher in Angst versetzen, die aber zugleich große Hoffnungen erwecken. Die Landwirtschaft, die ursprunglich nur Ernte war, ist später eine Productionsaktivität geworden und geht jetzt den von der Chemie, Physik und Physikochemie im letzten Jahrhundert vorgezeichneten Weg. Die erreichten Ergebnisse können, als das Wichtigste betrachtet werden, was unsere Zivilization je erreicht hat. In den letzten Jahrzehnten, zeigten uns die Tatsachen, daß wir eine Schwelle erreicht haben, wo die Rentabilität der Techniken in Frage gestellt werden kann, was natürlich Auswirkungen auf die Industrie, den Wert des Geldes und auf die tatsächliche Produktivät hat. Die ökonomischen und sozialen Schwierigkeiten, die wir durchmachen, sind ein Beweis dafür. Wir haben uns für eine dauerhafte Entwicklung enschieden, was die ersetzbaren Reichtümer betrifft, aber wir verlieren uns in Vermutungen, weil wir die jetzigen Tendenzen als Modell annehmen für das, was auf lange Frist geschehen wird. Anfänglich dachten alle, daß dieser Zusammenbruch das Los der südlichen Länder war und daß unsere Kenntnisse den Norden vor den angekündigten Katastrophen schützen würden, obwohl sie in den verschiedensten Formen auf uns zukommen. So haben wir nicht schon seit Ende der 70=er Jahre Bereiche untersucht, wo Armut anscheinend blüht und gedeiht und dies wo allerlei Reichtümer vorhanden waren? So mancher versteht unter Reichtum nur edle Metalle oder das Vorhandengein von Metallen in großen, industriellen Mengen, was auch für Holz und landwirtschaftliche Produktionen gilt. Die Bewirtschaffung dieser Reichtümer hat uns dazu gebracht den wichtigsten Reichtum zu vergessen nämlich das Leben und all seine Bestandtelle. Während wir dachten, daß die Wissenschaftler sich für die Erhaltung der Fruchtbarkeit und der Produktivität des Meeres einsetzten, haben wir uns für das interessiert, was man für das bescheidenste und best gekannte Element hielten: den Boden. Unsere Überraschung war desto größer, als wir zu der Einsicht kommen mußten, daß alle biologischen Aspekte, d.h. das Leben selbst, in all ihrer Komplexität und in ihrer Bedeutung, nur sehr schüchtern in Betracht gezogen worden war abgesehen von was die Mineralisierung und die Nährstoffe betrifft. Dies hat uns dazu gebracht den Befeuchtungsprozeß, wobei der des Waldes als allgemeines Modell gelten kann, näher zu untersuchen. Es hat im Laufe der Jahre zu der Einsicht geführt, daß es eine Beziehung gibt zwischen den Wipfeln der Bäume und dem darunterliegenden Boden. Die Entdekungen der letzten 10 Jahre haben die Wichtigkeit des Holzstoffes gezeigt und besonders die des wenig polymerisierten Holzstoffes bei der Entstehung von Waldboden unf für seine Fruchtbarkeit. Die Zweige enthalten nicht nur eine große Menge an Nährstoffen, sie sind auch eine wichtige Energiequelle in Form von Zuckerarten, Zellulosen, Hemizellulosen und Ligninen, zu denen noch die Gesamtheit der Aminosäure, eine großeAnzahl an Proteinen, Vitaminen, Hormonen und Enzymen hinzukommen. Wir sind also auf die Idee gekommen, diese Zweige, die überall und zu jeder Zeit als Symbol für Armut und Verfall angesehen worden sind, zu zersplittern und sie der Erde oder dem Streu, je nachdem, ob es sich um Landwirtschaft oder Forstwirtschaft handelt, beizumengen. Es kam sehr schnell zu Ergebnissen: eine große Steigerung des Ertrags der Landwirtschafts- und Gemüse-produkte und eine bemerkenswerte Auswirkung auf die Keimfähigkeit und auf die Regeneration des Waldes. Von der Hypothese ausgehend, daß der festgestellte Prozeß universell sein mußte, hat man landwirtschatfliche Untersuchungen in Afrika und den Antillen unternommen. Es kam noch zu besseren Ergebnissen als in der gemäßigten Zone, was den Weg für eine echte grüne Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 23 Université Laval, Québec, Canada Revolution bahnte, die wir anfänglich gar nicht erhofft hatten. Durch Beimengen der Gesamtheit der Nährstoffe an den Boden und Einführung von aktiven Mechanismen die sorgen für die Enstehung und Erhaltung der trofischen Kelte wird der Agrarboden von einer"Waldnahrung" profitieren. Dies alles führt zur Wiederbelebung der biologischen Produktionsmaschine und sorgt für die Erhaltung der Böden, des Wassers und das Vorhandensein der Nährstoffe wenn diese benötigt werden und verhütet eine Verschwendung und Verschmutzung, die sonst durch diese Nährstoffe verursacht würden. Die billigste Lösung für den Sahel bietet uns wahrscheinlich die Produktion von zerstücktem Fragmentiertes Zweigholz (FZH) aus der Plantage, dies anstatt diese Zweige als Brennholz zu verwenden oder ungebraucht zu lassen. Die Argumente, die wir hervorbringen werden, sind wichtig und verdienen, daß man sie aus biologischen, wissenschaftlichen und historichen Gründen aus sozialen und ökonomischen Standpunkt näher betrachtet. SAMENVATTING DE ECONOMISCHE EN WETENSCHAPPELIJKE KIEMEN VAN DE ECOLOGISCHE OMWENTELING IN SAHEL. De snelle ontwikkeling van de kennissen in de loop van de laatste 25 jaar heeft tot vaststelingen geleid die meer dan één schrik aanjagen, maar die tevens ongelooflijke hoop gewekt hebben. De landbouw, die zich oorsprnokelijk tot het oogsten beperkte en pas later een produktieaktiviteit geworden is, is in de laatste eeuw de kant opgegaan van de chemie, de fysica en van de fysische chemie. Het bereikte resultaat kan beschouwd worden als het belangrijkste wat onze beschaving ooit opgebracht heeft. In de loop van de laatste decennia, laten de feiten ons zien dat we een punt bereikt hebben waar de rentabiliteit van de technieken in twijfel getrokken wordt, wat gevolgen heeft op de industrie, de waarde van het geld en op de feitelijke produktiviteit. De economische en sociale moeilijkheden die we ondergaan zijn een bewijs daarvan. Wat de hernieuwbare rijkdommen betreft, hebben we partij gekozen voor een duurzame ontwikkeling maar daarvoor nemen we de huidige tendenzen als werkhypothesen op lange termijn en raken wij in gissingen verloren. Allen dachten eerst dat deze ondergang het lot was van het zuiden en dat onze kennissen ons voor de aangekondigde rampen - hoewel ze de meest gevarieërde vormen aanenmen - zouden beschermen. Zo, hebben we niet reeds sinds het einde van de jaren 70 gebieden bestudeerd waar armoede schijnbaar bloeit en gedijt en dat in aanwezigheid van allerlei rijkdomen? Sommigen verstaan onder het woord rijkdommen alleen maar edele metalen of metalen die in grote hoeveelheden voorkomen en bruikbaar in de industrie; hetzelfde geldt voor het hout of de agarische produktie. De exploitatie van deze rijkdommmen heeft ons allen de grootste rijkdom laten vergeten, namelijk het leven en zijn bestanddelen. Terwijl we dachten dat de wetenschappers zorgden voor de instandhouding van de vruchtbaarheid en de produktiviteit van de zee, hebben we ons geïnteresseerd voor wat ons het meest gekende en het meest bescheidene element scheen te zijn: de bodem. Onze verrassing was des te groter toen we moesten vaststellen dat alle biologische aspekten, d.w.z. het leven, ook in zijn ingewikkeldheid en in zijn betekenis, bijna buiten beschouwing was gebleven, behalve wat de mineralisatie en de nutriënten betreft. Die heeft ons daartoe gebracht het bevochtigingsproces, waarvan het woud voor universeel model staat, nader te bekijken.Dit heeft ons tot het inzicht gebracht dat er een verband bestaat tussen de kruin van de bomen en de onderliggende bodem. De ontdekkingen van de laatste 10 jaar hebben het belang laten zien van de lignine en meer bepaald van de weinig gepolymeriseerde lignine, bij het ontstaan van bosgrond en voor zijn vruchtbaarheid, Niet alleen bevatten de takken een grote concentratie aan nutriënten, ze zijn ook een ongeloofelijke energiebron in vorm van suikers, cellulozen, hemicellulozen en ligninen . Daarbij, moet nog de aanwezigheid van al de aminozuren, een groot aantal proteïnen, vitaminen, en enzymen vermeld worden. We zijn dus op het idee gekomen deze takken die steeds en overal als het symbool van armoed en verval worden beschouwd - tot snippers te verkleinen en ze met de aarde of het stro bij te mengen naargelang het de landbouw of de bosbouw betreft. De resultsaten lieten niet op zich wachten: het kwam tot een belangrijke toename van het rendement voor wat de agarische produkten en de groenteteelt aangaat, evenals tot opvallende resultaten voor wat het kiemen en de regeneratie van bossen befreft. Uitgaande van de hypothese dat het waargenomem proces universeel moet zijn, zijn wij met agarische eperimenten in Afrika en in de Antillen begonnen. De resultaten waren nog beter dan onder gematigde klimaat, zodat ze als baanbrekend beschouwd konden worden voor een echte "groene revolutie", die alle verwachtingen overtrof. De invoering in de bodem van alle nutriënten en ook van de processen die zorgen voor het scheppen en het instandhouden van de trofische verbindingen leidt tot de overgang voor de landbouwgronden tot een voedingspatroon kenmerkend voor de bosbouw. Dit wakkert de "biologische produktiemachine" weer aan en zorgt voor het beheer van de gronden. van het water en tevens van de nutriënten, alleen wanneer ze nodig zijn, zodat verspilling en pollutie die daarmee anders gepaard gaan kunnen vermeden worden. De goedkoopste oplossing voor Sahelafrika schijnt ons geboden door de economische productie van versnipperd kruinhout uit de beplantingen, in plaats van die takken ongebruikt te laten liggen of als vuurhout te gebruiken. De argumenten waaroh we ons zullen beroepen zijn belangrijk en verdienen om biologische, wetenschappelijke en historische redenen vanuit een sociaal en economisch standpunt nader bekeken te worden. ---------------------- ISBN 2-921728-13-3 Dépôt légal: Bibliothèque nationale du Québec 1995. Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Club Sahel réunion de Pointe-au-Pic, 5 octobre 1995 Professeur Gilles Lemieux 24 Université Laval, Québec, Canada avril1996 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada publication n° 56a courriel:
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-13-3 avec des résumés en français anglais espagnol portugais allemand néerlandais Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt LAVAL UNIVERSITY FACULTY OF FORESTRY AND GEOMATICS Department of Wood and Forest Sciences AT THE REQUEST OF THE CANADIAN INTERNATIONAL DEVELOPMENT AGENCY at the meeting of the CLUB SAHEL Pointe-au-Pic QUÉBEC «THE BASICS OF THE ECONOMICAL AND SCIENTIFICAL REVOLUTION OF SAHEL» by Professor Gilles Lemieux Department of Wood and Forest Sciences Facultu of Forestry and Geomatics LAVAL UNIVERSITY ORIGINAL FRENCH PUBLICATION Nº 56b OCTOBER 1995 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ SECOAD EDI1IOA 1997 edited by Coordination Group on Ramial Wood Depatment oI Wood and Forestry Science Quebec G1K 7P4 QUEBEC Canada 1HE BASICS OF 1HE ECOAOMICAL AAD SCIEA1IFICAL CREEA REJOLU1IOA OF SAHEL I want express my sincere thanks Ior inviting me to discuss on this rather diIIicult subject. I believe I can contribute with somenew inIormation which can be used Ior both the Sahel and elsewhere in the world. First, I would like to describe the background which led to the various discoveries that will be the center oI my remarks today. These discoveries are linked to the economic and social problems that were lready evident by the early 1970. The environmental crisis brought about the astonishing advances in industrial technology and productivity Our contribution stem Irom research on two problems: the degradation oI the Iorest environnement and the pollution attributed to the chemicals to bleach paper pulp, and containing mercury identiIied as the most dangerous and most harmIul residue. By using wood chipped tree branches, chipped and mixed them with the top Iew centimeters oI the soil increases in agricultural yield were obtained ranging Irom 30° to 300° depending on the crop and no Iertilizers or conditionners were used. UnIortunately no mention was Iound in the scientiIic litterature on this material and on its eIIects. In the early 1980s , additionnal tests in a Iorest environment, showed signiIicant eIIects on soil regeneration, soil morphology, physical and chemical reactions, Ilora, etc., The reason Ior these changes had to be Iound. It has been common practice to throw away branches as no value material. However, aIter studying the various components oI branches, it was obvious that they were highly rich in nutrients, one speciIic substance which is, a slightly polymerized lignin, in the Iorm oI monomers is easily decomposed by biological organisms. When we start our study, the scanda surrounding Minamata disease, caused by mercury poisoning, had convinced researchers, working Ior major corporations and governments, to come up with new techniques Ior bleaching paper, since lignin gave paper a Iowl colour. Major, studies were undertaken around the world on the enzymatic "breakdown" oI lignin, specially comming Irom coniIerous trees. For the Iirst time, a signiIicant eIIort was devoted to this extremely complex and highly energetic molecule Ior which the pulp and paper industry had no use.That is why it was evacuated into the environment with other by- products such as organic mercury compounds. Ten years later we came across a scientiIic article matter by two European scientists, Dr Leisola oI the Finnish Sugar Institute and Dr. Garcia oI the Institut Pasteur, and dealing with the role played by various enzymes in the production oI humic acid Irom lignin, a key Iactor in pedogenesis, that is, soil Iormation and Iertility. For the Iirst time, I had a better understanding oI why ramial chipped wood (RCW) had such a signiIicant impact on yields, without any supplementation by chemical nutrients such as synthetic Iertilizers. For the Iirst time, I leIt the traditional approach oI mineralization and the chemicals associated with it. Then I was Iound oriented towards the organic approach, but in a Iorestry perspective, where the advocates oI compost and manure, are obessed by the waste disposal so characteristic oI our economy as we approach the end oI the millenium. It should be pointed out here that all the research works on lignin have been conducted Ior its breakdown, its transIormation or its elimination. No recent studies were Iound on upgrading, that is the build-up oI the soil energy structure Irom aromatic rings incorporated in the new environment as Iar as the organic waste disposal is concerned only. The breakdown is taken into consideration, without any mention oI the most important phenomenon, the energetic, biological and structural upgrading oI the soil as a living microcosm. The constituants oI lignin material have made possible man's development around the world. At one time or another, all AIrica was dominated by deciduous Iorest. The tropical Iorest is deciduous and it generates the highest yields, both in agricultural and Iorestry. According to History the entire Sahel was once covered by Iorest. Under various types oI pressure, Ior instance economic developments, demographic increases, and climatic change, the native Iorests were close to disappear. Since 1926 the theory dealing with lignin as the basis oI natural humus has been put Iorward but little attention was paid to that Iact. The mots extensive studies ignore this evolution oI lignin. They all try to understand the breakdown oI this macromolecule, not its positive evolution. The main change occuring in soil is linked with the process oI benzenic rings, the very basis oI other complex compounds wich is kept intact or only slightly modiIied, while the stored energy is increased. On the other hand the mineralization process need energy and reduce the amount oI energy stored, pedogenesis thereIore involves entropy increasing energy and by dispersing it in the matter as opposed to where energy as in the case oI mineralization is concentrated or expelled. Modern agriculture relies on the second phenomenon, namely mineralization, with all its pertinent consequences: soil degradation and water pollution are two oI the best known aspects. The same is true in traditionnal agriculture, were organic residues are burned in order to make available to plants the nutrients, but to the detriment oI the Iormation oI trophic web. WHAT HISTORY AND GEOGRAPHY TEACH US Based on observations, reIlection and deductions, I may conclude that the world's major civilizations rose Irom the context oI the deciduous Iorests, By cultivating the soil taken Irom these Iorests the best highest crop yields were obtained under all conditions, over time. The increase oI wealth became possible with the growth oI populations. All attempts to use the soil gained Irom coniIerous Iorests Iailed at all latitudes and in all climates. A number oI explanations have been put Iorward but none have really been convincing. It is diIIerent with Iertile agricultural soils deriving Irom Iormations oI Monocotyledons where xeric tendencies are observed, and production oI grass and grains in particular is worthwhile. Those large grasslands are Iound in both the Americas, and Asia and to a lesser extent in Europe and average population densities are generally Iound there. Intensive uses oI the soil lead generally to total, partial or temporary desertiIication under these precarious climatic conditions. Throughout the world, human beings and a large number oI animal species, including Primates, our closest relatives, are dependant on deciduous Iorests Ior their survival. Under these conditions the biological diversity is the greatest to exist. Disappearance oI the Iorest break down the water cycle and leads directly to desertiIication in the tropics. There are undoubtedly major cycles involving transition Irom one stage to the other, thereby ensuring the adaptation and appearance oI new species namely the human beings as a good example. As the earth's various geological Ieatures are the "memorv" oI its history, it seems obvious that the soil is the memory oI the Iorest Ior changing very slowly, and maintaining an unequalled gene pool which enables it to reconstitute the conditions needed Ior the developpement oI new biological equilibria. The deciduous Iorest only exhibits genuine climaxes, in both temperate and tropical regions, and can thereIore claim Ior "selI-perpetuation" as a society, as long as the basic parameters are stable. THE EXPERIMENTS IN CANADA, AFRICA AND THE CARIBBEAN AIter poundering the results obtained by incorporating 150 m 3 /ha oI ramial chipped wood (RCW) into the Iirst centimeters oI the topsoil, some hypothesis had to be Iormulated in view oI identiIying the mechanisms involved. The Iirst hypothesis had to be supported by general rules leading to the Iormulation oI universal Iundamental principles. It was then necessary to test this hypothesis under various conditions. In temperate climate, numerous limiting Iactors, are diIIerent Irom those in tropical's. By assuming that the basic hypothesis was dealing with a universal phenomenon, namely pedogenesis, numerous experiments were conducted. At Iirst, the hypogeous ecosystem was considered to be related to biological Iactors, and the type oI lignin appeared to be the most basic and central. Once establised, some experiments were conducted in AIrica, in the subsahelian region oI Senegal, as well as in the Caribbean, using a single trees species, Casuarina equisetifolia. The latest results seem to support our earlier ones in every respect, and usually they are in vegetable production higher than the traditional yields by a Iactor oI Iour to six. In AIrica, better results were obtained using local tree and shrub species when grown closer to the equatorial Iorest. In Canada, as well as in AIrica and the Caribbean, the increases in yield were obtained without any Iertilizers. All the biological, physico-chemical and physical parameters tended toward equilibrium, and will be discussed later. RE-ESTABLISHING THE BIOLOGICAL EQUILIBRIA OF THE FOREST IN AGRICULTURAL ENVIRONMENTS According to mankind History, man had to prevail in a harsh struggle against the Iorest. It is obvious that the Iorest was long beIore mankind and consequently the ecological complex soil-Iorest-animal remain undisturbed until very recently. This equilibrium was more or less maintained Ior millennia in the absence oI technology and thereIore went through wars and epidemics oI all kinds. Introduction oI mechanical power as well as new knowledge in chemistry provided changes and Iavoured the increase oI productivity. Due to the Iact that the soil's "memory" is so large, the soil reacted only under the most Iavourable conditions. Elsewhere, the result was catastrophic. Technology can be used to remedy the situation, but the economic cost will be high. UnIortunately, numerous Iactors and conditions may Iavor tribal wars, Iamines and massive epidemics. It must be said that the soil microbial equilibria is resulting Irom ecological changes in the Iorest environment. Agriculture practices are related to physical and biological characteristics speciIic to each region and consequently involved process oI degradating the environement, in the name oI increased productivity. However, the cost Ior maintainning technically Ior this high productivity is reaching levels diIIicult to be beared by the economy. By returning the most productive part oI trees into the soil the equilibrium could be restored in all the trophic web, where the nutrients are conIined, Iully shielded Irom the chemical as well as Irom physico- chemical cycles that we have been measuring so keenly Ior more than a century. The biological system only is in charge oI all chemical nutrients and consequently oI all the rules oI the chemistry oI the soil, since the cycles and controls are regulated either by groups oI living organisms or simply by chains made oI several levels oI liIe Iorm and, Iinally, by a series oI enzymes resulting Irom this activity. These equilibria in the soil can be restored aIter some "agricultural degradation" but, all the mechanisms oI pedogenesis must be in place, including all the mechanisms contributing to soil Iormation. In temperate climates, low yields have served to maintain a certain equilibrium, especially in the presence oI a well-structured clay-humus complex. In tropical climates, oIten in Iorest environments, agricultural crops in rotation with Iorest has succeeded in protecting these equilibria. Tree harvesting and industrial Iarming can cause catastrophes and the bad eIIects are now just beginning to be measured. We now recognize why tropical soils are relatively poor in nutrients. The wide biological diversity oI microorganisms and the amount oI energy available can prevent the upper vegetation to grow iI the nutrients are not stored in their branches rather than only in the soil. Recent studies on the Amazon Iorest canopy have shown that all levels oI microrganisms live also in the canopy, and in equilibrium made oI entirely oI vegetation: namely the branches and leaves oI large trees. From those observations, it is understood why, the yields are so increased when the chipped branches are returned to the soil. The cycle initiated by nature is then completed. The branches must be prepared Ior a massive attack by microorganisms, especially by the Iamily oI Iungi called Basidiomycetes. The content of nutrients in ramial chipped wood (RCW) will pass directely into the microbial biomass namely fungi, protozoans, bacteria, algae and others, rather than into the soil solution. At this point, I would like to recall that Iungi are the most important acting agents, in contrast with bacteria in composts making. The Iirst step involved will be the Iormation oI the trophic or Iood web, while the second will be the depolymerization oI lignin into two main components: humic acid and Iulvic acid. These are not mechanisms oI breakdown as mentioned by many authors, dealing with mineralization. Humic acid deriving Irom lignin is thereIore the primary component oI soil aggregates which in the presence oI clay results in the clay-humus complex and reponsible Ior soil stability and Iertility. In tropical climates, the aggregates in turn are quickly metabolized Iorming the concentration oI nutrients in the green parts oI plants. It is through the Iungi Basidiomvcetes and the depolymerization oI the lignin, not its breakdown, that the RCW can innitiate the basic mechanisms toward pedogenesis, that is, the Iormation and maintenance oI Iertile soil, and to increase its energy content as well as and the content oI nutrients used by plants. This is the entropic process oI Iorest origin which has nothing in common with current enthalpic techniques wich are speciIic to agriculture and to some extent to new trends in Iorestry. Essentially, the transIormation oI lignin is the central point in all pedogenesis process. Its chemical structure will stimulate other ancillary mechanisms such as the chelation oI iron and the production oI polyphenols, as well as mechanisms oI Iormation oI podzols or laterites as an example. With the RCW technique it is possible to establish and maintain an agricultural soil similar to Iorest soil and to control its Iertility and structure over long period oI time. This type of a reconstituted soil similar to forest soil or "true agroforestry" appear to be the very basis oI the sustainable developpement. THE INTERPRETATION OF THE EFFECT OF RCW ON SOIL CALLS FOR FUNDAMENTAL CHANGES Since the nutrient management is rather well understood in temperate climate it seems diIIerent in tropical climates, where successive Iailures and the endemic poverty are known Iacts Ior years. In temperate climates, and only in presence oI Iine clays or alluvial deposits, the nutrient regime involves the clay-humus complex. Even under the most Iavourable climatic conditions, the absence oI this complex has major eIIects on the local population and economy. Even when the previous Iorest was productive agricultural productivity is declining. This is not logical and the bad results should be attributed to ignorance and technical deIiciencies. It is obvious that increases in yields, changes in soils structure, use oI water and reduction oI parasites and diseases over years and climatic conditions must be oI great signiIicance. In tropical climates, it is known that soils Iormed under Iorest cover are oI poor quality Ior agricultural uses. ThereIore when the Iorest productivity is good, it means the nutrients are located in the trees themselves, particularly in the top branches, the immediate site oI photosynthesis. This hypothesis was supported by the experimental works conducted in Notto (Senegal) and initiated in 1993, and resulting in a spectacular increase in the Iruit production oI the Ethiopian nightshade (Solanum æthiopicum) and total disappearance oI nematode Iauna at the root level. The second year, the yields were multiplied by two, implying the recirculation oI RCW nutrients Irom Casuarina equisetifolia. The same kind oI experiment was conducted in Ivory Coast with RCW Irom various deciduous species and the dry matter yields were oI the same magnitude, indeed even greater with maize. There is a problem which can be related to an error oI interpretation oI the mechanisms and implying the lignin Irom deciduous trees and the microbial biomass. Modern agriculture is based mainly on mineralization. That interpretation is associated the role oI compost and manure. With RCW, another and more important and omnipresent reality, is introduced, it is pedogenesis, which recycles all the biological and nutrient mechanisms. This step is essential to prime the pump oI selI-regulated recovery, so important Ior meeting human needs. HumiIication and induced trophic web are the basis Iactor Ior short-, medium- and long-term Iertility. Based on the stable humus- microbial biomass the nutrients are available as well as their adequate concentration Ior the development oI vegetation. In tropical climates, this role seems to be assumed by the arboreal ligneous vegetation microbial biomass complex. The lignin Irom deciduous trees is the most suitable element Ior structuring soils and adding the energy required to build up the trophic web acting for regulating the flow of nutrients, in quality and quantity. In the microbial biomass, the Basidiomycetes is the most important acting agents by depolymerizing lignin into humic and Iulvic acids which are the basis oI the chemical and physical structuring oI the humus, the primary source oI soil energy. Eventually, agriculture could depend on Iorest soils, cultivated only Ior the production oI RCW. This is a new statement impossible to be Iormulated some years ago. It seems possible to draw a universal law which applies equally to agriculture and Iorestry: the nutrient regime system is asumed by the microbial biomass and under control of lignin and its derivatives. As a corollary Ior this law, it may be added that agricultural soils are under the same fundamental forest mechanisms, in which lignin and its derivatives are the central factors. CONCRETE PROPOSALS From the standpoint oI sustainable development, the term ecoviability, we believe to be more convenient but the time has come to arrise to more appropriate techniques, based on the biodiversity. The mechanisms already outlined are very basic oI ecoviability and biodiversity, while until now the emphasis has been put on productivity at any cost and also on uniIormity and volume. There should not be any incompatibility between ecoviability and productivity, provided the processes involved are well known. Since climax Iorests appear to be eternal and high yielding, it seems possible that agriculture could behave the same way by using practices based on controled humification, instead to uncontrolled mineralization, as is currently accepted throughtout the world. This implies that modern agriculture and forestry, in both tropical and temperate environements, are driven by the mechanisms of humification based on the formation and maintenance of trophic web, for which lignin and its derivatives are responsible. The priority should then be given to production oI ramial wood, instead oI the traditional wood production. In the tropical Subsahelian climate, RCW production should be very rapid and in large amount within a Iew years, iI not a Iew months. The simple chipping or grinding techniques, associated with spectacular increases in yields, will spread among the population like wildIire. This phenomenon will have to be channelled so that a large part oI the RCW produced be directed toward the Iorest sector to Ioster the development oI a stable and productive Iorest as quickly as possible. This could be the task oI the aid-providing nations, by donating or later lending the necessary Iunds and expertise. With such winning techniques, there should be very signiIicant changes within the next 20 years. Farther to the south, where rainIalls are higher, the use oI local species as a source oI RCW should contribute to eIIiciently stabilizing populations which otherwise remain transhumant. The Iorest plantations should be Iavored because production oI RCW; this is only way of breaking the vicious cycle, implying desertification, poverty physical and social instability. To do so, many criteria should be revised in the selection oI the projects in allowing the Iunds. One major step is to change the actual choice oI species. They are still selected on account oI their behaviour on degraded soil and because they are still good wood productive. The arguments Ior starting plantations using Australian species such as Eucalvptus spp., Casuarina equisetifolia, Acacia mangium, etc. must be diIIerent since those species are at their best on poor sites but do not improve the soil over the medium and long term. More judicious choices must be made according to the experiments conducted by Aman and Despatie in Bouake (Ivory Coast) The speciIic value oI RCW must be determined by testing diIIerent species according to the expected purposes A classification of the native and foreign dendrological flora is definitely required for each region. All eIIorts must be made to promote the Iact that the development is based on improved soils by introducing source oI energy and by remaking the trophic web. PLAN THE GRADUAL RESTORATION OF THE FOREST AND OF AN ANCILLARY AGRICULTURE I want to underline the absolute necessity oI persuing the goal Ior restoring the Iorest with the native species, whose "experience" or memory has been Iormed over million oI years. Like any Iorests, all are very Iragile and incredibly robust, a paradox which applies to all liIe Iorm on this earth. Once rehabilitated a Iertile soil should permit a rapid and stable return. Going back to biodiversity, in Sahelian countries should be considered a return to nature, since the actual phenomenon is part oI the history oI AIrica. Such eIIorts could be consistent with orientation Iollowed by the biological history in that part oI the world. The techniques associated with RCW are likely to be the only Ieasible scientiIic and economic solutions where needed Ior a medium and long term period. That promotion must be undertaken and carried out by AIricans themselves, with available resources in the Iirst place provided by the wealthy nations oI the world. The recovery oI this region oI the world can only take place by restoring the vanished Iorest, but not by single-species plantations. History teaches us the painIul lesson how the agricultural techniques used in temperate climates are not suitable Ior tropical countries, particularly in the Sahel. Knowledge and techniques must be reexamined in order to understand why that happens. The RCW simple technique is proposed, but scientiIic ramiIications are extremely complex and very attractive Ior researchers. The enthalpic trends must be reversed in this corner oI the globe by introducing, through technical and by voluntary means, entropic trends, related to law oI physics which have supported the growth oI the industrial world. The investments coming Irom the developed countries must be reoriented toward unprecedented innovations, but driven by a sound logic. The basic knowledge speciIic to Sahel must be increased as well as Ior other countries since pedogenesis is one oI the most important biological phenomena on this planet. The need oI establishing an embryonic international organization, must be recognized with only one goal which is to collect both the scientiIic and traditional soil techniques in relation with the chemical, microbiological, and anthropogenic mechanisms, with regard to their inIluence on climate and on human and animal diseases. This set oI proposals is the main key to change. This key could be easily lost in the sands oI a desert unless rapid changes happen. When I think about the Iuture oI my own children in this world built by our rules, I Iind myselI more oIten inclined to cry than to smile, but turning to this universal treasure, the soil, I realize everything is possible. AIter the darkness comes the light!. Thank you. -------------------- GLOSSARY agregates: particules linked to one another by a biological cement, the basis oI soil structure. It also provide basic Iood Ior the microbiological liIe oI soil. agroforestry: agricultural production techniques in relation with Iorest canopy, and with soils upgraded by RCWs. arboreal: what is concerned with trees. Basidiomycetes: a Iamily oI Iungi konwn as mushrooms mostly growing in Iorests They are mainly responsible Ior depolymerizing lignin without breaking benzenic rings benzenic (rings): a basic molecule highly energetic related to benzene. The term aromatic is also commonly used. biodiversity: concept where liIe Iorms are numerous, diverse and living in harmony. Example: the deciduous Iorest and its Iauna and Ilora. chelation: natural or artiIicial phenomenon in which a molecucle become static, being locked in a complex inhebiting system. chipping: cutting into chips, twigs oI various sizes. climax: term relative to selI-perpetuating plant societies in equilibria with all environmental Iactors clay-humus: complex oI both clay and humus giving birth to soil aggregates, the very basis Ior soil Iertility. compost: organic matter oI various origin transIormed mainly by bacterial breakdowns with heath production, making nutrients available to plant growth. deciduous: Phanerogam Dicotyledon trees shedding or not their leaves and and Iound in Iorest areas. degradation: the loss oI integrity oI a substance and energy content applied to soil constituencies. depolymerization: where organic molecules split in their basic elements. desertification: natural or man made interactions on plant ecosystems leading to and stopping evolution by one oI its basic Iactors namely a shortage oI water availability. ecosystem: biological system allowing diIIerent liIe Iorms living more or less in harmony within cycles or in Iull continuity. ecoviability: concept meaning that harmony is an absolute necessity in order to complete cycles with or without reIerence to productivity. enthalpy: term issued Irom the thermodynamic related to the entire energy oI a system with no reIerence to its dispersion. entropy: term issued Irom the thermodynamic related to a disorder state toward an other system. enzymes: complex structure protein molecule which Iavor, increase or allow diIIicult biological reactions, otherwise impossible. fertilizers: chemical or organic nutrients applied to increase soil Iertility and consequently crop yields. flora: plants characteristic oI a region or a topographic Ieature oI a region or a country. Example: the Quebec Ilora, the tidal zone Ilora oI the Saint-Laurent river, etc.. fulvic (acid): low weight molecule issued Irom the lignin depolymerization, one oI the basic element oI the pedogenesis. It is one oI the two molecules produced by the Basidiomycetes lignoperoxidase manganese dependant or laccase Irom bacterial origin. humification: natural processus where organic debris are changed into humus. hypogeous: indicating that is below the surIace. Example: the hypogeous Ilora oI a Iorest. laterite: tropical red colored soil where iron alluminium and silicium are not linked to one antoher and where biological agents play an important role. microbial biomass: the whole amount oI microscopic living organisms in the soil. Minamata (disease): Japaneese city which has given its name to a central nervous system disease due to organo-mercuric polluted Iood. mineralization: natural soil degrading process making available the nutrients Iound in organic debris and transIormed by microorganisms. monomers: simple organic molecule enable to give birth to other complex ones through the polymerization processus. where new links may contribute to Iorm additionnal groups oI the same nature. morphology (soil): the Iorm and colour oI soil due to its structure and texture giving speciIic physical and biological properties to the soil. nematodes:small worms, mostly microscopic, belonging to the class Nematoidea living as parasites on plants and animals. nutrients: chemical and organic elements used by the plants organic (matter) a most ambiguous term in reIerence to organic debris in soil but not to humus or humiIication processus. organo-mercuric: compound where mercury is tied to an organic molecule becoming a powerIul poison Ior the central nervous system. pedogenesis: natural processus by which soil exist and maintain throughout dynamic phenomenons. It implies nutrient Ilow regulation Ior plant growth as well as epigeous and hypogeous equilibrium in ecosystems. physico-chemistry: science relevant to both chemistry and physic sciences with speciIic properties and consequences. Example: pH measure dissociation in between hydrogen ions. podzol: issued Irom the russian terminology and reIering to soil with aa ashy and eluvial horizons and characteristic oI coniIer Iorests. Numerous speciIic chemical, biochemical and biological mechanisms are responsible Ior. polyphenols: derivative phenolic compounds based on benzenic rings RCW: Ramial Chipped Wood. Branches oI less than 7 cm in diameter with a high nutrient content. It has little polymerized young lignin linked to highly complex biochemical systems and in a transitory status toward stemwood. regeneration: natural processus in which Iorest can regenerate three seeging,regrowth and in close connection to Ilora and Iauna. sustainable: term used by international agencies with reIerence to continuous productivity. Example: sustainable development, sustainable agriculture, etc. upgrading: processus evolving toward a higher complexity and energy content. web (food or trophic): plants and animals acting directely on the transIormation oI plant and animal tissues into nutrients and soil energy Irom the soil to the plants. xeric: environments with a water deIicit in regard oI an optimum liIe. It can be caused by climate, or topographic and soil charateristics. -------------------------------- BIBLIOGRAPHY Aman, S. & Despatie, S. 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A cropping activity at Iirst, agriculture rushed into the high production Iields lead by chemistry, physics and physico-chemistry at the end oI the last century. The results achieved must be seen as the most important since man has existed on earth. However, the last ten years has shown a threshold Irom which the economic proIitability oI techniques is deeply questioned. This is underlined by a decrease in industrial productivity, money value and basic real productivity. Our social and economic problems seem to reIlect this reality. We have taken sustainable development as a goal to achieve with regard to renewable resources. By the same token we guess about rules we know very little about while using current models as to make long term predictions. We all agreed upon the Iact that this economic collapse was limited to the Third World, since our knolwge and skills was so high, aIIorded an unbeatable shelter against predictable catastrophies, even iI they were taking place in various Iorms. At the end oI the seventies we have explored Iields where poverty was Ilourishing in the Iace oI abundance and wealth. Most oI the time one's wealth is seen as abundant precious metals or material oI industrial value such as wood and agricultural products. Management oI such a common wealth has led us to Iorget the most important wealth oI all: liIe and all its components. While we thought that scientists were taking care oI oceans in order to maintain Iertility and productivity, we paid little attention to what we thought to be the best known and humble: the soil. We were striken by the Iact that its biological aspects, in other words the liIe in all its complexity, were never seriously taken into account; only nutrient and mineralization mecanisms were seriously studied. Our curiousity motivated us to examine more closely the humiIication process; the universal model Ior this process is Iound in Iorest ecosystems. As time went by, we recognized the relation existing between the canopy and the underlying soil. The scientiIic discoveries oI the last decade have shown the importance oI lignin and more spciIically the less polymerized lignin, that generates Iertility in Iorest soils. Twigs and branches having this "young", lignin also contain more than 70° oI all the nutrients necessary Ior plant growth. In addition to chemical nutrients, these branches also contain sugars in many Iorms, celluloses, hemicelluloses and lignin, with all amino acids, a high number oI protein, vitamins, hormones and a large number oI enzymes. We have chipped those branches in small pieces those branches, material that was always perceived through the centuries as a symbol oI poverty, and mixed the material with agricultural soil or Iorest litter. Rapidly, yield increases were achieved in agriculture and remarkable eIIects were noted on germination and regeneration in Iorestry. We then put Iorward the hypothesis that this process was universal and established scientiIic experiments in AIrica and the Caribbean Islands. Results achieved were much more important than those under our climatic conditions, giving access to a potential green revolution. It is by the integration oI nutrients and energy to the soil and mecanisms allowing Iood web installation and maintenance that agricultural soils are Ialling under a "Iorested" regime.. This puts the "biological production machine" back on its Ieet with the proper management oI water, and nutrient availability, and when necessary, by stopping pollution. The most economical solution with regards to Sahelian AIrica is to Iavour economical production and utilization oI Ramial Chipped Wood (RCW) Irom plantations instead oI burning or leaving this precious material to rot. Arguments put Iorward are important and must be taken into account Irom the social and economical standpoint, Ior biological, scientiIic and historic reasons. RÉSUMÉ LES GERMES ÉCONOMIQUES ET SCIENTIFIQUES DE LA RÉVOLUTION VERTE AU SAHEL L'evolution rapide des connaissances au cours du dernier quart de siecle a conduit a des constatations qui en eIIraient plus d'un, mais qui apportent des espoirs sans pareil. L'agriculture, d'abord activite de recolte, puis de production, s'est engouIIree dans les sentiers traces par la chimie, la physique et la physico-chimie au siecle dernier. Les resultats obtenus peuvent être consideres comme les plus importants depuis que notre civilisation existe. Au cours des dernieres decennies, les Iaits nous incitent a comprendre que nous avons atteint un seuil a partir duquel la rentabilite des techniques est mise en cause avec des repercussions sur l'industrie, la valeur des monnaies et la productivite reelle. Les diIIicultes economiques et sociales que nous subissons en sont la preuve. Nous avons opte pour un developpement durable en ce qui regarde les ressources renouvelables, mais nous nous epuisons en conjectures en prenant les tendances actuelles comme modele a long terme.Tous ont cru au debut que cet eIIondrement etait le lot des pays du sud et que nos connaissances preservaient ceux du nord des catastrophes annoncees, bien que celles-ci prennent Iorme sous les aspects les plus divers. Ainsi, des la Iin des annees 70, n'avons-nous pas explore des domaines ou la pauvrete semble se plaire et se developper, mais en presence de richesses de toutes sortes? Plusieurs ne voient la richesse que sous Iorme de metaux, precieux ou abondants, d'importance industrielle, tout comme pour les bois et les productions agricoles. La gestion de ces richesses nous a Iait collectivement oublier la plus grande de toutes: la vie avec toutes ses composantes. Alors que nous pensions que les scientiIiques s'occupaient de la mer pour en maintenir la Iertilite et la productivite, nous nous sommes penches sur ce que nous croyions de plus humble et de mieux connu: le sol. Notre surprise Iut totale en constatant que tous les aspects biologiques, c'est-a-dire la vie, même dans toute sa complexite et sa signiIication, n'avait ete prise en consideration que d'une maniere bien timide, sauI en ce qui regarde la mineralisation et les nutriments. Ceci nous a amene a examiner de plus pres le processus d'humiIication, dont le modele universel est celui de la Iorêt. C'est ainsi que nous en sommes venus, au Iil des ans, a reconnaître la relation qui existe entre la cime des arbres et le sol sous- jacent. Les decouvertes des dix dernieres annees ont montre l'importance de la lignine, et plus particulierement celle qui est peu polymerisee, dans la genese et la Iertilite des sols Iorestiers. En plus d'une Iorte concentration de nutriments, les rameaux contiennent une energie considerable sous Iormes de sucres, celluloses, hemicelluloses et lignines, auxquels s'ajoutent tous les acides amines et un grand nombre de proteines, vitamines, hormones et enzymes. Nous avons donc imagine de Iragmenter ces rameaux qui, sous toutes les latitudes et de tous les temps, ont ete perçus comme le symbole même de la pauvrete et de la decheance, et de les incorporer au sol ou a la litiere, selon que nous sommes en agriculture ou en Ioresterie. Tres rapidement, les resultats se sont maniIestes par des augmentations de rendement importantes des produits agricoles et maraîchers, ainsi que par des eIIets remarquables sur la germination et la regeneration en Iorêt. Ayant emis l'hypothese que les processus que nous observions devaient être universels, nous entreprîmes des experiences agricoles en AIrique et aux Antilles. Les resultats Iurent superieurs a ceux obtenus sous climat tempere, ouvrant ainsi la porte a une revolution verte que nous n'avions pas prevue au depart. C'est en integrant au sol l'ensemble des nutriments et les mecanismes impliques dans la creation et le maintien des chaînes trophiques que les sols agricoles passent a un regime «Iorestier». Ceci remet en activite la «machine biologique de production» en assurant la gestion a la Iois des sols, de l'eau et la disponibilite des nutriments, lorsqu'ils sont necessaires, evitant ainsi le gaspillage et la pollution qui peuvent en decouler. La solution la plus economique, en ce qui a trait a l'AIrique sahelienne, nous semble liee a la production economique de bois rameal Iragmente (BRF) a partir de plantations, plutôt que de reserver les rameaux au bois de Ieu ou a l'abandon. Les arguments que nous apporterons sont importants et meritent qu'on s'y attarde du point du vue social et economique, pour des raisons biologiques, scientiIiques et historiques. RESUMEN ORIGENES ECONOMICOS Y CIENTIFICOS DE LA REVOLUCION VERDE EN SAHEL La rapida evolucion de los conocimientos a lo largo de este ultimo cuarto de siglo ha conducido a ciertas constataciones que asustan a mas de uno, pero que son portadoras de una gran esperanza. La agricultura, en un principio actividad cosechera y despues de produccion, se ha adentrado por senderos marcados por la quimica, la Iisica y la Iisico-quimica durante el siglo pasado. Los resultados obtenidos pueden considerarse como los mas importrantes desde que nuestra civilizacion existe. En el transcurso de las ultimas decadas, los hechos nos incitan a pensar que hemos alcanzado un nivel, a partir del cual la rentabilidad de las tecnicas es puesta en tela de juicio, con repercusiones sobre la industria, el valor de la moneda y la productividad real. Las diIicultades economicas y sociales de las que somos testigos hoy son la prueba. Hemos optado por desarrollo sostenible en lo que respecta los recursos renovables, pero nos perdemos en conjeturas al tomar las tendencias actuales como un modelo a largo plazo.Todo el mundo creyo que este hundimiento era exclusivo de los paises del sur y que nuestros conocimientos preservarian a los del norte de las catastroIes anunciadas, aunque estas se materializan bajo los mas diversos aspectos. Asi pues, desde el Iinal de los años 70, ino hemos explorado sectores en los que la pobreza parece complacerse y desarrollarse, pero en presencia de todo genero de riquezas? Mucha gente ve la riqueza solamente bajo la Iorma de metales, preciosos o abundantes, con importancia industrial y lo mismo para el bosque y la produccion agricola. La gestion de esta riqueza nos ha hecho olvidar colectivamente la mayor de todas: la vida, con todos sus componentes. Mientras pensabamos que los cientiIicos se ocupaban del mar para mantener su Iertilidad y productividad, nosotros hemos vuelto los ojos a lo que creiamos lo mas humilde y mejor conocido: el suelo. Nuestra sorpresa Iue total al constatar que todos los aspectos biologicos, es decir, la vida misma, con toda su complejidad y signiIicacion habia sido considerada muy someramente, excepto en lo concerniente a la mineralizacion de los elementos nutritivos. Esto nos ha conducido a examinar con mas detalle los procesos de humiIicacion, cuyo modelo universal es el bosque.Fue asi como llegamos, en el correr de los años, a reconocer la relacion existente entre la cima de los arboles y el suelo que los soporta. Los descubrimientos realizados en estos ultimos diez años han puesto de relieve la importancia de la lignina y, mas especiIicamente, aquella que esta poco polimerizada, en la genesis y la Iertilidad de los suelos Iorestales. Ademas de una alta concentracion en elementos nutritivos, las ramas contienen una considerable energia bajo la Iorma de azucares, celulosas, hemicelulosas y ligninas a lo que hay que anadir todos los aminoacidos y un gran numero de proteinas, vitaminas, hormonas y enzimas. Hemos pensado, pues, en Iragmentar estas ramas que, en todas las latitudes y en todos los tiempos, Iueron considereadas como el simbolo mismo de la pobreza y de la decadencia, e incorporarlas al suelo o a los residuos vegetales superIiciales, segun se trate de la agricultura o de las ciencias Iorestales. Rapidamente los resultados se han traducido en importantes aumentos del rendimiento tanto en cultivos agricolas extensivos como horticolas asi como en notables eIectos sobre la germinacion en el bosque. Habiendo aceptado la hipotesis de que los procesos que observamos debian tener ambito universal, emprendimos una serie de experiencias en AIrica y Las Antillas. Los resultados Iueron superiores a los obtenidos en climas templados, abriendo, con ello, la puerta a una revolucion verde que no habiamos previsto en un principio. Es, precisamente, al integrar al suelo el conjunto de los elementos nutritivos y los mecanismos implicados en la creacion y el mantenimiento de las cadenas troIicas como los suelos agricolas pasan a un regimen "Iorestal". Todo esto activa la "maquina biologica de produccion" asegurando, a la vez, la gestion de los suelos, del agua y la disponibilidad de los nutrientes, cuando estos son necesarios, evitando asi el consumo inutil y la contaminacion que esto trae consigo.La solucion mas economica, en lo que respecta al AIrica saheliana, nos parece que va ligada a la produccion de madera rameal Iragmentada (MRF), a partir de plantaciones mejor que destinar estas ramas a la combustion o al abandono. Los argumentos que aportaremos son importantes y merecen ser tomados en consideracion desde el punto de vista social y economico, por razones biologicas, cientiIicas e historicas. RESUMO OS PRINCIPIOS ECONÓMICOS E CIENTIFICOS DA REVOLUÇÄO VERDE NO SAHEL A evolução rapida dos conhecimentos no decurso do ultimo quarto de seculo conduziu a resultados que perturbam algumas pessoas mas que auguram esperanças sem paralelo. A agricultura, antes do mais uma actividade de colheita apos a produção, tem sido submersa pelos ditames traçados pela quimica, pela Iisica e pela Iisico-quimica durante o ultimo seculo. Os resultados obtidos podem ser considerados como os mais importantes desde o inicio da nossa civilização. No decurso dos ultimos decenios, os Iactos levam-nos a compreender que atingimos um limiar a partir do qual a rendibilidade das tecnicas e posta em causa com repercussões sobre a industria, o valor das moedas e a produtividade real. As diIicultades economicas e sociais que suportamos são a prova disso. Temos optado por um desenvolvimento sustentavel no que respeita aos recursos renovaveis, mas esgotamo-nos em conjecturas ao tomarmos as tendências actuais como modelo a longo prazo. Inicialmente, todos pensaram que a derrocada apenas aIectava os paises do sul e que os nossos conhecimentos preservariam os do norte contra as catastroIes anunciadas, ainda que estas se apresentassem sob as Iormas mais diversas. Assim, desde o Iinal dos anos 70, não exploramos nos os dominios onde a pobreza medra e se desenvolve, apesar das riquezas de varia ordem? Muitos não vêem a riqueza senão sob a Iorma de metais preciosos ou abundantes, de importância industrial, o mesmo se passando em relação as produções Ilorestais e agricolas. A gestão destas riquezas levou-nos colectivamente a esquecer a maior de todas: a vida com todas as suas componentes. Ainda que pensassemos que os cientistas se ocupavam de tudo para manter a Iertitidade e a produtividade, nos estamos inclinados para o que pensavamos ser mais simples e melhor conhecido: o solo. A nossa surpresa Ioi total ao constatarmos que todos os aspectos biologicos, isto e, a vida, mesmo em toda a sua complexidade e signiIicado, não tinha sido tomada em consideração a não ser de uma Iorma timida, salvo no que respeita a mineralização e aos nutrientes. Tal Iacto levou-nos a examinar com mais cuidado o processo de humiIicação, cujo modelo universal e o da Iloresta. E assim que, com o decorrer dos anos, chegamos a reconhecer a relação que existe entre a parte aerea das arvores e o solo subjacente. As descobertas dos dez ultimos anos mostraram a importância da lenhina, e mais particularmente da que e pouco polimerizada, na genese e Iertilidade dos solos Ilorestais. Alem de uma Iorte cencentração de nutrientes, os ramos contêm uma energia consideravel sob a Iorma de açucares, celuloses, hemiceluloses e lenhinas, aos quais se juntam todos os acidos aminados e um grande numero de proteinas, vitaminas, hormonas e enzimas. Em Iace disso, resolvemos proceder a Iragmentação destes ramos, conhecidos, em todas as latitudes e em todas as epocas, como simbolos da pobreza e da degradação, incorporando os Iragmentos correspondentes no solo ou utilizando-os em cobertura, consoante as actividades se desenvolvem no dominio da agricultura ou da Iloresta. Muito rapidamente, os resultados têm-se maniIestado atraves de importantes aumentos de rendimento em cultutras arvenses e horticolas, bem como de eIeitos assinalaveis sobre a germinação de sementes e regeneração da Iloresta. Tendo Iormulado a hipotese de que os processos observados deveriam ser universais, procedemos ao estabelecimento de experiências agricolas em AIrica e nas Antilhas. Os resultados Ioram superiores aos obtidos em climas temperados, abrindo-se assim a porta a uma revolução verde que não haviamos previsto no inicio. E atraves da incorporação no solo do conjunto de nutrientes e atraves dos mecanismos implicados na criação e na manutenção das cadeias troIicas que os solos agricolas passam a um regime "Ilorestal", Deste modo, torna-se a pôr em actividade a "maquina biologica da produção", asseguarando a gestão simultânea dos solos, da agua e da disponibilidade de nutrientes sempre que sejam necessarios, evitando-se assim o desperdicio e a poluição que poderiam resultar. A solução mais economica, no que respeita a AIrica do Sahel, parece-nos estar ligada a produção economica de aparas de ramos Iragmentados (ARF) a partir de plantações em vez de reservar os ramos para queimar ou deixa-los ao abandono. Os argumentos que iremos apresentar são importantes e merecem ser encarados sob o ponto de vista social e economico, por razões biologicas, cientiIicas e historicas. ZUSAMMENFASSUNG DIE ÖKONOMISCHEN UND WISSENSCHAFTLISCHEN KEIME DER GRÜNEN REVOLUTION IM SAHEL. Die schnelle Entwicklung der Kenntnisse in den letzen 25 Jahren hat zu Feststellungen geIührt, die so mancher in Angst versetzen, die aber zugleich große HoIInungen erwecken. Die LandwirtschaIt, die ursprunglich nur Ernte war, ist später eine Productionsaktivität geworden und geht jetzt den von der Chemie, Physik und Physikochemie im letzten Jahrhundert vorgezeichneten Weg. Die erreichten Ergebnisse können als das Wichtigste betrachtet werden, was unsere Zivilization je erreicht hat. In den letzten Jahrzehnten, zeigten uns die Tatsachen, daß wir eine Schwelle erreicht haben, wo die Rentabilität der Techniken in Frage gestellt werden kann, was natürlich Auswirkungen auI die Industrie, den Wert des Geldes und auI die tatsächliche Produktivität hat. Die ökonomischen und sozialen Schwierigkeiten, die wir durchmachen, sind ein Beweis daIür. Wir haben uns Iür eine dauerhaIte Entwicklung enschieden, was die ersetzbaren Reichtümer betriIIt, aber wir verlieren uns in Vermutungen, weil wir die jetzigen Tendenzen als Modell annehmen Iür das, was auI lange Frist geschehen wird. AnIänglich dachten alle, daß dieser Zusammenbruch das Los der südlichen Länder war und daß unsere Kenntnisse den Norden vor den angekündigten Katastrophen schützen würden, obwohl sie in den verschiedensten Formen auI uns zukommen. So haben wir nicht schon seit Ende der 70÷er Jahre Bereiche untersucht, wo Armut anscheinend blüht und gedeiht und dies wo allerlei Reichtümer vorhanden waren? So mancher versteht unter Reichtum nur edle Metalle oder das Vorhandensein von Metallen in großen, industriellen Mengen, was auch Iür Holz und landwirtschaItliche Produktionen gilt. Die BewirtschaIIung dieser Reichtümer hat uns dazu gebracht den wichtigsten Reichtum zu vergessen nämlich das Leben und all seine Bestandteile. Während wir dachten, daß die WissenschaItler sich Iür die Erhaltung der Fruchtbarkeit und der Produktivität des Meeres einsetzten, haben wir uns Iür das interessiert, was man Iür das bescheidenste und best gekannte Element hielten: den Boden. Unsere Überraschung war desto größer, als wir zu der Einsicht kommen mußten, daß alle biologischen Aspekte, d.h. das Leben selbst, in all ihrer Komplexität und in ihrer Bedeutung, nur sehr schüchtern in Betracht gezogen worden war abgesehen von was die Mineralisierung und die NährstoIIe betriIIt. Dies hat uns dazu gebracht den BeIeuchtungsprozeß, wobei der des Waldes als allgemeines Modell gelten kann, näher zu untersuchen. Es hat im LauIe der Jahre zu der Einsicht geIührt, daß es eine Beziehung gibt zwischen den WipIeln der Bäume und dem darunterliegenden Boden. Die Entdeckungen der letzten 10 Jahre haben die Wichtigkeit des HolzstoIIes gezeigt und besonders die des wenig polymerisierten HolzstoIIes bei der Entstehung von Waldboden unI Iür seine Fruchtbarkeit. Die Zweige enthalten nicht nur eine große Menge an NährstoIIen, sie sind auch eine wichtige Energiequelle in Form von Zuckerarten, Zellulosen, Hemizellulosen und Ligninen, zu denen noch die Gesamtheit der Aminosäure, eine große Anzahl an Proteinen, Vitaminen, Hormonen und Enzymen hinzukommen. Wir sind also auI die Idee gekommen, diese Zweige, die überall und zu jeder Zeit als Symbol Iür Armut und VerIall angesehen worden sind, zu zersplittern und sie der Erde oder dem Streu, je nachdem, ob es sich um LandwirtschaIt oder ForstwirtschaIt handelt, beizumengen. Es kam sehr schnell zu Ergebnissen: eine große Steigerung des Ertrags der LandwirtschaIts- und Gemüse-produkte und eine bemerkenswerte Auswirkung auI die KeimIähigkeit und auI die Regeneration des Waldes. Von der Hypothese ausgehend, daß der Iestgestellte Prozeß universell sein mußte, hat man landwirtschatIliche Untersuchungen in AIrika und den Antillen unternommen. Es kam noch zu besseren Ergebnissen als in der gemäßigten Zone, was den Weg Iür eine echte grüne Revolution bahnte, die wir anIänglich gar nicht erhoIIt hatten. Durch Beimengen der Gesamtheit der NährstoIIe an den Boden und EinIührung von aktiven Mechanismen die sorgen Iür die Entstehung und Erhaltung der troIischen Kette wird der Agrarboden von einer"Waldnahrung" proIitieren. Dies alles Iührt zur Wiederbelebung der biologischen Produktionsmaschine und sorgt Iür die Erhaltung der Böden, des Wassers und das Vorhandensein der NährstoIIe wenn diese benötigt werden und verhütet eine Verschwendung und Verschmutzung, die sonst durch diese NährstoIIe verursacht würden. Die billigste Lösung Iür den Sahel bietet uns wahrscheinlich die Produktion von zerstücktem Fragmentiertes Zweigholz (FZH) aus der Plantage, dies anstatt diese Zweige als Brennholz zu verwenden oder ungebraucht zu lassen. Die Argumente, die wir hervorbringen werden, sind wichtig und verdienen, daß man sie aus biologischen, wissenschaItlichen und historischen Gründen aus sozialen und ökonomischen Standpunkt näher betrachtet. SAMENVATTING DE ECONOMISCHE EN WETENSCHAPPELI1KE KIEMEN VAN DE ECOLOGISCHE OMWENTELING IN SAHEL. De snelle ontwikkeling van de kennissen in de loop van de laatste 25 jaar heeIt tot vaststellingen geleid die meer dan een schrik aanjagen, maar die tevens ongelooIlijke hoop gewekt hebben. De landbouw, die zich oorspronkelijk tot het oogsten beperkte en pas later een produktieaktiviteit geworden is, is in de laatste eeuw de kant opgegaan van de chemie, de Iysica en van de Iysische chemie. Het bereikte resultaat kan beschouwd worden als het belangrijkste wat onze beschaving ooit opgebracht heeIt. In de loop van de laatste decennia, laten de Ieiten ons zien dat we een punt bereikt hebben waar de rentabiliteit van de technieken in twijIel getrokken wordt, wat gevolgen heeIt op de industrie, de waarde van het geld en op de Ieitelijke produktiviteit. De economische en sociale moeilijkheden die we ondergaan zijn een bewijs daarvan. Wat de hernieuwbare rijkdommen betreIt, hebben we partij gekozen voor een duurzame ontwikkeling maar daarvoor nemen we de huidige tendenzen als werkhypothesen op lange termijn en raken wij in gissingen verloren. Allen dachten eerst dat deze ondergang het lot was van het zuiden en dat onze kennissen ons voor de aangekondigde rampen - hoewel ze de meest gevarieerde vormen aanenmen - zouden beschermen. Zo, hebben we niet reeds sinds het einde van de jaren 70 gebieden bestudeerd waar armoede schijnbaar bloeit en gedijt en dat in aanwezigheid van allerlei rijkdommen? Sommigen verstaan onder het woord rijkdommen alleen maar edele metalen oI metalen die in grote hoeveelheden voorkomen en bruikbaar in de industrie; hetzelIde geldt voor het hout oI de agrarische produktie. De exploitatie van deze rijkdommmen heeIt ons allen de grootste rijkdom laten vergeten, namelijk het leven en zijn bestanddelen. Terwijl we dachten dat de wetenschappers zorgden voor de instandhouding van de vruchtbaarheid en de produktiviteit van de zee, hebben we ons geïnteresseerd voor wat ons het meest gekende en het meest bescheidene element scheen te zijn: de bodem. Onze verrassing was des te groter toen we moesten vaststellen dat alle biologische aspekten, d.w.z. het leven, ook in zijn ingewikkeldheid en in zijn betekenis, bijna buiten beschouwing was gebleven, behalve wat de mineralisatie en de nutrienten betreIt. Die heeIt ons daartoe gebracht het bevochtigingsproces, waarvan het woud voor universeel model staat, nader te bekijken. Dit heeIt ons tot het inzicht gebracht dat er een verband bestaat tussen de kruin van de bomen en de onderliggende bodem. De ontdekkingen van de laatste 10 jaar hebben het belang laten zien van de lignine en meer bepaald van de weinig gepolymeriseerde lignine, bij het ontstaan van bosgrond en voor zijn vruchtbaarheid. Niet alleen bevatten de takken een grote concentratie aan nutrienten, ze zijn ook een ongelooIelijke energiebron in vorm van suikers, cellulozen, hemicellulozen en ligninen . Daarbij, moet nog de aanwezigheid van al de aminozuren, een groot aantal proteïnen, vitaminen, en enzymen vermeld worden. We zijn dus op het idee gekomen deze takken die steeds en overal als het symbool van armoed en verval worden beschouwd - tot snippers te verkleinen en ze met de aarde oI het stro bij te mengen naargelang het de landbouw oI de bosbouw betreIt. De resultaten lieten niet op zich wachten: het kwam tot een belangrijke toename van het rendement voor wat de agrarische produkten en de groenteteelt aangaat, evenals tot opvallende resultaten voor wat het kiemen en de regeneratie van bossen betreIt. Uitgaande van de hypothese dat het waargenomem proces universeel moet zijn, zijn wij met agarische experimenten in AIrika en in de Antillen begonnen. De resultaten waren nog beter dan onder gematigde klimaat, zodat ze als baanbrekend beschouwd konden worden voor een echte "groene revolutie", die alle verwachtingen overtroI. De invoering in de bodem van alle nutrienten en ook van de processen die zorgen voor het scheppen en het instandhouden van de troIische verbindingen leidt tot de overgang voor de landbouwgronden tot een voedingspatroon kenmerkend voor de bosbouw. Dit wakkert de "biologische produktiemachine" weer aan en zorgt voor het beheer van de gronden, van het water en tevens van de nutrienten, alleen wanneer ze nodig zijn, zodat verspilling en pollutie die daarmee anders gepaard gaan kunnen vermeden worden. De goedkoopste oplossing voor SahelaIrika schijnt ons geboden door de economische productie van versnipperd kruinhout uit de beplantingen, in plaats van die takken ongebruikt te laten liggen oI als vuurhout te gebruiken. De argumenten waarop we ons zullen beroepen zijn belangrijk en verdienen om biologische, wetenschappelijke en historische redenen vanuit een sociaal en economisch standpunt nader bekeken te worden. ISBN 2-921728-13-3 Depôt legal: Bibliotheque nationale du Quebec 1995. Publication nº 56b October 1995 second edition 1997 edited by Coordination Group on Ramial Wood LAVAL UNIVERSITY Department of Wood and Forestry Sciences Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA e.mail
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-13-3 with abstracts in: English French Spanish Portuguese Cerman Dutch LAVAL UNIVERSITY FACULTY OF FORESTRY AND GEOMATICS Department of Wood and Forest Sciences Sponsored by the International Development Center (IDRC) Ottawa, Canada “The Hidden World that Feeds Us: the Living Soil” Seminars given at the International Institute for Trropical Agriculture (ITA) Univeristy of Ibadan, Nigeria at the International Centre of Research in Agroforestry (ICRAF) Nairobi, Kenya and at the Ukrainian Academy of Agricultural Sciences Kiev, Ukraine by Professor Gilles Lemieux Department of Wood and Forestry Science ORIGINAL FRENCH PUBLICATION Nº 59b http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ edited by Coordination Group on Ramial Wood Depatment of Wood and Forestry Science Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA TABLE OF CONTENTS I. A brief history: the evolution of ecosystems and man’s anthropocentric behaviour 1 II. The importance of the forest in tropical climates 2 III. The basic composition of wood 3 1. Lignin and its derivatives and their role in doil dynamic 5 IV. Stem wood and ramial wood 6 1. Stem wood and its lignin 6 2. Ramial wood and its lignin 6 3. Agricultural and forestry trials using ramial wood 7 V. “Organic Matter”, one of the basic principles in agriculture 9 1. Some a posteriori thoughts 10 2. The rationale for chipping 10 3. More like a food than a fertilizer 11 4. The principles behind chipping 11 VI. Lignin 13 1.The nutrients question 14 2.The biological cycling of water in tropical climates 15 3.“Chemical” nutrients 15 4.Nitrogen 15 5.Phosphorus 16 VII. A tentative theory 17 1.Too much or too little water 17 2.The soil-structuring role of lignin 17 3.The role of trophic web 18 4.Living beyond the soil’s chemical constraints 18 5.The major cause of tropical soils degradation. 19 6.The basics of forest ecosystem functioning 20 7.The role of ramial wood in pedogenesis 21 8.The second law of thermodynamics: entropy and soil biology 21 9. Nutritional aspects of RCW 23 10. Pedogenesis under Gymnosperm canopy 23 11. Pedogenesis in the Dicotyledonous Angiosperm forest 24 12. Origin and distribution of soils suitable for agriculture 24 13. Some thoughts on ramial wood 25 14. Endogenous soil energy and desertification 27 VIII. The research programme 27 IX. Hypothesis 28 X. Bibliography 29 The hidden world that feeds us: the living soil by Professor Gilles Lemieux Department of Wood and Forestry Science Laval University Quebec City G1K 7P4 QUEBEC Canada Abstract Research work over the last twenty years on the use of ramial chipped wood (RCW) in both agriculture and in forestry has shown increases in productivity and fundamental modifications to the soil, in both temperate and tropical climates. Although we are not yet in a position to make substantiated proposals for its immediate use, we are able to suggest a series of hypothesis that need to be subjected to large-scale field tests. One clear relationship is that between the type of lignin and the behaviour of Gymnosperm and Angiosperm ecosystems. We note in particular the preponderant role that immature lignin, in the form of oligomers or monomers, plays in structuring the soil and in building trophic webs; the critical role played by Basidiomycetes in pedogenesis; and the importance of endogenous energy in the functioning of the hypogeous ecosystem, and its major influence on the conservation and distribution of biologically active water. I - A brief history: the evolution of ecosystems and man’s anthropocentric behaviour 1. History tells us that man, as the last of the larger mammals to appear on earth, possesses not only a very highly developed brain, but a tremendous ability to communicate both through the spoken word, and through his invention of writing and the use of symbols and abstractions. These are features that no other creature can match. They imbue man with, at the same time, magnificent qualities and countless faults.. 2. Man’s awareness of his own evolution, and his pride in his own accomplishments, have made him forget that he is a relatively recent arrival, and that, millennia before him, the earth’s ecology was already well established, with rules that were well tried. Full of admiration for ourselves as the culminating masterpiece of evolution, we set about to subject nature to our will. We took advantage of the fact that the forces that brought about the current state of natural equilibrium are especially generous, and happily gorged ourselves at the trough, while giving thanks to God, Allah, Jehovah, Siva or some other deity. In this way, we made ourselves Masters of the World - but of a world that was ready to rebel against our excesses. 3. Recent events are now forcing us to revise the mistaken view of history that we had propounded for ourselves. We found that, in order to understand the field of our 1 Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 2 research - that of the soil and its dynamics - we had to realize that, long before man came upon the scene and invented agriculture to support himself, there were forests all over the earth, wherever conditions permitted. And we concluded that the mechanisms governing that forest must have evolved along with the behaviour of the soil, which in turn was modified by the vegetation growing on it. 4. We set ourselves this hypothesis, therefore: (1) If we admit that, in the absence of agriculture, forests dominated the earth for millions of years, and that once man had removed the forest cover for farming, the soil suffered major degradation and loss of fertility, then the factors governing the soil’s fertility must have been due to the forest. This hypothesis implies that those governing factors are of a biological rather than a chemical origin. 5. Such a hypothesis will encounter two immediate realities. First, pedologists and agricultural soil scientists will be highly sceptical - after all, 98% of their publications deal with the issue from a chemistry perspective. Second, forestry experts will be indifferent at best, since in their approach they cannot go beyond dealing with the descriptive aspects of soils. These two attitudes prevail not only in Quebec, but in countries all over the world with whom we have been dealing. This made us realize at the outset that funding for our research would be hard or even impossible to obtain, and that governments would not see it as a priority area for financing. In short, the entire undertaking seemed to be running against the tide - and that, as any researcher knows, simply heightens the challenge of seeking new knowledge on social and economic evolution. II - The importance of the forest in tropical climates 6. It is noteworthy that in the tropics, vegetation exists mainly as forest cover or as desert-type growth. Here, the rain forest represents the culmination of diversity and productivity. It is composed of Dicotyledons, accompanied by various species of Monocotyledons and Cryptogams such as ferns. It was most likely this dicotyledonous forest, so rich in biodiversity, that suffered the first primitive agricultural clearings, which with the spread of mankind have reached the scale we see today. 7. Agriculture thus first took root in the tropical broad-leaf or hardwood forest, and spread to countries of the temperate world in the same manner. Today we recognize that agriculture has been a failure in coniferous forest areas, whether in the Tropics of America or at more northerly latitudes, all over the world. 8. This fact led us to pose a second hypothesis: (2) The mechanisms governing fertility, pedogenesis, biodiversity, and primary and secondary soil productivity depend on factors that have not been clearly explored in the scientific literature of Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 3 the twentieth century. We conclude therefore that science has focussed solely on questions of soil output. 9. The limitations that are apparent today in the use of chemical fertilizers, and their secondary effects, point to the importance of other mechanisms that have been little explored to date, although great effort has been devoted to studying the chemical cycle of nutrients, in every language and every country. The biological and biochemical aspects of the question have been largely ignored and remain poorly understood, while a great deal of work has been done on degradation and pollution, in an attempt to undo these by-products of our civilization. 10. The foregoing thoughts and hypothesis led us to approach the question from a strictly biological viewpoint, seeking not merely to describe individual situations, but to examine their comprehensive dynamics. We have thus phrased the question in the following terms: a) the basic composition of wood, which is the characteristic product of forests; b) biochemical factors in soil formation; c) exogenous biological mechanisms that affect soil dynamics; d) the system by which nutrients are cycled within the soil, including the role of water; e) the question of endogenous and exogenous energy in governing soil fertility. III The basic composition of wood 11. In all the literature that we consulted, it was generally agreed that plants are composed of cellulose, hemicellulose and lignin, resulting from the transformation of glucose. In trees, photosynthesis produces these three related substances in a continuum, storing them as energy. One physical result of this is that tree branches are rigid, and grow in diameter year by year. The wood of trees is, in fact, very poor in nutrients, apart from those in the cambium layer. The wood itself serves as a physical support and carrier, and has no role in biological dynamics. 12. Thus, other things being equal, lignin alone among these basic constituents shows any marked variation in its structure. Lignin is one of the most complex and least understood natural macromolecules, which has been regarded until now as merely a useless by-product that posed major water pollution problems [for the pulp and paper industry]. We now know however that Gymnosperms (conifers), Dicotyledons and Monocotyledons contain different types of lignin. These are identifiable as symmetrical aromatic rings with two methoxyl groupings (OCH 3 ) or “syringuil” lignin, in the case of Dicotyledons, while in Conifers this lignin is asymmetrical, with a single methoxyl grouping or “guayacil” lignin. Monocotyledons represent a mixture of these two types, and include a third type that has no methoxyl groupings at all on its aromatic rings. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 4 13. Dicotyledonous trees are associated with deep brown soils, possessing a stable and elaborate structure based on aggregates. We find a great degree of biodiversity among the microfauna and microflora in their hypogeous systems, and in the epigeous macroflora. On the other hand, coniferous forests are associated with podzol soils, characterized by layers of iron precipitate underlying an accumulation of vegetation matter [”litter”] on the surface. This type of soil presents numerous obstacles to the free flow of nutrients. Biodiversity is much reduced, especially in the epigeous ecosystem where only a few species may thrive. Thus we find two basic types of ecosystem controls: one based on “mega-biodiversity”, and the other on “oligo-biodiversity”. 14. The third type of soil, that associated with Monocotyledons, usually contains aggregates that are dark in colour, but unstable in the presence of water. This soil type is found only in regions of low rainfall (steppes, pampa, the North American prairies, etc.). Plant matter accumulates faster than biological combustion can remove it, because of the lack of water needed for the transformation. These soils are fertile, but fragile. They degrade readily under agricultural use, and can thus support only a limited human population. 15. We were unable to find any description or classification for one extremely important part of trees and shrubs - their branches and twigs. It is in the branches that photosynthesis takes place, and glucose molecules are turned into plant tissues. As a rough estimate, branch growth amounts to billions of tons over the earth as a whole. In Québec alone, such production may run to 100,000,000 tons per year, to judge from figures provided by ENFOR, adjusted by a shrub productivity factor. 16. As early as 1986, we proposed using the term ramial wood [or ramial chipped wood - RCW - after processing] for this material, which has until now been regarded as merely a nuisance industrial waste. Besides cellulose, hemicellulose and lignin, ramial wood contains many kinds of proteins, all the amino acids, and nearly all the sugars and starches, as well as intermediate polysaccharides. It also contains countless enzyme systems and hormones, as well as polyphenols, essential oils, terpenes, tannins etc. that are associated to varying degrees with the nutrients necessary to generate and support life. 17. Many of these products, such as enzymes, amino acids and various types of proteins, are extremely fragile. Others can be used as immediate sources of energy, such as the sugars, celluloses and hemicelluloses. The remaining lignin, with its three- dimensional molecular structure, is one of nature’s most complex creations. It too is an important energy source, but one that is difficult to access, since the energy is bound into aromatic rings that very few organisms are adapted to digest. Among those few are the protozoa and bacteria, but the most important are the fungi of the Basidiomycetic group. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 5 1 - Lignin, its derivatives and their role in soil dynamics 18. Almost a century ago, theories were put forward about the important role lignin plays in the generation of soils. Scientific work over the past few decades however has focussed less on that aspect than on learning more about the molecular properties of lignin that can be used to accelerate its degradation as a pollutant. From this viewpoint, the work of the last ten years has produced several findings and conclusions about the structure of the lignin molecule, and the ways it evolves. (See Erikson, K.E.L., Blanchette, R.A. & Ander, P [1990], Rayner, A.D.M. & Boddy, L. [1988]). 19. Starting with glucose, coniferylic alcohol is formed, which produces lignin in the form of monomers that are then gradually polymerized over time. The most important of these in terms of structure and energy content will be aromatic rings: they serve as the principal building blocks of soil. 20. This molecular structure, even when highly polymerized, can undergo various transformations that give rise to polyphenols, fatty acids, essential oils, terpenes, tannins etc. (Kristeva, L.A. [1953]). Each of these can have perceptible effects on plant metabolism and on the various parameters of the trophic web. 21. Tannins, for instance, that work with proteins to produce the autumn browning of leaves, serve to prevent the leaves from degrading and losing valuable nutrients. On the other hand, only certain bacteria, those usually associated with micro- or mesofauna in the soil, have the enzymatic systems needed to degrade these tannins and thus free proteins and chemical nutrients from them. Here we have an excellent example of nutrients being cycled with the help of lignin derivatives, and yet we are still generally convinced that we need to learn more in order to improve plant nutrition: what we really need to do is to decode soil nutrition and the factors responsible for distributing energy and nutrients. 22. Virtually all the scientific literature to date has confined itself to treating the evolution of lignin and cellulose solely in terms of wood degradation. This narrow approach severely hampered our attempts to understand the dynamics of soil generation. Yet it did not shake our belief that we were on a very promising path towards achieving an understanding of the results of a series of experiments conducted between 1978 and 1986, which were at that time still inexplicable. (Guay, E., Lachance, L., & Lapointe, R.A. [1982], Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1085], Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1989], Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1990], Lamieux, G. & Toutain, F. [1992].) Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 6 IV - Stem wood and ramial wood 1. Stem wood and its lignin 23. In order to understand the mechanisms involved in the formation of fertile soil, we first had to recognize the difference between the wood from the stem or trunk of trees, and that from the branches. We concluded that it was the lack of nutrients in stem wood that made such wood resistant to degradation, a characteristic that protects the life of the tree, and allows certain kinds of Sequoia and Sequoiadendron to survive for thousands of years. Moreover we realized that the post mortem blockage of the degradation of trees, shrubs and monocotyledons can lead to the formation of peat, through the continued accumulation of vegetation matter that is resistant to water- logging and remains perfectly preserved. In both cases, it is the presence of highly polymerized lignin that is responsible for the products that stop depolymerization and keep the structure of wood and ligneous matter from degrading. 24. This high degree of polymerization of lignin, whether of the syringuil or guayacil type, can give rise to the tannins, catechin and catechic acid that are the cause of many problems encountered in using sawdust or wood shavings for improving or rebuilding damaged soil structures. In this case, the ratio of polysaccharides to proteins (the C/N ratio) ranges between 400 and 700/1. In most cases attempts to use such materials for composting have been failures, because of the great amount of nitrogen needed to obtain proper humification. [Losses in bulk and in thermal energy can be as high as 60%.] 25. These stem wood materials, when used as sheet composting or artificial litter, also required much additional nitrogen to trigger humification. This is because depolymerization must be achieved mainly by bacteria that work with a specific enzyme, laccase. It is a slow, costly and uncertain process. 2 - Ramial wood and its lignin 26. The first experiments where we spread and mixed RCWs into the top centimetres of soil have shown positive but rather startling results: while productivity increased, there were major changes in the growth patterns and pathology of common crops. We had to admit that we were facing a phenomenon on which there was no mention in the literature. We could find no description of this part of the tree - its branches - from a biochemical or nutrient viewpoint, and no attempt to relate the different components to each other, even where these were known. (Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1986]). Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 7 27. Branches of less than 7 cm in diameter 1 contain lignin that is little polymerized, or exists in the form of monomers, and also contain relatively little in the way of hard-to-transform polyphenols, resins or essential oils. Field observations and the literature both show that most ruminants will eat ramial wood, but not stem wood. Insects, pathogenic fungi, bacteria and other life will also attack the twigs. The effects of mineral deficiencies in a tree are most likely to appear first on the leaves and young twigs. We concluded that ramial wood is indeed the tree’s “factory” for producing wood, lignin, polysaccharides, “oxides” 2 , and proteins. It therefore represents an important source of nutrients and energy for living things at all levels. 3 - Agricultural and forestry trials using ramial wood 28. In the early 1980s, Guay, Lachance & Lapointe [1982] published two technical reports on “The use of ramial wood chips and manure in agriculture”, with notes and observations on several agricultural trials using twig chips from city tree prunings. The results they reported on productivity are of special interest. 29. It was as part of a broader search for new, non-traditional wood products that Edgar Guay, Assistant Deputy Minister in the Quebec Department of Forestry, undertook the first experiments on the use of RCW. Noting that millions of tons of twigs and branches of all types are wasted every year, he began to look for new product uses for them. One of the first possibilities he investigated related to the essential oils industry. He noted that existing distillation plants (still in their infancy) were surrounded by piles of unused branch chips, and he wasted no time in analysing their contents. 39. He quickly realized that these branch chips were very rich in chemical nutrients, and also in biochemical products such as proteins and amino acids. Putting aside for the moment the issue of essential oils, he focussed his attention on the possible use of this material as an agricultural mulch, particularly suited to potato growing. The results of his experiments, while modest in scale, were very interesting. 31. This first trial resulted from wide reading in which he learned to combine the American technique of surface or “sheet composting” and the promising methods used by Jean Pain in France for composting scrub and brush. Working directly with farmers, he decided to try spreading RCW on the fields and mixing it into the top centimetres of the soil. 32. Since the literature contained no guides, Guay, Lachance and Lapointe were inclined to view these twigs as just another form of conventional wood, which, as was 1 An arbitrary definitionf these, depending on local usage. Generally, the smaller the diameter, the higher the content of lignin, proteins and nutrients. 2 A generic term embracing all the sugars (glucose, saccharose, fructose, mannose, etc.) Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 8 known, required large quantities of nitrogen in order to decompose. They therefore decided to mix the branch wood chips with pig manure, a well-known source of nitrogen, thus making use of a product that is a major source of ground water and run- off pollution. 33. Results were not long in coming. Odours disappeared, the RCWs were transformed; agricultural productivity rose the next year, and continued to do so for some years longer. The following effects were noted: • An increase of more than 50% in organic soil content • An increase in pH values 3 • Productivity increases ranging from 30% to 300%, depending on the crop • These productivity increases can be measured in terms of volume or of dry-matter content, as in the case of potatoes 4 • Reduced water consumption • A major change in the growth and prevalence of weeds 5 • Major reduction in insects and diseases 6 • Improved resistance to frost and drought. 34. From our initial review of these results, we concluded that this was clearly an important discovery. It not only promised improvements in productivity, but even more importantly, it seemed to point the way to managing chemical and physical balances through the use of biological controls that we might actually be able to track down. 7 V - “Organic matter”, one of the basic principles in agriculture 3 During subsequent experiments in Senegal, where pH exceeds 8.0, we found a resulting sharp drop in pH towards neutrality. The explanation may be found in the behaviour of enzyme systems. 4 Experiments conducted with maize in Ivory Coast 2 years later showed increases in dry matter of 400%. 5 This result is more noticeable in tropical countries 6 A significant reduction in Sclerotinia sclerotinum was noted on potato tubers, as was a reduction of aphids on strawberries. In tropical areas, root nematodes (Meloidogyne javanica, M. Mayagensis and Scutellonema cavenessi) disappeared completely. 7 A preliminary cost estimate in 1985 suggested Cdn$ 1000 per hectare, spread over five years. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 9 35. Since the changes noted in soil colour and structure persisted for many years, we concluded that our experiments had been acting on the mechanisms of pedogenesis, i.e. of soil generation itself, [which are well-known to foresters, but new to agriculture]. It also became clear that there was no scientific Principle underlying the use of traditional inputs, unless it was that of mineralization. We were close to the source of the principles of humification, which would lead us into a misunderstood and largely unknown world, to which we could now gain access through the basic concept of forest pedogenesis, combined with a concern for agricultural productivity. 36. Little by little, we came to realize that we might actually be able to gain entry into the biological system controlling soil formation. With the help of RCW, we might be able finally to understand how the hypogeous ecosystem functions, and what is the nature of the biological dynamics that, together with geology, the laws of physics, of mineral and bio-chemistry, reign over this hidden world that is still unknown to us, save from the perspective of chemistry. 37. Up to this point, because people were unable to understand the mechanisms that govern the soil, they have contented themselves with looking at everything from the optic of chemical controls, using fertilizers, soil improvers etc. Pursuing that logic still further, people came to look upon the soil as simply a physical support [for plants], and then to try to eliminate it completely and turn to hydroponic cultures based on fertilizer solutions. 38. From that stage of thinking, it did not take long to the next step of regarding and measuring "organic matter" in the soil as merely a transition stage towards the release of chemical substances that would promote plant growth. This notion thus treated “organic material” as a chemical input that could also be used to maintain certain physical parameters - controlling soil atmosphere, eliminating the gasses produced by microbiological activity, and in general dealing with symptoms of degradation. And in this context, only fertilizers, particularly nitrogen, were given serious thought. 39. We were eventually able to formulate a third hypothesis: (3) The RCW concept could be a valuable tool for studying and understanding soil formation and its dynamics, by which we mean above all the distribution of chemical nutrients essential for plant growth.. It took us a good ten years before we began to understand the ins and outs of these mechanisms, and how they appear and disappear. Although there were several major works on the biological mechanisms related to nutrients published in the preceding ten years, the first comprehensive approach was that of Perry, Amaranthus, Borchers and Borchers, & Brainerd, in 1989. This important work from the Corvallis team in Oregon State University tackled various biological levels, focusing its experiments and research on mycorrhizae and their effects. 40. The Corvallis team’s work, remarkable though it is, was aimed primarily at trying to explain things at a single level - life itself - which it viewed in terms of the Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 10 competition and complementarity that were common characteristics of attempts at understanding our world at that time. With RCW, we were able to turn our attention to other levels, in both forestry and agriculture, and we were determined to enter into this complex world of the soil, so vital to our economy. It governs nutrients, but also shelters an incredible diversity of life forms, from viruses to highly-evolved mammals. It is also the “banker”, the “manager” and the “motor” of terrestrial life. The same goes for all the chemical and biochemical nutrients that result from the synthesis and retrosynthesis 8 of compounds, most often derived from lignin and the great variety of polyphenols, which we know as humus, humin, humates, humic and fulvic acids. 1 - Some a posteriori thoughts 41. Any explanations of the above-cited observations and measurements will have to be looked for at various levels, and from various optics. The results and implications are so numerous that they must be somehow linked in their fundamentals, whether physical, chemical or biological. Paradoxically, wherever there is a coherent set of data, there must also be an incoherent side, or else we would have a rigid system that always produces the same results. If we are to pose worthwhile working hypotheses, we must take into account both sides of the coin. 42. Our many meetings and discussions around the world, and our readings into the question, have convinced us that we are entering uncharted territory when we approach pedogenesis from a forestry optic. Moreover, our forestry experiments and their results suggest that the application of RCW 9 has a major influence on ecosystem behaviour, in particular on plant germination and competition. 2 - The rationale for chipping 43. It has long been recognized that returning tree branches and leaves to the soil was beneficial, but there was little attempt to actually measure these benefits. In fact, most people did not worry about the issue at all, and were simply glad to see the “trash” disposed of. As proof of this, look at how branches are regularly shipped out of the forest when it is cut down for some other, more profitable use (Freedman, B. [1990] in Lemieux, G. [1991]). The chipping of branches was first done as a pure necessity to allow the soil to be tilled and worked. But as we came to understand the mechanisms in play, we have come to regard the practice rather differently - as akin to the way animals chew their food to promote more effective enzyme action. 8 Neologism for the fractioning of complex molecules to produce new ones that are at least as complex, using new enzymatic systems that result from changes in the levels of life caused by an increase in biodiversity and energy availability. 9 Ramial Chipped Wood (RCW) in English, Bois Raméal Fragmenté (BRF) in French, Aparas de Ramos Fragmentados (ARF) in Portuguese, Madera Rameal Fragmentada (MRF) in Spanish, and Fragmentiertes Zweigholz (FZH) in German. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 11 3 - More like a food than a fertilizer. 44. The notion of food implies two aspects: its energy content, which a system needs to function, and its chemical components (fertilizers) and their biochemical intermediaries (proteins, amino acids, sugars, cellulose, etc.). Early on, man derived the traditional concepts that led to mineralization, i.e. separating the energy from the nutrient components. Man then made a practice of processing organic matter, whether of animal or plant origin, by means of composting, in which the energy and nutrient components were separated by bacterial fermentation and thermophilic fungi, whereby the thermal energy was dissipated and the nutrients and organic residues were recovered, mainly as degraded lignins and polyphenol by-products. Although this is a form of enzymatic combustion, it has many analogies to combustion by fire at high temperatures (Kirk, T.K. & Farrell, R.L. [1987]). 4 - The principles behind chipping 45. Although the effectiveness of transforming RCW was becoming crystal clear, the underlying principles continued to elude us. It was only in 1989 that we discovered for the first time the mechanisms that allow the release of energy while conserving important parts of the lignin, i.e. the high-energy aromatic rings. 46. In the early 1980s, various important works were published in America, Asia and Europe dealing with lignin, its structure and its degradation by enzyme action. The major works are those of Kirk, T.K. & Fenn, P. [1982), Tien, M. & Kirk, T.K. [1983], Kirk, T.K. & Farrell (1983), Lewis, N,G,, Razal, R.A. & Yamamoto [1987], Leisola, M. & Waldner, R. [1988], Leisola, M. & Garcia, S. [1989], and Leatham, G.F. & Kirk [1982]. But we were struck by the fact that all this research was directed exclusively towards achieving the kind of understanding of mechanisms and degradation processes that would be useful in eliminating lignin, as one of the major pollutants in the pulp and paper industry. This “negative” approach to understanding lignin had its use, of course, and was to be expected, given the mentality of our industrial society which uses its capital to promote its own growth, and ignores anything that threatens profit margins. 47. The key work in enhancing our understanding was that of Leisola (Finnish) and Garcia (French), in 1989. They explained the enzymatic mechanism responsible for the depolymerization of lignin., in terms of the production of two macro- molecules: one with a low molecular weight, related to fulvic acid, and the other with a higher weight, now known to be humic acid. More interesting still, they showed that under the action of a specific enzyme (manganese-dependent lignoperoxydase) the larger molecule would be attracted and become fixed to the mycelium of a Basidiomycetic fungus (Chrysosporium phanerochaete), and would thereby be prevented from recombining with the fulvic molecule. This typically produces stable compounds with the antibiotic and other properties of the polyphenol group. The Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 12 fixing of the macromolecule on the mycelium lends a brownish colour to its surroundings that is characteristic of brown soils. This change in soil colouration has been noted frequently when RCWs are applied in agriculture. 48. Many studies have examined the behaviour of enzymatic systems in the degradation of lignin. Some of these are: Dordick, J.S., Marlette, M.A. & Kilbanov, A.M. [1986], Erickson, K.E.L., Blanchette, R.A. & Ander, P. [1990], Garcia, S. , Latge, J.P., Prévost, M.C. & Leisola, M.S. [1987], Jones, A. & O’Carroll, L. [1989]. 49. These publications all added to our understanding of the fact that Basidiomycetes - which is singularly absent from agricultural soils - plays a significant role in forest soils. Many authors refer to Basidiomycetes as “white rot fungi”, a term that still harks back to the “degrading” function of these organisms. Several studies also examine the role of Basidiomycetes from the mycorrhizal perspective: Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. [1987], Amaranthus, M.P., Li, C.Y. & Perry, D.A. [1987], Hintikka, V. [1982], Kirk, T.K. & Fenn, P. [1982], Perry, D.A., Amaranthus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.E. [1989]. Much valuable information on the role of Basidiomycetes in soil structure, viewed once again from the degradation perspective, is found in: Erikson, K.E.I., Blanchette, R.A. & Ander, P. [1990], Hintikka, V. [1982], Kirk, T.K. & Fenn, P. [1982], Levy, J.F., Rayner, A.D.M. & Boddy, L. [1988], Tate, R.L. [1987], Vaughan, D. & Ord, B.G. [1985]. 50. From all these authors, we learned a great deal about recent research efforts to understand the degradation of wood, by itself or within the forest ecosystem context. Once we delved into the concept of “organic matter” and the beneficial role it plays in agriculture, however, we found that the relationship between lignin and fertility was lost sight of, in favour of the concept of yearly fertility as measured by yields, with other parameters relegated to subsidiary status. Clearly, the notion of “organic matter”, which had been transferred without any modification from the agricultural domain to forestry, represented something of a barrier that we would have to surmount if we were going to understand what we had been observing. 51. In this way, we became interested in the relationships between different forms of life, in particular microfauna, and in the effects noted by various authors. These life forms seemed increasingly to go to the heart of the question that we were pursuing. The further we explored into the subject, the clearer it became that the role of fungi - however important that might be - was not enough to explain the dynamics of soil formation nor the cycling of nutrients. There must be some involvement by other levels of life in the formation of what we now call the trophic web, where all levels of life take part in the vital process of storing and releasing energy, and making available nutrients of chemical, mineral and biochemical origin. 52. We are indebted on this score in particular to: Anderson, J.M. [1988], Anderson, J.M., Coleman, D.C. & Cole, C.V. [1981], Bachelier, G. [1978], Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 13 Breznak, J.A. [1982], Larochelle, L. [1993], Larochelle, L., Pagé, F., Beauchamp, C. & Lemieux, G. [1993], Pagé, F. [1993], Parkinson, D. [1988], Sauvesty, A., Pagé, F. & Giroux [1993], Swift, M.J. [1976], Swift, M.J., Heal, O.W. & Anderson, J.M. [1979], Toutain, F. [1993]. These authors all approach the question from the same dynamic: predation and energy transfer from one level to another, and their inevitable relationship to the transfer of nutrients. And yet, none of these authors has approached the question of energy mechanisms, apart from those already known, such as the transformation of adenosin triphosphate into adenosin diphosphate, where glucose is used as an energy source to release considerable energy. VI - Lignin 53. As we pointed out earlier, branch wood has never been considered as a useful material, and has never been scientifically described. The presence of lignin in monomer form has thus never been examined in terms of its energy function. Several authors however have alluded to the complexity of this macromolecule, and have suspected that it may play an important role in the formation of humus and also of certain undesirable polyphenol compounds: Dordick, J.S., Marlette, M.A. & Kilbanov, A.M. [1986], Erikson, K.E.L., Blanchette, R.A. & Ander, P. [1990], Garcia, S., Latge, L.P., Prévost, M.C. & Leisola, M.S.A. [1987], Glenn, J.K., and Gold, M.H., [1985], Jones, A. & O’Carroll, L. [1989], Kirk, T.K. & Farrell, R.L. [1987], Leatham, G.F. & Kirk, T.K. [1982], Kirk, T.K. & Fenn, P. [1982], Leisola, M.S.A. & Waldner, R. [1988], Leisola, M.S.A. & Garcia, S. [1989], Lewis, N.G., Razal, R.A. & Yamamoto, E. [1987], Rayner, A.D.M. & Boddy, :. [1988], Stott, D.E., Kassim, Jarrell, J.P., Martin, M. & Haider, K. [1993], Tate, R.L. [1987], Vaughan, D. & Ors, B.G. [1985], and Vicuna, R. [1988] . 54. These authors discuss various aspects of the structure of lignin and the importance of its methoxyl groupings, depending on the origin of the lignin; they examine the “fragility” and the “digestibility” of lignin when it is slightly polymerized, and the ease with which it can be depolymerized. This was where we first realized the importance of young lignin as a source of energy, not only after the cellulose has been transferred, but through the use as well of the considerable energy held in the aromatic rings, of which some are reserved for constituting humus. Lignin must then play a double role - as an energy source, and as a builder of the soil, which is the centre for regulating and governing life itself and the nutrients as they are cycled. 55. This then is where we must look to find the blockages that lead to the ever lower fertility levels that have been noted to occur even where there are ample essential nutrients for the growth of plants in the hypogeous ecosystem. We shall not attempt here to discuss the various routes that nutrients must take to become available in “proper order” for the support of plant life. We may cite earthworms as one example - these work together with the bacterial colonies inside their digestive tracts to attack the brown pigments of leaves. These brown pigments are formed by the Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 14 association of a polyphenol (tannins) with proteins that prevent nutrient degradation (Toutain, F. [1993]). A similar process occurs in the relationship between Basidiomycetes and various species of acarians and collembola in cycling nutrients, whose mastication results in increasing fragmentation and opens the way to attack by enzymes or bacteria (Swift, M.J. [1977], Larochelle, L, Pagé, F., Beauchamp, C. & Lemieux, G. [1993]). 1 - The nutrients question 56. This question has traditionally been posed in rather simplistic terms, by ranking the elements from Mendeleyeff’s periodic table according to their contribution in producing crops at the lowest possible cost. Three elements come out on top: nitrogen, phosphorus and potassium, to which we may add other elements such as iron, silicon and the entire group known as trace elements. This classification into major elements and trace elements is typical of the “industrial” perspective with which science approaches agricultural productivity, and which over the years has come to dominate the forestry vocabulary as well. 57. It is rather strange that man has persisted in looking at plant growth solely in terms of the mineral salts that promote it. The limitations to this output-oriented perspective are now clear enough, when we consider the effects of soil erosion, and the constant arrival of new parasites, and of fungal, bacterial or viral diseases. Our societies now spend enormous resources in trying to control such pests. 58. As several authors have shown (Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. [1987], Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. [1988], Bormann, F.H., & Likens, G.E. [1979], Flaig, W. [1972], Gosz, J.R. & Fischer, F.M. [1984], Gosz, J.R., Holmes, R.T., Likens, G.E. & Bormann, F.H. [1978], Martin, W.C., Pierce, R.S., Likens, G.E. & Bormann, F.H. [1986]), it is possible to make major changes in ecosystem behaviour by varying those biological factors that have an impact on nutrients, or rather on their form, where the physical and chemical repercussions may be imponderable. 59. We conclude from this that there is a direct relationship between biological parameters and the availability of nutrients. We already know what the chemical and physical relationships are - but we have only a vague understanding of the chemical and biochemical ones, and of the energy transfer mechanisms involved. 60 The startling discoveries that have been made in the tropics, where the presence of a rainforest canopy is always associated with relatively poor soils, have opened the door to some fundamental new understanding. Those discoveries suggest that ecosystem life structures rely solely on mechanisms that are dependent on the forest, and by extension, on the trees themselves. This may well explain why it is so difficult in Africa now to produce enough food to sustain a decent and stable standard of living. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 15 2 - The biological cycle in tropical waters 61. We will now pose our fourth hypothesis: (4) The hypogeous ecosystem, i.e. the living soil, has been able to overcome climatic problems in the tropics by creating a network of multiple life forms, whereby plants can recover nutrients without need of the chemical fertilizers so widely used in temperate-zone agriculture. This fact could be particularly important for water management, since water could act as a nutrient if it were not sensitive to osmotic pressure from salt soil solution . Preliminary observations in Quebec and in Senegal show higher yields and lower water consumption. Our hypothesis must rest for now on such observations, since although we have been able to achieve such results repeatedly, we cannot find any convincing explanation in the literature. 3 - “Chemical” nutrients 62. When it comes to nutrients, at least as regards nitrogen, phosphorus, potassium and magnesium, we observed no shortages [in our treated soils] - indeed, we noted increased reserves, particularly of phosphorus. 4 - Nitrogen 63. At the outset, we took it for granted that the nitrogen found in the soil was the direct result of the degradation of proteins and the microbial biomass. Yet, since plants showed no evidence of nitrogen shortages even after three years, we were forced to look for a reason. Along with many authors, we came to the conclusion that the mechanisms at play were of forest origin, mainly from non-symbiotic nitrogen fixation through a variety of bacteria in the rhizosphere. See the following authors: Dommergues, Y & Bauzon, D. [1975], Rouquero, T., Bauzon, D. & Dommergues, Y. [1975], Thomas-Bauzon, D., Weinhard, P., Villecourt, P & Balandreau, J. [1979], Thomas-Bauzon, D., Weinhard, P, Villecourt, P & Balandreau, J. [1982], Thomas-Bauzon, Kiffer, E., Pizelle, G. & Petitdemange, E. [1990], Thomas- Bauzon, D. Kiffer, E., Janin, G., & Toutain, F. [1995], Parkinson, D. [1988], Stott, D.E., Kassim, G., Jarrell, M., Martin, J.P. & Haider, K. [1993], Swift, M.J. [1976], Tate, R.L. [1987], Vaughan, D. & Ord, B.G. [1985]. 64. In general, it appeared that nitrogen fixation depends on a group of bacteria whose active enzyme contains iron as the central element, similar to the structure of haemoglobin. As distinct from the leguminous Rhizobium, this would explain why nitrogen is so abundant in forest soils, and in those we treated with RCW. On this basis, we pose the following hypothesis: (5) The nitrogen cycle is fed primarily by the microbial fixation of N 2 , and secondarily by the action of fungi and mycorrhizae, in soils treated with RCW. 5 - Phosphorus Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 16 65. This element has always been a problem in plant nutrition, because of its fleeting availability. It can be immobilized by iron under acidic conditions, and by calcium under alkaline conditions, thus making it almost impossible for it to become part of the soil solution. And yet it is a vital element that is volatile only under agricultural conditions. There is no lack of phosphorus in forest soils. We know that a particular enzyme, alkaline phosphatase, can “flush out” this element, which is essential for the transfer of energy to support plant growth. We also know that proper mycorrhization increases the availability of phosphorus (Rouquerol, T., Bauzon, D. & Dommergues, Y. [1975]). 66. Some unpublished studies show that alkaline phosphatase increases with the growth of the microbial biomass in agricultural soils treated with RCW. Another study, dealing with research on the enzymes available in RCW, shows remarkable amounts of both alkaline and acidic phosphatase in the branches of the red oak, Quercus rubra, which is one of the most promising species in our climate. It is too soon to draw any conclusions about the presence of these and other enzymes, such as lipase, but we expect to be able to publish our results shortly, and thus open a new avenue of approach to the multiple processes involved in soil generation. I have not done as thorough a search of the bibliography here as I did for nitrogen, but can note the following authors: Flaig, W. [1972], Ratnayake, M., Leonard, R.T. & Menge, J.A. [1978], Swift, M.J., Heal, O.W. & Anderson, J.M. [1979], Vaughan, D. & Ord, B.G. [1985]. We can now pose another hypothesis: (6) RCW contributes to the soil not only nutrients, but also a number of mechanisms that regulate their synthesis or release 10 . 67. The results of both forest and agricultural experiments led us to explore the impact [of RCWs] on nutrition, while recognizing that there could be no comprehensive answer, and that no conclusions could be drawn from a qualitative and quantitative description, however refined. Our preliminary experimental results have merely set us at the beginning of a road little travelled in the current literature. We may cite here the major works in the field of RCW experimentation: Beauchamp, C. [1993], Guay, E., Lachance, L. & Lapointe, R.A. [1982], Larochelle, L., Pagé, F., Beauchamp, C. & Lemieux, G. [1993], Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1985], Lemieux, G. & Lapointe, M. [1993], Pagé, F. [1993], Seck, M.A. [1993], Seck, M.A. in Lemieux G. [1994], Toutain, F. [1993], Tremblay, Y [1985]. These publications, which have appeared over the last ten years, have so far attracted only a limited degree of curiosity, and that only from the traditional viewpoint of those interested in empirically proven agricultural techniques for extracting nutrients from crop wastes. 10 This regulation is best achieved through enzymatic systems, but it can also be done through chemical displacements. Such systems may be allogenous (induced by RCWs) or endogenous (arising from microbiological action). Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 17 68. We thus found ourselves compelled to undertake a broad survey in order to understand why more scientific attention was not being paid to our discoveries, disturbing as they might be from the economic and technical point of view. VII - A tentative theory 1 - Too much or too little water 69. After obtaining repeat results from our research over a number of years, we began to regard RCWs as a “food”, identifiable in its own right, that acts on the organo-mineral complex through depolymerization, retrosynthesis, degradation and enzymatic combustion. Water is the key factor in this system. Since it is almost impossible for lignin to depolymerize in water, i.e. without oxygen, water may well be the key blocking mechanism that we have observed at work, both in agriculture and in forestry. The best yields are always obtained on soils that are well drained, but not too dry.. 70. The gradual evolution of lignin will produce tannins and other polyphenols in plant tissues as they accumulate and turn into peat that, in turn, will last for thousands of years. On the other hand, if water is in short supply and plant tissues are prevented from evolving, they will tend to build up on the surface, with frequently high concentrations of polyphenolic compounds synthesized by the plants themselves (Dicotyledons are an example of this). This is often the case under temperate climatic conditions, where the geological structure is highly porous or its slope is very steep. The situation is different in the tropics, where water availability depends more directly on the pattern of rainfall. 71. An even but deficient distribution of rainfall on sedimentary rock formations rich in calcium will promote the profusion of Monocotyledons in deep black soils. But because such soils lack a real structure, they will become unstable in the presence of excessive water. On the other hand, when rainfall is scarce, these soils are very likely to suffer from wind erosion, as has happened many times on the North American prairie. 2 - The soil-structuring role of lignin 72. In this last case, soil instability is likely to be the direct result of the structure of the lignin itself, and the methoxyl groupings it may contain. At the same time, such soils are often well-suited to large-scale Monocotyledonous crops, although their yields tend to be low. Mechanized working of these soils tends to do damage to their structure and to speed up their metabolization, unless losses can be replaced. 73. We now propose the following hypothesis :(7) The origin of the lignin, and the positioning and number of methoxyl groups within it, may play an important Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 18 role in the structure of the soil, depending on the ground water system and rainfall patterns. 3 - The role of the trophic web 74. If the hypothesis we are putting forward could be verified, we would have a full-fledged explanation of why the vegetation in tropical climates is so fragile, especially under Sahelian conditions. Competition to find water may be due to the collapse of the living telluric systems, where water behaves just as other nutrients, provided that it is protected from the constraints, both chemical and biological, imposed on the soil by high daytime temperatures. This might be the answer to our observations that where the biological system is in active equilibrium, yields are higher and less water is required to support growth. These observations are valid for both temperate and tropical climates. 75. These observations allow us to formulate a further hypothesis that may shed new light on the interpretation of our results: (8) Biodiversity and the health of the soil are the prime factors in the conservation and use of the water that is stored and available within biological systems, by protecting it from the soil’s own chemical cycles. 4- Living beyond the soil’s chemical constraints 76. We think this is a highly plausible hypothesis, in light of the ability that the forest has developed over millions of years to short-circuit the harmful and destructive effects of chemicals produced by vegetation in the hypogeous ecosystem. This would provide a logical explanation for the degradation of soils that were at one time dependent on the biodiversity nurtured and sustained by the forest, and which, once that forest had disappeared, were no longer sufficiently nourished to be productive. From this perspective, the soil becomes the very centre of life, by storing, releasing and managing the availability of the nutrients “demanded” by the plants themselves. 77. For this kind of management to happen there must be a very stable source of energy, a source that is highly diversified and contains substances that are compatible with the system itself. Such a broad diversity is found only in branch or ramial wood, whereas stem wood is deficient in many respects, and moreover contains lignin that is highly polymerized. The most useable sources are the amino-acids and proteins, along with the sugars. Next as sources of energy come cellulose, hemicellulose, and finally lignin and its derivatives. 78. There we have a list of "edible" energy products that can be used in whole or in part by the different trophic levels, and so allow different types of life to grow, flourish and reproduce. Besides its role in the energy chain, lignin is also one of the most important influences in the physical constitution of the soil, through its ability to Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 19 reduce and concentrate aromatic rings, which, as they become humic acid 11 , represent the very basis of soil structure. It is lignin and its derivatives, together with iron chelation and aggregate formation, that are responsible for this relationship between nutrients and the mineral content of the soil. 79. These soil aggregates play a key role in soil fertility. Indeed they constitute the very basis of the soil’s structure, its atmosphere etc., and are at the same time a potential source of food for microorganisms. They will therefore have a rather short life, and must be continuously replenished. They also give shelter to microorganisms such as bacteria and various encysted life forms, while serving as a source of energy and nutrients. 5- The major cause of tropical soils degradation 80 Since we need to be able to interpretation our measurements and observations, we have opted for a forestry-science approach to interpreting our findings. We do so with the following hypothesis: (9) RCWs can be a source of nutrients and energy, with lignin as the principal factor for stability and soil control, provided that the lignin is in the form of oligomers that can be readily depolymerized by Basidiomycetes. The fractional elements so obtained can be easily utilized by biological systems, or they can be retrosynthesized, or turned into humus, which is the basis for managing the soil’s fertility, its nutrients and its reserves of energy. 81. Seen from this standpoint, it is a major catastrophe when the forest ecosystem and all those mechanisms that depend on lignin and its transformation disappear. [When forests are destroyed to make way for agriculture, the immediate and inevitable result is] loss of soil and dramatic drops in yields. Mineral fertilizers are no help in this case - on the contrary they force yields even lower. In this respect, cultivation methods imported from northern countries must be viewed as a man-made disaster, which everyone denounces, but no one has any solutions for. 82. We now pose the following hypothesis: (10) Since the forest was the source of the mechanisms responsible for soil fertility all over the world, the disappearance of the forest will lead, over the short, medium or long term, to a drop in fertility and productivity. And, if chemicals are used as fertilizers, the soil structure will collapse, food shortages will arise, and parasites and disease will appear. 83. The problem of soil degradation goes beyond the availability of nutrients. When tropical soils are degraded, they lose the endogenous energy needed to regulate 11 This is a macromolecule, for which the literature provides no clues as to its structure. The same is true for humus, humates and humin. They appear to be highly varied remnants of lignin after various chemical and biological attacks, with a high molecular weight and a weakly acid tendency. Humus and “ organic matter” are frequently confused in the literature. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 20 the flow of nutrients and water. In tropical climates, nutrients are generally stored in the branches of trees, rather than in the soil itself. All attempts to compensate by using chemical fertilizers on soil deprived of its energy are doomed to failure, as recent experience in Africa has shown. 6- The basics of forest ecosystem functioning 84. As we improve our understanding of the mechanisms responsible for life and fertility, we can begin to distinguish the different roles more clearly. It becomes obvious that, everywhere and at all times, for any forest ecosystem the key factors are the biological, chemical and biochemical equilibrium of its soil. My initial reference to the long-ago origins of the forest was meant to reinforce the idea that all the mechanisms involved have been around for hundreds of millions of years. The fact that we humans have never taken proper care of them says a lot about how anthropocentric we are. 85. The description we have presented applies to all forest ecosystems, but it is those within the tropics that are the most interdependent and sophisticated, thanks to the prevailing high temperatures or the lack of variation in temperature and water conditions. In our view, energy is at the core problem, in the sense of energy as an "ingestible", in other words where exogenous energy is introduced into living organisms along with biochemical nutrients (sugars, fats, oils etc.),which are themselves endogenous carriers of energy. 86. Thus, between 70% and 80% of the endogenous energy produced by a tree is sent directly into the soil ecosystem, leaving only 20% or 30% to support the production of plant tissues such as wood (Fogel, R, & Hunt G, [1983], Meyer, J.R. & Linderman, R.G. [1986], Rambelli, A.[1983], Reid, C.P.P. & Mexal, J.G. [1977], Vogt, K.A., Grier, C.C., & Meir, C.E. [1982], Whipps, J.M. & lynch, J.M. [1986]). In the case of grasses, only 10% to 40% of total energy is directed to the hypogeous ecosystem. 87. Thus, endogenous energy is directed toward the hypogeous ecosystem (the soil) by way of the roots, where mycorrhizae, besides being major consumers themselves, play a key role in carrying nutrients from the soil to the plant and returning to the soil the energy it needs. It is through their relationship with fungi, most commonly the Basidiomycetes, that plants are able to draw most of their nutritional benefits from the soil. (Allen, T.F.H. & Starr, T.B. [1982], Amaranthus, M.P., Li, C.Y. & Perry, D.A. [1987], Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. [ 1987], Anderson, J.M., Huish, S.A., Ineson, P., Leonard, M.A. & Splatt, P.R. [1985], Borchers, S. & Perry, D.A. [1987], Clarholm, M. [1985], Coleman, D.C. [1985], Fogel, R. & Hunt, G. [1983], Hogberg, P. & Piearce, G.D. [1986], Ingham, R.E., Troffymow, J.A., Ingham, E.R. & Coleman D.C. [1985], Janos, D.P. [1980], Lynch, J.M. & Bragg, E. [1985], Malloch, D.W., Pirozynski, K.A. & Raven, P.H. [1980], Meyer, F.H. [1985], Meyer, J.R. & Linderman, R.G. [1986], Olsen, R.A., Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 21 Clark, R.B. & Bennet, J.H. [1981], Perry, D.A., Molina, R. & Amaranthus M.P. [1987], Rambelli, A. [ 1973], Reeves, F. B., Wagner, D., Moorman, T. & Kiel, J. [1979], St-John, T.V. & Coleman D.C. [1982], Trappe, J.M. [1962], Vogt, K.A., Grier, C.C., & Meier C.E. [l982, Whipps, J.M. & Lynch [1986]. 88. On many occasions we have referred to the importance of lignin in the constitution of the soil and in nutrient management at various trophic levels. In Dicotyledonous forests there are two regular sources of lignin supply: the first is the continuous shedding of various plant tissues from the canopy, such as leaves, fruits, twigs, etc. that fall on the ground. The second one, perhaps more important and yet invisible, is the very small rootlets that are constantly being metabolized. They are rich in unpolymerized lignin and are palatable to microfauna. In sugar maple stands we have estimated the annual production per hectare of biomass in the form of such rootlets at between 2 and 3 tons every year (Pagé, F. [1993]). 7- The role of ramial wood in pedogenesis 89. Research in both agricultural and forest settings has produced results that have been subsequently verified: (Aman, S., Despatie, S., Furlan, V. & Lemieux, G. [1996]), (Beauchamp. C. [1993]), (Guay, E., Lachance, L, & Lapointe R.A. [1982]), (Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1985]), (Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1986]), (Lemieux, G, & Lapointe, R.A. [1988]), (Lemieux, G. & Lapointe R.A. [1989]), (Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1990]), (Lemieux, G. & Tétreault, J.P. [1993]), (Lemieux, G. & Toutain, F. [1992]), (Lemieux, G. [1995]), (Seck, M. A. [1993]). After checking for repeatability, which showed some variations depending on annual fluctuations of the natural environment, the results were generally found to be positive. Where failures were recorded, we were able to trace these back to some error and propose a satisfactory explanation that would confirm the basic principles 90. We can now put forward the following hypothesis: (11) Ramial chipped wood, when exposed to attack by Basidiomycetes, can replace all biological functions that require chemical and biochemical nutrients. RCW also contains the energy needed to support the processes and to provide a margin for the demands of entropy. The energy released covers the electromagnetic spectrum, wholly or in part, - The second law of thermodynamics: entropy and soil biology 8- The second law of thermodynamics: entropy and soil biology. 91. Many of our observations on the energy aspects of soil biology have as yet found no echo in the recent literature. We have always been struck by the low productivity of tropical areas, where soils are degraded, and that of subarctic zones, where in contrast plant tissues accumulate from year to year, but cannot evolve and so remain unproductive. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 22 92. The rapid transformation of RCWs under tropical conditions and the stagnation of plant tissues in the Arctic both seem to represent problems with the distribution of exogenous, i.e. solar energy. In both cases, the soil is unable to meet the demands of entropy by radiating energy. This reasoning leads us straight to the heart of the energy question, about which our understanding is now rapidly increasing as a result of discoveries in astronomy. Better knowledge of the subject is the key to better understanding. Thus, the constitution of the universe and the relationship among all its components in the form of a continuum covers the entirety of the electromagnetic spectrum, from quarks to molecules to living organisms. We can see this progress by looking at macromolecules, viruses, cells, tissues and species, where the most highly evolved are the least numerous. (Reeves, H. [1992], Prigogine, I. and Stengers, I. [1984). 93 No one would deny that one of the features that distinguishes life from death is the radiation of heat. This phenomenon requires the presence of an endogenous energy source that can only manifest itself in the presence of the necessary amount of exogenous energy (ambient temperature). 94 Endogenous energy, far more than the amount of fertilizers that may be applied, is the determining factor in the fertility of any soil. Yet, the behaviour of polyphenol compounds can block this energy, and destroy the soil’s fertility, even when exogenous energy is plentiful. This is what happens with organic soils in the Arctic, which are handicapped both by their lack of exogenous energy and by the polyphenols and tannins that result from natural evolution. 95 Under tropical conditions soil degradation can be seen as a resulting from lack of available endogenous energy, due to an over-abundance of exogenous energy, which forces the ecosystem’s metabolism to consume everything at once, leaving very little room for any but inactive and unproductive forms of life. 96. The tropical forest alone has developed the tools to overcome the soil’s metabolic hyperactivity by limiting access to biochemical nutrients, and to endogenous energy at the same time, which would otherwise benefit the hypogeous ecosystem to the prejudice of epigeous. From this viewpoint, the constant accumulation of fallen plant tissues rich in nutrients and lignin, most of which is released into the soil, and the transformation of the lignin by the root system, allow the necessary energy to be supplied to the soil. Since metabolism is very rapid under such conditions, the nutrient “reservoir” becomes the tree itself, which allows for only a limited but active development of life in the hypogeous ecosystem. 97. Under these circumstances, the demands of entropy must be met by the trees, and then by the soil in general. It then becomes clear why the industrial exploitation and destruction of the forest’s trees can be a catastrophe, leaving behind only poor soils with very limited agricultural fertility, as is the case in Africa today. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 23 98. We now pose the following hypothesis: (12) By providing access to various nutrients, RCW brings with it the endogenous energy needed to meet the inevitable demands of entropy. It also contributes the enzymatic mechanisms needed to synthesize those nutrients or make them accessible . 9- Nutritional features of RCWs 99. This hypothesis implies that RCWs must be perceived first of all as a complete "food", in which both nutrients and energy are intimately linked together. In putting forward such an idea we are quite aware that it runs counter to the conventional wisdom that has allowed agriculture to make unheard-of productivity gains. We are also aware of the fact that we cannot change over-night the basic industrial concepts underlying man's life on earth. Yet we are also convinced that this hypothesis can, and must, lead to profound changes to the ecology and economy of a great many countries, especially those in the tropics. 100. The ability of RCWs to effect major modifications in agriculture, through raising productivity, is put forward here by analogy to a multifaceted "food", which in turn gives the soil its living character. In the soil, life is highly diversified and interwoven, comprising every possible level, each of which is dependant on the others. Here life and death alike are closely bound up with the chemical nutrient system, the structure of which will be determined in large part by the evolution of lignin and polyphenol compounds. 101. Moreover we must recognize that a large number of physico-chemical, chemical and biochemical mechanisms underlie these equilibria. We may mention the chelation of heavy metals such as iron, the regulation of the dissociation between hydrogen and hydroxyl ions, or the production of protein systems: these are always reversible, with enzymes working in the presence of nitrogen and phosphorus inputs. These reversible mechanisms form the very basis of soil regulation, but they are not the only ones. There is another regulating mechanism where life itself takes over, releasing the energy accumulated within its own biomass, and providing numerous supplementary elements that in turn are also reversible, creating a structure or controlled atmosphere that contains many biological inhibition factors of the polyphenol type. 10 - Pedogenesis under the Gymnosperm canopy. 102. This reversibility of "intimate pedogenesis phenomena" is the essence of life itself, where nutrients are linked to energy, which can be released again through biological degradation. There are many questions that can be asked about the quality of such "food", and the extent to which it is homogeneous or richly diverse. We have noticed a large variety of behaviour in the species used for the production of RCWs. The first point concerns conifers and hardwood trees, and relates to the efficiency of soil transformation: conifers cause blockages that prevent soil structures from Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 24 evolving and inhibit the growth and germination of plants. Gymnosperms would seem in fact to have developed a restrictive system for eliminating their competition, based largely on the inhibiting effects of polyphenol compounds. Here, the lignin structure is asymmetric, with only one methoxyl group. This gives rise to many polyphenolic compounds, such as aliphatic acids, terpenes, resins, etc. that render ineffective any lipases that may be present. Many families of plants among the Angiosperms, such as Umbelliferae and Labiatae, still retain some Gymnosperm characteristics. This is also true of the Australian Eucalyptus: the devastating manner in which it excludes all competition makes this species undesirable as an alternative crop to agriculture. 11- Pedogenesis in the Dicotyledonous Angiosperm forest 103. Hardwood species on the other hand seem to depend on a completely opposite system, by accepting and nurturing all types of species and making them compatible with each other. This is a strategy based on biodiversity and complementarity, but the various species are far from being equal. There is a great deal of work to be done in order to identify and understand the activities that take place within pedogenetic mechanisms. Our experiments with tree germination over a period of five years (Lemieux, G. & Lapointe, R.A. [1989]) proved this point clearly. The same can be said of the Ivory Coast’s experiments on maize (Aman, S., Despatie S., Furlan, V. & Lemieux, G. [1996]), where a systematic comparison of yields for four different species showed wide variations. Similar results were recorded in Ziguinchor, in southern Casamance region of Senegal, where specific effects were noted with Acacia mangium, Guiera senegalensis and Combretum micranthum (Lemieux, G. [ 1994]). 104. These two approaches to managing competition, the one seemingly archaic and the other more “modern”, have suggested to us the following hypothesis: (13) The structure of lignin and its transformation throughout the pedogenetic process can be taken as directly responsible for the form of competition within ecosystems, due to the way it evolves within the soil, and its effects on the control of chemical and biochemical nutrients. 12- Origin and distribution of soils suitable for agriculture 105 This hypothesis is related to another one, to be presented later, as regards the evolution of agriculture. Recent observations in the Dominican Republic (Lemieux, G., Marcano, J. & Gonzalez A.[1994]) show that even under tropical conditions, the soils of conifer forests (Pinus occidentalis) are no more suitable for agricultural purposes than they are in temperate climates. We had always assumed that coniferous forest soils were rendered unsuitable for agriculture by factors such as excessive precipitation, the number of frost-free days, excessively high or low pH values, poor soil structure, too porous a parent rock structure, etc. We now believe that, no matter how real these criteria may be, the true explanation has to do with the type of Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 25 pedogenesis that promotes polyphenolic soils, and thus effectively eliminates all competition, leaving only a few specially adapted species to grow in large concentrations. 106. These remarks and observations open the way to another hypothesis that would confirm the influence of lignin type on pedogenetic mechanisms A survey of the development history of agriculture-based settlements shows that it was the use and transformation of hardwood forest soils that originally made agriculture possible, and that thus led to the gradual accumulation of wealth and human well-being. It was within the hardwood forests of East Africa that mankind apparently first developed, some million years ago. This was certainly not an accident! Similar observations can be made about for Europe, Asia and America. 107 The African forest as a whole is dominated by tropical hardwoods, while in America, although lying at similar latitudes, forest systems are much more diverse, with many conifer ecosystems. 12 This fact made us aware that there are differences between hardwood and conifer ecosystems, and a survey of tropical areas confirmed for us that it is in fact the hardwood forest that produces soils suitable for agricultural. We observed the same pattern in more northerly latitudes of America, Europe and Asia. The question then immediately arises: why are African soils so poor, when they originated from the hardwood forest? The answer, as we now see it, has to do with the collapse of biological pedogenetic mechanisms, rather than with any chemical or physical mechanisms, as had been generally thought. 108. Thus we put forward the following hypothesis: (14) The pedogenetic processes found in hardwood forests are clearly related to the structure of their lignin components, and they produce soils that not only permit the smooth cycling of nutrients but have proven highly adaptable and extraordinarily productive. Thus, in the hardwood forest we typically find a climacic forest type, with trees of various ages and numerous species, while in forests where Gymnosperms dominate there is no chance for regrowth or renewal and only a limited number of species can survive. Everywhere on earth, it was in the hardwood forests that agriculture was able to take root and flourish. 13- Some thoughts on ramial wood 109. It was the idea of increasing productivity by means of ecologically harmonious mechanisms that led us to think of RCWs as a basic nutritional factor in agriculture, within the overall context of pedogenetic factors and causes. Since RCWs have shown beneficial results on both agricultural and forest soils, we have concluded that they could form the basis of a new field of knowledge, one that, as the literature of the past century demonstrates, has never been approached from this angle. 12 The genus Pinus is the most important. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 26 110. These results help to highlight the importance of mechanisms that originate in the forests themselves for governing the evolution of soil structure, fertility and productivity. We therefore suggest the following hypothesis: (15) At all latitudes, the soils now devoted to agriculture were originally wrested from the hardwood forests. They should be considered as forest soils that have been degraded in order to meet human needs. With help of RCW technology, soil fertility can be restored, because with it all the biological mechanisms can be regenerated, the trophic web can be reactivated, and the structure of the soil can recover. 111. We expect of course that such a statement will be received with some incredulity to begin with, but we are confident that this reaction will diminish as the facts come to be appreciated. We are constantly struck by the degree to which the “agricultural” approach dominates modern forestry thinking, in the context of continuously adapting agriculture to man’s industrial needs. We propose, using the new knowledge we have developed, to take a fresh look at agricultural soils from the perspective of their pedogenetic mechanisms, first the biological ones, then the biochemical ones, and finally the chemical and physical ones. The techniques applied to agricultural soils should start from a consideration of the nutritional factor, before we think about the their chemical, hydrodynamic, physico-chemical or other aspects. 112. Man has taken the wrong track many times during this century, and restricted his creative thinking to the use of increasingly artificial systems based on the two concepts of “mineral plant nutrition" and"organic matter". 113. The first of these concepts has made it possible to gather a tremendous amount of scientific data that was mathematically verifiable and has brought about a veritable social revolution all over the world. Nonetheless, we must recognize that economic growth has now reached a plateau, and our continued attachment to artificial solutions is causing costs to skyrocket, and output to plummet. 114. The second concept is far more pernicious: its weakness is evident in the fact that it cannot be defined in chemical terms, and its results can hardly ever be reproduced. Organic agriculture, which represents a return to past traditions, has become fashionable, and the use of trash compost and manure is promoted everywhere. Yet this is really tantamount to promoting mineralization for short term benefits. Africans we talked with had this to say about the organic matter concept that is so popular in the throw-away culture of the North: “We don’t have any excess organic matter, and when we do have any, it is immediately consumed in the soil”. It would seem that the “organic” future is highly precarious under such conditions, especially since reserves of compostable trash are uncertain and limited, and the process represents a considerable loss of energy, which otherwise could be introduced directly into the soil system.. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 27 115. These then are our reasons for proposing that forestry techniques for producing RCWs be used to meet needs that are strictly agricultural. It is technically possible and economically profitable to produce RCWs in the quantities needed to establish management mechanisms for the soil that are based on biology and its attendant biochemistry. Moreover we believe that, with some effort, it should be possible to convince farmers themselves to make these techniques a part of their culture and traditions. RCW production, after all, can and indeed must be scaled accordingly to need - a goal that is impossible to achieve with trash composting techniques, which are much too costly in terms of human energy. 14- Endogenous soil energy and desertification 116. The proposals we have spelled out can open the door to a new understanding of desertification processes, and point to simple techniques that will address the problem at its very source. Considerable efforts will be needed to make people understand the need to return back to the soil the energy required to conserve and maintain it and make it more productive. The solution will no doubt require an understanding of the mechanisms involved in depolymerizing the polyphenol chains so as to allow regulatory mechanisms to work - among which water will be the most readily appreciated factor. We therefore suggest as a hypothesis that: (16) The energy question, and in particular the role of lignin and its derivatives, should form the basis for a campaign to halt the desertification process and to restore the productivity of arable lands. . 117. We are inclined to think that this "campaign" should be undertaken as part of a broader plan that could be communicated by means of the traditional oral techniques common to all African peoples. It is essential that these ideas be translated into the spoken language in a way that is compatible with traditional understanding. We must avoid the kind of scientific discourse that can only be communicated in writing. The word will have to be spread through ethnic languages - otherwise the campaign will surely fail. VIII- Research programme 118. The research programme should encompass several aspects, including the following basic topics: a) The energy question, from the physical standpoint within the context of thermodynamics. This work could take be undertaken in northern as well as southern countries. b) The role of polyphenolic compounds in energy management and distribution, and their role in managing chemical nutrients and in maintaining the trophic web. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 28 c) The biological transformation of RCWs in connection with the storing and release of nutrients d) Identifying and studying the various enzymatic systems, with an emphasis on those originating from RCWs. e) Selecting the best species of trees to grown in order to produce RCWs. . f) When and how much to apply. g) Chipping and spreading methods for RCWs. IX- Hypothesis (1) If we admit that, in the absence of agriculture, forests dominated the earth for millions of years, and that once we had removed the forest cover for farming, the soil suffered major degradation and loss of fertility, then the factors governing the soil’s fertility must have been due to the forest. (2) The mechanisms governing fertility, pedogenesis, biodiversity, and primary and secondary soil productivity depend on factors that have not been clearly explored in the scientific literature of the twentieth century. We conclude therefore that science has focussed solely on questions of soil output. (3) The RCW concept could be a valuable tool for studying and understanding soil formation and its dynamics, by which we mean above all the distribution of chemical nutrients essential for plant growth. (4) The hypogeous ecosystem, i.e. the living soil, has been able to overcome climatic problems in the tropics by creating a network of multiple life forms, whereby plants can recover nutrients without need of the chemical fertilizers so widely used in temperate-zone agriculture. This fact is particularly important for water management, since water could act as a nutrient if it were not sensitive to osmotic pressure from soil salt solution. (5) The nitrogen cycle is fed primarily by the microbial fixation of N 2 , and secondarily by the action of fungi and mycorrhizae, in soils treated with RCW. (6) RCW contributes to the soil not only nutrients, but also a number of mechanisms to regulate their synthesis or release. (7) The origin of the lignin, and the positioning and number of methoxyl groups in it, may play an important role in the structure of the soil, depending on the ground water system and rainfall patterns. Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 29 (8) Biodiversity and the health of the soil are the prime factors in the conservation and use of the water that is stored and available within biological systems, by protecting it from the soil’s own chemical cycles. (9) RCWs can be a source of nutrients and energy, with lignin as the principal factor for stability and soil control, provided that the lignin is in the form of oligomers that can be readily depolymerized by Basidiomycetes. The fractional elements so obtained can be easily utilized by biological systems, or they can be retrosynthesized, or turned into humus, which is the basis for managing the soil’s fertility, its nutrients and its reserves of solar energy. (10) Since the forest was the source of the mechanisms responsible for soil fertility all over the world, the disappearance of the forest will lead, over the short, medium or long term, to a drop in fertility and productivity. And, if chemicals are used as fertilizers, the soil structure will collapse, [food] shortages will arise, and parasites and disease will appear. (11) Ramial chipped wood, when exposed to attack by Basidiomycetes, can replace all biological functions that require chemical and biochemical nutrients. RCW also contains the energy needed to support the processes and to provide a margin for the demands of entropy. The energy released covers the electromagnetic spectrum, wholly or in part. (12) By providing access to various nutrients, RCW brings with it the endogenous energy needed to meet the inevitable demands of entropy. It also contributes the enzymatic mechanisms needed to synthesize those nutrients or make them accessible . (13) The structure of lignin and its transformation throughout the pedogenetic process can be taken as directly responsible for the form of competition within ecosystems, due to the way it evolves within the soil, and its effects on the control of chemical and biochemical nutrients. (14) The pedogenetic processes found in hardwood forests are clearly related to the structure of their lignin components, and they produce soils that not only permit the smooth cycling of nutrients but have proven highly adaptable and extraordinarily productive. Thus, in the hardwood forest we typically find a climactic forest type, with trees of various ages and numerous species, while in forests where Gymnosperms dominate there is no chance for regrowth or renewal and only a limited number of species can survive. Everywhere on earth, it was in the hardwood forests that agriculture was able to take root and flourish. (15) At all latitudes, the soils now devoted to agriculture were originally wrested from the hardwood forests. They should be considered as forest soils that have been degraded in order to meet human needs. With help of RCW technology, soil fertility Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. Seminars given in Nigeria, Kenya and Ukraine March and May 1996 «The hidden world that feeds us: the living soil» 30 can be restored, because all the biological mechanisms can be regenerated, the trophic web can be reactivated and the structure of the soil can recover. (16) The energy question, and in particular the question of lignin and its derivatives, must form the basis for the campaign to halt the desertification process and to restore the productivity of arable lands. BIBLIOGRAPHY Allen, T. F. H. and Starr, T.B. (1982) «Hierarchy: Perspectives for Ecological Complexity», University of Chicago Press, Chicago. Aman, S., Depatie, S. Furlan, V. & Lemieux, G. (1996) «Effects of chopped twig wood (CTW) on maize growth ans yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» En voie de publication. Amaranthus, M. P. and D. A. Perry (1987) «The effect of soil transfers on ectomycorrhizal formation and the survival and growth of conifer seedlings on old, none reforested clear-cuts». Can. Jour. For. Res. 17: 944-950. Amaranthus, M. P. & D. A. Perry. (1988) «Interaction beween vegetation type and madrone soil inocula in the growth, survival and mycorrhizal formation of Douglas-fir». Can. J. For. Res. Amaranthus, M. P., C.Y. Li, and D. A. 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[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-17-6 Lemieux, G. Department of Wood and Forestry Science Laval University, Québec, Canada. UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «Une revue bibliographique des principaux mécanismes pédogénétiques pour caractériser le rôle du bois raméal fragmenté (BRF) dans le processus d'humification» texte présenté comme mémoire de fin d'étude par Jean-Claude Tissaux juin 1996 Publication n° 60 édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada TABLE DES MATIÈRES Introduction 5 1 Humification et pédogenèse en milieu forestier 6 1.1 Matière organique, litière et humus 6 1.1.1 Matière organique 7 1.1.2 Litière 7 1.1.3 Humus 8 1.2 Dynamique et évolution de la matière organique 9 1.3 L’évolution des sols et le rôle de l’humus 10 2 Les Bois Raméaux Fragmentés (BRF) 11 2.1 Définition 11 2.2 Les constituants du bois raméal 12 2.2.1 Concentration en nutriments 12 2.2.2 La lignine 14 2.2.2.1 Variation et concentration 14 2.2.2.2 Structure de la lignine 14 2.2.3 Les polyphénols 16 2.2.3.1 Variation et concentration 16 2.2.3.2 Structure des polyphénols 17 3 Biodégradation des BRF et humification 18 3.1 Le rôle des champignons 18 3.1.1 Les types de champignons décomposeurs du bois 19 3.1.2 Conditions d’installation (facteurs environnementaux) 20 3.1.2.1 Température 20 3.1.2.2 Aération 20 3.1.2.3 Humidité 21 3.1.2.4 pH 22 3.2 Le rôle de l’azote 22 3.2.1 Le ratio C:N 22 3.2.2 Incidence de l’azote sur l’activité ligninolytique 23 3.3 La dépolymérisation de la lignine 26 3.4 Le devenir des composés phénoliques 28 3.5 Le rôle de la pédofaune 29 3.5.1 La microfaune 30 3.5.2 La mésofaune 30 3.5.3 La macrofaune 31 Conclusion 33 Bibliographie 34 ____________________________________ L'adresse actuelle de M. Tissaux est: 125, allée des Cades, Les Vallons, Valescure, 83700 Saint-Raphaël, FRANCE. AVANT-PROPOS Nous avons jugé ce travail, quoique succinct, d'une qualité exceptionnelle dans son approche synthétique qui fait bien le tour de la question à ce jour. C'est la raison pour laquelle nous avons décidé de le publier, sans en altérer le contenu, mais uniquement en lui offrant une nouvelle mise en page. Nous souhaitons vivement que les lecteurs en prennent connaissance, ce qui les conduira à mieux comprendre le sens des travaux de notre groupe. Ceci mènera dans les années qui viennent à des modifications fondamentales dans la connaissance et la perception que nous avons de l'agriculture et de la foresterie. Déjà, nous pouvons interpréter nos efforts, tant en milieux tempérés que tropicaux; dans les forêts, l'aménagement de la faune, la régénération, le contrôle des incendies, etc., tout comme en agriculture sur la productivité, le contrôle de l'érosion, l'économie de l'eau etc... Ce travail est un pas fait dans la direction d'une ouverture nouvelle vers la connaissance des équilibres biologiques dont le sol est à la fois la cause et l'effet. Beaucoup de chercheurs actuels travaillant sur la productivité, en particulier par le nouvelles biotechnologies, la génétique et la combinaison des deux, auraient avantage à regarder du côté du sol et des mécanismes pédogénétiques. Il nous semble évident qu'il nous faudra comprendre les véritables mécanismes responsables de la productivité dont le sol a la gestion depuis des millions d'années, avant de proposer des modifications génétiques aux végétaux pour faire toujours plus avec de moins en moins. Il y a là un illogisme qui devrait susciter des questions fondamentales. Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 5 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Introduction L’humus joue un rôle primordial dans la dynamique des écosystèmes (Swift et al., 1979; Tate, [1987]). À cause d’une pression anthropique et d’un productivisme sans cesse croissant, notre habilité technologique à perturber le sol a progressé plus rapidement que notre connaissance sur ses impacts vis-à-vis de ce dernier (Powers et al., [1990]). Les nouvelles technologies de l’après guerre ont profondément modifié le paysage agricole. Amélioration génétique, fertilisation, pesticides et machinerie lourde forment un cercle vicieux faisant complètement abstraction du monde vivant : le système humique. Les effets n’ont pas tardé à se faire sentir et la productivité agricole décroît avec la diminution de l’humus, et ce, malgré l’utilisation grandissante des fertilisants (Martel et Mackenzie, [1980]). La foresterie a, elle aussi, suivi le modèle agricole, mis à part un laps de temps plus important. L’intensification de la sylviculture, la monoculture d’essences très performantes, la récolte par arbres entiers peuvent affecter la fertilité des sols forestiers (Ranger et Bonneau, [1984; 1986]). Il est cependant difficile de quantifier les pertes de nutriments à cause du manque de connaissances à propos des effets cumulés des modes de récolte, des dépositions atmosphériques et de l’altération des minéraux (Ranger et Bonneau, [1986]; Hornbeck, [1990]; Zabowski, [1990]). Il semble donc y avoir un mécanisme très efficace dans l’écosystème forestier non perturbé qui permet de conserver les nutriments et de prévenir les pertes (Gosz et al., [1973]). Au début des années 70, M. Edgar Guay, alors sous-ministre adjoint au ministère des forêts, associé avec messieurs Lachance et Lapointe, expérimentèrent à petite échelle l’amendement des sols agricoles avec des drêches de conifères après extraction des huiles essentielles. La production de ces dernières laisse à l’usine une masse considérable de résidus fragmentés riche en nutriments mais sans débouchés. Suite à une rencontre avec un agriculteur aux prises avec des problèmes de sécheresse dans son champ de blé, M. Guay obtient d’Hydro-Québec des copeaux de bois raméal à l’état frais, qu’il fait appliquer en paillis sur une partie du champs. Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 6 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Non seulement le blé échappe-t-il à la sécheresse, mais la production double. Pour sa part, la partie non traitée sèche sur place (Camiré et al., non publié). À partir de ce moment là, plusieurs personnes, curieuses du phénomène, se montrent intéressées à entreprendre des recherches plus approfondies sur ce sujet. C’est ici que M. Gilles Lemieux, professeur à la Faculté de foresterie et de géomatique de l’Université Laval, décide de mettre en place, de 1983 à 1989, plusieurs sites d’expérience (plus de 300 parcelles) afin de vérifier l’effet des différents copeaux de bois sur l’amendement des sols. Après quelques années, il remarque que la pédogenèse est régie par la biologie du sol, et il formule pour la première fois une description de cette nouvelle matière première que sont les petites branches et les rameaux et leur donne le nom de Bois Raméaux Fragmentés (BRF) (Lemieux, [1986]). Des résultats surprenants sont obtenus tant en agriculture qu’en foresterie (Lemieux, [1990;] Pagé, [1993]; Seck, [1993]). Ce document a donc pour but de tenter d’esquisser les mécanismes en cause qui permettent une telle restructuration humique des sols. La première partie traite de l’humification en milieu forestier. La seconde partie traite des BRF et insiste sur les constituants de ces derniers. Leur biodégradation est décrite dans un troisième volet, où l’on voit que la lignine et les polyphénols sont à la base des processus d’humification. 1 Humification et pédogenèse en milieu forestier Cette partie se veut être en fait une sorte d’introduction générale des processus naturels, afin de mieux cerner le rôle des BRF et leur devenir suite aux invasions des micro-organismes. De ce fait, il ne sera traité ici, que des aspects généraux du rôle des litières et des humus. 1.1 Matière organique, litière et humus Dans le langage courant, on a tendance à faire un amalgame des termes matière organique, litière et humus. Cette confusion glossologique se doit d’être éclaircie dans le présent texte. Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 7 Département des Sciences du Bois et de la Forêt 1.1.1 Matière organique Ce terme est de loin le plus largement répandu dans la littérature. Il est très général et beaucoup trop vague. En effet, on ne fait pas la distinction entre matière organique vivante (biomasse) ou morte (nécromasse). On ne fait pas non plus la distinction entre les différentes strates de l’humus et des adjectifs sont donc nécessaires pour les définir (matière organique fraîche, matière organique humifié...). Pour les besoins du texte, le terme matière organique employé seul englobe la litière, l’humus au sens large et l’ensemble des micro-organismes qui y vivent. 1.1.2 Litière Les végétaux (producteurs), organismes majoritairement autotrophes, font la synthèse de la matière vivante à partir du CO 2 et d’éléments biogènes (N, P, K...). Ce processus est connu sous le nom de photosynthèse. Cela conduit à la formation de chaînes de carbone, liée à divers groupements. Cette matière vivante, selon une échelle de temps variable, retourne au sol sous forme d’exsudats racinaires et foliaires ainsi que de débris (feuilles, rameaux, fruits, graines...). L’ensemble constitue la litière (Mangenot, [1980]). Elle est essentiellement végétale en rapport avec la proportion de la masse animale que l’on y retrouve (Frontier et Pichot-Viale, [1993]). La litière est constituée de deux fractions (Dommergues et Mangenot, [1970}) : - La fraction hydrosoluble, rapidement entraînée vers les horizons minéraux après la chute des feuilles et riche en substances complexantes (processus de chéluviation). - La fraction non-hydrosoluble, décomposée par la microflore et la pédofaune. La litière prend aussi l’appellation de matière organique fraîche (Duchaufour, [1991]). C’est elle qui engendre l’humus (Duchaufour, [1991]). De sa qualité (teneur en nutriments, teneur en polyphénols) dépend la formation de chaînes trophiques plus ou moins complexes (Swift Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt et al., 1979; Heal et Dighton, [1985]). Associée aux facteurs abiotiques du milieu dont le pH, la quantité d’argile et la teneur en fer libre (Duchaufour et Jacquin, [1975]), la qualité de la litière oriente donc le type d’humification, donnant des humus de type mull, moder ou mor. Il est difficile de généraliser l’équation litière = nécromasse, puisque, débris organiques morts et micro-organismes vivants se côtoient et sont intimement liés pour assurer la transformation de cette litière. 1.1.3 Humus L’humus, au sens large, est constitué d’humus libre (= matière organique non-humifiée) et d’humus lié (matière organique humifiée) (Dommergues et Mangenot, [1970]). L’humus libre est une fraction légère à C : N élevé, facilement biodégradable et faiblement liée aux argiles (litière en cours de décomposition). L’humus lié est l’humus au sens strict. Il est constitué d’une fraction dense à C : N voisin de 10, difficilement biodégradable et fortement liée aux argiles. L’humus lié est composé de trois fractions humiques dont le poids moléculaire varie entre 1 000 et 300 000 daltons (Visser, 1987) : - Les acides fulviques : Ils possèdent un taux de carbone relativement faible. L’oxygène, présent sous forme de groupes fonctionnels responsables d’une acidité élevée, est abondant (Dommergues et Mangenot, [1970]; Flaig, [1970]). Ils sont formés de composés phénoliques à faible poids moléculaire, liés à des polysaccharides (Allison, [1973]; Duchaufour, [1991]). Les acides fulviques seraient considérés à la fois comme précurseurs et produits des acides humiques (Tate, [1987]). - Les acides humiques : Ce sont des polymères à haut poids moléculaire, chargés négativement, de couleur noire à brun foncé, résultant d’un processus de condensation oxydative des composés phénoliques (Allison, [1973]; Visser, [1987]) et liés à des acides aminés, des peptides et des polysaccharides (Martin et Haider, [1971]). Ils sont riches en carbone mais moins riches en oxygène (Dommergues et Mangenot, [1970]; Flaig, [1970]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 9 Département des Sciences du Bois et de la Forêt - Les humines : Les humines ressemblent beaucoup aux acides humiques mais diffèrent seulement par le fait qu’elles se trouvent en association très étroite avec les matériaux inorganiques (Allison, [1973]; Swift et al., [1979]). Les humines correspondent donc à la partie non-extractible de la fraction humifiée (Duchaufour, [1991]). La structure des acides fulviques, des acides humiques et des humines est analogue. Elle présente des noyaux aromatiques reliés par des chaînes aliphatiques et des groupements fonctionnels à caractère acide (Swift et al., [1979]; Duchaufour, [1991]). Sous certaines conditions, il y a polymérisation progressive des noyaux et diminution de l’importance des chaînes aliphatiques et des groupements fonctionnels, ce qui permet d’affirmer que l’évolution des substances humiques peut être représentée par ce schéma : acides fulviques ---> acides humiques ---> humines (Duchaufour, [1991]). 1.2 Dynamique et évolution de la matière organique De la litière, une foule de micro-organismes vont, selon les chaînes trophiques, transformer ce matériel et deux phénomènes se produisent en concomitance soient (Mangenot, [1980]; Duchaufour, [1991]) : - La minéralisation : Elle permet le retour du carbone et des autres éléments sous forme inorganique et donc à nouveau utilisables par les végétaux. - L’humification. Pour les pédologues, c’est la transformation de l’humus libre en humus lié. Pour les biochimistes, c’est un phénomène de polycondensation oxydative conduisant à des substances brunes, présentes aussi bien dans l’humus libre que dans l’humus lié (Mangenot, [1975]). Les phénols semblent être le matériel de base pour la synthèse de l’humus (Flaig, [1970]; Haider, [1992]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 10 Département des Sciences du Bois et de la Forêt 1.3 L’évolution des sols et le rôle de l’humus Depuis la dernière glaciation, les sols des régions tempérées et froides ont constamment évolué, pour aboutir, dans les endroits peu anthropisés, à un équilibre stable entre sol et végétation (Duchaufour, [1980]). Cette évolution est conditionnée, en premier lieu, par deux facteurs écologiques principaux, qui sont d’ailleurs interdépendants, soit le climat et la végétation. En second lieu, les facteurs stationnels (matériau, topographie, hydrologie) peuvent jouer un rôle non négligeable (Duchaufour, [1974]; [1980]; Swift et al., [1979]). L’humus, clef de voûte de l’écosystème forestier, exprime l’action de la végétation sur le sol et oriente la pédogenèse (Duchaufour, [1980]; Duchaufour et Toutain, [1985]). L’humus joue un rôle d’interface obligatoire entre le sol minéral et la végétation, ce qui amène Duchaufour et Toutain [1985] à représenter ce complexe par le schéma suivant : Végétation ---> Humus ---> Sol On peut donc déduire que toute modification de la végétation aura, via l’intermédiaire de l’humus, des répercussions sur le sol, avec un temps de latence plus ou moins grand dépendant de l’inertie du système (Duchaufour et Toutain [1985]). L’humus au sens large joue d’abord un rôle biologique important dans la nutrition des végétaux grâce au processus de minéralisation (Satchell, [1974]; Tate, [1987]). Il joue aussi deux rôles majeurs sur les propriétés physico-chimiques du sol soit la capacité d’échange cationique et la rétention en eau (Satchell, [1974]; Tate, [1987]). En effet, la matière organique affecte le taux d’infiltration, la quantité d’eau totale dans le sol et son évaporation à la surface (Tate, [1987]). L’humus peut contenir jusqu’à vingt fois son poids en eau (Stevenson, 1982, in Tate, [1987]). La rétention en eau s’accroît donc quand le contenu en colloïdes organiques augmente (Tate, [1987]). La formation d’agrégats stables à l’eau, issus des complexes organo-minéraux, est fortement corrélée à la teneur en matière Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 11 Département des Sciences du Bois et de la Forêt organique du sol (Tisdall et Oades, [1982}; Tate, [1987]). L’insuffisance de cette dernière entraîne donc une perturbation importante du sol, conduisant à une perte de la macro-agrégation (>250 µm de diamètre) et donc au tassement et à l’érosion (Allison, [1973]; Tisdall et Oades, [1982]; Powers et al., [1990]; Haider, [1992]). Les polysaccharides, les mucilages d’origine bactérienne, les hyphes et les radicelles favorisent grandement la macro-agrégation (Bachelier, [1978]; Kilbertus et Mangenot, [1981]; Tisdall et Oades, [1982]). L’agrégation, en plus de favoriser la stabilité structurale des sols, joue un rôle important relativement à la stabilité des nutriments et à leur régulation (Dommergues et Mangenot, [1970]). En effet, elle exerce un effet protecteur vis-à-vis de la minéralisation du carbone organique et de l’azote organique évitant ainsi une biodégradation rapide et donc une perte possible de nutriments. 2 Les Bois Raméaux Fragmentés (BRF) 2.1 Définition On entend par BRF, les rameaux et les petites branches vivantes (incluant ou non le feuillage) dont le diamètre ne dépasse pas 7 cm et obtenu par fragmentation (Lemieux, [1986]). Pour plus de précision dans les termes utilisés, on entend par rameau la partie de l’arbre dont le diamètre est inférieur à 3 cm. De même, le terme de petite branche s’emploie pour des diamètres compris entre 3 et 7 cm. Le terme branche englobe, quant à lui, tous les diamètres supérieurs à 7 cm. Afin d’obtenir de meilleurs résultats, les expériences actuelles nous recommandent d’utiliser le bois dormant des Dicotylédones ligneuses (Angiospermes). On peut cependant y ajouter jusqu’à 20% de copeaux de Gymnospermes (Lemieux, comm. pers.). La fragmentation peut être exécutée par une fragmenteuse à couteau(x) pour produire ce qu’il est communément convenu d’appeler copeaux, dont la taille a une importance significative. Le volume d’un copeau devrait en effet être compris entre 2 et 5 cm 3 . Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 12 Département des Sciences du Bois et de la Forêt La fragmentation a pour but de détruire les barrières physico- chimiques constituées par l’écorce et à accroître la superficie colonisable par les micro-organismes. Ceci permet, grâce à la dépolymérisation de la lignine et selon les chaînes trophiques, de transformer ce matériau en fractions humiques stables, en intégrant l’ensemble des nutriments et de l’énergie au système édaphique. Les BRF sont avant tout un apport à la structuration du système humique (Lemieux et Tétreault, [1994]). 2.2 Les constituants du bois raméal Les BRF sont principalement constitués de cellulose, d’hémicelluloses, de lignine, de protéines, de sucres et d’acides aminés ainsi que de métabolites secondaires comme les polyphénols (Fengel et Wegener, [1984]; Lemieux, [1986]; Haider, [1992]). Cependant, leur composition, ainsi que leur concentration en nutriments, varient considérablement par rapport au bois caulinaire (Miller, [1984]; Lemieux, [1986]; Larochelle, [1993]). 2.2.1 Concentration en nutriments La concentration en nutriments (bois + écorce) décroît de façon exponentielle avec l’accroissement du diamètre (Hendrickson, 1987). De plus, le contenu total en nutriments dans les rameaux est plus élevé chez les Angiospermes que chez les Gymnospermes, notamment en ce qui concerne la teneur en azote (Williams et Gray, [1974]; Hendrickson, [1987]). La teneur en nutriments des BRF varie selon les saisons (Grigal et al., [1976]; Chapin, [1980]; van den Driessche, [1984]; Alban, [1985]; Hendrickson, [1987]). Les petits rameaux servent en quelque sorte de réservoir où les éléments nutritifs sont stockés pour être rapidement transportés et utilisés au printemps, permettant ainsi à l’arbre d’être temporairement indépendant de l’alimentation dans le sol via les racines (van den Driessche, [1984]). L’absorption des nutriments dans le sol ne se fait que quelques semaines plus tard (Luxmoore et al., [1981]). C’est à cette saison que la demande est la plus forte car ils servent à la croissance des différentes parties de l’arbre (pousse de l’année, feuilles, fleurs...) (Luxmoore et al., [1981]; Hendrickson, [1987]). À l’inverse, trois ou Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 13 Département des Sciences du Bois et de la Forêt quatre semaines avant l’abscission des feuilles, le phénomène de translocation intervient (Miller, 1984; van den Driessche, [1984]). Les éléments les plus mobiles, K, N, Mg, P et S, sont en partie récupérés et stockés dans les rameaux, l’autre partie ayant été perdue soit par lessivage (K et Mg surtout) ou soit par pertes gazeuses (N) (Swift et al., [1979]; Luxmoore et al., [1981]; van den Driessche, [1984]; Alban, [1985]). Le calcium, élément peu mobile, dont la concentration dans les feuilles s’accroît tout au long de la période de croissance, ne subit pas de translocation et est perdu lors de l’abscission (Miller, [1984]; van den Driessche, [1984]; Alban, [1985]). De plus, la concentration en nutriments dépend de la fertilité du site. En effet, plus ce dernier est riche, plus grande sera la concentration en nutriments (Miller, [1984]). La teneur en nutriments (en % de poids sec) des pousses de l’année courante de cinq espèces du nord-est de l’Amérique du Nord (Acer spicatum, Alnus crispa, Amelanchier spp., Corylus cornuta et Salix spp.) peut être estimée en moyenne à 0,25-2,5% pour N; 0,05-0,5% pour P; 0,1- 2% pour K; 0,2-1,5% pour Ca et 0,05-0,15% pour Mg, selon que l’arbre est en croissance active ou en dormance et selon l’espèce considérée (Grigal et al, [1976]). La concentration en nutriments dans le tronc varie, selon les espèces, entre 0,39-0,66 pour N; 0,04-0,08 pour P; 0,14-0,22 pour K; 0,34- 0,61 pour Ca et 0,05-0,06 pour Mg (Grigal et al., [1976]). On peut noter que les variations les plus importantes sont relatives à la teneur en azote, l’aulne ayant le plus haut pourcentage, ainsi que pour le calcium, le noisetier ayant le taux le plus élevé. La teneur en nutriments des BRF doit donc se situer au-dessus de ces dernières valeurs. C’est donc pendant l’automne et l’hiver que les variations en nutriments sont minimales et que les concentrations sont maximales dans les rameaux (Millar, [1974]; Hendrickson, [1987]; Larochelle, [1993]). C’est ce que l’on appelle bois dormant (Lemieux, [1990]). Il est recommandé d’utiliser préférentiellement le bois dormant pour la fragmentation, car la présence de feuilles peut affecter les populations de micro-organismes, favorisant les populations glucophiles (bactéries, actinomycètes...) au dépend des organismes plus efficaces pour l’humification (Basidiomycètes) (Lemieux, comm. pers.). De plus, la Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 14 Département des Sciences du Bois et de la Forêt concentration en polypénols ou en quinones pourrait se trouver augmentée (Harborne, [1995]). Cependant ces faits demeurent encore hypothétiques. 2.2.2 La lignine 2.2.2.1 Variation et concentration La lignine est un composant majeur des tissus des plantes vasculaires et représente en moyenne 18 à 35 % de leur poids total (Dommergues et Mangenot, [1970]; Käärik, [1974]; Kirk et Fenn, [1982]). La concentration en lignine est plus élevée chez les Gymnospermes que chez les Angiospermes (Eriksson et al., [1990]). De même, cette concentration varie selon les espèces (Muller et al., [1987]) et est moindre dans les branches que dans les rameaux (Edmonds, [1987]; Larochelle, [1993]). De plus, la lignine des rameaux est peu polymérisée comparativement à celle des branches ou à celle du bois caulinaire (Lemieux et Tétreault, [1994]). Contrairement aux polyphénols, la concentration en lignine dans les tissus végétaux n’est pas corrélée à la fertilité du site (sauf conditions extrêmes de disponibilité en nutriments) et montre peu de variations au sein d’une même espèce (Muller et al., [1987]). 2.2.2.2 Structure de la lignine La lignine est le nom générique donné à un complexe de polymères aromatiques de poids moléculaire élevé (entre 10 000 et 20 000 daltons, dépendant de son degré de polymérisation) celui-ci étant composé d’unités phényl-propane (C6-C3) diversement substituées (Dommergues et Mangenot, [1970]; Satchell, [1974]; Swift et al. [1979]; Kirk et Fenn, [1982]; Haider, [1992]). Dans son état naturel, elle est représentée par un polymère amorphe nommé protolignine. La formation de la protolignine a lieu dans la zone cambiale par activation des précurseurs de lignine (formation de radicaux libres) qui sont alors polymérisés au hasard dans la paroi cellulaire pour former un polymère tridimensionnel : la lignine (Panshin et de Zeeuw, [1980]; Kirk et Fenn, [1982]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 15 Département des Sciences du Bois et de la Forêt La lignine est distribuée tout autour de la paroi secondaire qui compose la lamelle moyenne. La grande majorité (environ 70 à 80%) de la lignine est comprise dans cette région (Eriksson et al., [1990}). Elle exerce un effet protecteur vis-à-vis de la cellulose et des hémicelluloses en empêchant l’attaque des enzymes (cellulase et hémicellulase), réduisant ainsi la susceptibilité aux pathogènes (Scheffer et Cowling, [1966]; Dommergues et Mangenot, [1970}; Kirk et Fenn, [1982]). La lignine des Gymnospermes n’est pas la même que celle des Angiospermes. Cela s’explique par le fait que l’unité structurale de base de la lignine peut être substituée en deux ou trois positions (Flaig, [1970]; Panshin et de Zeeuw, [1980]; Kirk et Farrell, [1987]; Eriksson et al., [1990]) : - L’addition d’un groupe méthoxyle sur le cycle aromatique donne la lignine de type gaïacyle des Gymnospermes (annexe I). Leur lignine contient principalement de l’alcool coniférylique, un peu d’alcool coumarylique, mais pas d’alcool sinapylique; - L’addition de deux groupes méthoxyles donne la lignine de type syringyle des Angiospermes (annexe II). La lignine des Angiospermes ligneuses contient autant d’alcool coniférylique que d’alcool sinapylique (46%) et un peu d’alcool coumarylique (8%). La lignine des plantes herbacées (ex : Graminées), quant à elle, est un polymérisât contenant les trois monomères. Ceci a une importance considérable pour expliquer la dépolymérisation de la lignine et le devenir de ses groupements dans les processus pédogénétiques (Chapitre 3). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 16 Département des Sciences du Bois et de la Forêt 2.2.3 Les polyphénols 2.2.3.1 Variation et concentration La concentration en polyphénols varie selon la taille et l’âge de l’arbre (Scheffer et Cowling, [1966]) ainsi que selon les espèces (Käärik, [1974]). Effectivement, les plus hautes teneurs se retrouvent dans le bois de coeur à la base du tronc. Elles diminuent en fonction de la grosseur des parties de l’arbre considérées (Scheffer et Cowling, [1966]). Ainsi, la concentration en polyphénols dans les rameaux est la moins élevée (Larochelle, [1993]). De même, la teneur en composés phénoliques dans les tissus végétaux est corrélée avec la fertilité du site. En effet, la concentration en polyphénols s’accroît avec la pauvreté du site (Davies, [1971]; McKey, [1978]; Swift et al., [1979]; Muller et al., [1987]). On explique ce phénomène par un excès de carbone fixé par rapport à la disponibilité des nutriments. Il en résulte une accumulation des composés phénoliques dans les tissus (Muller et al., [1987]). La teneur en composés phénoliques peut affecter la décomposition et le turn-over de la matière organique (Swift et al., [1979]; Muller et al., [1987]). Les composés secondaires (résines, gommes, composés phénoliques) peuvent inhiber l’action des micro-organismes (Scheffer et Cowling, [1966]), voire même avoir des effets toxiques, fongicides et antibiotiques (McKey, [1978]), ceci étant particulièrement vrai pour le bois des Gymnospermes (Millar, [1974]). Les phénols sont enfermés dans la vacuole où ils se combinent à des sucres pour former des glycosides inactifs. Quand des organismes (champignons, insectes, herbivores) attaquent le bois ou le feuillage, les glycosides sont hydrolysés, libérant ainsi les phénols sous leur forme active. Ces derniers peuvent être oxydés en quinones, devenant alors beaucoup plus toxiques permettant ainsi à l’arbre de se défendre (Harborne, [1995]). Néanmoins, pour Scheffer et Cowling ([1966]), l’influence fortement inhibitrice des tannins sur les phénoloxydases extracellulaires serait plus importante que leur toxicité à l’égard des micro-organismes du bois. Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 17 Département des Sciences du Bois et de la Forêt La relation qualité de site - polyphénols implique donc un feed-back positif, qui, dans les sites pauvres, accroît la production de polyphénols, qui à leur tour, réduisent la qualité du site par réduction de la minéralisation des nutriments (Muller et al., [1987)]. À l’instar de la lignine, les polyphénols jouent un rôle primordial dans le sol quant aux processus pédogénétiques (Chapitre 3). 2.2.3.2 Structure des polyphénols Les métabolites secondaires du bois peuvent être classifiés en quatre grandes classes principales (Fengel et Wegener, [1984]) : - Les terpènes et terpénoïdes ; - Les composés phénoliques ; - Les graisses, les cires ainsi que leurs divers composants ; - Les composés divers comme les alcanes, les éthènes... Ces métabolites sont concentrés dans les canaux résinifères et dans les cellules des parenchymes de rayon mais aussi, en quantité moindre dans la lamelle moyenne et dans les parois cellulaires (Panshin et de Zeeuw, [1980]; Fengel et Wegener, [1984]). De toutes ces classes, celle des composés phénoliques est de loin la plus répandue (McKey, [1978]; Panshin et de Zeeuw, [1980]; Harborne, [1995]). On distingue en effet diverses sous-classes comme les phénols simples (vanilline, aldéhyde p-hydroxybenzoïque, aldhéhyde coniférylique...) et les polyphénols (flavonoïdes, quinones, tannins) (McKey, [1978]; Panshin et de Zeeuw, [1980]; Fengel et Wegener, [1984]). Tous ces composés ont comme caractéristique commune d’avoir un contenu en méthoxyles élevé (Fengel et Wegener, [1984]). Les polyphénols sont pour la plupart solubles dans l’eau, ont un poids moléculaire comprise entre 500 et 3 000 daltons et peuvent se complexer avec des protéines (Haslam, [1995]). Parmi eux, les tannins méritent une certaine attention à cause du rôle qu’ils peuvent jouer dans la pédogenèse. On caractérise ces composés plus par leur action tannante sur les protéines que par leur structure chimique. Tous les tannins sont des Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 18 Département des Sciences du Bois et de la Forêt composés phénoliques (des phénols simples aux flavonoïdes condensés) (Fengel et Wegener, [1984]). Deux catégories se distinguent (Fengel et Wegener, [1984]) : - Les tannins hydrolysables, qui sont des éthers de l’acide gallique et de ses dimères ; - Les tannins condensés ou phlobaphènes, qui sont constitués de 3 à 8 unités flavonoïdes disposées sur la structure de base. 3 Biodégradation des BRF et humification La décomposition est un phénomène complexe influencé par l’activité et la demande en nutriments des hétérotrophes, par les conditions environnementales régulant ces activités et par des différences dans la sapidité et le contenu en nutriments des tissus selon les espèces, ainsi que par la mobilité des éléments nutritifs (Gosz et al., [1973]). 3.1 Le rôle des champignons Comme il a été vu précédemment, l’écorce des branches et des rameaux, à cause de sa teneur en polyphénols et de la présence de cire et de résine, est une barrière efficace contre l’invasion des micro-organismes. Dès que l’écorce est enlevée (ex: fragmentation), une foule de micro- organismes envahit rapidement le bois selon des étapes de succession particulières (Käärik, [1974]). Parmi ces micro-organismes, les champignons jouent un rôle majeur (Swift, [1982]). Les champignons sont des eucaryotes filamenteux à croissance axiale et apicale, et leurs hyphes sont équipés d’enzymes sur toute leur longueur ou seulement à l’apex de ces derniers (Reisinger et Kilbertus, [1980]). La fragmentation du bois permet donc une meilleure pénétration des hyphes fongiques (Allison, [1973]). L’invasion a lieu d’abord dans les cellules des parenchymes de rayon (Käärik, [1974]; Eriksson et al., [1990]). Certains champignons ne se nourrissent que du contenu des cellules, alors que d’autres, après avoir épuisés les réserves des Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 19 Département des Sciences du Bois et de la Forêt parenchymes de rayon, attaquent les constituants de la paroi cellulaire (Käärik, [1974]). 3.1.1 Les types de champignons décomposeurs du bois On peut classer les champignons décomposeurs du bois en trois types: - Les champignons de pourriture molle: Ce sont surtout des Ascomycètes et des Champignons Imparfaits (Dommergues et Mangenot, [1970]; Käärik, [1974]; Kirk et Farrell, [1987]; Eriksson et al., [1990)]. Ils sont plus communs chez les feuillus que chez les résineux (Käärik, [1974] Eriksson et al., [1990]) et attaquent le bois en conditions d’humidité élevée (Eriksson et al., [1990]). La dégradation du bois est lente et se fait d’abord par dégradation progressive des polysaccharides et de la cellulose. La lignine, quant à elle, est peu modifiée et se transforme en une masse noirâtre et inorganisée, sans perte de poids importante (Dommergues et Mangenot, [1970]). Cependant, certaines pourritures molles peuvent modifier la lignine de façon plus importante que les pourritures brunes (Seifert, [1966], in Eriksson et al., [1990]; Kirk et Farell, [1987]). - Les champignons de pourriture brune : Ce sont généralement des Basidiomycètes et le mode d’attaque est caractérisé par une importante dégradation de la cellulose et des hémicelluloses qui sont métabolisées. La lignine subit des altérations partielles et le restant est un résidu amorphe et friable composé essentiellement de lignine (Dommergues et Mangenot, [1970}; Käärik, [1974]; Kirk et Fenn, [1982]). Les champignons de pourriture brune sont essentiellement associés aux Gymnospermes et sont largement minoritaires comparativement aux pourritures blanches (Eriksson et al., [1990]). - Les champignons de pourriture blanche : Ce sont surtout des Basidiomycètes et ce sont les organismes les plus efficaces pour dépolymériser la lignine (Toutain et al., [1981]; Eriksson et al., [1990]; Haider, [1992]). Les pourritures blanches colonisent rapidement le bois et s’établissent dans toutes les cellules du xylème Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 20 Département des Sciences du Bois et de la Forêt (Eriksson et al., [1990]). Ces champignons dégradent simultanément la cellulose et les hémicelluloses ainsi que la lignine qui sont alors métabolisées (Dommergues et Mangenot, [1970]; Kirk et Fenn, [1982]; Eriksson et al., [1990]). Ce type de champignon est surtout associé aux Angiospermes (Eriksson et al., [1990]). Les Basidiomycètes, et surtout les pourritures blanches, sont donc reconnus comme étant les principaux organismes responsables de la dégradation du bois (Scheffer et Cowling, [1966]; Martin et Haider, [1971]; Dommergues et Mangenot, [1970]; Jensen, [1974]; Käärik, [1974]; Swift et al., [1979]; Reisinger et Kilbertus, [1980]; Kirk et Fenn, [1982}; Rayner et Boddy, [1988]; Eriksson et al., [1990]). 3.1.2 Conditions d’installation (facteurs environnementaux) 3.1.2.1 Température Les champignons de pourriture brune et blanche sont des mésophiles et l’optimum se situe autour de 25-30 °C (Dommergues et Mangenot, [1970]; Käärik, [1974]; Rayner et Boddy, [1988]). Les pourritures molles, quant à elles, sont un peu plus thermophiles et se développent surtout entre 28 et 38 °C (Dommergues et Mangenot, [1970]) et certains Actinomycètes peuvent croître entre 45-60 °C (Allison, [1973]). Tous sont grandement tolérants au froid et peuvent encore croître près ou en dessous du point de congélation (Käärik, [1974]). L’activité peut d’ailleurs se continuer l’hiver sous le manteau neigeux (Williams et Gray, [1974]; Hintikka, [1964], in Rayner et Boddy, [1988]). D’ailleurs, leur croissance peut se trouver stimulée par les fluctuations des températures (Jensen, [1969], in Rayner et Boddy, [1988]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 21 Département des Sciences du Bois et de la Forêt 3.1.2.2 Aération Les conditions aérobies sont essentielles pour maintenir la présence des pourritures blanches (Kirk et Farrell, [1987]). En effet, ces dernières ne peuvent dégrader la lignine en dessous de 37 mm de pression partielle d’oxygène (Cartwright et Findlay, [1946], in Dommergues et Mangenot, [1970]). En conséquent, plus la teneur en O 2 est élevée, plus l’activité ligninolytique est efficace (Kirk et Fenn, [1982]; Kirk et Farrell, [1987]; Haider, [1992]). En anaérobiose, la lignine est altérée par les bactéries et subit une très faible dégradation (Dommergues et Mangenot, [1970]; Kirk et Farrell, [1987]). Il s’en suit une déméthoxylation intense et un enrichissement en azote. Il n’y a alors aucune solubilisation, mais plutôt une sorte de carbonisation et une accumulation des débris végétaux, conduisant à la formation de tourbe, voire même de charbon (Dommergues et Mangenot, [1970;] Haider, [1992]). Concernant le CO 2 , les moyennes sont de 1,6% pour les bois de conifères et de 3,5% pour ceux de feuillus (Käärik, [1974]). L’accumulation de CO 2 cause une croissance rapide du mycélium dans le bois, qui, quand il arrive à l’air libre à la surface du bois, produit ses fructifications (Käärik, [1974]). 3.1.2.3 Humidité L’humidité joue un rôle important dans la dégradation de la litière (Williams et Gray, [1974]) et du bois (Käärik, [1974]) puisque, en bonne condition, elle favorise le clivage de la lignine (Dommergues et Mangenot, [1970]). De plus, l’eau est essentielle au transport des nutriments, dans et à l’extérieur du mycélium du champignon, et joue un rôle clef dans son extension (Rayner et Boddy, [1988]). Le bois, qui a une humidité comprise entre 60 et 100% de son poids sec, sera décomposé rapidement, tandis qu’en dessous de 25-30% et au dessus de 120%, il ne sera pas attaqué (Käärik,1974; Swift et al., [1979]). Une teneur de 25- 30% correspond au point d’équilibre, selon les espèces de bois, du contenu Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 22 Département des Sciences du Bois et de la Forêt en humidité. Dans ce cas, les parois cellulaires sont saturées mais il n’y a pas d’eau libre dans le lumen des cellules. Or, il semblerait que la présence d’eau libre soit essentielle pour vraiment activer la décomposition du bois (Scheffer et Cowling, [1966]). 3.1.2.4 Le pH Le pH du bois influe sur la dominance d’une espèce de champignon (Käärik, [1974]). La valeur optimale du pH d’un substrat serait comprise entre 5 et 6 pour le développement des Basidiomycètes, mais ils peuvent croître sur des substrats dont le pH se situe entre 2 et 8 (Dommergues et Mangenot, [1970]; Rayner et Boddy, [1988]). De plus, ces derniers peuvent modifier le pH dans leur environnement immédiat (Swift et al., [1979]). Le pH du bois des conifères est moins élevé que celui des feuillus (Swift et al., [1979]). De même, le pH des tissus de la plante varie selon les réserves en cations du sol. Si le site est pauvre en composés basiques, la litière est elle aussi pauvre en composés basiques et son acidité est plus marquée (Swift et al., [1979]). Les champignons de pourriture du bois tendent à acidifier leur milieu et ceux de pourriture brune le font plus que ceux de pourriture blanche (Rayner et Boddy, [1988]). Ceci est dû à une absorption sélective des cations ou à la production d’acide organique et de CO 2 (Swift et al [1979]). Les champignons de pourriture brune tolèrent des milieux très acides mais se montrent sensibles à une augmentation de pH (Käärik, [1974], Rayner et Boddy, [1988]). 3.2 Le rôle de l’azote 3.2.1 Le ratio C:N Le ratio C:N (carbone total : azote total) permet de prévoir l’importance de l’immobilisation nette ou de la minéralisation nette lors de l’incorporation au sol d’un substrat organique (Dommergues et Mangenot, [1970]; Swift et al., [1979]). Ce ratio existe aussi pour d’autres Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 23 Département des Sciences du Bois et de la Forêt éléments (P, K, Ca, Mg) (Swift et al., [1979]), mais l’azote est l’élément le plus souvent déficient (Allison, [1973]). Après un apport de matière organique, le processus de décomposition est enclenché. Il en résulte une explosion biologique et les besoins en azote sont très importants pendant les premiers jours (Allison, [1973]). Le ratio C:N diminue en fonction du temps. Le carbone est perdu continuellement (CO 2 ) mais l’azote est immobilisé dans les tissus des micro-organismes. Si le ratio C:N est trop élevé, les micro-organismes puisent alors dans les réserves en azote du sol, rentrant ainsi en compétition avec les plantes, car cet élément n’est plus disponible pour leur croissance. Suivant l’évolution, la communauté initiale meurt et l’azote ainsi libéré est assimilé par les populations subséquentes ou par les plantes (Allison, [1973]). La minéralisation nette apparaît quand le ratio C:N de la matière organique chute à un niveau pour lequel la concentration en azote n’est pas limitée, c’est-à-dire au niveau du ratio C:N des micro-organismes (Swift et al., [1979]). Le ratio critique C:N se situe autour de 20-25 (Dommergues et Mangenot, [1970]; Swift et al., [1979]). Un substrat à C:N faible favorise donc la minéralisation nette alors qu’un autre à C:N élevé favorise l’immobilisation nette (Dommergues et Mangenot, [1970]). Cependant, cet indice n’est valable que si le carbone et l’azote du substrat sont minéralisés à la même vitesse (Dommergues et Mangenot, [1970]). Or, lors de l’apport d’un matériau à forte teneur en lignine, le carbone est libéré beaucoup plus lentement. De ce fait, le ratio C:N est un bon indice seulement quand la matière organique est pauvre en lignine (Taylor et al., [1989]). Pour des substrats où la teneur en lignine est élevée, le ratio lignine : N est un meilleur indicateur (Taylor et al., [1989]). Pour Edmonds (1987), le ratio C:N critique permettant la libération de l’azote est supérieur à 100:1 pour les ramilles. Mais le ratio critique n’est pas constant et augmente avec l’accroissement du taux de décomposition du substrat (Edmonds, [1987]). Le ratio C:N du bois caulinaire est de l’ordre de 350-500 : 1 et peut même atteindre 1250:1 dans le bois de coeur de Picea sitchensis (Scheffer et Cowling, [1966]). D’après Lemieux (1986), le bois raméal, à cause de Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 24 Département des Sciences du Bois et de la Forêt sa teneur élevée en acides aminés et en protéines, aurait plutôt un ratio C:N de 50-175:1. 3.2.2 Incidence de l’azote sur l’activité ligninolytique La vitesse de décomposition du bois est, pour une espèce donnée, proportionnelle à la richesse en azote du milieu (Dommergues et Mangenot, [1970]), l’azote étant indispensable à la croissance et au développement du champignon ainsi que des autres organismes (Cowling et Merrill, [1966]). Les champignons ligninolytiques sont plus aptes que les autres micro-organismes à décomposer le bois malgré sa faible teneur en azote (Cowling et Merrill, [1966]; Dommergues et Mangenot, [1970]; Rayner et Boddy, [1988]). Ils doivent, pour ce faire, utiliser une grande quantité de bois afin d’obtenir suffisamment d’azote pour la croissance du mycélium, la fructification et la production de spores (Cowling et Merrill, [1966]). Les champignons satisfont d’abord leurs besoins en azote à partir du bois lui-même. Cependant, des études montrent qu’il n’y a pas de changement de la quantité d’azote concernant le bois détérioré plus le mycélium en comparaison avec le bois sain uniquement (Cowling et Merrill, [1966]). Les champignons décomposeurs du bois ont donc dû développer des mécanismes très efficaces d’assimilation, d’utilisation et de conservation de l’azote durant la décomposition du matériel ligneux (Cowling et Merrill, [1966]; Dommergues et Mangenot, [1970]; Rayner et Boddy, [1988]). Les champignons peuvent utiliser l’azote sous forme d’ammonium et d’acides aminés mais très rares sont ceux qui l’utilisent sous forme de nitrates (Kirk et Fenn, [1982]; Rayner et Boddy, [1988]). La quantité optimale d’azote pour la croissance de plusieurs Basidiomycètes en milieu synthétique a été évalué à 0,07-0,11% en poids pour 11-12% de carbone sous forme de glucose. Cela donne un ratio C:N de 100-170 : 1 (Cowling et Merrill, [1966]). Sans trop entrer dans les détails, on peut affirmer que trois stratégies ont été élaborées par les champignons décomposeurs du bois en vue de pallier au déficit azoté (Cowling et Merrill, [1966]; Rayner et Boddy, [1988]) : Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 25 Département des Sciences du Bois et de la Forêt - Les champignons sont physiologiquement adaptés à des ratios C:N très élevés survenant généralement dans le bois. Ceci remet donc en question la pertinence du ratio C:N pour mesurer la quantité de nourriture disponible et ses effets sur la croissance du champignon (Rayner et Boddy, [1988]). - Ils peuvent, par autolyse de leur mycélium âgé, réutiliser l’azote pour leur mycélium plus récent. De même, ils peuvent établir une stratégie d’allocation des ressources entre les phases d’exploitation et d’exploration du mycélium (Rayner et Boddy, [1988]). - Ils peuvent utiliser une source d’azote externe au bois comme par exemple l’utilisation de l’azote du sol si le bois est en contact avec ce dernier. Ces trois stratégies ne s’excluent pas mutuellement et peuvent même se compléter. Kirk et Fenn (1982) suggèrent que la dépolymérisation de la lignine est un processus de métabolisme secondaire. En effet, quand un champignon de pourriture blanche envahit le bois, la croissance primaire n’est qu’un stade de transition permettant l’établissement des hyphes. Les composants non-structuraux du bois servent alors de substrat pour cette phase de croissance. L’azote devenant rapidement un facteur limitant, le métabolisme secondaire, incluant la dépolymérisation de la lignine, commence (Kirk et Fenn, [1982]; Eriksson et al., [1990]). La disparition de la lignine expose ainsi la cellulose et les hémicelluloses, ce qui permet la dégradation de tous les composants du bois (Kirk et Fenn, [1982]). La concentration en azote exerce une forte influence sur le métabolisme des pourritures blanches (Reid, [1979]; Kirk et Fenn, [1982]; Rayner et Boddy, [1988]; Eriksson et al., [1990]). De l’azote en quantité abondante accroît la quantité de carbone incorporé dans les constituants cellulaires et de ce fait augmente le taux de respiration (Reid, 1979). Il en résulte que l’accroissement de la quantité d’azote inhibe la dépolymérisation de la lignine (Reid, [1979]). Cependant, toutes les sources d’azote n’exercent pas le même effet. L’addition d’acides aminés et d’ammonium réduit l’activité ligninolytique (Kirk et Fenn, [1982]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 26 Département des Sciences du Bois et de la Forêt D’après Dommergues et Mangenot (1970), une forte teneur en acides aminés rend les Basidiomycètes de pourritures blanches moins compétitifs à l’égard d’autres micro-organismes du sol, pouvant ainsi entraîner leur disparition. Une autre explication possible est qu’une forte concentration en azote favorise le métabolisme primaire, inhibant le métabolisme secondaire du champignon et donc l’activité ligninolytique. Cela peut être confirmé par le fait que l’augmentation en nitrates exerce un effet peu prononcé vis-à-vis du champignon (Kirk et Fenn, [1982]), ce dernier n’utilisant pas l’azote sous cette forme (Rayner et Boddy, [1988]). Un point important est à retenir. L’activité ligninolytique n’est pas induite par la lignine. La synthèse des protéines est requise et intervient préalablement à l’activité ligninolytique. Par conséquent, le développement des activités essentielles pour la dépolymérisation de la lignine ne requiert pas une nouvelle synthèse de protéines suite à une nouvelle addition du polymère (Keyser et al., [1978], in Kirk et Fenn, [1982]). Ceci peut expliquer pourquoi N’dayegamiye et Dubé (1986) et Beauchemin et al. (1990) ont constaté que l’immobilisation de l’azote devient beaucoup moins intense lors de la deuxième incorporation de copeaux de bois. 3.3 La dépolymérisation de la lignine La dépolymérisation de la lignine joue un rôle majeur dans le cycle du carbone, et ce, même si la cellulose est plus abondante, car la lignine protège physiquement les polyosides de l’hydrolyse enzymatique (Dommergues et Mangenot, [1970]; Kirk et Farrell, [1987]; Meyer, [1993]). De plus, de par sa nature chimique, la lignine joue un rôle important comme source de substances humiques (Dommergues et Mangenot, [1970]; Haider et al., [1975]). Aucun organisme ne peut utiliser la lignine comme seule source de carbone (Reid, [1979]; Kirk et Farrell, [1987]; Rayner et Boddy, [1988]; Haider, [1992]). Une source de carbone supplémentaire pour les besoins énergétiques est nécessaire à la dégradation. Par conséquent, il s’agit d’une dégradation co-métabolique (Haider, [1992]; Kirk et Farrell ([1987]) parlent de combustion enzymatique pour expliquer ce phénomène. En effet, les organismes ligninolytiques ne peuvent bénéficier d’aucune Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 27 Département des Sciences du Bois et de la Forêt énergie ni de métabolites, tirés de la lignine, pour leur croissance. Reid (1979) remarqua qu’un accroissement en hydrates de carbone stimule la dépolymérisation de la lignine par les pourritures blanches. La réduction de la quantité de polyosides provoqua, chez Phanerochaete chrysosporium, l’arrêt de l’activité ligninolytique. Pour que l’attaque enzymatique puisse s’effectuer, les structures cristallines et les autres structures ordonnées doivent être préalablement soumises à un conditionnement (Swift et al., [1979]; Eriksson et al., [1990]). La première étape catabolique entraîne la réduction du degré de polymérisation par clivage des liens intermonomériques (Swift et al., [1979]). À la fin de cette étape, il y a production de monomères et de dimères (sucres, di-saccharides, acides aminés...) qui sont assimilés et minéralisés par les micro-organismes. Alors que les réactions initiales sont extra-cellulaires, les réactions subséquentes peuvent être soit extra- ou intra-cellulaires (Swift et al., [1979]). Les polysaccharides ainsi libérés sont, à leur tour, dépolymérisés par hydrolyse enzymatique des liens glycosidiques (Swift et al., [1979]). En ce qui a trait à la lignine, sa structure particulière fait en sorte que le système de dégradation doit être extra-cellulaire, non-spécifique et non-hydrolytique, les molécules de lignine étant trop grosses pour entrer dans la cellule (Kirk et Farrell, [1987]). Les enzymes impliquées dans la dépolymérisation de la lignine sont les ligninases (lignine-péroxydases) (Kirk et Farrel, [1987]; Eriksson et al., [1990]). Le mode d’action et le résultat de la dépolymérisation ne sont pas les même selon les types de pourritures. Les pourritures brunes font fortement décroître le contenu en méthoxyle de la lignine (Haider et al., [1975]; Eriksson et al., [1990]). Pendant cette déméthylation, des groupes hydroxyles aromatiques sont formés et de nouveaux groupes hydroxyles peuvent aussi être introduits par hydroxylation directe du cycle aromatique en position ortho par rapport à la chaîne propyle principale (Haider et al., [1975]; Eriksson et al., [1990]). En plus de l’accroissement de la quantité des groupes hydroxyles phénoliques, il y a aussi un accroissement du contenu en oxygène dû à la formation simultanée de groupes carboxyles et carbonyles conjugués. Des groupes hydroxyles phénoliques persistants ne Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 28 Département des Sciences du Bois et de la Forêt sont pas obtenus après dégradation par les pourritures blanches (Eriksson et al., [1990)]. La forte augmentation du pourcentage en carboxyle total de la lignine attaquée par les pourritures blanches est certainement dû au clivage du cycle aromatique, qui est probablement limité pendant l’action des pourritures brunes (Eriksson et al., [1990]). 3.4 Le devenir des composés phénoliques Les composés phénoliques dérivent de plusieurs sources : de la dégradation du matériel végétal (i.e. lors de la dépolymérisation de la lignine), de biosynthèses microbiennes et d’exsudations racinaires ou foliaires (Flaig, [1970]; Stout et al., [1981]; Tate, [1987]; Haider, [1992]). Ils sont, de plus, impliqués dans plusieurs processus pédogénétiques comme la formation d’humus (Dommergues et Mangenot, [1970]; Flaig, [1970]; Davies, [1970]; Stout et al., [1981]; Haider, [1992]), la complexation avec les métaux ou minéraux argileux (Davies, [1971]; Stout et al., [1981]; Vance et al., [1986]) et dans les cas d’allélopathie. Quatre étapes permettent d’expliquer la formation de phénols à partir de la dépolymérisation de la lignine et de leur rôle comme précurseurs de substances humiques (Stout et al., [1981]). Pendant la décomposition des débris végétaux, la lignine est libérée de ses liens avec les polyosides. En second lieu, la lignine subit alors une attaque oxydative et subit un clivage la réduisant en unités structurales de base. Troisièmement, ces unités sont oxydées et déméthylées se transformant alors en polyphénols. Ces polyphénols sont à leur tour oxydés en quinones par les phénoloxydases. Enfin, les quinones sont polymérisées durant l’oxydation avec des composés azotés pour former des polymères de couleur sombre. La synthèse des composés phénoliques par les micro-organismes peut s’expliquer comme suit en prenant comme exemple Epicoccum nigrum (Flaig, [1970] Martin et Haider, [1971]). Ce champignon fabrique à partir de composés aliphatiques (glucose et asparagine), de l’acide orsellique et de l’acide crésorsellique. Ces composés sont ensuite transformés en polyphénols par oxydation des groupements méthyles en Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 29 Département des Sciences du Bois et de la Forêt groupements carboxyles ou par décarboxylation puis formation de groupements hydroxyles. D’après Martin et Haider (1971), les substances phénoliques sont transformées par hydroxylation enzymatique, déméthylation des groupes méthoxyles, oxydation des chaînes latérales, décarboxylation et oxydation des groupes méthyles pour former de nombreux mono-, di-, et trihydroxyphénols et acides benzoïques. Une partie des phénols est ensuite dégradée par plusieurs organismes et utilisée comme énergie ainsi que pour les synthèses cellulaires. L’autre partie peut, par le biais des activités enzymatiques ou de réactions auto-oxydatives, former des radicaux hautement réactifs ou hydroxybenzoquinones qui se lient avec d’autre unités phénoliques, des peptides et des acides aminés pour former une grosse molécule d’acide humique. Ceci expliquerait le processus d’humification. 3.5 Le rôle de la pédofaune La pédofaune n’est pas indispensable à la minéralisation complète des débris végétaux qui est surtout l’oeuvre de la microflore, mais contribue fortement à accélérer le processus de biodégradation (Ghilgarov, [1971]; Reisinger et Kilbertus, [1980]; Seastedt, [1984] Persson, [1989]). En effet, les animaux déstructurent le milieu de façon mécanique par fragmentation de la litière (augmentation des surfaces colonisables par les champignons et les bactéries) et par forage (Ghilgarov, [1971]; Bouché, [1975]; Bachelier, [1978]). La déstructuration se fait aussi de façon biochimique suite à l’action de leurs enzymes (exoenzymes de leur vivant, endoenzymes à leur mort) ainsi que par leur microflore intestinale (Ghilgarov, [1971]; Bouché, [1975]). Tous ces processus concourent à une meilleure minéralisation de la litière (Ghilgarov, [1971]; Persson, [1989)]. Sans la présence de la pédofaune, les faits suivants pourraient se produire (Hole, [1981]) : - L’accumulation de la litière en forêt serait assez importante pour altérer la régénération des arbres ; - Le cycle des nutriments serait ralenti, perturbant ainsi la nutrition des arbres ; Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 30 Département des Sciences du Bois et de la Forêt - La porosité du sol serait diminuée, ce qui modifierait les mouvements de l’air et de l’eau ; - La matière organique ne serait plus mélangée au sol minéral ; Bouché (1975), qualifie la pédofaune de phagotrophe mobile, cette dernière dépensant son énergie d’une part pour se nourrir et d’autre part pour se déplacer. La classification de la pédofaune se fait par la taille des animaux et plus précisément par le diamètre de leur corps. On peut, de ce fait, distinguer trois grands types principaux (Swift et al., [1979]) . 3.5.1 La microfaune (1-100 µm) La microfaune est composée de protozoaires, de nématodes, de rotifères, de tardigrades ainsi que de certains acariens et collemboles aux limites les plus élevées. Elle participe peu au processus de décomposition, et dans ce groupe, aucun animal n’est apte à dégrader la litière par comminution. Aussi, cette partie ne sera pas traitée plus en détails. 3.5.2 La mésofaune (100 µm- 2mm) La mésofaune est composée surtout de collemboles, d’acariens, d’enchytreïdes, de larves de diptères. Leur rôle dans les processus de décomposition est de réguler les populations microbiennes et de se nourrir des fèces de la macrofaune (Swift et al., [1979]). On attirera surtout l’attention sur les microarthropodes (acariens et collemboles), qui, par leur capacité de fragmentation et de comminution de la litière, jouent un rôle important dans les processus de décomposition et de minéralisation (Swift et al., [1979]; Seastedt, [1984]). Rappelons que la comminution est la fragmentation et la restructuration physique de la matière organique par la mastication (Larochelle et al., [1993]). La mastication expose des composés résistants qui deviennent concentrés dans les pelotes fécales. Ces pelotes ont un statut nutritionnel important et deviennent potentiellement utilisables par d’autres micro-organismes (Harding et Stuttard, [1974]). En effet, la litière ingérée par la faune du sol est en partie non-assimilée et ressort fortement modifiée d’un point de vue microbien, permettant ainsi à chaque organisme de la chaîne trophique d’intervenir (Bachelier, [1978]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 31 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Les microarthropodes sont généralement mycophages (Harding et Stuttard, {1974]; Parkinson et al., [1979]; Hanlon, [1981]; Seastedt, [1984}). En effet, les collemboles ne digèrent pas l’holocellulose et la lignine et se nourrissent de mycéliums dans lesquels les éléments sont déjà transformés (Bachelier, [1978]). De plus, la pédofaune ne s’attaque qu’aux mycéliums sénescents à cause de la répulsion exercée par les mycéliums actifs (Parkinson et al., [1979]; Mangenot, [1980]). L’intensité du broutage sur la population fongique joue un rôle important dans le cyclage des nutriments (Hanlon, [1981]). Elle peut, si elle est trop intense, donner un avantage compétitif aux bactéries par rapport aux champignons (Hanlon et Anderson, [1979]) avec les conséquences qui peuvent suivre, par exemple la diminution du pouvoir ligninolytique. Le broutage affecte aussi la structure des communautés fongiques. Parkinson et al. (1979) ont montré que le broutage sélectif par Onychiurus subtenuis change les règles du jeu concernant la compétition entre deux champignons, conférant ainsi l’avantage a un Basidiomycète. Les microarthropodes jouent aussi un rôle important dans la minéralisation de l’azote, spécialement dans les sols où le ratio C:N est élevé (Persson, [1989]). De plus, ils permettent de maintenir une minéralisation nette de l’azote sous des conditions sèches, alors que la microflore et la microfaune sont peu actives (Persson, [1989]). La qualité de la ressource alimentaire (teneur en polyphénols, teneur en N et autres éléments...) joue un rôle important dans les processus subséquents. Si le mycélium est pauvre en nutriments (conséquence directe d’un substrat pauvre en nutriments) il sera alors très peu brouté par la faune. De ce fait, les nutriments vont s’accumuler et être immobilisés dans les mycéliums sénescents. Ceci provoquera la stagnation du turn-over des nutriments et le ralentissement du cycle des minéraux dans l’écosystème (Hanlon, [1981]), affectant ainsi le type d’humus en place. Au contraire, quand la ressource est riche en nutriments, le broutage du mycélium par la mésofaune stimule l’activité fongique et rend les nutriments plus facilement disponibles, accélérant ainsi la minéralisation et l’humification (Hanlon, [1981]; Larochelle et al., [1993]). Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 32 Département des Sciences du Bois et de la Forêt 3.5.3 La macrofaune (2mm- 20mm) La macrofaune est composée d’arthropodes, d’isopodes, d’amphipodes et de vers de terre. Leur présence peut affecter significativement les processus de décomposition et contribue à la structuration du sol (Swift et al., [1979]). Cette partie portera exclusivement sur le rôle des vers de terre car ces derniers exercent une action très importante sur les propriétés physico- chimiques du sol (Bachelier, [1978]; Bouché, [1981]; Stout, [1983]). Cependant, la géodrilogie étant une science complexe, le sujet ne sera qu’effleuré et de nombreuses lacunes apparaîtront. Bouché (1981) distingue trois catégories de lombriciens : - Les épigés, qui ne vivent que dans la litière, sont incapables de fouir le sol minéral ; - Les endogés, consommant la matière minérale et la matière organique incorporée à celle-ci, ne montent pas à la surface et ne font pas de turricules ; - Les anéciques, consomment les litières et rejettent les turricules en surface tout en brassant la matière organique avec les horizons profonds. C’est sur cette dernière catégorie que l’on insistera plus précisément et dont le représentant le plus connu est Lumbricus terrestris. Les lombriciens exercent deux actions principales (Bouché, [1981]; Stout, [1983]) : - Une action physique qui comprend un brassage-dilacération, des mouvements d’ascension et des mouvements enfouissants ; - Une action via le métabolisme où les mouvements d’éléments s’effectuent après une assimilation puis après une émanation qui libère dans le milieu les éléments plus ou moins modifiés ou recombinés. La sapidité de la litière est déterminante sur l’action des vers de terre et ces derniers marquent d’ailleurs leur préférence (Satchell, [1983]). La sapidité des litières dépend surtout de la teneur en polyphénols ainsi que de l’abondance en nutriments (Swift et al., [1979]; Satchell, [1983]). Sous Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 33 Département des Sciences du Bois et de la Forêt climat tempéré, les litières sapides disparaissent durant l’hiver et le printemps suivant la chute des feuilles, alors que les moins sapides, distribuées de façon éparse, demeurent une seconde année et disparaissent au printemps, période où l’activité des vers de terre est maximale (Satchell, [1983]). D’après Satchell (1983), les enzymes péroxydases de certains vers de terre peuvent accroître l’humification par polymérisation des composés aromatiques. Pour Toutain (1993), ce sont les seuls animaux capables de digérer les pigments bruns (polyphénols-proteïnes), permettant ainsi la minéralisation de l’azote dans le milieu. Il semble que les anéciques soient tous inféodés aux humus de type mull, mais les interprétations cause-effet (i.e. les anéciques ne se développent qu’en présence de mull ou que les anéciques, par leur activité, sont la cause de la formation d’un mull) sont erronées (Bouché, [1981]). Il s’agit plutôt d’une interaction complexe entre différents facteurs (minéralogiques, floristiques, climatiques, historiques, microbiologiques et faunistiques) (Bouché, [1981]). D’après Pagé (1993), l’apport des BRF stimule l’activité des lombriciens plus encore que l’apport de fumier ou de compost. Ceci prouve donc que la qualité de ce substrat est supérieure aux autres amendements. Conclusion À la lumière des faits précédents, il semble que l’utilisation des BRF soit un moyen privilégié permettant la restauration du système humique. La structure de la lignine, lignine de type gaïacyle ou syringyle, a une importance considérable car elle est à la base du premier maillon de la dégradation des litières. Une structure différente amène des organismes décomposeurs différents (pourritures brunes ou blanches) et donne, par conséquent, des produits différents (mull ou mor), dépendant de l’influence exercée par les facteurs abiotiques (climat, teneur en argile...). De plus, mis à part le feuillage et les radicelles, les rameaux sont les parties les plus riches de l’arbre (N, P, K...), contiennent peu de polyphénols et possèdent une lignine peu polymérisée, ce qui fait des BRF un substrat de qualité. Cela permet de stimuler les chaînes trophiques, notamment la mésofaune, Université Laval, Québec, Canada juin 1996 Une revue bibliographique..... Tissaux, J-C. 34 Département des Sciences du Bois et de la Forêt qui, par broutage de mycéliums sapides, permet une minéralisation rapide, même à un ratio C:N élevé, favorisant le cyclage des nutriments. Les BRF favorisent donc la formation d’humus de type mull. Ce qui distingue les BRF des amendements agricoles (engrais, fumier, composts), c’est leur teneur en lignine et leur qualité en tant que substrat. La dépolymérisation de la lignine par les Basidiomycètes de pourriture blanche est le facteur le plus important, qui, via les polyphénols et leur polycondensation oxydative, permet la formation d’acides fulviques et d’acides humiques. Ce système, contrairement aux activités agricoles et forestières actuelles, est essentiellement basé sur l’humification. L’humus étant un interface entre le sol minéral et la végétation, sa restauration favorisera l’aggradation du système dans son entier. Il semblerait que les polyphénols, dérivés de la dépolymérisation de la lignine, de biosynthèses microbiennes ou d’exsudations racinaires ou foliaires, soient à la base de la stabilité et de l’effet régulateur du système humique. Ils sont fortement impliqués dans la conservation et dans la prévention des pertes de nutriments, puisqu’ils empêchent la minéralisation des litières à l’automne, évitant ainsi une décharge de nitrates dans le milieu à une période où aucun organisme n’en nécessite, ce qui limite les pertes par lessivage. Bibliographie ALBAN, D. H., (1985). «Seasonal changes in nutrient concentration and content of aspen suckers in Minnesota». Forest Science 31 (3): 785-794. ALDER, E., (1977). «Lignin chemistry : past, present and future». Wood Sci. Technol. 11: 169-218. ALLISON, F.E., (1973). «Soil organic matter and its role in crop production». Development in soil science 3. Elsevier Scientific Publishing Compagny, Amterdam, 637 p. 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[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel,.(418) 656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-18-4 Université Laval, Québec, Canada juin 1996 UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Proposition d'un guide pour l'application et l'évaluation des BRF «MÉTHODE D'APPLICATION ET D'ÉVALUATION POUR L'UTILISATION DES BOIS RAMÉAUX FRAGMENTÉS» D r Valentin Furlan Professeur Gilles Lemieux Agriculture Canada Université Laval QUÉBEC décembre 1996 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf Publication nº 67 édité par le GROUPE DE COORDINATION SUR LES BOIS RAMÉAUX Université Laval Québec G1K 7P4 Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 MÉTHODE D'APPLICATION ET D'ÉVALUATION POUR L'UTILISATION DES BOIS RAMÉAUX FRAGMENTÉS par Valentin Furlan i et Gilles Lemieux ii Caractéristiques pédogénétiques des bois raméaux fragmentés Le Bois Raméal Fragmenté ou BRF est produit à partir de rameaux ayant un diamètre inférieur à 7 cm. Ceux-ci sont fragmentés en morceaux de 1 à 10 cm de longueur qui se prêtent bien à une invasion très rapide des champignons basidiomycètes. Ces champignons transforment les BRF en dirigeant les nutriments vers la biomasse microbienne et en contribuant à la dépolymérisation de la lignine jeune. Cette voie conduit à la formation de l'humus, des acides humique et fulvique , la base même de la pédogénèse et de la constitution des chaînes trophiques. Sources et propriétés des BRF Les BRF sont essentiellement produits à partir de rameaux de plantes ligneuses en utilisant les parties qui n'ont que peu ou pas d'utilité comme bois de chauffe ou de bois d'œuvre. Toutefois, il s'avère que du point de vue biologique c'est justement la partie qui renferme plusieurs composés (ex. : celluloses, hémicelluloses, lignine, protéines, glucides, phytohormones) qui seront transformées sous des formes simples ou complexes par les microorganismes telluriques. En même temps, seront mis en disponibilité les éléments minéraux (ex. : NO 3 - , NH 4 + , H 2 PO 4 2- ou HPO 4 2- , K + , Ca 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , et organiques telles les enzymes, etc.). Toutes ces substances mises en circulation dans le sol sont indispensables à la croissance des végétaux, de la constitution des chaînes trophiques ainsi qu'à la structuration du sol par un enemble de mécanismes propres à la pédogénèse. Idéalement, les BRF doivent être incorporés dans le sol aussitôt qu'ils sont produits. Il faut éviter la fermentation par voie de compostage. Mode d'évolution des BRF dans le sol Pour que l'application des BRF soit profitable, il faut qu'ils soient bien en contact avec le sol, sous la forme d'une nouvelle litière en milieu forestier ou mélangés avec le sol en milieux agricole ou horticole. Si cette exigence initiale n'est pas respectée, l'efficacité des BRF sera compromise. Si la colonisation primaire des BRF débute par les bactéries ou les actinomycètes, les basidiomycètes seront tenus à l'écart et la dépolymérisation de 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 la lignine sera aléatoire ou inhibée. En pareils cas, la transformation des BRF se fera au détriment du sol et ne profitera que peu ou pas aux plantes. Ceci aura pour conséquence de perturber la mise en disponibilité des nutriments et des composés organiques qui sont de nature à influer sur la régie de l'eau dans le sol . Bien que présentement ces rameaux soient considérés comme un détritus, selon le lieu où ils se trouvent, il en est tout autrement sur le plan du potentiel pour la régénération physico-chimique et biologique ; notamment des sols fortement dégradés par des pratiques culturales conventionnelles intensives. Justification du moment opportun de l'application des BRF Afin d'obtenir les meilleurs résultats, les BRF devraient être incorporés dans le sol à l'automne et de préférence après la chute des feuilles. Si les feuilles sont encore présentes il est important d'éviter la fermentation des BRF avant qu'ils soient incorporés au sol. La microflore pionnière (basidiomycètes) qui a les propriétés les plus avantageuses pour assurer une transformation des BRF et en retirer le maximum d'énergie semble déjà présente sur les feuilles. et sur les rameaux. Les transferts énergétiques se faisant lentement, par concentration des cycles benzéniques et la modification de la structure de la lignine, les nutriments doivent être métabolisés par la biomasse microbienne, principalement du mycélium des basidiomycètes. C'est la microfaune fongivore qui assimilera les nutriments et l'énergie contenue dans la biomasse microbienne. Ainsi, après une première ingestion, les substances nutritives sont immobilisées dans cette biomasse, d'où l'absence de pertes par lessivage vers la nappe phréatique out en évitnt les concentrations toxiques de polyphénols. L'activité de la biomasse microbienne contribuera à une mise en disponibilité graduelle des nutriments dans la solution du sol ou par voie enzymatique pour la croissance des plantes. Il y aura donc une utilisation maximale des nutriments tout en réduisant au minimum les pertes. Ceci explique les augmentations impressionnantes de rendement chez plusieurs cultures qui vont de 30 % à 1 000 %. Les effets des BRF appliqués au sol peuvent persister sur une période assez longue en milieu tempéré, soit environ 5 ans pour une application initiale de 2 cm de BRF (200 m 3 /ha). Modification entraînées par l'application des BRF L'application des BRF entraînera inévitablement des modifications sensibles diverses au niveau des conditions physico-chimiques et biologiques du sol et, avc une influence sur la croissance des plantes cultivées. Voici les principales modifications qui pourront être observées : 1. Le sol deviendra d'une couleur plus sombre. Mais ceci dépendra de la nature des différents sols ; 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 2. La structure apparaîtra sous la forme d'agrégats stables à l'eau. Le ciment structural du sol est constitué de polysaccharides exsudés par les basidiomycètes en particulier. De ce fait, une partie des agrégats renferme des substances nutritives qui sont principalement métabolisés par la flore bactérienne édaphique en particulier, faisant ainsi partie du cycle énergétique. Il faut donc pourvoir à l'apport supplémentaire de matière première au fur et à mesure de son utilisation. 3. Le mécanisme que nous venons de décrire sera le plus important dans la prévention de l'érosion des sols dont les pertes sont parfois considérables. Les agrégats assurent une meilleure rétention et circulation de l'eau dans le sol, tout en facilitant une bonne diffusion des gaz (O 2 , CO 2). 4. Au Sénégal, l'application de BRF a contribué à éliminer les nématodes du sol qui nuisent à la croissance des plantes cultivées. Un important contrôle des pucerons a été observé en milieu tempéré. On soupçonne aussi que le contrôle de la mouche blanche des fruits pourrait avoir comme origine un excès d'azote libre dans le sol. Toutefois, ceci doit être démontré par une expérimenttion scientifique rigoureuse. 5. Augmentation du contenu en matière sèche chez la pomme de terre. Ceci est un phénomène imprévu particulièrement intéressant qui pourrait avoir de nombreuses répercussions sur le plan économique. Il en va de même de l'élimination presque totale des sclérotes du Sclerodermia sclerotinium. 6. Chez les graminées, la répartition des composés organiques et des éléments minéraux dans les pailles et les grains n'est pas la même dans un champ ayant reçu des BRF par rapport à un champ témoin, sans BRF. De plus, on a enregistré une augmentation de 30 % du nombre de grains par épi, ainsi qu'une augmentation de la masse sèche des grains. 7. En Côte d'Ivoire, dans une culture de maïs, l'augmentation de la masse de matière sèche a été de l'ordre de l'ordre de 400 % en présence de BRF provenant de deux espècesvégétales (Azadirachta indica et Gliciridia sepium) alors que les rendements furent moindres avec des BRF d'Acacia auriculiformis, Sene siamea et Tectona grandis. 8. Au Sénégal, des cultures maraîchères dans la zone des Niayes, à l'est de Dakar, l'application de BRF a permis d'obtenir des augmentations de rendement de 400 % chez la tomate ordinaire, 300 % chez la tomate amère (Solanum aethiopicum) et de 1 000 % chez l'aubergine par rapport à des parcelles cultivées sans BRF. Approvisionnement en BRF En pratique, il est préférable que les producteurs agricoles et horticoles aient une source d'approvisionnement en BRF à proximité de leur lieu de culture. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 Toutefois, si ce matériau fait défaut dans la région immédiate, il peut être importé d'une autre région. Il est recommandé de n'utiliser que des essences de feuillus. La production de BRF peut être faite avec une fourragère à maïs si les fragmenteuses forestières sont difficiles à trouver. Lors des premiers essais, il est recommandé d'utiliser les BRF d'espèces végétales bien identifiées et séparées les unes des autres. Ceci, afin de déterminer les effets de chacune des essences sur l'amélioration des propriétés physico-chimiques et biologiques du sol, ainsi que sur le rendement des cultures et autres. Par la suite, il sera possible de faire des mélanges calibrés de BRF de différentes essences arbustives et/ou arborescentes de feuillus. Dispositif expérimental Comme il est difficile de prévoir les conditions dans lesquelles les premières expériences seront faites, il faut procéder par étapes. Dans un premier temps, pour chacune des cultures végétales, il faut établir un dispositif expérimental formé de 4 blocs, chacun contenant les parcelles complètement randomisées et comprenant tous les traitements (avec et sans BRF, une et deux applications). Ce dispositif expérimental nous permettra de faire toutes les analyses statistiques indispensables pour confirmer la validité des résultats qui seront obtenus. Mise en place des parcelles La disposition et la dimension des parcelles sera fonction des cultures envisagées. Il est suggéré d'utiliser les espèces végétales normalement cultivées dans la région (ex. : blé, maïs, tournesol, pomme de terre, tomate). Les traitements comprendront des parcelles avec et sans BRF qui seront comparées à des parcelles témoins fertilisées avec des engrais minéraux. Préparation du sol Le sol est préalablement labouré et hersé pour obtenir une surface relativement homogène. Ensuite, les BRF sont épandus uniformément sur 2 cm d'épaisseur (20 L/m 2 ) et ils sont bien mélangés aux premiers 10 à 12 cm de sol avec l'aide d'un outil mécanique disponible et approprié. Période d'épandage des BRF La période du premier épandage de BRF sera fonction de la saison dans la région choisie. Elle pourrait se situer vers la fin de l'automne ou le début de l'hiver, et lrameaux étnt sans feuilles. La seconde application sera effectuée avec des BRF comprenant des feuilles et pendant la période de culture des plantes. Dans ce dernier cas, il faudra faire une fertilisation azotée d'appoint. Ainsi, on appliquera 1 kg de nitrate d'ammonium par tonne de BRF frais. La présence de feuilles 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 fermentescibles apportent toujours des difficultés par rapport à la colonisation primaire par les basidiomycètes. Ainsi, les BRF avec feuilles devront être incorporés de manière la plus homogène possible pour éviter la fermentation iii . Prises de données Des données seront enregistrées dans chacune des parcelles afin d'évaluer l'impact des BRF sur le sol, le rendement des cultures, les maladies et autres aspects. A) Végétation • Principales variables mesurées 1. Mesure chronologique de la hauteur des plants, nombre de fruits, etc. ; 2. Masse fraîche des fruits, graines, tubercules, etc. ; 3. Masse fraîche des tiges, feuilles ; 4. Masse sèche de la partie aérienne ; 5. Masse sèche du système racinaire ; 6. Analyse minérale complète (N, P, K, Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Se) des feuilles, des racines, des fruits, des graines, etc. ; 7. Analyse du contenu en protéines, sucres libres, contenu en fibres, rapport C/N, acides aminés etc. iv • Relevé écologique des adventices D'après des observations faites sur les lieux d'application des BRF, il apparaît que ceux-ci exercent un effet répressif vis-à-vis de nombreuses espèces d'adventices. Un relevé écologique des espèces de mauvaises herbes présentes dans chacune des parcelles durant la période de culture permettra de mieux connaître l'importance de ces effets. Un impact significatif des BRF sur les mauvaises herbes pourrait avoir des conséquences positives considérables sur le plan de la réduction de l'utilisation des herbicides et de la protection de l'environnement. Évidemment, sans oublier une augmentation potentielle du rendement des cultures. • Évaluation phytosanitaire Des observations périodiques devront être faites pour détecter la présence ou l'absence de symptômes phytopathogéniques fréquemment rencontrés dans les culture conventionnelles et résultants de microorganismes divers (bactéries, champignons, virus). Ces observations permettront de vérifier si les BRF exercent une action prophylactique sur différentes cultures. Par ailleurs, l'énumération des nématodes, présents dans le sol et souvent responsables de lésions racinaires qui perturbent la physiologie des plantes, devront faire l'objet d'une analyse particulière. 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 B) Sol • Principales variables mesurées 1. Comparaison de la couleur du sol entre les différents traitements ; 2. Analyse minérale du sol (N, P disponible et total, K, Mg, Ca, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Se, Al) avant la mise en place des parcelles et à la fin de l'expérience ; 3. Mesure du pH, de la C.E.C., et du C/N avant la mise en place des parcelles et à la fin de l'expérience ; 4. Mesure chronologique du pourcentage de matière organique du début à la fin de l'expérience ; 5. Mesure de la stabilité structurale du sol avant la mise en place desparcelles et à la fin de l'expérience ; 6. Mesure chronologique de la phosphatase alcaline et acide; 7. Mesure chronologique v de la température du sol à 15 cm de profondeur dans chacune des parcelles du début à la fin de l'expérience ; 8. Énumération chronologique de la microflore édaphique (bactéries,champignons, actinomycètes) ; 9. Évaluation et identification des principales espèces de la microfaune ; 10. Piégeage à l'alcool et énumération des lombricidés. ------------- ISBN 2-921728-21-4 Dépôt légal: Bibliothèque Nationale du Québec. Décembre 1996 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada Méthode d'application et d'évaluation... Furlan. V. & Lemieux, G. 1996 décembre1996 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISSN 2-921728-21-4 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux i Chercheur à la Station de Recherche d'Agriculture Canada 2660 boul. Hochelaga, Sainte-Foy G1V 2J3 Québec, Canada ii Professeur au Département des Sciences du Bois et de la FortêtS Fculté de Foresterie et de Géomatique, Université Laval, QUÉBECG1K 7P4, Canada iii Il est entendu qu'il y aura des parcelles distinctes où il y aura une seule application de BRF et d'autres où il y aura deux applications tel que décrit précédemment. Ceci permettra de comparer les deux formules et de voir celle qui est la plus avantageuse iv Selon la culture choisie pour l'expérimentation et les objectifs visés, d'autres variables très intéressantes pourront également être mesurées pour démontrer encore plus l'étendue de l'impact des BRF vis-à-vis chacune des espèces végétales cultivées (ex. : mesure chronologique de la concentration en phytohormones de croissance, des acides aminés libres, du CO 2 , de la concentration en chlorophylle a et b, etc.) v Idéalement, les mesures chronologiques mentionnées devraient être faites rigoureusement à toutes les 4 semaines. Par ailleurs, d'autres variables peuvent être ajoutées en fonction des espèces végétales cultivées, du type de sol, des conditions environnementales, etc. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, QUÉBEC, G1K 7P4, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux à la demande du Ministère des Forêts de Colombie Britannique Victoria Canada «Les fondements pédogénétiques des écosystèmes forestiers: une approche de la métastabilité par la biologie tellurienne» par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt avril 1997 publication n° 71 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ publié par le GROUPE DE COORDINATION SUR LES BOIS RAMÉAUX UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique SOMMAIRE PAGE INTRODUCTION 1 1- LE SOL PARMI LES VALEURS FONDAMENTALES DE L'HOMME 2 1.1 - Une expérience inusitée, d'abord agricole 2 1.2 - L'expérimentation forestière 4 2- LES CRITÈRES D'ÉVALUATION 5 2.1 - Le pH et l'accessibilité aux nutriments 6 2.2 - L'exemple de Picea glauca 7 2.3 - Des remarques sur le comportement de Picea glauca dansles parcelles témoins 8 2.4 - Abies balsamea: l'instabilité de la survie des semis et le peu de réceptivité des parcelles 10 2.5 - Les feuillus engendrent les feuillus 11 2.6 - La permissivité des parcelles 12 3 - LES PREMIERES DÉDUCTIONS ET COMMENTAIRES 13 3.1 - Nous sommes des prisonniers intellectuels du productivisme 14 3.2 - La pédogénèse, un ensemble de mécanismes universels d'abord d'origine forestière 15 3.3 - L'universalisme de la pédogénèse nous convie sous les tropiques 16 4 - LA COMPOSITION ORGANIQUE DU BOIS ET SON APPORT À LA MÉTASTABILITÉ PAR LA VOIE DE LA PÉDOGÉNESE 17 4.1 - Une première liaison avec la genèse des sols 18 4.2 - Une estimation des volumes de BRF produits: certainement des milliards de tonnes annuellement 19 4.3 - Les dérivés de la lignine: polyphénols, acides aliphatiques, terpènes les bases mêmes de la formation des sols et de leur dynamique 20 4.4 - La connaisssance de la lignine et de la pédogénèse se manifeste par l'étude des phénomènes de décomposition et de dégradation 21 5- «MATIERE ORGANIQUE» UN TERME SANS CONCEPT NI DÉFINITION POSSIBLE 22 5.1 - Les premières références à l'humification 22 5.2 - L'évolution de la compréhension actuelle 22 5.3 - Décomposition et dégradation: une évocation par la négative 23 5.4 - La notion de bois raméal : une ouverture vers de nouvelles connaissances sur la pédogénèse 23 5.5 - La régie chimique et biologique des nutriments 23 5.6 - Les raisonnements que nous suggère la logique 24 5.7 - La logique de la fragmentation 25 Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique 6 - L'ASSOCIATION NUTRIMENTS ET ÉNERGIE= NOURRITURE 25 6.1 - Les différences entre compostage et pédogénèse 25 6.2 - Les principes qui sous-tendent la nécessité de la fragmentation 26 6.3 - La production des fractions fulviques et humiques 27 6.4 - La «matière organique» dans l'optique d'une fertilité agricole annuelle sans signification forestière 28 6.5 - Une approche univoque: la translocation des nutriments 29 6.6 - Les lignines et les polyphénols 30 6.7 - Les blocages polyphénoliques et la biologie de la régulation 31 6.8 - La définition des nutriments 31 7 - UNE INVERSION DE LA VIE MICROBIOLOGIQUE DANS LES FORETS PLUVIEUSES TROPICALES DEPUIS LE SOL VERS LA CIME DES ARBRES 33 7.1 - L'eau 33 7.2 - L'azote 34 7.2.1 - La fixation non symbiotique: N 2 34 7.2.2 - L'azote disponible: à repenser pour en faire un bilan dynamique 34 7.3 - Le phosphore et les phosphatases 35 8 - LA BIOLOGIE TELLURIENNE S'IMPOSE PAR LES VOIES HISTORIQUES DE L'ADAPTATION 36 8.1 - Quelques lumières sur la dynamique de la biologie tellurienne 37 8.2 - Le comportement des écosystèmes forestiers et la génération différentielle des sols 38 8.3 - L'énergie au centre de nos théories plutôt que les nutriments 39 8.4 - Les arbres dirigent les quatre cinquièmes de leur production énergétique vers le sol 40 8.5 - L'apport énergétique de l'écosystème épigé: la base de la vie tellurienne 40 8.6 - Les sources de lignine peu polymérisée: les racines et les rameaux 41 9 - UN DÉBUT DE COMPRÉHENSION DES RÉSULTATS OBSERVÉS PAR LA VOIE EXPÉRIMENTALE 42 9.1 - La forme des arbres: une brève histoire de l'évolution 43 9.2 - La pédogénèse en forêt de Gymnospermes 44 10 - QUELQUES RÉFLEXIONS SUR LE BOIS RAMÉAL 45 10.1 - Une définition de la fertilité 45 10.2 - Quelques nuances sur l'impact des biotechnologies 46 11 - LES PRATIQUES DE LA FORESTERIE MODERNE 46 11.1 - Logique forestière contre logique agricole 46 Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique 11.2 - De retour aux techniques d'exploitation 48 11.3 - La distinction nécessaire entre bois de tronc et bois de rameaux 49 11.4 - La place des Basidiomycètes 49 11.5 - Le cycle du carbone 50 11.6 - La perception des biosurplus 50 11.7 - Sauvegarder un «héritage» durement acquis 51 11.8 - Le rôle des mycorhizes 51 11.9 - Que faire des bois de tronc 52 11.10 - Lignine et manganèse 52 11.11 - Les modes et temps de la fragmentation 53 11.12 - Ce qu'il faut attendre des conifères et des feuillus fragmentés 53 11.13 - L'énergie concentrée dans les sols des forêts feuillues 54 11.14 - Les objections économiques et logistiques en perte de vitesse 55 11.15 - Les cycles de l'eau 56 12 - QUELQUES RECOMMANDATIONS 57 12.1 - L'expérimentation technique sur le milieu forestier 57 12.2 - L'expérimentation scientifique: Le monde fongique 58 12.3 - La mésofaune et la microfaune 58 12.4 - Les bilans phosphorés et azotés 59 12.5 - Lignines et polyphénols 59 13 - UN RAPPROCHEMENT NÉCESSAIRE AVEC L'INDUSTRIE DES PATES ET PAPIERS 60 13.1 - La science fondamentale 60 14 - UNE IMPLICATION DE NOS INSTITUTIONS DE HAUT-SAVOIR À L'ÉCHELLE INTERNATIONALE 60 14.1 - De la philosophie à la physique 61 Bibliographie 62 Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques des écosystèmes forestiers: une approchede la métastabilité par la biologie tellurienne INTRODUCTION L'ensemble des raisonnements et des déductions logiques suivants, ne peuvent être interprétés et évalués sans faire référence à l'"aventure" qu'il nous a fallu vivre durant deux décennies. Toujours sceptique et souvent hostile l'appui qui nous a été réservé tout au long de ces travaux nous a interdit, à toute fin pratique, l'accès au financement à tous les niveaux. Le secteur forestier nous a, le plus souvent, renvoyé au secteur agricole et inversement. Ceci nous a valu une grande liberté d'expérimentation et maintenant une grande liberté d'expression. Nous avons également pu évaluer combien la pensée était devenue pauvre au sein des sciences biologiques et particulièrement dans celles de la foresterie et de l'agriculture. Il nous est rapidement apparu que les idées étaient disparues au profit des données: c'est le conflit de la science et de la technique, souvent traduit par l'utilisation du terme technologie. Plusieurs autres caractéristiques nous ont étonnés au regard de nos découvertes, comme la signification des termes et leur origine qui bloquent l'évolution de la connaissance fondamentale. Ainsi, bien que les mécanismes de la pédogénèse soient d'origine forestière, ils sont décrits ou ignorés dans un vocabulaire tout à fait agricole. Alors que nous devrions, depuis longtemps, avoir mis au point des techniques propres à la régénération forestière, c'est, dans la plupart des cas, une copie ou un plagiat des données, us et coutumes agricoles. Inversement, aucune référence n'est faite à la forêt dans la conception et la connaissance du sol agricole, mais uniquement des références chimiques ou pathologiques. Dans les deux cas, la pédologie nous est apparue comme uniquement descriptive, pis encore, basée seulement sur des données physiques et chimiques alors que la réalité est toute autre, sans exclure la chimie et la physique; bien au contraire. 1 Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 J'espère donc que les lecteurs seront sensibles à l'histoire agro-forestière du sol et seront à même de réfléchir sur son importance et de porter jugement sur les raisons de sa méconnaissance, si ce n'est que par la voie descriptive. 1- LE SOL PARMI LES VALEURS FONDAMENTALES DE L'HOMME Les deux dernières décennies ont apporté subrepticement des données qui, mises en perpective, apportent une vue et une compréhension de la vie des écosystèmes dont les fondements étaient pour le moins anthropocentriques et n'avaient fait l'objet de peu d'études et de peu de contestations jusque là. Devant vivre et, de ce fait manger, les hommes n'ont porté que peu d'attention à la base et le lien avec toutes les formes de vie terrestre: le sol. Il n'y a guère plus d'un siècle que le terme humus fit son apparition très certainement d'origine anthropocentrique, mais où la notion de vie n'apparaît qu'en filigrane. Bien que la forêt recouvre une large proportion des terres immergées, l'homme s'y est attaqué pour pratiquer la domestication et la culture de plantes dont sa vie individuelle et collective dépendaient et dépendent toujours. C'est ainsi qu'au fil des siècles, nous en sommes venus à considérer le sol agricole comme la source de toutes vies dans l'évolution des sociétés humaines. Toutefois, ces notions s'estompent dans la mesure où nous quittons les tropiques pour nous diriger vers les pôles. Il en va de même des populations humaines vivant de la nature et de ses contraintes par opposition à celles qui vivent des fruits de la nature en contrôlant ses contraintes comme les sociétés industrielles. 1.1- Une expérience inusitée, d'abord agricole. Pour bien comprendre le dédale des raisonnements et des hypothèses qui sont l'objet de cet exposé, il faut se rapporter à la fin des années '70, alors que trois chercheurs 1 se lancèrent dans la mise 1 Egar Guay, sous-ministre adjoint, Ministère des Forêts, Québec Lionel Lachance, directeur des Productions Végétales, Ministère de l'Agriculture et de l'Alimentation , Québec. 2 R. Alban Lapointe, ingénieur forestier, Ministère des Forêts, Québec. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 en valeur des milliers de tonnes de résidus appelés «drêches» qui s'accumulaient auprès des usines de distillation par entraînement à la vapeur des huiles essentielles. Ces résidus industriels étaient constitués uniquement de rameaux de conifères (Abises balsamea et Thuja occidentalis) préalablement fragmentés 2 et pour lesquels il n'y avait aucune utilisation. C'est alors que les chercheurs eurent l'idée d'utiliser ces résidus industriels pour en faire un paillis dans la culture de la pomme de terre, puis du blé, de l'avoine, des fraises etc. Ce faisant, ils eurent la curiosité de faire l'analyse du contenu de ces drêches pour s'apercevoir qu'elles étaient d'une richesse très importante du point vue chimique et biochimique 3 . Par la suite, des essais montrèrent que les rameaux fragmentés de conifères ou de feuillus appliqués au sol avaient des effets différents portant sur plusieurs années. La technique mise de l'avant par ces auteurs est un compromis entre le «sheet composting» des Américains et le compost de broussailles des Français. Ainsi, les rameaux de moins de 7 cm. sont fragmentés en copeaux de quelques centimètres et épandus sur le sol au taux de 200 m 3 /ha ou 2 cm d'épaisseur avec lequel ils sont mélangés sur les 10 premiers centimètres. Les résultats obtenus furent multiples et se sont répercutés sur plusieurs années. C'est en me demandant pourquoi ils avaient ces différences et ces rendements que Guay, Lachance et Lapointe me posèrent un véritable défi auquel je ne puis me soustraire. À mon grand étonnement, je ne puis relever aucun article sur cette importante source de production végétale que sont les rameaux des arbres dont j'estimais alors la production mondiale à quelques milliards de tonnes annuellement. Dès 1985, lors d'une première publication importante, je proposais le nom de «bois raméal 4 » ou BRF (Bois Raméal Fragmenté) dont je fis la description l'année suivante 5 . 3 2 En Europe ,on utilise de préférence le verbe broyer le produit qui en résulte est considéré comme étant un «broyat» 3 Guay, E., Lachance, L. & Lapointe R.A. (1982) « Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministères de l'Énergie et des Ressources, 74 pages, Québec 4 Lemieux, G. (1985) «Essais d'induction de la végétation forestière vasculaire par le bois raméal fragmenté» Université Laval, Faculté de Foresterie, 109 pages. 5 Lemieux, G. (1986) «Le bois raméal et les mécanismes de fertilité du sol» Université Laval, Faculté de Foresterie 17 pages, ISBN 2-550-21338-1. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Les résultats obtenus au point de vue agricole par l'utilisation de ces rameaux fragmentés et appliqués au sol en mélange avec les premiers centimètres de ce dernier, les modifications obtenues dans la structure et la texture du sol, l'évolution de paramètres comme le ratio C/N ou le pH; plus tard, celle du comportement des mauvaises herbes, des insectes et des maladies nous montra, à tous égards, que nous étions en présence d'un phénomène important sur lequel la littérature scientifique était muette. Toutefois deux importantes publications nous mirent sur des pistes fertiles dont la première de Leisola, M.S.A., & Garcia, S. (1989) 6 met en valeur et décrit le rôle des Basidiomycètes dans la dépolymérisation de la lignine par une enzyme, la lignoperoxydase, dépendante du manganèse, produisant les fractions humiques et fulviques avec rétention de la plus grosse molécule sur le mycélium, et empêchant la repolymérisation, en plus donnant des composés aliphatiques. La seconde publication fut celle de Perry, D.A., Amaranthus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.E. (1989) 7 qui apporte beaucoup sur les relations entre le sol (écosystème hypogé) par rapport à la végétation (écosystème épigé). Il faut admettre cependant que ce travail avait pour but de décrire les liens entre les différents niveaux trophiques où les mycorhizes ont un rôle important à jouer. 1.2- L'expérimentation forestière Si l'expérience acquise en milieux agricoles nous indiqua quelques bonnes pistes de recherche et de réflexion, loin s'en fallut pour que nous comprenions les mécanismes à la base de ces modifications. Si les rameaux des arbres fragmentés apportent 4 6 «Lignin degradation mechanism» in «Enzyme systems for lignocellulose degradation» Atelier portant sur la dégradation de la matière organique, p. 89-99 Galway Ireland, 7 «Bootstrapping in ecosystems» BioScience 39 (4) 230-237 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 plusieurs modifications sur le sol, les contenus en nutriments, le pH, la qualité et les volumes de récoltes, rien n'est clair ou limpide pour autant. Dès lors, nous avons posé l'hypothèse que les mécanismes en cause pouvaient être d'origine forestière, mais sans que nous puissions les identifier à travers la littérature sous un vocable quelconque. Dès 1983, nous établissions le premier dispositif de recherche qui sera suivi de plusieurs autres en 1984, 1985, 1988 1990 et 1992, sur des sites différents avec des histoires de sites différentes. Ainsi, nous avons choisi, de concert avec notre collègue, le D r Marcel Goulet, un site de près d'un hectare, reconnu stérile depuis au moins 50 ans, mais entouré complètement de forêt assurant ainsi une abondance de semis pour la régénération naturelle. De petites parcelles de 2 à 4 m 2 y furent établies sur lesquelles ont été déposés entre 1,5 et 2 cm d'épaisseur de BRF sous la forme de litière ou en mélange avec les premiers cm. du sol, avec une parcelle témoin en continu au-dessus de chaque rangée. L'expérience agricole montrait que plusieurs paramètres telluriens étaient touchés pendant plus d'une année, toujours en montrant des améliorations physiques, chimiques et physico- chimiques. J'en déduisis que nous étions en présence d'une série de phénomènes biologiques influençant profondément tous les facteurs à la fois. L'hypothèse ainsi posée, toutes ces parcelles devaient être soumises aux mêmes conditions et aux mêmes influences, d'où l'obligation d'avoir de petites parcelles, séparées de moins d'un mètre chacune pour mieux évaluer les variations dans leur développement après l'application des traitements. 2-LES CRITÈRES D'ÉVALUATION Si les critères d'évaluation sont bien connus en agriculture, qu'ils soient basés sur la rentabilité, la productivité, l'état sanitaire des productions, etc. par rapport à la disponibilité in situ des nutriments, il en va tout autrement en milieu forestier. Plutôt que de nous perdre en vains efforts, nous avons pris la décision, dès le début, d'étaler nos observations sur une période minimum de 5 ans, 5 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 en mesurant la régénération et l'évolution des flores allochtones et autochtones propres aux peuplements de la région. Cette régénération s'est faite par comptage des plantes apparaissant dans les parcelles durant 5 ans, par opposition aux parcelles témoins qui ne furent mesurées qu'à toutes les deux années. En parallèle, nous avons pris des échantillons de sol en surface les deux dernières années pour tenter une première évaluation qui montrerait le résultat de la métabolisation des BRF, par rapport au témoin. Notre travail de 1989 8 est beaucoup trop long et complexe pour tenter d'en faire la synthèse, mais nous ferons référence le plus souvent possible aux données recueillies alors. 2.1- Le pH et l'accessibilité aux nutriments A titre d'exemple, regardons l'évolution du pH par rapport aux parcelles témoins de la quatrième à la septième année après le traitement aux BRF, pour s'assurer que le tout est bien métabolisé (tableau nº1) . On note que les valeurs exprimées la septième année sont à peu de choses près celles de la première année. Nous avons choisi de mesurer ce paramètre physico- chimique qui traduit un état d'équilibre entre les ions H + et OH - qui, à leur tour, sont responsables de nombreuses mises en disponibilité de nutriments ou de blocaque de ceux-ci comme dans le cas du phosphore. Les autres paramètres que nous avons choisis étaient directement liés aux résultats biologiques puisque le but de cette expérience était de trouver un moyen d'évaluer ce que nous estimions être la fin pratique et ultime: la reconstitution de l'écosystème forestier. La mesure de la régénération, dans le temps et dans l'espace à partir d'un site en milieu forestier, nous a semblé l'unique manière d'obvier à la panoplie des mesures de nutriments chimiques sous des formes quantitatives dont la rationalité forestière nous a toujours semblé des plus douteuses. 6 8 Lemieux, G. & Lapointe R.A. (1989) La régénération forestière et les bois raméaux fragmentés: observations et hypothèses» Département des Sciences Forestières, Université Laval, Québec, Canada, Canada 223 pages ISBN 2-550-21342-4. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Ainsi, le bois des tiges chez les arbres est fonction de l'activité de la photosynthèse sise dans la cime. Dans cette perspective, le bois est le résultat d'un excès de production, non pas de la production directe puisque, comme le souligne certains auteurs, la majorité de la production énergétique des arbres est dirigée vers l'écosystème hypogé 9 . Nous avons donc posé l'hypothèse que les BRF, en se «métabolisant», devaient nécessairement apporter des caractéristiques telluriennes propres à susciter d'autres niveaux de vie végétale plus caractéristiques de la forêt à venir qu'aux faciès actuels. Nous nous sommes donc astreints à compter et à identifier les semis qui apparaissent dans les parcelles discriminant positivement ceux des arbres, puis des arbrisseaux, (résineux et feuillus), des plantes forestières herbacées et finalement les plantes allochtones. 2.2- L'exemple de Picea glauca Voici donc les résultats obtenus des semis de Picea glauca après 6 années, illustrant à la fois le succès de la germination et également celui de la survie et de la croissance éventuelle. Les comptages de 1990 (tableau nº 2) montrent combien l'espèce prolifère . Évolution du pH après quatre années de métabolisation des BRF dans le sol par rapport à la parcelle témoin ________________________________________________ Parcelles (BRF) témoins '87 '88 '89 '90 résineux Larix laricina 4,0 5,3 5,1 5,0 4,7 Pinus resinosa 5,1 5,5 5,6 5,2 4,7 Pinus strobus 5,1 5,8 5.7 5,6 5,5 Thuja occidentalis 5,1 6,0 6,5 6,0 5,3 feuillus de transition Acer rubrum 5,1 5,3 5,2 5,2 4,9 Acer spicatum 5,0 5,5 5,4 5,1 4,8 Alnus rugosa 5,0 5,5 5,3 5,1 4,6 Amelanchier bartramiana 4,9 5,8 6,1 5,3 5,4 Betula populifolia 5,1 5,8 5,7 5,4 5,1 Cornus rugosa 5,1 5,5 5,4 5,3 5,0 7 9 Fogel, R, & Hunt G, [1983]), Meyer, J.R. & Linderman, R.G. [1986], Rambelli, A. [1973]), Reid, C.P.P., & Mexal, J.G. [1977], Vogt, K.A., Grier, C.C., & Meir, C.E. [1982], Whipps, J.M. & Lynch, J.M. [1986] Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Populus balsamifera 5,3 5,7 5,9 5,6 5,2 Populus grandidentata 4,9 6,1 6,5 5,7 5,6 Populus tremuloides 5,0 5,9 6,2 5,4 5,3 Prunus pensylvnica 4,9 5,5 5,5 5,2 5,1 Salix bebbiana 5,0 5,7 5,6 5,3 5,1 Salix lucida 5,1 5,2 5,5 5,1 4,9 Sambucus pubens 5,0 5,2 5,6 5,0 4,9 feuillus climaciques Betula alleghaniensis 5,0 5,1 5,1 5,0 4,8 Carpinus caroliniana 5,0 6,0 5,7 5,3 5,2 Fraxinus americana 4,9 5.5 5.7 5,0 4,9 Juglans cinerea 4,8 5,7 5,7 5,7 5,5 Prunus serotina 5,1 5,6 5,2 5,2 5,1 Quercus rubra 5,0 5,6 5,4 5,1 4,8 Tilia americana 5,0 5,0 5,8 5,4 5,0 Ulmus americana 5,0 5,6 6,1 5,2 5,2 Tableau nº 1 Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 2.3- Des remarques sur le comportement de Picea glauca dans les parcelles témoins. Si on examine attentivement les parcelles témoins, on s'aperçoit qu'aucune parcelle (tableau nº 2, première colonne) ne contient de semis de Picea glauca indiquant de ce fait, que le milieu était tout à fait impropre à la germination, bien que les semences furent abondantes toutes les années avec la proximité de nombreux semenciers. Par contre des recomptages de 1990 montrent la présence de semis de cette espèce alors qu'un autre comptage fit en 1995 montre que tous les semis sont disparus tout comme en 1983. ________________________________________________ Répartition des semis de Picea glauca de 1984 à 1990 sur les parcelles traitées avec 17 essences de BRF sur 19. _______________________________________________ 84 85 86 87 88 90 BRF résineux (2/4) Larix laricina 1 4 8 Pinus resinosa 1 1 feuillus de transition (9/13) Acer rubrum 2 2 Acer spicatum 2 3 3 Alnus rugosa 3 10 15 Betula populifolia 4 7 6 Cornus rugosa 1 2 4 5 Populus grandidentata 1 0 8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Prunus pensylvanica 1 1 Salix lucida 1 2 Sambucus pubens 2 1 feuillus climaciques (6/8) Carpinus caroliniana 8 21 28 Fraxinus americana 2 2 3 Juglans cinerea 3 4 Prunus serotina 1 2 Quercus rubra 1 4 4 5 Tilia americana 4 7 13 Tableau nº 2 Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 Sur les 25 essences de BRF, seulement 10 montraient des semis dans leurs parcelles témoins. Un recomptage en 1995 montre que tous les semis sont disparus alors que ceux des parcelles traitées continuent à se maintenir et à progresser. Ce comportement erratique des semis montre bien que le milieu est biologiquement instable en permanence et que le succès à la germination n'en est pas un gage de persistance. Nous n'avons pas cru bon introduire les données de 1984 et celles de 1995 parce qu'elles sont nulles, seul le relevé de 1990 montre un succès de germination qui sera complètement annulé en 1995, tout comme en 1984. Répartition des semis de Picea glauca dans les parcelles témoins en 1990. ________________________________________________ BRF Résineux (2/4) Larix laricina 8 Pinus resinosa 1 Feuillus de transition (5/13) Acer rubrum 2 Acer spicatum 3 Cornus rugosa 2 Populus grandidentata 2 Salix lucida 2 feuillus climaciques (3/8) Fraxinus americana 3 Quercus rubra 4 Tilia americana 1 Tableau nº 3 Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 9 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 2.4- Abies balsamea: l'instabilité de la survie des semis et le peu de réceptivité des parcelles Par opposition à Picea glauca, il est intéressant de suivre le comportement du sapin qui montre une impossibilité de s'établir, bien que les semenciers, encore une fois soient, abondants et bien pourvus de semences. Répartition des semis d'Abies balsamea dans les parcelles de 1984 à 1990 BRF 84 85 86 87 88 90 résineux (0/4) - - - - - - feuillus de transition (2/13) Alnus rugosa 1 1 0 Cornus rugosa 2 1 1 2 feuillus climaciques (4/8) Betula alleghaniensis 1 1 1 Carpinus caroliniana 1 1 1 0 Quercus rubra 2 1 1 1 Tilia americana 2 2 4 Tableau nº 4 Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 Les parcelles faites de résineux ne permettent pas après 7 années l'installation du sapin, bien qu'au début de la période de végétation des semis germent mais meurent aussitôt. Ce phénomène sera abondamment noté toutes les années puisque la présence de sapins dans la forêt environnante assure tous les ans une quantité importante de nouvelles graines. Le tableau nº 4 montre cette instabilité même pour les plantules qui ont réussi une première année de croisssance, les valeurs finales étant inférieures aux premières (Alnus rugosa, Carpinus caroliniana and Quercus rubra) Nous en tirons une première conclusion voulant que: La biologie et la biochimie des sols ainsi structurés par les BRF ne sont que peu aptes à la croissance du sapin après germination pour des raisons variables qu'il faudra approfondir. 10 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 _______________________________________________ Fluctuation du nombre de semis de feuillus, toutes espèces confondues, dans les parcelles de 1984 à 1990 _______________________________________________ BRF 84 85 86 87 88 90 résineux(1/4) Pinus strobus - 1 1 1 1 1 feuillus de transition ( 8/13) Acer rubrum 1 0 0 0 Acer spicatum 1 1 1 Alnus rugosa 2 2 7 7 6 Amelanchier bartramiana 3 2 1 Betula populifolia 1 1 1 1 2 2 Cornus rugosa 21 22 20 15 Populus tremuloides 1 0 3 1 1 2 Sambucus pubens 1 0 0 0 0 feuillus climaciques (6/8) Betula alleghaniensis 1 1 1 Carpinus americana 1 0 4 7 6 3 Fraxinus americana 1 2 2 2 3 Quercus rubra 3 2 21 9 17 9 Tilia americana 1 4 0 1 3 Ulmus americana 1 3 3 3 6 Tableau 5 : Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 2.5- Les feuillus engendrent les feuillus Si le sapin montre une instabilité caractérisée dans son inaptitude à coloniser les nouveaux sols, voyons ce que sera le comportement des feuillus toutes espèces confondues dans les mêmes conditions. Tout comme dans le cas des semis de sapins, les parcelles de résineux se montrent tout à fait réfractaires à la germination et la croissance des feuillus, même de transition. Par contre les feuillus de transition montrent une plus grande permissivité à la germination et la croisssance des feuillus (tableau nº 5) qui seront toutes des essences de transition sans exception (tableau nº 6); aucun feuillu climacique n'apparaîtra dans les parcelles. Fait intéressant, les parcelles, faites d'essences dominantes provenant de peuplements climaciques riches à tous points de vue, montreront un plus grand nombre de semis et de plusieurs espèces différences. Nous en tirons donc la conclusion suivante: Les parcelles ayant reçus des BRF de feuillus sont plus aptes que celles de résineux mais montrent quand même une instabilité dans l'évolution des individus et des populations. D'autre part, les 11 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 parcelles ayant reçus des BRF de feuillus climaciques dominants montrent une plus grande tolérance à la germination et la croissance des feuillus. 2.6- La permissivité des parcelles Le tableau nº 6 montre sans trop d'ambiguïté que les résineux sont réfractaires à la germination de feuillus après 7 années sauf Pinus strobus souvent intégré aux forêts feuillues climaciques. Les essences de transition seront plus permissives à l'installation, tant des résineux que des feuillus, mais dans des proportions moindres que dans le cas des feuillus climaciques. Nous en tirons les conclusions suivantes: Larix laricina donne les parcelles les plus réceptives aux résineux chez ces derniers, alors que les feuillus de transition donneront des parcelles réceptives à la fois aux résineux et aux feuillus, mais montrant toujours une certaine instabilité. Les essences dominantes provenant de peuplements climaciques sont également permissives aux résineux et aux feuillus mais dans aucun cas, une essence climacique n'est apparue dans les parcelles . ________________________________________________ Répartition des semis en fonction des diverses essences fragmentées de 1984 à1990 ________________________________________________ BRF résineux feuillus de transition feuillus climaciques résineux Larix laricina 8 - - Pinus resinosa 1 - - Pinus strobus - 1 - Thuja occidentalis - - - feuillus de transition Acer rubrum 2 2 - Acer spicatum 3 2 - Alnus rugosa 15 8 - Amelanchier bartramiana 2 - - Betula populifolia 6 3 - Cornus rugosa 7 18 - Populus balsamifera 4 1 - Populus grandidentata - - - Populus tremuloides 3 2 - 12 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Prunus pensylvanica 1 2 - Salix bebbiana 1 1 - Salix lucida 5 - - Sambucus pubens 1 2 - feuillus climaciques Betula alleghaniensis 1 1 - Carpinus caroliniana 28 8 - Fraxinus americana 3 3 - Juglans cinerea 4 - - Prunus serotina 2 1 - Quercus rubra 7 15 - Tilia americana 17 5 - Ulmus americana 1 6 - Tableau 6 : Extrait de Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) 10 3- LES PREMIÈRES DÉDUCTIONS ET COMMENTAIRES Comme les premières expériences agricoles 3 avaient démontré hors de tout doute des améliorations de rendements, une modification de la structure du sol, une réduction ou une modification de la flore adventice, une réduction de l'importance des maladies fongiques et des insectes parasites, nous en avions tiré la conclusion que nous étions en face d'un phénomène biologique, non pas chimique ou physique. Les résultats observés dans l'expérience forestière de régénération ne firent que renforcer cette conviction. Nous en avons déduit que les mécanismes régissant la pédogénèse étaient d'origine biologique et devaient obligatoirement avoir des origines lointaines dans le temps. Des revues consécutives de littérature scientifique nous convainquirent davantage que nous entrions dans un champ de la science et de la technique qui n'avait fait l'objet que de peu de souci et de curiosité, bien qu'il fusse à la base de l'existence de la vie sur terre sous la forme que nous la connaissons actuellement. Nous étions, sans l'ombre d'un doute, en face d'un phénomène naturel qui fait l'objet de recherche depuis plusieurs décennies portant sur l'aggradation 11 plutôt que la dégradation, c'est à dire la baisse de productivité, de diversité et d'activité biologique. Nous en avons déduit que nous étions en présence d'un phénomène 10 Guay, E., Lachance, L., Lapointe, R.A. & Lemieux, G. (1991) «Ensemble des données sur le dispositif "Moulin" de1984 à 1991. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux. Départementdes Sciences Forestières, Université Laval, 212 pages. 13 11 Néologisme qui indique à la fois une augmentation de diversité, de productivité et d'activité. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 d'aggradation, d'origine forestière, permettant éventuellement de réintroduire les mécanismes de contrôle de la fertilité et de les maintenir actifs. Ceci étant dit, nous étions loin d'en comprendre les tenants et les aboutissants, d'autant plus que la littérature était à toute fin pratique muette à la fois sur le bois raméal et sur les mécanismes biologiques régissant la fertilité, nous nous voyons confrontés à devoir expliquer ce que nous mesurions. Le phénomène était d'autant plus troublant que les mécanismes continuaient à se maintenir, voire même prendre de l'ampleur en fonction du temps. Il nous aura fallu plus de 6 ans de recherche avant de pouvoir entrevoir les mécanismes à la fois biologiques, biochimiques et chimiques qui sont à la base de la pédogénèse, elle-même le résultat des rétroactions entre les écosystèmes épigé et hypogé 7 . 3.1- Nous sommes des prisonniers intellectuels du productivisme. Nos réflexions ont porté plus d'une fois sur les raisons pour lesquelles la presque totalité de la littérature forestière et agricole était destinée à comprendre comme il était possible d'augmenter les rendements en évitant les pertes, méthode comptable s'il en est une. En examinant la terminologie utilisée en foresterie, il devient évident que les prémices agricoles y sont, de même que les techniques. Les termes de «matière organique», fertilisants, pesticides, fongicides, «maladies» virales, bactériennes, fongiques, «ennemis des forêts» épidémies d'insectes, récolte de semence, pépinières, plantations, tous ayant une connotation agricole à un niveau ou un autre. Il faut comprendre que cette approche est d'origine anthropocentrique et que peu a été consenti à l'étude des mécanismes régissant les écosystèmes forestiers hormis la chimie, la physique, la physico-chimie, puis les champs de connaissances ancillaires comme la physiologie, la génétique, la botanique, la mycologie, l'entomologie, etc... 14 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 3.2- La pédogénèse, un ensemble de mécanismes universels d'abord d'origine forestière Si nous obtenions des résultats permettant d'augmenter la productivité sans apports d'engrais ou fertilisants tout en modifiant la structure et les composantes biochimiques, il nous fallait donc poser la question en terme de mécanismes universels. Nous avons donc posé l'hypothèse que bien que l'homme considère l'agriculture comme la source économique de la vie, la réalité historique est toute autre, l'agriculture ayant utilisé les mécanismes biologiques de la fertilité pour lui substituer par la suite ses mécanismes uniquement chimiques. Les réalité ayant été ainsi modifiées au profit du productivisme, l'agriculture s'attaque maintenant à la modification génique des plantes après leur avoir imposé les modifications génétiques contrôlées. Il devient ainsi évident que les techniques dévelopées jusqu'ici tant par l'agriculture que la foresterie qui les copient le plus servilement possible, sont des techniques productivistes qui ne font en rien appel aux mécanismes fondamentaux, mais bien au contraire veulent les court-circuiter pour un plus grand gain immédiat. Ces deux approches font appel à une instabilité croissante plutôt qu'au maintien ou à l'augmentation de la métastabilité à laquelle aspire tout écosystème 12 Ceci permet donc d'envisager l'introduction des BRF comme agent d'aggradation, non pas par apport uniquement de nutriments chimiques, mais surtout par apport d'une plus grande stabilité de l'écosystème tellurien. Nous touchons ici tout le débat de la physique actuelle, et en particulier, de la thermodynamique avec les travaux de Prigogine 13 . Ainsi, du monde chimique et productiviste, nous voici plongés dans un des plus importants débats de la physique et de la philosophie de ce millénaire dont les théories du chaos et du "big bang" sont issues. 15 12 Godron, M. & Lemieux G. (1996) «Les cycles de la "matière organique forestière"» in Lemieux «Rapport des missions internationales de 1996...» pp 166 à 185. ISBN 2-921728-22-2. 13 Ilya Prigogine, prix Nobel de Chimie et père de la thermodynamique hors équilibre modifiant l'interprétationdes lois de Newton et d'Einstein. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 3.3- L'universalisme de la pédogénèse nous convie sous les tropiques. En raisonnant sur les résultats obtenus sur les différentes parcelles et ceux obtenus quelques années auparavant, nous en sommes venus à la conclusion qu'il nous fallait faire quelques expériences sous les tropiques pour faire la démonstration des mécanismes en cause et de leur efficacité où ni l'eau ou ni la chaleur ne pouvaient être un frein à la manifestation de ce que nous pensions pouvoir obtenir en termes de rendements et de contrôles. C'est au Sénégal, en Afrique, que nous faisons les premiers essais dès 1992 14 et en République Dominicaine en 1994 15 . Les premiers résultats qui nous proviennent, montrent au niveau agricole, qu'ils sont les mêmes que ceux que nous avons obtenus. Quant au côté forestier. nous n'avons pas été en mesure de convaincre des institutions sauf la Falconbridge Dominicana, mais qui a tout raté en ne respectant pas certaines techniques. Une revue de la littérature récente et les résultats que nous obtenons de çi de là nous permettent des raisonnements, des hypothèses voire des conclusions. Ils tissent la trame de fond de la pédogénèse et renforcent notre conviction profonde sur l'origine forestière tropicale de tous les mécanismes pédogénétiques. Toutefois, dès les débuts de l'expérimentation, Guay, E., Lachance, L., et Lapointe R.A. (1982) 3 , notèrent que lorsque que la proportion de 20% de BRF de résineux était dépassée, la fertilité diminuait et que l'utilisation de BRF de résineux uniquement n'engendrait pas d'augmentations de rendement; au contraire on notait une diminution de ces derniers. C'est ainsi que fut posée la question de savoir ce que pouvait bien être la différence entre les conifères et les feuillus, puisqu'à l'analyse chimique, ces différences étaient difficilement perceptibles. 16 14 Lemieux, G (1993) «Rapport de mission au Sénégal du 5 au 15 décembre 1992 pour le compte de l'Agence Canadienne de Développement International» Université Laval, 25 pages. 15 Lemieux, G. & Marcano, J. (1994) «Informe sobre la mision realizada en la República Dominicana del 24 abril al 8 mayo 1994» Université Laval ISBN 2-921728-06-0 -1994. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 4- LA COMPOSITION ORGANIQUE DU BOIS ET SON APPORT À LA MÉTASTABILITÉ PAR LA VOIE DE LA PÉDOGÉNÈSE Avant de plonger dans la complexité des problèmes que nous voulons traiter le plus directement et le plus simplement possible, voyons de quoi le « bois», tel que nous l'avons toujours conçu, se présente. Il est notoire et connu depuis fort longtemps que les sciures, écorces et autres «déchets» de bois ont une incidence négative sur le sol, même en milieu forestier où ces résidus ne génèrent aucune fertilité. La tradition industrielle forestière veut que ces résidus n'aient qu'une valeur négative et que plus vite ils disparaissent mieux c'est. Non seulement, avons-nous une différence entre le bois caulinaire 16 et le bois raméal 17 , mais nous avons une grande différence entre les sols générés par les résineux et les feuillus. Tous les travaux que nous avons consultés dans la littérature montrent que les plantes en général sont composées de celluloses, d'hémicelluloses et de lignine. C'est le résultat de la synthèse du glucose. Chez les arbres, la photosynthèse donnera ces trois produits associés en un continuum, sous la forme de stockages énergétiques. L'une des conséquences physiques est la rigidité des tiges avec un accroissement en diamètre au fil des ans. Il faut ajouter ici que le bois des arbres est pourvu de très peu de nutriments, mis à part ceux du cambium, confinant le bois dans un rôle physique de soutien et de transport, plutôt que biologique et dynamique. Ainsi, toutes choses étant égales par ailleurs, un seul des constituants fondamentaux montre une variation importante dans sa structure: la lignine. C'est l'une des macromolécules naturelles des plus complexes et la moins bien connue, parce qu'elle a été perçue jusqu'ici comme un sous produit inutilisable et responsable d'un 16 Néologisme qui désigne le bois de tige ou de tronc, dont la lignine est hautement polymérisée et souvent associé à des écorces contenant des polyphénols, tanins résines avec des taux de maganèse souvent toxiques pour les divers niveaux microbiologiques avec un ratio C/N variant de 400 à 700/1 17 17 Néologisme désigné le plus souvent sous trois lettres BRF -Bois Raméal Fragmenté à cause de la technique de cyclage biologique utilisée. Il s'agit en partie d'une définition arbitraire voulant que le tiges ayant un diamètre supérieur aient une utilisation comme bois de feu: les rameaux ne doivent pas dépassé 7 cm de diamètre. Ces BRF contiennent la presque totalité des nutriments chimiques et biochimiques de l'arbre avec un rapport C/N variant de 30 à 150/1 en plus d'avoir un taux de lignine supérieur au bois caulinaire et souvent sous forme de monomères. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 grand nombre de pollutions des cours d'eau. Nous reconnaissons cependant que les Gymnospermes (conifères), les Dicotylédones et les Monocotylédones renferment des lignines différentes. Elles se présentent sous la forme de cycles aromatiques symétriques possédant deux groupements méthoxyles (OCH 3 ) ou lignine syringyle, propre aux Dicotylédones, tandis que chez les Conifères, cette lignine est asymétrique avec un seul groupement méthoxyle ou lignine gaïacyle. Les Monocotylédones représentent un mélange des deux types auquel s'ajoute un troisième avec une absence totale de ces groupements méthoxyles sur les cycles aromatiques. 4.1- Une première liaison avec la genèse des sols Il va de soi que les feuillus Dicotylédones donnent des sols brunisoliques, avec une structure élaborée et stable, basée sur la présence d'agrégats. Une grande biodiversité apparaît au sein de la microfaune et de la microflore du système hypogé et de la macroflore du système épigé. Inversement, les forêts conifériennes possèdent des sols podzolisés avec la précipitation du fer dans les horizons inférieurs et une accumulation de tissus végétaux en surface. C'est le signe d'une grande difficulté à cycler convenablement les nutriments causée par de nombreux blocages. La biodiversité du sol est moins grande, surtout celle de l'écosystème épigé, toujours très réduite en espèces. Il y a donc deux types fondamentaux de contrôle de l'écosystème: le premier est basé sur la «mégabiodiversité» et le second sur l'«oligobiodiversité». Pour ce qui est du troisième type de sol développé par les Monocotylédones, il contient le plus souvent des agrégats de couleur sombre, mais souvent instables à l'eau; il n'apparait que dans des régions à faible pluviométrie (steppes, pampas, prairies américaines, etc.). L'accumulation des tissus végétaux est plus grande que la combustion biologique à cause d'une raréfaction de l'eau disponible pour la transformation. Ce sont des sols fertiles, mais fragiles, qui se dégradent lors de leur utilisation agricole et qui ne supportent que des concentrations de peuplements humains moins conséquents au point de vue démographique. 18 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 4.2- Une estimation des volumes de BRF produits: certainement des milliards de tonnes annuellement Toutefois, nous avons été dans l'impossibilité de trouver une description et une appellation pour une partie extrêmement importante des arbres et arbustes que représentent les branches. Ces branches sont le siège de la photosynthèse et de l'élaboration des tissus à partir des molécules de glucose. Une vague estimation de la production de ces rameaux montre des milliards de tonnes annuellement de par toute la planète. Au Québec seulement, il est vraisemblable que la production soit de l'ordre de 100 000 000 de tonnes vertes annuellement, en prenant les chiffres donnés par le programme ENFOR, auxquels on ajoute une estimation de la productivité des arbustes. Dès 1986, nous avons proposé le terme de bois raméal pour ce matériau biologique qui, jusqu'ici, avait été traité comme un déchet industriel ou une nuisance. Ce bois raméal contient en outre des celluloses, hémicelluloses et lignines, de très nombreuses protéines, tous les acides aminés, presque tous les types de sucres et amidons, en plus de polysaccharides intermédiaires. Il faut ajouter un nombre incalculable de systèmes enzymatiques, d'hormones, mais surtout de polyphénols, huiles essentielles, terpènes, tanins et autres..., associés à divers degrés à tous les nutriments nécessaires à la synthèse et à la régulation de la vie. Parmi tous ces produits, beaucoup sont extrêmement fragiles comme les enzymes, les acides aminés et plusieurs types de protéines. D'autres produits seront des sources énergétiques immédiates comme les sucres, suivis des celluloses et des hémicelluloses. Reste la lignine, molécule tridimensionnelle, l'une des plus compliquées que la nature a édifiée qui sera une source d'énergie importante, mais d'accès difficile, puisque cette énergie est contenue dans des cycles aromatiques que peu d'êtres vivants sont aptes à dégrader pour en tirer bénéfice. Parmi ceux-là, on compte les Protozoaires et les bactéries, mais les plus importants sont des fungus du groupe des Basidiomycètes. Nous en avons déduit que la différence majeure reposait sur la structure de la lignine, conduisant 19 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 à des différences fondamentales dans le fonctionnement des mécanismes de dépolymérisation. 4.3-Les dérivés de la lignine: polyphénols, acides aliphatiques, terpènes.... les bases mêmes de la formation des sols et de leur dynamique. Il y a près d'un siècle déjà que des hypothèses sont émises concernant le rôle majeur de la lignine dans la pédogénèse. Les travaux des dernières décennies n'ont pas touché cet aspect, mais plutôt une meilleure connaissance de cette molécule pour accélérer sa dégradation en tant que polluant. Dans cette optique, il y a une dizaine d'années que des travaux se poursuivent et qui ont abouti à plusieurs constatations et conclusions quant à la structure de cette dernière et surtout ses modes d'évolution avec des auteurs comme Erikson, Blanchette, & Ander, [1990] 18 , ainsi que Rayner, & Boddy, [1988] 19 . Ici le rôle des champignons Basidiomycètes devient primordial dans la dynamique de la transformation; également celui des bactéries mais qui ne conduisent le plus souvent qu'à la décomposition uniquement. Depuis le glucose, il y a formation d'alcool coniférylique qui donnera d'abord une lignine sous la forme de monomères qui se polymérisera de plus en plus par la suite. Les noyaux benzéniques seront les plus importants au point de vue structure et contenu énergétique: ils deviendront les principaux éléments de la structure stable du sol. Il va de soi que cette structure moléculaire, même très polymérisée, peut subir de nombreuses transformations en donnant des polyphénols, des acides gras, des huiles essentielles, des terpènes, des tanins, etc. Ils ont tous des effets perceptibles sur le métabolisme de la plante et des différents paramètres des chaînes trophiques. 20 18 Erikson, K. E. L., Blanchette, R. A. & Ander, P. (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components». Spingler-Verlag, Berlin, 407 pp. 19 Rayner, A. D. M & Boddy, Lynne (1988) «Fungal Decomposition of Wood». John Wiley & Sons. 597 p. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Ainsi, les tanins, associés aux protéines dans le processus de brunissement des feuilles, préviennent la dégradation de ces dernières et la perte de nutriments précieux. Par contre, seules quelques bactéries, le plus souvent associées à la micro ou mésofaune du sol, possèdent les systèmes enzymatiques propres à dégrader ces tanins pour libérer les protéines et leurs nutriments chimiques. Nous entrons ainsi dans le cyclage des nutriments par le biais des dérivés de la lignine, alors que nous sommes encore largement convaincus que nous devons comprendre et améliorer la nutrition des plantes: il nous faut d'abord décoder la nutrition du sol et les répartiteurs de l'énergie et des nutriments. 4.4- La connaissance de la lignine et de la pédogénèse se manifeste par l'étude des phénomènes de décomposition et de dégradation La presque totalité de la littérature scientifique jusqu'à ce jour ne traite que de l'évolution de la lignine et de la cellulose à travers les filtres de la dégradation du bois. Bien qu'unanime, cet aspect des choses a grandement entravé notre démarche scientifique dans la compréhension des mécanismes pédogénétiques. Ceci ne nous a pas empêchés de croire que nous étions sur une piste particulièrement féconde pour la compréhension d'une série d'expériences mises en marche entre 1978 et 1986, avec des résultats inexplicables alors. Nous avons été acculés à devoir expliquer ce que nous observions et mesurions. Ceci a été consigné dans de nombreuses publications en particulier par les auteurs qui suivent:Guay, Lachance, Lapointe [1982] 3 , Lemieux, & Lapointe [1985] 4 Lemieux, & Lapointe, [1989] 20 , Lemieux, & Lapointe, [1990] 21 , ainsi que Lemieux, & Toutain, [1992] 22 . 21 20 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1989) «La régénération forestière et les bois raméaux fragmentés: observations et hypothèses». Département des Sciences Forestières de l'Université Laval, Québec, 223 pages. ISBN2-550-21342-4. Publication no. ER89-1276. 21 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1990) «Le bois raméal et la pédogénèse: une influence agricole et forestière directe». Département des Sciences Forestières, Université Laval et Ministère de l'Énergie et des Ressources (Forêts) Québec. 35 pages. ©ISBN 2-550-21267-3. 22 Lemieux, G. & Toutain, F. (1992) «Quelques observations et hypothèses sur la diversification: l'aggradation des sols par l'apport de bois raméal fragmenté». Université Laval, 13 pages ISBN 2-550-26541-6. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 5- «MATIÈRE ORGANIQUE» UN TERME SANS CONCEPT NI DÉFINITION POSSIBLE 5.1- Les premières références à l'humification Après quelques années, comme les modifications apparues sur la structure et le couleur du sol se maintenaient, nous avons conclu que nous intervenions sur les mécanismes pédogénétiques, l'apport des matières traditionnelles ne reposant sur aucun principe scientifique, si ce n'est la minéralisation 23 . Nous venions de toucher la source même des principes d'humification 24 qui devait nous propulser dans un monde méconnu, et souvent inconnu, auquel nous aurions désormais accès, portant sur la pédogénèse fondamentale d'origine forestière qui aura des échos importants sur le productivisme agricole. Petit à petit, nous dûmes réaliser que nous faisions face à la possibilité de pénétrer à l'intérieur de ce monde biologique qui préside à la formation des sols. L'apport du bois raméal nous permettra à long terme de comprendre comment fonctionne l'écosystème hypogé et quelle est la dynamique biologique qui, associée à la géologie, aux lois de la physique, de la chimie minérale et biochimique, régit un monde obscur et méconnu, sauf sous l'angle chimique. 5.2- L'évolution de la compréhension actuelle Jusqu'ici, dans l'incapacité de comprendre les mécanismes qui régissent le sol, nous nous sommes confinés à interpréter le tout sous l'angle du contrôle chimique avec l'apport des fertilisants, des amendements, etc. Poussant plus avant le raisonnement, nous en sommes venus à considérer le sol comme un simple support physique. Le pas suivant fut de l'éliminer, pour utiliser les fertilisants en solution pour les cultures hydroponiques. 22 23 Terme largement inspiré par l'agiculture par lequel on qualifie les processus qui visent à transformer en produits chimiques purs les contenus de substances végétales ou animales, qui serviront d'«engrais» pour la culture qui suivra. 24 Ensemble de mécanismes par lesquels le sol se structure physiquement et biologiquement donnant ainsi naissance à l'humus. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 5.3- Décomposition et dégradation: une évocation par la négative De là à penser que percevoir et mesurer les tissus végétaux dans le sol comme étant une transition vers la libération de substances chimiques pour la croissance des végétaux, il n'y avait qu'un pas qui a été franchi il y a bien longtemps. Ce concept de "matière organique" est ainsi associé à un intrant chimique, tout en permettant de maintenir certains paramètres physiques comme le contrôle de l'atmosphère du sol, l'élimination des gaz résultant de l'activité microbiologique, toujours associée aux mécanismes de décomposition. Comme quoi, seule la notion de fertilisant et particulièrement l'azote, est reconnue. 5.4- La notion de bois raméal une ouverture vers de nouvelles connaissances sur la pédogénèse Plus tard nous avons donc posé l'hypothèse que le bois raméal pouvait être une entrée privilégiée dans l'étude et la compréhension de la formation du sol et de la dynamique qui le caractérise, considérée avant tout comme étant la distribution de nutriments chimiques pour la croissance des plantes. Ce n'est que dix années plus tard que nous avons commencé à comprendre les tenants et les aboutissants des mécanismes en place, de leur évolution, voire de leur effondrement. Bien que dans la décennie qui précède, il y ait eu plusieurs publications importantes sur les mécanismes biologiques liés à la dynamique des nutriments, un premier essai compréhensif de synthèse apparaissait (Perry, Amaranthus, Borchers & Borchers, et Brainerd [1989]) 25 . Cet important travail de l'école de Corvallis, aux USA, fut orienté sur le comportement des divers niveaux biologiques, dont les mycorhizes et leurs effets étaient le point central d'expérimentation, de synthèse et de compréhension. 5.5- La régie chimique et biologique des nutriments Ces travaux de l'école de Corvallis 24 , aussi remarquables furent-ils, portaient avant tout sur une tentative d'explication de 23 25 Perry, D. A., Amaranthus. M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.E. (1989) «Bootstrapping in Ecosystems» BioScience 39 (4): 230-237. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 l'importance d'un seul niveau, qui est celui de la vie, dans un esprit de compétition et de complémentarité, ce qui était à l'époque l'unique avenue de compréhension de notre monde. L'arrivée du bois raméal nous permit alors, de forcer la réflexion sur d'autres plans tant forestiers qu'agricoles, alors que nous étions persuadés de détenir pour une première fois, une entrée magistrale dans ce monde complexe et fondamental de notre économie qu'est le sol. Il préside à la régie des nutriments, mais également à un nombre effarant de formes de vie avec ses innombrables niches, en permettant la vie sous toutes ses formes depuis les virus jusqu'aux mammifères les plus évolués. C'est également la "banque", le "régisseur" et le "moteur" de la vie terrestre. Il en va de même de tous les nutriments chimiques et biochimiques issus de la synthèse ou la rétrosynthèse de composés polyphénoliques, le plus souvent dérivés de la lignine, princiaux composants de ce que nous connaissons actuellement de l'humus, et des fractions humiques et fulviques. 5.6- Les raisonnements que nous suggère la logique Les observations et mesures précitées doivent trouver des explications sur des angles multiples et à divers niveaux. Les résultats et implications sont trop nombreux pour qu'il n'y ait de concordance sur les points fondamentaux, tant physiques, chimiques que biologiques. Paradoxalement, si nous avons un ensemble cohérent, il devrait y avoir une face incohérente, faute de quoi nous serions en face d'un système rigide donnant toujours les mêmes résultats. Pour poser les bonnes hypothèses de travail, il faut les deux côtés de la médaille. Les nombreuses rencontres et discussions dans plusieurs pays, tout comme les lectures de travaux sur la question à travers le monde, nous ont convaincus que nous nous attaquions à un domaine inexploré sous l'angle de la pédogénèse à partir d'apriorismes forestiers. Plus encore, l'utilisation et les effets notés en milieu forestier nous indiquent que l'application de BRF a une influence importante sur le comportement de l'écosystème, avec une emphase particulière sur la germination et la compétition des plantes. 24 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 5.7- La logique de la fragmentation Depuis fort longtemps, tous étaient convaincus que le fait de retourner au sol les rameaux et les feuilles des arbres était bénéfique au sol, mais sans avoir eu la possibilité d'en mesurer les effets. En réalité, peu se soucient de la chose et n'espèrent que la disparition de cette "nuisance" que représentent les branches et autres déchets d'exploitation. J'en veux pour preuve l'exportation de ces branches hors de la forêt, abattue pour cause de rentabilité accrue sujet sur lequel Freedman B, [1990] in Lemieux G.[1991] 26 a travaillé. La fragmentation des rameaux nous apparaît au début comme une simple nécessité technique permettant la manipulation, l'épandage et le travail du sol. Elle s'est avérée toute autre par la suite, lorsqu'on a commencé à comprendre les mécanismes en cause. Nous l'avons assimilée plutôt à la mastication chez les animaux permettant une attaque enzymatique bien plus efficace. 6- L 'ASSOCIATION NUTRIMENTS ET ÉNERGIE = NOURRITURE. 6.1- Les différences entre compostage et pédogénèse La notion de nourriture implique l'association de deux aspects que sont l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le système et celle des composantes chimiques (fertilisants) et leurs intermédiaires biochimiques (protéines, acides aminés, sucres, cellulose etc.) Très tôt, il nous a fallu dériver des concepts traditionnels menant directement à la minéralisation, c'est-à-dire la dissociation entre l'énergie et les nutriments. Ainsi, le traitement des matières organiques d'origine animale ou végétale a trouvé une technique de traitement privilégiée avec les systèmes de compostage. Ici, la dissociation énergie-nutriments se fait par fermentations bactériennes et fongiques thermophiles, avec une dissipation de l'énergie thermique et la récupération des nutriments et des résidus organiques, dominés par des lignines dégradées et des sous-produits polyphénoliques. Il s'agit ici d'une combustion enzymatique mais qui comporte de nombreuses analogies avec la combustion par le feu 25 26 Lemieux, G. (1991) «La perte de nutriments par la récolte des grumes: une absurdité» traduction et commentaires de B. Freedman:«Nutrient Removals during Forest Harvesting: Implications for Site Fertility» traduction en langue française et commentaires publication nº 20 ISBN 2-550--22280-6. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 (Kirk, T.K & Farrell, R.L. [1987]) 27 . La pédogénèse est aux antipodes du compost et donne une structure organique ou organo-minérale au sol en stimulant la biodiversité des chaînes trophiques 6.2- Les principes qui sous-tendent la nécessité de la fragmentation Si l'évidence de l'efficacité de la transformation des BRF devenait de plus en plus indiscutable, les principes de base nous échappaient toujours. Ce n'est qu'en 1989 que nous saisîmes pour la première fois les mécanismes présidant à la libération d'énergie, tout en conservant des parties importantes de la lignine, c'est-à-dire les noyaux benzéniques hautement énergétiques. Au début de la décennie 80, plusieurs auteurs, tant en Amérique qu'en Asie et en Europe, publièrent d'importants travaux portant sur la lignine, sa structure et sa dégradation par voie enzymatique. Les principaux travaux sont ceux de Kirk & Fenn [1982] 28 , Tien & Kirk, [1983] 29 , Lewis, Razal, & Yamamoto [1987] 30 Leisola, & Waldner [1988] 31 Leisola & Garcia, [1989] 32 et Leatham & Kirk [1982] 33 . Toutefois, nous avons été frappés par l'orientation donnée à ces recherches: elles portaient uniquement sur la compréhension des mécanismes de dégradation, dont les buts non avoués étaient l'utilisation et l'élimination de la lignine, l'un des pollueurs importants dans l'industrie des pâtes et papiers. Cette approche "négative" à la compréhension de la lignine n'était pas sans valeur, et tout à fait logique dans l'esprit de notre société industrielle qui utilise les capitaux générés à sa propre croissance, laissant de côté tout ce qui peut entraver la possibilité de réaliser des profits. 26 27 Kirk, T. K. & Farrell, R. L. (1987) «Enzymatic combustion: The microbial degradation of lignin». Ann. Rev. Microbiol. 41: 465- 505. 28 Kirk, T. K. & Fenn, P. (1982) «Formation and action of ligninolytic system in Basidiomycetes). in: Decomposer Basidiomycetes: their Biology and Ecology (Franklin, J.C., Hegger, J.N. & Swift, M.J. éditeurs) p. 67-90, Cambridge Univ. Press. 29 Tien, M., & Kirk, T. K. (1983) «Lignin-degrading enzyme from Hymenomycete Phanerochæte chrysosporium» Burds. Science 221: 661-663. 30 Lewis, N. G., Razal, R.A. & Yamamoto, E. (1987) «Lignin degradation by peroxidase in organic media: a reassessement». Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 7925-7927. 31 Leisola, M., & Waldner, R. (1988). «Production, characterization and mechanism of lignin peroxidases». In: Zadrazil, F., Reiniger, P. éditeurs., Treatment of lignocellulosics with white rot fungi. Elsevier Appl. Sci. Pub, New York. p. 37-42. 32 Leisola, M. S. A & Garcia, S. (1989) «The mechanism of lignin degradation» in Enzyme systems for lignocellulose degradation.- Atelier tenu à Galway, Irlande dans le cadres de la Communauté économique européenne Publié par Elsevier Applied Science pp.89- 99 33 Leatham, G. F. & Kirk, T.K. (1982) «Regulation of lignolytic activity by nutrient nitrogen in white-rot basidiomycetes». FEMS Microbiol. Lett 16: 65-67. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 6.3- La production des fractions fulviques et humiques Le travail qui nous a menés sur la piste de la compréhension a été sans contredit celui du finlandais Leisola et du français Garcia [1989] 31 . Ils expliquèrent la mécanique enzymatique responsable de la dépolymérisation de la lignine. C'est la production de deux macromolécules, l'une de faible poids moléculaire que nous avons assimilée à l'acide fulvique et l'autre de poids bien plus élevé que nous avons reconnue comme étant l'acide humique. Plus intéressant encore, ils précisent que, sous l'action d'une enzyme spécifique, la lignoperoxydase dépendante du manganèse, la plus grosse molécule se fixait sur le mycélium des Basidiomycètes (Chrysosporium phanerochaete) empêchant des recombinaisons avec la fraction fulvique. Ceci aboutit à des composés souvent stables, avec des propriétés antibiotiques ou autres du groupe des polyphénols. Cette fixation de la macromolécule sur le mycélium confère au milieu une couleur brune, caractéristique des brunisols. Ce changement de coloration des sols a été observé à plus d'une reprise après l'application des BRF en agriculture. Beaucoup de travaux ont porté sur le comportement de nombreux systèmes enzymatiques jouant un rôle fondamental dans la "dégradation" de la lignine. Mentionnons pour mémoire Dordick, Marletta & Kilbanov [1986] 34 , Erickson, Blanchette, & Ander [1990] 18 Garcia, Latge, Prévost & Leisola [1987] 35 et Jones & O'Carroll, [1989] 36 . Toutes ces publications venaient renforcer les connaissances que nous avions du rôle des Basidiomycètes dans les sols forestiers, alors que les sols agricoles en sont singulièrement dépourvus. Un très grand nombre d'auteurs font référence aux Basidiomycètes sous le nom de "white rots" traduit en français par "pourritures blanches", terme qui encore une fois fait allusion au 27 34 Dordick, J. S., Marletta, M. A. et Kilbanov, A. M. (1986) «Peroxidases depolymerise lignin in organic media but not water». Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83: 6255-6257. 35 Garcia, S., Latge, J. P., Prévost, M. C. & Leisola, M. S. A. (1987) «Wood degradation by white-rot fungi: cytochemical studies using lignin peroxidase-immunoglobulin-gold-complex», Appl. Environ. Microbiol. 53 : 2384-2387. 36 Jones, A. & O'Carroll L. (1989) «Biotechnological modification of lignin». Alberta Research Council, Technical Report, Edmonton, Canada, 18 pages polycopiées. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 côté "dégradant" du rôle de ces derniers. Ce rôle des Basidiomycètes est également vu sous l'angle de la mycorhization comme chez Amaranthus & Perry [1987] 37 , Amaranthus, Li & Perry[1987] 38 , Hintikka [1982] 39 , Kirk & Fenn [1982] 40 , Perry, Amaranthus, Borchers, Borchers & Brainerd [1989] 24 . Pour ce qui est du rôle des Basidiomycètes dans la structuration du sol, considéré encore une fois sous l'angle de la dégradation, un bon nombre d'auteurs nous ont apporté des renseignements précieux comme: Erikson, Blanchette & Ander, [1990] 18 , Hintikka [1982] 38 , Kirk & Fenn [1982] 28 , Levy, [1979] 41 , Rayner & Boddy [1988] 42 , Tate [1987] 43 , Vaughan & Ord [1985] 44 . 6.4- La «matière organique» dans l'optique d"une fertilité agricole annuelle sans signification forestière Tous les auteurs que nous venons de mentionner, nous ont appris beaucoup sur les derniers travaux propres à comprendre la dégradation du bois comme telle ou dans l'écosystème forestier. Dans la mesure où nous entrons dans la logique de la "matière organique" et de son rôle bénéfique en agriculture, les relations entre la lignine et la fertilité s'estompent pour disparaître au profit d'une fertilité annuelle que l'on mesure en rendements, les autres paramètres étant ancillaires. Il est évident que la notion de "matière organique", tirait son origine de l'agriculture et fut transférée en foresterie sans autre forme de procès. C'était un mur qu'il fallait franchir, si nous voulions comprendre quelque chose à ce que nous observions. 28 37 Amaranthus, M. P. and D. A. Perry (1987) «The effect of soil transfers on ectomycorrhizal formation and the survival and growth of conifer seedlings on old, none reforested clear-cuts». Can. Jour. For. Res. 17: 944-950. 38 Amaranthus, M. P., Li, C.Y. and Perry D. A. (1987) «Nitrogen fixation within mycorrhizae of Douglas-fir seedlings». Page 79 in D.M. Sylvia, L.L. Hung and J.H. Graham eds. Mychorrhizae in the Next Decade: Practical Applications and Research Priorities. University of Florida, Gainesville. 39 Hintikka, V., (1982) «The colonisation of litter and wood by basidiomycetes in Finnish forest». In: (Frankland, J.C., Hedger, J.N. & Swift, M.J. éditeurs), Decomposer basidiomycetes, their biology and ecology. Cambridge University Press, Cambridge, pp. 227- 239. 40 Kirk, T. K. & Fenn, P. (1982) «Formation and action of ligninolytic system in Basidiomycetes). in: Decomposer Basidiomycetes: their Biology and Ecology (Franklin, J.C., Hegger, J.N. & Swift, M.J. éditeurs) p. 67-90, Cambridge Univ. Press. 41 Levy, J. F. (1979) «The place of Basidiomycetes in the decay of wood in contact with the ground». In (Frankland, J.C., J.N., Hedger & Swift.M.J. éditeurs.) “Decomposer Basidiomycetes: Their biology and ecology”. 346 pp., Cambridge University Press. Cambridge. 42 Rayner, A. D. M & Boddy, Lynne (1988) «Fungal Decomposition of Wood». John Wiley & Sons. 597 p. 43 Tate, R.L. (1987). «Soil organic matter: biological and ecological effects». 291pp. Wiley-Interscience Pub. New York. USA 44 Vaughan, D. & Ord, B. G. (1985). «Soil organic matter : a perspective on its nature, extraction, turnover and role in soil fertility». In: (Vaughan, D & Malcolm R.E., éditeurs) “Soil Organic Matter and Biological Activity”. pp. 469. Martinus Nijhoff & W. De Junk Pub., Dortrecht, Hollande. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 C'est ainsi que nous sommes intéressés aux relations entre les différentes formes de vie et en particulier celles de la microfaune, et les effets observés par les différents auteurs. Elles nous ont semblé toucher de plus en plus près au cœur de la question qui nous préoccupait. Plus nous progressions, plus il devenait évident que le rôle des fungus, si important fut-il, n'expliquait pas la dynamique tant de la formation du sol que du cyclage des nutriments. Il fallait que d'autres niveaux de vie soient impliqués pour former ce qu'il est maintenant convenu d'appeler chaînes trophiques, où tous les niveaux de vie interviendront dans le processus vital qui préside à la mise en disponibilité des nutriments d'origines chimique, minérale, biochimique, nécessitant l'acquisition et l'émission d'énergie. 6.5- Une approche univoque: la translocation des nutriments Nous avons appris beaucoup à ce chapitre des auteurs qui suivent: Anderson [1988] 45 , Anderson, Coleman & Cole [1981] 46 , Bachelier [1978] 47 , Bouché [1981] 48 , Larochelle, [1993] 49 , Larochelle, Pagé, Beauchamp & Lemieux, [1993] 50 , Pagé, [1993] 51 , Parkinson, [1988] 52 , Sauvesty, Pagé & Giroux, [1993] 53 , Seastedt [1984] 54 Swift, [1976] 55 , Swift, Heal & Anderson [1979] 56 , Toutain, [1993] 57 . Tous ces 29 45 Anderson, J. M. (1988) «Spatio-temporal effects of invertebrates on soil processes» Biol. Fertil. Soils. 6 : 216-227. 46 Anderson, R. V., Coleman, D. C. & Cole, C.V. (1981) «Effects of saprotrophic grazing on net mineralization» In Clark F.E. & Rosswall T. edit. Terestrial nitrogen cycles. Ecol. Bull. 33 : 210-216. 47 Bachelier, G. (1978) «La faune des sols, son écologie et son action». Document technique n˚ 38. Office de la Recherche Scientifique et Technique Outremer (ORSTOM), route d'Aulnay, 93140 Bondy, France, 391 pages. 48 Bouché, M.B. (1981) «Contribution des Lombriciens aux migrations d'éléments dans les sols tempérés» In Migrations organo- minérales dans les sols tempérés, Colloques Internationaux du CNRS nº 303 Nancy 24-28 septembre 1979 Éditions CNRS Paris pp. 145-154 49 Larochelle, L. (1993) «L'influence de la qualité des bois raméaux fragmentés (BRF) appliqués au sol: effets sur la dynamique de leur transformation». In "Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés" édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec.(Canada) 187 pages, ISBN 2- 550-28792-4 FQ94-3014, p. page 77-84. 50 Larochelle, L., Pagé, F., Beauchamp, C., & Lemieux, G. (1993) «La mésofaune comme indicateur de la dynamique de la transformation de la matière ligneuse appliquée au sol». AGROSOL 6 (2): 36-43. 51 Pagé, F. (1993) «L'apport des bois raméaux en sols cultivés: le rôle de la pédofaune sur la transformation de la matière ligneuse». In Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés , édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec. (Canada) 187 pages, ISBN 2-550-28792-4, p. 68-76. 52 Parkinson, D. (1988). «Linkage between resource availability, microorganisms and soil invertebrates». Agriculture, Ecosystems and Environnement. 24: 21-32. 53 Sauvesty, A., Pagé, F. & Giroux, M. (1993) «Impact des milieux pédologiques en bosses et creux sur les teneurs en composés phénoliques et en éléments minéraux dans les feuilles d'érable à sucre en dépérissement au Québec» Can. Jour. For. Res. 23: 190-198. 54 Seastedt, T.R. (1984) «The role of microarthropods in decomposition and mineralization processes» Ann. Rev. Entomol. 29: 25- 46 55 Swift, M. J. (1976) «Species diversity and structure of microbial communities» in (J.M. Anderson & A. MacFaden, éditeurs) - Decomposition processes- Blackwell Scientific Publications, Oxford, p. 185-222. 56 Swift, M. J., Heal, O. W., & Anderson, J.M. (1979) «The influence of resource quality on processes». in Studies in Ecology, vol.5. •Decomposition in Terrestrial Ecosystems. Univ. of California Press Berkeley, p 118-167. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 auteurs abordent la question sous l'angle de la dynamique, de la prédation et du transfert d'énergie d'un niveau à l'autre, avec les implications inévitables sur le déplacement des nutriments. Toutefois, aucun auteur n'a abordé la question des mécanismes énergétiques et leur remise en question, hormis ceux qui sont connus à tous les niveaux comme la transformation de l'adénosine triphosphate en adénosine diphosphate avec émission d'une grande calorie, dont le glucose est la source énergétique primaire. 6.6 - Les lignines et les polyphénols Comme nous l'avons déjà souligné, les rameaux n'ayant jamais fait l'objet d'une description et n'ayant jamais été considérés comme un matériau utile, il va de soi que la présence de lignine sous forme de monomère, n'ait jamais fait l'objet de discussions dans une fonction énergétique particulière. Toutefois, plusieurs auteurs font allusion à la complexité de cette macromolécule et soupçonnent un rôle important dans la formation de l'humus sans plus, et la base de la production de polyphénols jugés indésirables. Citons ici pour mémoire les auteurs suivants: Dordick, Marletta, & Kilbanov [1986] 33 . Erikson, Blanchette & Ander [1990] 18 , Garcia, Latge, Prévost, & Leisola [1987] 34 , Glenn & Gold [1985] 58 , Jones, & O'Carroll [1989] 35 , (Kirk & Farrell, [1987] 26 , Leatham & Kirk [1982] 32 , Kirk, & Fenn, [1982] 27 , (Leisola, & Waldner [1988] 30 , Leisola & Garcia [1989] 31 , Lewis, Razal & Yamamoto [1987] 29 , Rayner & Boddy [1988] 41 , Stott, D.E., Kassim, Jarrell, J.P., Martin, M. & Haider, K. [1993] 59 , Tate [1987] 42 , (Vaughan & Ord [1985] 60 et (Vicuna [1988] 61 . Sous différents aspects, ces auteurs mettent en relief la structure de la lignine et l'importance des groupements méthoxyles 30 57 Toutain, F. (1993) «Biodégradation et humification des résidus végétaux dans le sol: évolution des bois raméaux (étude préliminaire)» In "Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés" édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec.(Canada) ISBN 2-550-28792-4 p. 103-110. 58 Glenn, J. K. & Gold, M. H. (1985) «Purification and characterization of an extracellular Mn (II) -dependent peroxidase from the lignin-degrading by the Basidiomycete Phanerochaete chrysosporium ». Arch. Biochem Biophys. 242: 329-341 59 Stott, D. E., G. Kassim, M. Jarrell, J. P. Martin & Haider, K. (1993) «Stabilisation and incorporation into biomass of specific plant carbons during biodegradation in soil». Plant and Soil 70:15-26. 60 Vaughan, D. & Ord, B. G. (1985). «Soil organic matter : a perspective on its nature, extraction, turnover and role in soil fertility». In: (Vaughan, D & Malcolm R.E., éditeurs) “Soil Organic Matter and Biological Activity”. pp. 469. Martinus Nijhoff & W. De Junk Pub., Dortrecht, Hollande. 61 Vicuna, R. (1988) «Bacterial degradation of lignin». Enzyme Microb. Technol. 10 : 646-655. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 selon l'origine de la lignine, la "fragilité" et la "digestibilité" de cette dernière peu polymérisée et la facilité avec laquelle elle peut être dépolymérisée. C'est ici que, pour la première fois, nous avons saisi l'importance de cette jeune lignine en tant que source d'énergie, non seulement après la transformation de la cellulose, mais également en utilisant ou non l'énergie considérable contenue dans les noyaux benzéniques, certains étant réservés pour la constitution de l'humus. La lignine jouerait ici un double rôle énergétique et constructeur du milieu que devient le sol, siège de la régulation et de la régie, à la fois de la vie et des nutriments par voie de cyclage. 6.7- Les blocages polyphénoliques et la biologie de la régulation Ce serait donc à ce niveau que se situeraient les blocages aboutissant à des niveaux de fertilité de plus en plus bas, même en présence de tous les nutriments nécessaires pour une bonne croissance des plantes de l'écosystème hypogé. Il n'est pas question ici de discuter les différents parcours que doivent emprunter les nutriments pour arriver dans le "bon ordre" à la disposition de la plante. Citons, à titre d'exemple, les lombrics qui s'associent aux bactéries en colonies dans leur système digestif pour attaquer les pigments bruns de feuilles. Ces pigments bruns sont l'association d'un polyphénol (tanins) avec les protéines empêchant la dégradation des nutriments (Toutain, F. [1993] 56 ). Il en va de même de la relation entre les Basidiomycètes et de nombreuses espèces d'acariens et de collemboles dans le cyclage des nutriments, en pratiquant des fragmentations de plus en plus poussées par voie de mastication ou autres ouvrant le chemin aux attaques enzymatiques ou bactériennes (Swift [1977] 62 , Larochelle, Pagé, Beauchamp & Lemieux [1993] 49 ). 6.8- La définition des nutriments Cette question fut traditionnellement présentée sous des angles plutôt simplistes, en classant surtout les éléments du tableau périodique de Mendéléïeff selon leur rôle dans la production de récoltes au plus bas coût possible. Trois éléments apparaissent en 31 62 Swift, M. J. (1977) «The role of fungi and animals in the immobilisation and release of nutrient elements from decomposing branch-wood». In Soil Organisms as Components of Ecosystems (Lohm, U. & Persson, T. éditeurs) p. 193-203. Ecol. Bull. 25 Swedish Natural Science Research Council, Stockholm. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 tête: l'azote, le phosphore et le potassium auxquels s'associent une kyrielle d'autres éléments depuis le fer, le silicium, et tous ceux connus sous le nom d'oligoéléments. Cette classification en macroéléments et oligoéléments, est tout à fait caractéristique de la vision "industrielle" que nous avons de la productivité agricole et qui, au fil des décennies, s'est propagée dans la dialectique forestière. À vrai dire, cette perception est bien insolite en qualifiant jusqu'ici la croissance des plantes à partir des sels minéraux qui président à leur croissance. Il est maintenant remarquable de constater que cette vision productiviste montre ses limites de multiples façons: l'érosion des sols et l'afflux constant de nouveaux parasites, des maladies fongiques, bactériennes ou virales sans cesse en évolution. Les sommes que nos sociétés consentent au contrôle de ces épidémies sont colossales et dépassent l'imagination. Comme l'ont démontré plusieurs auteurs et principalement Amaranthus & Perry [1987] 36 , Amaranthus & Perry [1988] 63 , Bormann & Likens [1979] 64 , Flaig [1972] 65 Gosz & Fischer [1984] 66 , (Gosz, Holmes, Likens, & Bormann, [1978] 67 , Martin, W.C., Pierce, R.S., Likens, G.E. & Bormann, F.H. [1986] 68 , il est possible d'apporter des changements très importants dans le comportement des écosystèmes, en faisant varier les facteurs biologiques qui auront un impact significatif sur les nutriments, soit la forme de ces derniers dont les répercussions physico-chimiques sont incommensurables. Nous en tirons la conclusion qu'il y a une relation directe entre les paramètres biologiques et la disposition des nutriments. Les relations chimique et physique sont connues; mais celles des niveaux chimiques et biochimiques sont plus obscures et la connaissance spécifique des transferts énergétiques l'est autant. 63 Amaranthus, M. P. & D. A. Perry. (1988) «Interaction beween vegetation type and madrone soil inocula in the growth, survival and mycorrhizal formation of Douglas-fir». Can. J. For. Res. 64 Borman, F. H. & Likens, G. E. (1979) «Pattern and Process in a Forested Ecosystem». Springer Verlag, New York, 65 Flaig, W. (1972) «Contribution of soil organic matter in the system soil-plant». In: Krumbein, W.E. éditeur. “Environmental Biogeochemistry" , vol 2, Ann Arbor Science Pub., USA. 66 Gosz, J. R. & Fisher, F. M. (1984) «Influence of clear-cutting on selected microbial processes in forest soils» in Current Perspectives in Microbial Ecology, Proceedings of the Third International Symposium on Microbial Ecology (Klug, M.J. & Reddy, C.A. éditeurs), pp. 523-530. 67 Gosz, J. R., Holmes, R. T., Likens, G.E. & Bormann F. H. (1978) "Le flux d'énergie dans un écosystème forestier". in Pour la Science, juin 1987 pp. 101-110. 32 68 Martin, W. C., Pierce, R. S., Likens, G. E. & Bormann F. H. (1986) «Clearcutting Affects Stream Chemistry in the White Mountains of New Hampshire». USDA Northeastern Forest Experiment Station Research Paper NE-579. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 7- UNE INVERSION DE LA VIE MICROBIOLOGIQUE DANS LES FORÊTS PLUVIEUSES TROPICALES DEPUIS LE SOL VERS LA CIME DES ARBRES. Mes réflexions sur les milieux tropicaux à la lumière des découvertes impressionnantes dans la canopée des arbres de la forêt pluvieuse toujours associés à des sols relativement pauvres ouvre la porte à de nouvelles connaissances fondamentales. Ces découvertes suggèrent de plus en plus que la structuration de la vie des écosystèmes repose uniquement sur des mécanismes dépendant de la forêt et accessoirement des arbres comme il serait plausible de le penser. Ce serait ainsi la cause de la précarité africaine, où il est difficile de produire la nourriture nécessaire à un niveau de vie décent et stable. 7.1- L'eau Comme nous le verrons plus loin, l'eau est un élément essentiel de la vie sous toutes ses formes. Sous les tropiques, sa disponibilité régit toutes formes de vie et se manifeste dans la structure et la résistance des écosystèmes forestiers. Il en va autrement en climat tempéré où, le plus souvent ce sont les surplus d'eau qui interfèrent avec la fertilité en imposant un blocage complet dans l'évolution du sol, provoquant des accumulations sous des formes plus ou moins incomplètes de résidus végétaux dont les tourbes sont l'expression ultime. Nous posons l'hypothèse que l'écosystème hypogé, c'est-à-dire le sol vivant, a réussi à contourner toutes les difficultés dues au climat, en créant un réseau de vies multiples, dans lequel les nutriments peuvent être récupérés par les plantes à l'abri des cycles chimiques que l'agriculture privilégie et développe en climat tempéré. Ceci serait particulièrement important dans la gestion de l'eau, où cette dernière se comporterait comme un nutriment, insensible à la pression osmotique du sol causée par les grandes concentrations de sels. Toutefois, dans les milieux forestiers des régions tempérés, particulièrement dans les forêts feuillus climaciques, il nous semble de plus en plus probable que le «turnover» chimique et biologique soit à la remorque des mécanismes de dépolymérisation de la lignine, 33 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 cette dernière ne pouvant se produire en présence d'eau (Dordick, Marletta & Kilbanov [1986] 33 ) pas plus que les champignons qui y président. 7.2- L'azote 7.2.1- La fixation non symbiotique: N 2 Dès l'abord, nous avons pris pour acquis que l'azote que nous observions dans le sol, était la conséquence directe de la dégradation des protéines et de la biomasse microbienne. Toutefois, comme les plantes ne montraient aucun signe de carence après trois ans, il nous a fallu en rechercher la cause. À la suite de nombreux auteurs, nous en sommes venus à la conclusion que les mécanismes en cause étaient d'origine forestière principalement liés à une fixation d'azote sous forme non symbiotique par un ensemble de bactéries de la rhizosphère. Citons à titre de référence les auteurs suivants: Rouquerol, Bauzon, & Dommergues [1975] 69 , Thomas-Bauzon, Kiffer, Pizelle, & Petitdemange [1990] 70 Thomas- Bauzon, Kiffer, Janin, & Toutain [1995] 71 , Parkinson [1988] 50 , Stott, Kassim, Jarrell, Martin & Haider, [1993] 72 , Swift [1976] 54 , Tate [1987] 42 , (Vaughan & Ord [1985] 43 . 7.2.2- L'azote disponible: à repenser pour en faire un bilan dynamique Dans l'ensemble, il nous est apparu que règle générale, la fixation de l'azote reposait sur un groupe de bactéries dont l'enzyme actif contenait le fer comme élément central, tout comme l'hémoglobine. Bien loin des Légumineuses avec ses Rhizobium, ceci expliquerait l'abondance d'azote dans les sols forestiers tout comme dans ceux traités aux BRF. Ainsi pensons nous, pour le moment, que le cycle de l'azote est principalement alimenté par la fixation de N 2 34 69 Rouquerol, T., Bauzon, D, & Dommergues, Y. (1975) «Les ectomycorhizes et la nutrition azotée et phosphatée des arbres» Congrès DGRST, mai 1975. 70 Thomas-Bauzon, Kiffer, E., Pizelle, G. & Petitdemange, E. (1990) «Fixation d'azote et cellulolyse: activités de la nitrogénase et/ou de la cellulase d'organismes fixateurs d'azote et/ou cellulolytiques. Presses de l'Université de Nancy, 89 pages. 71 Thomas-Bauzon, Kiffer, E., Janin G. & Toutain, F. (1995) «Méthodologie de recherche des bactéries cellulolytiques diastrophes appliquée à Sphaerotermes sphaerotorax. Science de la Vie/Life Science 318:699-707. 72 Stott, D. E., G. Kassim, M. Jarrell, J. P. Martin & Haider, K. (1993) «Stabilisation and incorporation into biomass of specific plant carbons during biodegradation in soil». Plant and Soil 70:15-26. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 par voie microbienne et, accessoirement par la voie des fungus et des mycorhizes dans les sols traités aux BRF. 7.3 - Le phosphore et les phosphatases Cet élément a toujours été la source de difficultés dans la nutrition des plantes, à cause des aspects fugaces de sa disponibilité. Son immobilisation par le fer en milieu acide, et par le calcium en milieu alcalin, rend son déplacement dans la solution du sol presqu'impossible. Toutefois, c'est un élément vital et erratique en milieux agricoles. Les milieux forestiers ne présentent aucune carence en phosphore. Il est reconnu qu'une enzyme particulière, la phosphatase alcaline, est apte à "débusquer" cet élément essentiel dans les transferts d'énergie au profit de la croissance des plantes. Il est également reconnu qu'une bonne mycorhization augmente la disponibilité du phosphore (Rouquerol Bauzon & Dommergues [1975] 68 ). A ce jour, des études (Seck, & Lemieux [1996] 73 nous montrent une augmentation de la phosphatase alcaline à partir de la biomasse microbienne en milieux agricoles traités aux BRF. Une seconde étude portant sur la recherche des enzymes disponibles dans les BRF, révèle la présence remarquable de la phosphatase alcaline et de la phosphatase acide (Toutain, [1996] 74 ) dans les rameaux de Quercus rubra, l'une des essences les plus intéressantes sous nos conditions climatiques. Il est trop tôt pour tirer des conclusions sur ces présences auxquelles s'associent d'autres enzymes, comme une lipase. Nous espérons pouvoir publier ces résultats prochainement, ce qui apporterait une nouvelle avenue de réflexion sur les multiples processus de la pédogénèse. À l'inverse de l'azote, je n'ai que peu poussé la recherche bibliographique, les principaux auteurs consultés étant: Flaig [1972] 64 , Ratnayake, Leonard & Menge, [1978] 75 , Swift, Heal & Anderson [1979] 55 , Vaughan, & Ord, [1985] 43 . Nous posons donc l'hypothèse que non 35 73 Seck, M.A. & Lemieux G. (1996) «Fertilisation organique par l'utilissation des Bois Raméaux Fragmentés (BRF) de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal)» Conférence de l'IFOAM, Copenhague, Danemark août 1996 Université Cheikh Anta Diop Dakar, 19 pages. Publication nº 69 GCBR Université Laval, Québec, Canada 74 Toutain, F (1996) «Les entretiens de Nancy» in Rapport des missions internationales de 1996 Lemieux, G. édt. Université Laval, Québec, Canada p186-191 ISBN 2-921728-22-2, 284 pages. 75 Ratnayake, M. Leonard, R.T. & Menge, J. A. (1978) «Root exudation in relation to supply of phosphorus and its possible relevance to mycorrhizal formation». New Phytol. 81: 543-552. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 seulement les BRF apportent des nutriments au sol, mais également un grand nombre de mécanismes capables de structurer le sol tout en permettant aux enzymes d'alimenter en phosphore la flore de l'écosystème épigé . Il faut mentionner, avant de clore ce chapitre, les travaux de Lalande, Furlan & Angers (1997) 76 ainsi que ceux de Seck & Lemieux [1996] 72 . 8- LA BIOLOGIE TELLURIENNE S'IMPOSE PAR LES VOIES HISTORIQUES DE L'ADAPTATION. Les résultats obtenus lors des expérimentations, tant forestières qu'agricoles, nous ont amenés à explorer leur impact sur la nutrition, tout en étant conscients que la réponse ne pouvait être globale, et que leur connaissance qualitative et quantitative n'apportait rien de concluant. L'ensemble des résultats préliminaires expérimentaux n'ont fait que nous mettre sur des pistes le plus souvent inconnues et insolites en regard de la littérature actuelle. Il faut citer les principaux travaux dans le domaine expérimental des BRF qui sont: Beauchamp, C. [1993] 77 , Guay, Lachance & Lapointe [1982] 3 , Larochelle, Beauchamp, Pagé & Lemieux [1993] 49 , Lemieux & Lapointe, [1985] 5 , Lemieux & Lapointe, [1989] 8 , Lemieux & Toutain [1992] 78 , Michaud [1993] 79 , Pagé [1993] 50 , Seck [1993] 80 , Seck [1994] 81 , Toutain [1993] 56 , Tremblay [1985] 82 . La publication de ces travaux, sur plus de 10 ans, n'a suscité que de la curiosité et encore, de bien peu de personnes, mais dans l'optique traditionnelle de la perception des techniques agricoles basées sur des techniques 36 76 Lalande, R.L., Furlan, V. & Angers, D.A. (1997) «Changes in microbial population and biological activity following addition of Ramial Chipped Wood on a sandy loam soil» sous presse dans l'American Journal of Alternative Agriculture. 77 Beauchamp, C. (1993) «La caractérisation et la valorisation agricole des BRF et leurs impacts sur le sol et les cultures» In Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés , édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec. (Canada) 187 pages, ISBN 2-550-28792-4, page 42-49 78 Lemieux, G. & Toutain, F. (1992) «Quelques observations et hypothèses sur la diversification:l'aggradation des sols par l'apport de bois raméal fragmenté» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication no. 23 ,ISBN 2-550-26540-8 13. pages. 79 Michaud, M. (1993) «Les bois raméaux fragmentés: un amendement organique pour les sols en production horticole» In Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés , édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec. (Canada) 187 pages, ISBN 2-550-28792-4, page 49 à 55 80 Seck, M.A. (1993)«Essais de fertilisation organique avec le bois raméal fragmenté de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal)In Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés , édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences forestières, Université Laval, Québec. (Canada) 187 pages, ISBN 2-550-28792-4 age 36 à 41. 81 Seck, M.A. (1994) «Appui au développement pour les maraîchers des Niayes (Sénégal) in Lemieux, G, «Rapport de mission africaine au Sénégal du 2 au 13 décembre 1994» page 1 à 12, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, éditeur, et Agence Canadienne de Développement International ISBN 2-921728-08-7, 48 pages. 82 Tremblay, Y (1985) «Essais comparatifs de l'utilisation de la biomasse forestière et du lisier de porc dans la culture des pommes de terre par le compostage de surface avec apports variables d'engrais de synthèse» Rapport interne, Minitère de l'Agriculture du Québec 8 pages. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 empiriques, s'il en est, dont l'unique but est de retirer les nutriments des résidus de cultures. 8.1- Quelques lumières sur la dynamique de la biologie tellurienne Nous avons donc été forcés par les circonstances de faire un tour d'horizon très vaste pour comprendre l'absence d'attrait scientifique de nos découvertes logiques, mais déroutantes à plus d'un point de vue, en regard de la réalité technique et économique de l'époque. L'interrelation de tous ces mécanismes biologiques dont l'influence se transmet en partie par des mécanismes enzymatiques, n'exclue en rien l'importance des nutriments chimiques et biochimiques. Alors que nous avons misé sur les données chimiques et physiques pour comprendre le sol, nous en proposons ici une série d'explications plutôt biologiques qui apportent quelques lumières sur notre univers forestier. Il n'est pas inutile de souligner, avant de passer au chapitre suivant, que nos réflexions nous portent maintenant à regarder de près les nouvelles perceptions de notre univers, en particulier celles du temps telle que nous le proposent les physiciens et philosophes modernes (Prigogine & Stenger [1988] 83 , Prigogine [1996] 84 ). Les pages qui suivent seront empreintes de la recherche des équilibres générés par les différents écosystèmes forestiers, et dont est BRF sont également l'initiateur. Ainsi, nous passons d'un monde en quête de production et de déséquilibre à un monde avec une tendance marquée à la diversification et l'équilibre. Le temps nous mène à la quête de la métastabilité, ce monde ou le éosystèmes sont stables et en même temps fragiles. Cest l'essence même de ce qu'est un écosystème hypogé avec ses molécules complexes du sol, issues de la dégradation de la lignine et des divers niveaux trophiques qui régulent toute la vie et tous les échanges Ces échanges sont aussi bien chimiques, physiques que temporels. Il semble bien que c'est ce monde que nous cherchions tous, à en croire les cris d'alarme qui nous viennent de tous azimuts depuis près d'un demi siècle. 37 83 Prigogine, I. & Stenger, I. (1988) «Entre le temps et l'éternité» édit Fayard, Paris. 84 Prigogine I. (1996) «La fin des certitudes» 223 pages édit. Odile Jacob, Paris ISBN2-7381-0330-8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 8.2- Le comportement des écosystèmes forestiers et la génération différentielle des sols À mesure que nous proposons dans la compréhension des mécanismes responsables de la vie et de la fertilité, il nous est possible de distinguer les différents rôles avec de plus en plus de netteté. Il devient évident que le sol, sa biologie et son équilibre chimique et biochimique sont la clé de tout l'édifice forestier, dans le temps comme dans l'espace. L'allusion que j'ai faite au début du présent document concernant l'origine de la forêt dans le temps, renforce l'idée que tous les mécanismes en cause ont une origine qui remonte à des centaines de millions d'années. Nous avons maintenant de bonnes raisons pour séparer distinctement les systèmes feuillus des systèmes résineux, non pas par des différences de climat, mais des différences d'origines de constitutions et d'évolutions. Il est intéressant de noter, à travers les millénaires, la progression de deux systèmes forestiers, dont le premier, celui des conifères, a choisi de persister à travers les âges par sa résistance et sa robustesse. Il a tellement bien réussi qu'il occupe encore une bonne partie des territoires qui possèdent un climat avoisinant celui des origines. Il est toutefois remarquable de constater que le nombre d'espèces archaïques qui le composent est très élevé (Gymnospermes, Équisétacées, Filicinées, Bryophytes, lichens et que les dominants sont toujours des Gymnospermes. Ces dominants ont des formes et des comportements liés à d'autres temps qui ont un parallèle d'autarcie avec les espèces inférieures qui ne dépendent que peu de la biologie de leur environnement. En revanche, tout comme les Sauriens, les Amphibiens reptiles et autres ont développé une panoplie d'armes «chimiques» pour prendre leur place au soleil. Tout comme les animaux les moins évolués, les conifères ont développé des stratégies dont l'élimination des concurrents est la plus fréquente. Ici, c'est par le sol que ces stratégies ont été les plus efficaces en éliminant la possibilité de croissance rapide ou tout simplement la possibilité de germer. Comme nous le verrons plus loin, la production en excès de dérivés polyphénoliques comme les terpènes 38 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 et un fonctionnement particulier de la lignine guaïcyl par rapport à la dépolymérisation sont très certainement des moyens archaïques de persister, non pas en s'adaptant, mais en imposant son propre comportement à la vie de tout l'écosystème. Ce comportement est à la base même des difficultés de comprendre correctement la gestion et la croissance de ces écosystèmes. Bien que n'utilisant que la méthode descriptive et comparative de la dynamique sans avoir recours à la méthode expérimentale, les auteurs suivants apportent beaucoup d'information: ce sont Dommergue et Mangenot [1970] 85 , Duchaufour [1974] 86 , [1980] 87 , [1991] 88 , Duchaufour & Jacquin [1975] 89 , Duchaufour & Toutain [1985] 90 , Toutain [1981] 91 , Ranger & Bonneau (1984) 92 , Frontier & Pichot-Viale [1993] 93 8.3- L'énergie au centre de nos théories plutôt que les nutriments. La description que nous ferons s'applique à tous les écosystèmes forestiers, mais ce sont ceux des tropiques qui en sont les plus dépendants et les plus sophistiqués, à cause des hautes températures ou l'absence prolongée de variations thermiques ou hydriques. Ils ont une histoire plus cohérente que les écosystèmes plus boréaux et plus de «pistes de succès» ont été prospectées avec des bonheurs variables, induisant des équilibres nombreux et interdépendants. Il nous semble que l'énergie est au centre de la question. Elle l'est sous une forme nutritionnelle, c'est-à-dire où l'énergie exogène peut être introduite dans les cycles vitaux et associée aux nutriments biochimiques (sucres, cires, huiles...). Ils sont eux-mêmes porteurs d'énergie endogène. Toutefois il semble bien que la dynamique de tous les systèmes telluriens fertiles et 39 85 Dommergue, S. Y. & Mangenot, F. (1970) «Écologie microbienne du sol» Masson édit. Paris, 796. 86 Duchaufour, P. (1974) «Le climax du sol forestier» in Écologie Forestière P. Pesson édit, Gauthier-Villars, Paris, p. 129-134. 87 Duchaufour, P. (1980) «Écologie de l'humification et pédogénèse des sols forestiers» L'Actualité d'Écologie Forestière, P. Pesson édit. Gauthier-Villars, Paris p.177-201. 88 Duchaufour, P. (1991) «Pédologie: sol, végétation, environnement» Masson édit, Paris 3 ième édtition 189 pages. 89 Duchaufour, P. & Jacquin, F (1975) «Comparaison des processus d'humification dans les principaux types d'humus forestiers» Science du Sol 1:: 29-36. 90 Duchaufour, P. & Toutain, F. (1985) «Apport de la pédologie à l'étude des écosystèmes» Bull. Écol. 17:(1) p 1 à 9. 91 Toutain, F. (1981) «Les humus forestiers, stuctures et modes de fonctionnement» Rev. For. Fr. 6: 449-464. 92 Ranger, J. & Bonneau, M. (1984) « Effets prévisibles de l'intensification de la production et des récoltes sur la fertilité des sols de la forêt. I- Le cycle biologique en forêt» Rev. For. Fr. 2 : 93-112. 93 Frontier, S, & Pichot-Viale, D. (1993) «Écosystèmes: structure fonctionnement, évolution» Masson, édit. Paris 2 ième édition, 447 p. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 productifs passe par un apport régulier en énergie directement depuis l'écosystème épigé vers l'hypogé. 8.4- Les arbres dirigent les quatre cinquièmes de leur production énergétique vers le sol Ainsi, de 70% à 80% de l'énergie endogène produite par un arbre est dirigée directement dans le sol, ne laissant que de 20 à 30% de l'énergie totale pour la production de tissus Fogel & Hunt [1983] 94 , Meyer & Linderman [1986] 95 , Rambelli, [1973] 96 , Reid & Mexal [1977] 97 , Vogt, Grier & Meir [1982] 98 , Whipps & Lynch [1986] 99 . Chez les graminées, il n'y a que de 10% à 40% qui soient dirigés vers l'écosystème hypogé, ce qui ne devrait pas être étranger à l'instabilité des sols qui en sont dérivés. 8.5- L'apport énergétique de l'écosystème épigé: la base de la vie tellurienne. C'est ainsi que l'énergie endogène est dirigée vers l'écosystème hypogé (le sol) par la voie racinaire, où les mycorhizes jouent un rôle majeur en assurant le transport des nutriments du sol vers la plante et en retournant vers le sol l'énergie nécessaire, tout en étant des consommatrices privilégiées. C'est en relation avec les champignons, le plus souvent les Basidiomycètes, que se noue principalement la nutrition de la plante et les échanges avec le sol. Allen & Starr [1982] 100 , Amaranthus, Li & Perry [1987] 37 , Amaranthus & Perry [1987] 36 , Anderson, Huish, Ineson, Leonard & Splatt [1985] 101 , Borchers & Perry [1987] 102 , Clarholm, [1985] 103 , 40 94 Fogel, R. and G. Hunt (1983) «Contribution of mycorrhizae and soil fungi to nutrient cycling in a Douglas-fir ecosystem». Can. Journ. For. Res. 13: 219-232. 95 Meyer, J. R. and R. G. Linderman (1986) «Selective influence on population of rhizosphere or rhizoplane bacteria and actynomycetes by mycorrhizas formed by Glomus fasciculatum». Soil Biol. Biochem. 18: 191-196. 96 Rambelli, A. (1973) «The rhizosphere of mycorrhizae». Pages 229-249 in A.C. Marks and T.T. Kozlowski, eds. Ectomycorrhizae: Their Ecology and Physiology. Academic Press London. 97 Reid, C. P. P. and J. G. Mexal (1977) «Water stress effects on root exudation by lodgepole pine». Soil Biol. Biochem. 9: 417- 422. 98 Vogt, K. A., C.C. Grier and C.E. Meier (1982) «Mycorrhizal role in net primary products and nutrient cycling in Abies amabilis ecosystems in western Washington». Ecology 63:370-380. 99 Whipps, J. M. and J.M. Lynch (1986) «The influence of the rhizosphere on crop productivity». Adv. Microb. Ecol. 9:187-244. 100 Allen, T. F. H. and Starr, T.B. (1982) «Hierarchy: Perspectives for Ecological Complexity», University of Chicago Press, Chicago. 101 Anderson, J. M., S. A. Huish, P. Ineson, M. A. Leonard and P. R. Splatt (1985) «Interactions of invertebrates, microorganisms and tree roots in nitrogen and mineral element fluxes in decidous woodland soils» Pages 377-392 in A.H. Fitter, D. Atkinson, D.J. Read and M.B. Ushers eds. Ecological Interactions in Soil. Blackwell Scientific Publications, Oxford UK. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Coleman [1985] 104 , Fogel & Hunt [1983] 93 , Ingham, Troffymow, Ingham & Coleman [1985] 105 ,Janos [1988] 106 , Lynch & Bragg [1985] 107 , Malloch, Pirozynski & Raven [1980] 108 Olsen, Clark & Bennet [1981] 109 , Perry, Molina & Amaranthus [1987] 110 , Trappe, J.M. [1962] 111 , Vogt, Grier, & Meier [1982] 97 . 8.6- Les sources de lignine peu polymérisée: les racines et les rameaux. Nous avons fait allusion, à maintes reprises de l'importance de la lignine dans la constitution du sol et la régie des nutriments par les différents niveaux trophiques. Dans les forêts de Gymnospermes et de Dicotylédones, se trouvent deux sources de lignine peu polymérisée dont l'approvisionnement est régulier: la première est représentée par la chute de tissus riches en lignine peu polymérisée à partir de la canopée que représentent les feuilles, les fruits, les petits rameaux de toutes sortes, etc. La seconde source plus importante encore, mais non visible, réside dans les toutes petites racines qui sont constamment métabolisées. Elle sont très riches en lignine peu polymérisée et sapides pour la microfaune. Elles représentent, dans l'érablière, une biomasse variant de 2 et 3 tonnes à l'hectare annuellement; Pagé, F. [1993] 50 . Notons que ce phénomène est plus important dans les forêts de Dicotylédones décidues mais l'est moins dans celles des forêts sempervirentes de Gymnospermes ou d'Angiospermes. 41 102 Borchers, S. and D. A. Perry (1987) «Early successional hardwoods as refugia for ectomycorrhizal fungi in clearcut Douglas-fir forests of southwest Oregon». Page 84 in D.M. Sylvia, L.L. Hung and J.H. Graham eds, Mycorrhizae in the Next Decade: Practical applications and Research Priorities. University of Florida Gaineville. 103 Clarholm, M. (1985) «Possible roles for roots, bacteria, protozoa and fungi in supplying nitrogen to plants». Pages 355-365 in A.H. Fitter, D. Atkinson, D.J. Read and M.B. Usher eds, Ecological Interactions in Soil. Blackwell Scientific Publications, Oxford UK. 104 Coleman, D. C. (1985) «Through a ped darkly: an ecological assessment of root-soil-microbial-faunal interactions». Page 1-21 in A.H. Fitter, D. Atkinson, D.J. Read and M.B. Usher eds, Ecological Interactions in Soil. Blackwell Scientific Publications, Oxford UK. 105 Ingham, R. E., J.A. Trofymow, E. R. Ingham and D. C. Coleman (1985) «Interactions of bacteria, fungi, and their nematode grazers; effects on nutrient cycling and plant growth». Ecol. Monogr. 55: 119-140. 106 Janos, D. P. (1988) «Mycorrhiza applications in tropical forestry: are temperate-zone approches appropriate?» Pages 133-188 in S.P. Ng ed. Tress and Mycorrhiza. Forest Research Institute, Kuala Lumpur, Malaysia. 107 Lynch, J. M. & Bragg, E (1985) «Microorganisms and soil aggregate stability». Adv. Soil. Sci. 2: 133-171. 108 Malloch, D. W., K. A. Pirozynski and P. H. Raven (l980) «Ecological and evolutionary significance of mycorrhizal symbioses in vascular plants». Proc. Natl. Acad. Sci. 77: 2112-2118. 109 Olsen, R. A., R. B. Clark and J. H. Bennet (1981) «The enhancement of soil fertility by plant roots». Am. Sci. 69: 378-384. 110 Perry, D.A., Molina, R., & Amaranthus M.P. (1987) «Mycorrhizae, mycorrhizpohere, and reforestation: current knowledge and research needs». Can. Journ. For. Res.17: 929-940. 111 Trappe, J. M. (1962) «Fungus associates of ectotrophic mycorrhizae». Bot. Rev. 28: 538-602. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 9- UN DÉBUT DE COMPRÉHENSION DES RÉSULTATS OBSERVÉS PAR LA VOIE EXPÉRIMENTALE Les résultats obtenus en milieux agricoles et forestiers, ont montré, dès le début, des résultats qui furent vérifiés par la suite: Aman, Despatie, Furlan & Lemieux [1996] 112 , Beauchamp [1993] 76 , Guay, Lachance, & Lapointe [1982] 3 , Lemieux, [1985] 4 , Lemieux & Lapointe [1986] 113 , Lemieux & Lapointe [1988] 114 , Lemieux, & Lapointe [1989] 115 , Lemieux, & Lapointe [1990] 116 , Lemieux & Tétreault [1993] 117 Lemieux & Toutain [1992] 21 , Lemieux [1995] 118 , Seck [1993] 79 . Tous les résultats, reproductibles avec une fidélité variable selon les fluctuations annuelles des conditions du milieu, nous ont montré des résultats positifs dans la grande majorité des cas. Lorsqu'il y a eu échec, nous avons pû retracer les erreurs commises et en trouver une explication provisoire suffisante, confirmant ainsi plusieurs principes de base. Ainsi, une trop grande abondance d'eau empêche la dépolymérisation de la lignine et élimine les Basidiomycètes responsables. D'autre part, il est possible que les Basidiomycètes ne soient pas présents pour des raisons qui tiennent au type de BRF ou à une simple absence. Nous sommes maintenant en mesure de suggérer l'hypothèse suivante, voulant que le bois raméal fragmenté livré à l'attaque des Basidiomycètes est en mesure de remplacer toutes les fonctions biologiques, nécessitant l'apport de nutriments chimiques et biochimiques. Toutefois, la présence prépondérente de bactéries capables de dépolymériser la lignine n'aura pas les mêmes effets positifs. 42 112 Aman, S., Depatie, S. Furlan, V. & Lemieux, G. (1997) «Effects of chopped twig wood (CTW) on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» Sous presse. 113 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1986) «Le bois raméal et les mécanismes de fertilité du sol». Département des Sciences Forestières Université Laval, Québec17 pages. ©ISBN 2-550-21338-1. 114 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1988) «L'importance du bois raméal dans la "synthèse" de l'humus». Département des Sciences Forestières, Université Laval, Québec, 29 pages. ISBN 2-550-21341-6. 115 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1989) «La régénération forestière et les bois raméaux fragmentés: observations et hypothèses». Département des Sciences Forestières de l'Université Laval, Québec, 223 pages. ISBN2-550-21342-4. 116 Lemieux, G. & Lapointe, R. A. (1990) «Le bois raméal et la pédogénèse: une influence agricole et forestière directe». Département des Sciences Forestières, Université Laval et Ministère de l'Énergie et des Ressources (Forêts) Québec. 35 pages. ©ISBN 2-550-21267-3. 117 Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. (1993) «Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés». Édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, 187 pages. ISBN 2-550-28792-4, 118 Lemieux, G. (1995) «La dynamique de l'humus et la méthode expérimentale: l'apport de la forêt à l'agriculture par le bois raméal fragmenté». Texte présenté à la conférence constitutive du Réseau Africain du Compost, Dakar, 26 avril. Université Laval, Québec, 13 pages, ISBN 2-921728-12-5.. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 9.1- La forme des arbres : une brève histoire de l'évolution De nombreuses observations et réflexions, portant sur les aspects énergétiques de la vie du sol, n'ont pas trouvé de parallèle ni de source nouvelle de compréhension dans la littérature et une de nos publications sur le sujet n'a soulevé ni intérêt ni commentaires (Lemieux [1995] 119 ). Nous avons toujours été frappés par l'inhibition de la productivité sous les tropiques, où les sols sont dégradés,(Lemieux [1995] 120 ) et dans les climats subarctiques où, au contraire, il y a une surcharge de tissus végétaux peu évolués et peu productifs quant à la biomasse annuelle. L'évolution rapide des BRF en climat tropical et la stagnation en milieu arctique provient directement d'une inversion dans la distribution de l'énergie exogène, c'est-à-dire provenant du soleil. Avec Godron & Lemieux [1996] 12 , qui mettent en relief l'importance stratégique du développement des branches dans l'évolution des arbres pour une meilleure captation des photons à courtes longueurs d'ondes, nous ne pouvons que souscrire à un tel énoncé. Toutefois, nous sommes fort intrigués dans cette optique de considérer que les arbres les plus anciens que sont les conifères, ne répondent que très peu à ce qui semble une vérité chez les Dicotylédones. Les Dicotylédones arborées possédant un tronc et une cime large seraient donc en mesure de filtrer la lumière et capter les photons les plus «performants», devenant ainsi les plus productifs tout en étant les dominants absolus. Ce faisant, ils sont en mesure de produire plus d'énergie donc plus en mesure de stocker les surplus sous forme de bois dans le bois de tronc, tout en accélérant le processus de cyclage des tissus végétaux et en inscrivant des quantités de plus en plus grandes dans l'écosystème hypogé. Ainsi, les feuillus sont en position d'accepter «tous» les concurrents à presque tous les niveaux et de les mettre au service de l'écosystème tout entier. C'est ici que la biodiversité est au maximum avec une métastabilité. Ici, tout converge vers la stabilité avec un maximum 43 119 Lemieux, G. (1995) «Passer de l'enthalpie à l'entropie». Écodécision, hiver 1995, pp. 72-73, Royal Society of Canada Université Laval, Québec 120 Lemieux, G. (1995) «Rapport de mission en Afrique (Sénégal)». ACDI et Université Laval, décembre 1994, 48 pages, ISBN 2- 921728-08-7. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 de complexité en fonction du temps; tous les éléments vivants pouvant se remplacer à tour de rôle. La sélection des espèces et des individus se fera par élimination des individus, quelquefois des espèces, mais sans effets notoires sur la répartition des rôles dans la stabilité de l'écosystème. Voyons maintenant le comportement des Gymnospermes que nous connaissons mieux sous le nom de conifères. Dans l'ensemble la forme de ces derniers est inverse de celle des feuillus Dicotylédones. Qu'il nous soit permis ici de poser l'hypothèse de savoir que ces arbres sont apparus et se sont développés génétiquement pour répondre à des conditions physiques qui n'existent plus. La qualité de l'atmosphère faisant office de filtre, la lumière atteignant la cime des arbres voyait également sa qualité altérée. La non prépondérance des rameaux de la cime indiquerait que le besoin absolu de dominance n'était pas nécessaire pour occuper le terrain comme c'est le cas chez les feuillus. Ainsi les conifères, dans leur ensemble, sont adaptés à des conditions physiques qui n'existent plus, sauf dans des milieux particuliers comme les forêts d'altitude, la forêt boréale etc... Ils sont en relation directe avec des paléoclimats qui se prolongent jusqu'à nous, mais d'une façon imparfaite. Il est possible que, pour une même latitude, la qualité de la lumière ne soit plus la même dans sa composition et que la proportion de photons à courte longueur d'onde soit modifiée sensiblement. 9.2-La pédogénèse en forêt de Gymnospermes Les populations de Gymnospermes auraient vraisemblablement établi un système restrictif par élimination de la concurrence, largement basée sur les effets inhibiteurs des polyphénols. Ici, la lignine montre une structure asymétrique avec la présence d'un seul groupement méthoxyl. Elle donne naissance à de nombreux polyphénols, acides gras, résines, terpènes..., rendant inefficace le rôle de certaines lipases lorsqu'elles sont présentes. Beaucoup d'espèces de la famille des Ombellifères ainsi que des Labiées ont conservé ce caractère propre aux Gymnospermes chez les Angiospermes. Il en va de même des Eucalyptus, en Australie qui pratiquent l'exclusion de la concurrence, phénomène dévastateur dans la culture de ces essences par rapport à l'agriculture. 44 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Ces deux modes de gestion de la concurrence, l'un archaïque et l'autre plus "moderne", nous permettent de poser l'hypothèse suivante: la structure de la lignine et son évolution dans l'ensemble des mécanismes pédogénétiques, sont directement responsables du mode de concurrence des écosystèmes, par l'évolution de cette dernière dans le sol et ses effets sur le contrôle des nutriments chimiques et biochimiques. I0- QUELQUES RÉFLEXIONS SUR LE BOIS RAMÉAL Les augmentations de la productivité par des mécanismes harmonieux nous ont amenés à considérer les BRF comme un facteur "nutritiel" de base en agriculture, à l'intérieur de l'ensemble des causes et facteurs de la pédogénèse. Si les BRF ont une influence à la fois sur les sols forestiers et agricoles, nous en tirons la conclusion qu'ils peuvent être à la base d'un nouveau champ de connaissance qui n'a jamais été approché sous cet angle, comme nous le confirme la littérature scientifique du siècle qui s'achève. Cette capacité de remettre en route la vie et les échanges inrinsèques qu'ont les BRF nous indique bien que la métastabilité passe par un ensemble de processus vitaux dont l'importance nous est démontrée tous les jours par les nouvelles découvertes de la physique depuis que nous avons accès au monde qui nous entoure. Nous sommes actuellement à regarder d'un peu plus près les aspects biologiques du sol, souvent bien malgré nous, mais nous y arrivons petit à petit. 10.1-Une définition de la fertilité En résumé, il faut rechercher à tous prix la diversité pour permettre à la «machine qu'est la vie» de mettre en relation le monde géologique avec celui de la vie à travers les mécanismes chimiques et biochimiques que nous connaissons mais dont l'interdépendance n'est nulle part aussi intime que dans le sol. Toutefois, ceci devrait nous contraindre à définir ce qu'est un sol de ce point de vue, alors qu'actuellement il n'est défini que par des critères chimiques dans des buts de classification uniquement, par lesquels nous essayons de définir et provoquer la fertilité. Cette 45 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 dernière ne peut qu'être caractérisée par les flux ordonnés et équilibrés à la fois des nutriments chimiques et biochimiques, mais également de l'eau avec les transferts énergétiques appropriés en fonction de la demande, elle-même régie par les variations climatiques. 10.2- Quelques nuances sur l'impact des biotechnologies Ici la tendance a été depuis fort longtemps d'intervenir sur le capital génétique pour obvier à telle ou telle carence et susciter des augmentations de productivité. Bien que l'ouverture créée par les nouvelles biotechnologies nous semble infinie dans ses possibilités et ses résultats, nous profitons de l'occasion qui nous est offerte d'attirer l'attention sur l'édifice génétique actuel qui est le résultat d'équilibres de millions d'années d'expérience dans la construction de notre monde métastable. Il ne faudrait songer à ne corriger que les erreurs de parcours sans mettre en cause la logique de ces équilibres. Ces erreurs de parcours sont presque toujours inscrites dans le patrimoine génétique des individus et par association dans le patrimoine environnemental des populations. Il faudra distinguer et agir par la suite. Produire plus avec moins et produire mieux, dans des milieux de plus en plus dégradés, semble attirer bien des capitaux et bien des cupidités contre lesquels il faudra se prémunir par de véritables connaissances, non pas par des techniques uniquement, si éclatantes soient-elles. 11- LES PRATIQUES DE LA FORESTERIE MODERNE 11.1-Logique forestière contre logique agricole Comme nous l'avons vu plus tôt, toute la foresterie est empreinte à la fois du vocabulaire, des techniques et des concepts de base issus de l'agriculture dans une logique tout à fait industrielle de production et de rentabilité économique d'ordre monétaire. Dans cette optique, il me semble parfaitement logique que nous ayons astreint la forêt à se comporter comme l'agriculture à laquelle nous imposons des traitements analogues. Nous allons donc dans les 46 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 lignes qui suivent proposer une logique forestière, plutôt que d'utiliser la logique agricole que nous suivons scrupuleusement depuis le fond des âges. Tout comme en agriculture traditionnelle, alors que les exigences de rendements étaient modestes à cause de la capacité des techniques réduites, la forêt, dans l'est de l'Amérique, n'a pas été trop perturbée puisque l'exploitation se faisait largement en hiver pour des volumes plutôt modestes. À la suite d'une exploitation plus poussée lors de la guerre de 39-45 et de l'arrivée de la mécanisation qui s'accélère depuis les années 60, les choses vont bien autrement. Cette tendance s'accélère encore avec l'ouverture des marchés à l'échelle mondiale, mais cette fois sans pouvoir entrevoir un quelconque assouplissement des tensions commerciales puisque désormais la concurrence régira les marchés et l'innovation perpétuelle sera la règle. Comment imposer une telle logique à un système métastable qui est la base de la vie terrestre depuis l'aube des temps et qui est soumise aux lois de la physique régissant notre univers? La question n'est pas simple et nous y avons consacré plusieurs années de travail et de réflexion. Je viens d'exposer l'ensemble des conclusions auxquelles je suis arrivé à travers la littérature scientifique, notre expérimentation forestière et agricole, tant au Québec que sous les tropiques, en pointant du doigt notre «perception agricole» de la forêt alors que la logique aurait voulu que ce fut l'inverse. Comme nous ne pouvons changer le cours de l'histoire humaine, nous ne pouvons que constater ce fait, mais, du même souffle, il faut nous attaquer à la compréhension pour changer notre perception qui sera «sylvo- forestière» cette fois; la forêt perçue pour ce qu'elle est fondamentalement et depuis toujours. 11.2- De retour aux techniques d'exploitation À l'inverse de l'agriculture, la productivité forestière est fonction de la stabilité de son milieu, faute de quoi «ses ennemis» rappliquent et n'en font qu'une bouchée ou tout au moins la réduise en lambeau et parfois pour des millénaires comme dans le bassin 47 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 méditerrannéen. Traditionnellement et jusqu'aujourd'hui, ce ne sont que les tiges des arbres qui nous intéressent, mais ce faisant, bien que nous ne touchions pas au capital des nutriments, nous jetons complètement l'édifice biologique par terre. Ici il n'y a pas d'exportation de nutriments, si ce n'est que par lessivage. Alors d'où vient ce désarroi qui rend impossible la reconstitution de l'écosystème comme il était avant l'exportation des grumes uniquement? Très ironiquement, ce n'est que par la rupture des liens responsables de la métastabilité de l'écosystème comme le soulignent Perry, Amaranthus, Brainerd, Brainerd & Borchers [1990] 25 . Plus l'édifice mégabiologique est important, plus il dépend des liens qui tiennent les diverses composantes ensembles. La logique agricole n'a que faire de telles contraintes et elle impose les siennes propres, pourvu que l'homme y consacre capitaux et travail dans le maintien d'équilibres et de rotations à courtes échéances. C'est ici que le bât blesse; la foresterie étant devenue une industrie qui veut assurer sa pérennité en se soustrayant aux contraintes agricoles tout en adoptant les techniques. Ce point est particulièrement éloquent dans ce que l'industrie, tout en admettant la croyance qui veut que les «déchets de coupe» soient bénéfiques au sol et que leur disparition est une «contribution à l'enrichissement de la station» comme le voudrait éventuellement l'apport de fumier sur un champ. Rien n'est plus éloigné de la réalité et j'en veux pour preuve que, du même souffle, la même industrie exploite par arbres entiers avec exportation de tous les biosurplus à l'extérieur du chantier d'abattage pour des raisons de rentabilité accrue. Comme ils deviennent embarrassants, des programmes d'élimination par brûlage contrôlé, dans le but de faciliter la plantation de nouvelles forêts artificielles, sont mis de l'avant. Dans son travail, Freedman [1990] in Lemieux [1991] 26 , montre combien l'exportation des biosurplus hors du parterre de coupe est dommageable sur le bilan total des nutriments. Encore une fois, c'est une perspective et une logique agricole en supposant que les nutriments évalués en termes chimiques représentent l'unique base de raisonnement. 48 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 11.3- La distinction nécessaire entre bois de tronc et bois de rameaux. Comme nous l'avons déjà démontré, il n'existe pas de différences dans la perception des biosurplus qui sont reconnus comme un «matériau homogène» ou, tout au mieux, de valeur négative. Toutefois les analyses de Guay, Lachance et Lapointe [1982] 3 , indiquent bien la richesse des rameaux à tous points de vue avec des ratio C/N qui n'ont rien de commun avec les bois de tronc ou les écorces. Pour reprendre la dialectique traditionnelle qui préside à la conception qu'on se fait de l'exploitation forestière dans une mentalité agricole, il n'y a aucune nuance faite entre les troncs et les branches, les deux étant des déchets de coupe. Nous proposons donc que cette distinction soit la base d'une nouvelle conception de l'aménagement forestier et que les deux subissent des traitements très différents pour que les rameaux, qui sont riches en énergie disponible, en nutriments biochimiques et chimiques, puissent entrer dans le cycle de la vie en passant par le processus vital de la pédogénèse. Ainsi, les branches et les feuilles qui sont perçues comme les plus embarrassantes et les plus dangereuses comme risques d'incendie, devraient, dès l'abattage, être fragmentées et triturées pour que ce broyat soit immédiatement mis en contact avec le sol. Cette mise en contact susciterait une attaque massive des Basidiomycètes pour «s'approprier» immédiatement les nutriments les plus efficaces et les plus subtiles comme le sont de nombreuses protéines et enzymes de même constitution. La boucle étant bouclée entre l'arbre et le sol, tous les autres mécanismes se metteraient en place illico. 11.4- La place des Basidiomycètes Il sera très important que les Basidiomycètes soient les premiers à prendre place à la «table»; sinon les autres niveaux biologiques seront capables de consommer une bonne partie de ce 49 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 «festin» sans pour autant mettre en place les chaînes trophiques de façon efficace. Si en plus, l'eau se manifeste de manière excessive dans cette optique, les chances augmentent en faveur d'une évolution vers les tourbes. 11.5- Le cycle du carbone Je profite de l'occasion pour souligner que toutes discussions sur le carbone et ses diverses formes ne permettent pas de pressentir ce que sera la fertilité puisqu'il y a là une perception strictement biochimique dont les diverses logiques vont du CO 2 au diamant ou des sucres vers les charbons, ce qui exclut toute compréhension des mécanismes. Cette avenue du bilan carboné de notre planète est une pure fantaisie à mon avis, puisque c'est dans une optique de compréhension de la métastabilité des écosystèmes qu'il faut raisonner. Ici le «carbone» aura la forme de son évolution biologique et où les cycles benzéniques jouent un rôle dont on ne soupçonne que très peu l'importance à ce jour. C'est pourtant dans la direction que je viens de décrire qu'il faut nous pencher pour comprendre l'évolution de la vie sur terre. Le carbone sera l'élément structurant et le responsable de la conservation de l'énergie, mais il peut être attribué à d'autres tâches sous l'action de systèmes enzymatiques performants. 11.6- La perception des biosurplus La perception actuelle des biosurplus forestiers en est une négative et les essais de valorisation par réintroduction dans les massifs forestiers existants en Europe a toujours été un échec. La perception est donc celle d'un déchet nuisible dont l'utilisation a été reconnue comme nulle et dont le principal effet est de se prêter comme combustible pour susciter des incendies forestiers fort coûteux et nuisibles. Tout concourt donc à chercher des moyens de s'en débarrasser. C'est l'action de nombreux champignons qui sera responsable de la disparition de ces résidus, sinon le feu, mais sans laisser de traces d'une aggradation du milieu, bien au contraire, Plusieurs apportent l'argument (jamais vérifié) que la transformation des résidus de coupe agit comme un «engrais» et 50 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 apporter tous ses bienfaits au sol et à la régénération forestière. Rien n'est plus faux, puisque la tranformation de ces biosurplus, par la flore fongique et microbienne, remet en circuit dans l'atmosphère azote et gaz carbonique, en libérant inutilement l'énergie précieuse des noyaux benzéniques. Quant aux éléments chimiques qui s'y trouvent, ils coulent sur le sol lors des pluies par ruissellement vers les ruisseaux, lacs et rivières. En climats désertiques ou semi- désertiques, ils sont tout simplement balayés par les vents. Ainsi, ce qui a pris des décennies sinon des siècles, à faire corps avec l'écosystème, sera dilapidé en moins de quelques saisons pour ne plus revenir. 11.7- Sauvegarder un «héritage» durement acquis. À l'inverse, la fragmentation et la mise en contact ave le sol permet non seulement de sauvegarder l'«héritage chimique» mais aussi les précieux noyaux benzéniques riches en énergie et permettant la structuration du sol. Plutôt que de susciter l'appauvrissement et la désertification, nous suscitons ainsi l'aggradation, la régénération et la remise en circuit d'un héritage qui est perdu par l'utilisation des techniques actuelles qui sont le reflet de l'ignorance transmise par des techniques issues du fond des âges et que nous n'avons jamais interrogées, sinon en termes agricoles. 11.8- Le rôle des mycorhizes L'engouement pour les mycorhizes depuis quelques décennies et l'effet positif de ces dernières sur les productions agricoles avaient souvent pour but d'augmenter la rentabilité du productivisme en faisant état, en particulier, de l'augmentation du phosphore utilisable. Nous pensons que le rôle des mycorhizes est encore plus important en pouvant stocker le phosphore dans les tissus mêmes du mycélium obtenus grâce à l'augmentation des phosphatases. L'autre rôle, plus important encore, est celui du système de transport des nutriments à l'abri des contraintes chimiques du sol, particulièrement en milieux pauvres. mais également et surtout en milieux forestiers. Cet aspect de la fertilité est possible parce que les mycéliums des Basidiomycètes ne sont pas cloisonnés et agissent comme une système de pipeline, assurant non 51 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 seulement la protection aux nutriments, mais leur translocation d'un point à un autre ainsi que de la plante vers le sol et inversement. Ce mode de transport que représentent les Basidiomycètes, dont un grand nombre sont des mycorhizes, représente le premier instrument vivant de base de l'écosystème forestier. De ce fait, il faut de l'énergie pour que ce système complexe existe et soit actif. D'où provient cette énergie, sinon de la transformation de substances présentes dans le milieu d'origine organique dont les sucres sont les premiers attaqués et finalement les noyaux benzéniques. Ici s'installe un premier cycle qui veut que les agrégats du sol soient en constante évolution dans les sols fertiles, servant à la fois de nourriture et de niche pour plusieurs autres microorganismes comme les bactéries ou les spores de champignons. 11.9- Que faire des bois de tronc. Si on regarde ce qui compose les biosurplus forestiers on trouve une autre catégorie de bois que sont les troncs et les grosses branches qui ne peuvent être traitées comme les rameaux et qui n'ont pas les mêmes qualités. Naturellement, les bois de tronc sont laissés sur place le sont parce qu'ils sont déjà attaqués par des pourritures et des bactéries. Toutefois, la haute polymérisation de la lignine et la présence de nombreux polyphénols et également de fortes concentrations de manganèse sont peu susceptibles d'apporter des éléments positifs à la pédogènèse. Dans cette conjoncture, la dépolymérisation de la lignine se fait par d'autres enzymes comme la laccase souvent d'origine bactérienne. Ce type de dépolymérisation produit des fractions que se repolymérisent en divers polyphénols, acides gras et autres, plutôt qu'uniquement et principalement en acides fulviques et humiques. Ces substances noires et peu structurées sont relativement pauvres en nutriments et peu mobiles avec une tendance à produire des tourbes si la conjoncture hydrique y est favorable. 11.10- Lignine et manganèse Nous soupçonnons ce processus d'être à la base du moyen de combattre la compétition des Gymnospermes où le manganèse 52 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 joue un rôle important. Plusieurs de nos analyses, non publiées à ce jour, montrent que les feuillus qui réussissent à compétionner directement ou dans des stades de transition avec les conifères ne voient pas leur métabolisme affecté par de fortes concentrations de manganèse. Des discussions récentes avec des ingénieurs des pâtes et papiers nous indiquent que des traces de manganèse perturbent toute la transformation de la lignine dans les nouveaux processus de blanchiment des papiers. Nous sommes enclins à voir la chose d'un même oeil dans le sol, ce qui nécessiterait des travaux importants de recherche au point de vue conceptuel. Nous y voyons ici l'un des principaux facteurs de contrôle de l'écosystème et de la pédogénèse, ce qui reste à prouver. 11.11- Les modes et temps de la fragmentation Il devient donc évident qu'il faut que les bois de tronc et de rameaux aient un traitement différent. S'il est primordial de fragmenter les rameaux dès l'abattage et de les mettre en contact avec le sol, il est inutile de procéder de même avec les bois de tronc. Toutefois, il est important qu'ils soient en contact avec le sol pour permettre les échanges microbiologiques et assurer une niche privilégiée pour toute la petite faune . 11.12- Ce qu'il faut attendre des conifères et des feuillus fragmentés Tous les scientifiques sont à peu près d'accord sur la capacité des conifères à cycler leurs nutriments à l'interne avec un recours minimum, voire presque nul parfois au sol. C'est la principale raison pour laquelle nous plantons des conifères et en particulier des pins de par toute la planète. Il faut reconnaître cependant que les conifères sont très peu enclins à améliorer la station sur laquelle ils sont introduits. Ils n'ont pas un impact positif à long terme mais par leur robustesse, ils réussissent à se maintenir toujours en éliminant la concurrence ou en tolérant les espèces adaptées à leurs conditions. 53 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 Les remarques qui précèdent permettent de mettre en lumière, par comparaison, le peu de succès des plantations de feuillus malgré qu'ils soient beaucoup plus productifs. Les feuillus climaciques de l'est de l'Amérique doivent cycler leurs nutriments par le sol, condition première dans le cas du calcium qui est isolé et concentré par les Basidiomycètes à partir des feuilles mortes (Toutain [1993] 57 ). Ce rôle fondamental que joue maintenant l'écosystème hypogé serait un apport majeur à la fertilité et à la biodiversité car le sol est en mesure de transformer des intrants biologiques divers et de les rendre disponibles aux individus qui forment l'écosystème épigé. 11.13- L'énergie concentrée dans les sols des forêts feuillues Ceci expliquerait en bonne partie pourquoi les sols étudiés par Gosz, Holmes, Likens & Bormann [1984] 67 , montrent une si grande concentration d'énergie sous la canopée et une si grande perte après abattage de la forêt. Il y aurait donc une série de mécanismes qui permettent de maintenir énergie et biodiversité, ce qui ne serait pas le cas chez les conifères C'est ainsi que nous en sommes venus à considérer les peuplements de résineux comme étant très résistants, malgré les mésadaptations à nos conditions actuelles. À l'opposé, les écosystèmes de feuillus sont capables de s'adapter et d'accepter la biodiversité et la concurrence, en utilisant l'écosystème hypogé à la fois comme «estomac» et comme banque alimentaire permettant des performances de production bien supérieure aux conifères. Dans cette perspective, nous suggérons, tout au moins au point de vue expérimental, que non seulement les rameaux soient fragmentés , mais qu'une deuxième fragmentation de la régénération le soit également, dans le but de refaire, le plus possible, le stock énergétique, mais dans le cas uniquement où l'on procéderait à la sélection des tiges par la suite, assurant ainsi une structuration «naturelle» et fertile en respectant ou provoquant le meilleur équilibre possible des tiges. La fragmentation devrait dans tous les cas être un outil privilégié pour maintenir et refaire la structure du peuplement. Ici, nous avons la possibilité d'éviter tous les traitements par sylvicides et tout ce qui est abattu pour le 54 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 dégagement devrait immédiatement être fragmenté et retourné au sol. 11.14- Les objections économiques et logistiques en perte de vitesse. Quelles que soient les objections économiques ou logistiques, il nous semble que ce soit la seule attitude raisonnable à prendre. Il faut permettre au temps de faire son oeuvre, faute de quoi nous sommes sur une pente qui nous mène vers la catastrophe écologique que plusieurs présentent, mais très certainement sur l'économie à moyen terme. Nous avons mis plus d'un siècle à mener au bord du gouffre de très grandes superficies forestières. Espérons qu'il en prendra un peu moins pour tout remettre en ordre, faute de quoi nous aurons toujours des forêts, mais improductives. Dans une récente étude, (Smith, Faulkner & Powell, [1994] 121 ), le Département américain de l'Agriculture montre la progression de l'exploitation de la forêt américaine. Il y a près d'un demi-siècle que l'équilibre est rompu entre la production et la récolte. La dernière décennie a doublé le déficit. Notre propos n'est pas de traiter de ce type de problème social aussi bien qu'économique, mais nous ne pouvons nous soustraire à de tels exemples parce que la compréhension et la restauration de la forêt demandera de grands efforts. Nous sommes tous conscients d'avoir atteints et même dépassé un point d'équilibre crucial Pour le cycle du carbone, un terme très utilisé mais qui n'a que peu de sens au niveau forestier, il va de soi que l'intégration dans les chaînes trophiques, tant dans les protéines, les sucres, la cellulose que les lignines et, de ce fait, dans les cycles benzéniques, montre combien la fragmentation a un impact considérable. La métastabilité exige des échanges constants pour que l'équilibre des différents facteurs soit maintenu et retrouvé. Tout système de ce type est basé avant tout sur les équilibres carbonés . À l'inverse, tout système en déséquilibre, par sa destructuration même, émet des 55 121 Smith, B.W., Faulkner, G.L. & Powell, D.S. (1994) « Forest Stastistics of the United States, 1992» General Technical Report NC-168, 145 pages Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 quantités de carbone libres dont on commence à comprendre les effets qui se font sentir en chaîne. Il va de soi que le carbone peut être emprisonné dans des impasses que sont les tourbes, charbons, et pétroles. C'est dans un contexte de métastabilité optimum que devrait se trouver le maximum de carbone dans les chaînes vivantes. Il est peut-être téméraire de croire que la forêt puisse, à elle seule, apporter des corrections positives à ce chapitre; mais on devrait penser au Carbonifère où c'était certainement le cas. Les forêts de feuillus actuelles contiennent bien plus de carbone dans l'écosystème hypogé que dans l'épigé, ce qui n'est pas négligeable soit de 3 à 5 fois plus. Dans ce cas, ce serait la dégradation des sols qui serait le principal facteur de réémission du CO 2 dans l'atmosphère. 11.15- Les cycles de l'eau Concernant les cycles de l'eau, il va de soi qu'un système tellurien en équilibre doit montrer une concentration régulière c'est- a-dire entre surplus et pénurie, bien que des excès puissent se produire selon le saison. Nos climats tempérés se prêtent mal à une évaluation précise des cycles biologiques de l'eau si ce n'est que par les effets sporadiques bien connus. En revanche, nous avons noté des augmentations considérables de productivité, ce qui nous laisse à penser qu'il y a bien un cycle interne de l'eau du sol à travers les différents niveaux trophiques où de larges quantités peuvent être stockées à l'abri des membranes hémi-perméables de tout ce qui vit. Par contre, le rôle de la canopée, dans le cycle de l'eau par rapport à un sol à température inférieure, est bien connu dans le cycle journalier des forêts tropicales pluvieuses L'augmentation de la porosité du sol qui traduit, à la fois la structuration du sol l'intensité de la vie tellurienne et l'existence d'une atmosphère, permet d'absorber les eaux de ruissellement et ainsi économiser bien des pertes. Il semblerait que, dans cette perspective, la dépolymérisation de la lignine se fasse régulièrement, la vie tellurienne demeurant en aérobiose. Ainsi, la régulation des transferts à partir des mycéliums par des bactéries qui modifient la perméabilité des membranes aux points de rencontre, serait également un système d'échange non négligeable. En présence d'excès d'eau, ces bactéries sont entraînées. 56 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 12 - QUELQUES RECOMMANDATIONS Voici que nous en sommes maintenant aux recommandations pour faire avancer la compréhension, la technique et les connaissances scientifiques de base. Elles auront un impact à la fois sur la forêt, l'agriculture et les sciences fondamentales dont la physique pourrait être la principale bénéficiaire. 12.1- L'expérimentation technique sur le milieu forestier Les expériences que nous relations plus haut nous montrent qu'à moyen terme, nous pouvons mesurer des changements sur le sol qui auraient un impact considérable dans l'avenir. Ces changements reposent sur la restructuration biologique et biochimique du sol, permettant l'apparition de nouveaux écosystèmes qui tendent vers la métastabilité, nous proposons donc les points suivants: a) À l'abattage, que tous les bois raméaux de la cime des arbres n'excédant pas 10 à 15 cm soient fragmentés et épandus immédiatement sur le sol après l'opération. b) Dépendant de la fertilité de la station, la régénération qui suivra pourra éventuellement être fragmentée une seconde fois pour en augmenter le capital énergétique et la diversité microbiologique. c) Le premiers essais devraient avoir des témoins de superficie égale et de position topographique équivalente. L'utilisation de deux petits bassins-versants semblables serait utile pour comparer les pertes en nutriments après exploitation. Il serait ainsi possible d'évaluer avec plus de précision les entorses fait à la métastabilité. d) Des études portant sur au moins 5 ans seront faites sur la flore, la régénération, les insectes, les maladies fongiques. L'installation d'exclos est à prévoir pour que la faune ne soit pas en mesure de brouter cette nouvelle structure de végétation et en modifier la réalité. e) L'interprétation des résultats obtenus devra faire l'objet de publications et surtout de séminaires internationaux pour apporter l'expérience tropicale sur les mécanismes 57 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 observés et mesurés. L'apport d'institutions comme l'ICRAF 122 devait être hautement sollicité et privilégié dans l'interprétation des résultats. 12.2- L'expérimentation scientifique: Le monde fongique De nombreuses zones d'ombre sont à explorer pour arriver à saisir les raisons pour lesquelles nous avons quelques succès et comment pouvons-nous les maintenir et les interpréter. Comme la première intervention biologique est d'ordre fongique et que ceci n'est que peu expérimenté nous allons privilégier cette piste. a) Un vaste travail d'identification et de mise en culture des principaux champignons du sol dans les jeunes forêts comme dans les forêts matures. En parallèle, il faudra faire des efforts considérables pour des mises en culture au laboratoire et inventer des protocoles nouveaux. b) Bien identifier les rôles des diverses familles de champignons pour en comprendre les comportements. Bien que très difficile, il ne faudrait pas négliger une telle piste qui aura, sans l'ombre d'un doute, un impact considérable sur la compréhension des résultats en aménagement. c) Il faudra que, pour les principales espèces de Basidiomycètes, nous soyons en mesure d'identifier les enzymes produites et les circonstances dans lesquelles elles sont produites. Il y a là une série de réponses de base au fonctionnement de l'écosystème hypogé et de la fertilité générée. 12.3- La mésofaune et la microfaune Des études importantes devraient être faites sur les différents niveaux de la microfaune et de la mésofaune qui apparaissent dans des stade précis de développement et qui jouent souvent des rôles essentiels et fondamentaux dans les dilemmes proposés par les polyphénols et les tanins en particulier. Ils sont capables en outre de transporter les champignons et les bactéries responsables de la production de plusieurs enzymes liées à la mise 58 122 International Center of Research in Agroforestry, Nairobi, Kenya Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 en disponibilité des nutriments, même en présence de contraintes chimiques importantes. C'est un des paramètres dynamiques des plus importants dans la pédogénèse. 12.4- Les bilans phosphorés et azotés Il va de soi que les systèmes enzymatiques sont à la base du fonctionnement de l'écosystème hypogé, ce qui est l'essence même du concept de sol vivant. Dan cette optique, des efforts considérables devraient être faits pour comprendre le fonctionnement des transferts et des transports du phosphore à travers les mycorhizes et les enzymes responsables. Il y a certainement ici des transferts énergétiques très particuliers qui méritent qu'on s'y arrête. Des travaux substantiels devraient être consentis à explorer le rôle des bactéries fixatrices d'azote mais non symbiotiques. Elles ont certainement un impact considérable sur le bilan azoté de l'écosystème, mais il se pourrait également que leur rôle, dans certaines circonstances, fut inversé en maintenant un équilibre entre l'offre et la demande de la plante et du sol. Nous sommes de plus en plus enclins à penser que la capacité des Légumineuses de fixer l'azote par des Rhizobiums est un moyen de suppléer aux carences de l'écosystème hypogé, dans ce domaine. 12.5- Lignines et polyphénols. Plus notre compréhension des phénomènes de base évolue et plus elle renforce l'idée que la chimie des polyphénols est la base de toute la pédogénèse au point de vue biochimique. Le fait que la dépolymérisation de la lignine soit faite par des champignons qui sont apparus, il y a des centaines de millions d'années, n'est pas étrangère à notre perception. Nous soupçonnons grandement que la dépolymérisation de la lignine soit la base biochimique du sol et du contrôle à la fois de la biologie et de la chimie de la relaxation des nutriments pour l'alimentation minérale des plantes. Plutôt que de voir des millions de polyphénols comme autant d'ennemis ou de dangers, une revue de la chimie des phénols, à la lumière de ce que nous venons de décrire, devrait être faite et d'une manière très critique. Ces polyphénols agissent de manière différente selon que 59 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 nous soyons en présence de feuillus ou de conifères et aussi en fonction de l'âge de ces peuplements. Nous devrions les voir comme des éléments fondamentaux de la fertilité et de son contrôle. Par leurs cycles benzéniques, ils accumulent l'énergie nécessaire au maintien d'une structure dynamique dans laquelle se développent un grand nombre de chaînes trophiques, permettant ou empêchant la relaxation d'éléments nutritiels. 13- UN RAPPROCHEMENT NECESSAIRE AVEC L'INDUSTRIE DES PATES ET PAPIERS. Nous proposons donc un rapprochement intime avec l'industrie des pâtes et papiers qui, par les nouvelles techniques, est maintenant sensibles aux systèmes enzymatiques, probablement les mêmes ou, tout au moins, semblables à ceux qui gèrent la fertilité des milieux forestiers. 13.1-La science fondamentale Reste donc cette immense macromolécule qu'est la lignine dont on ne connaît que des techniques pour la démolir, mais dont nous soupçonnons maintenant le rôle fondamental qu'elle joue dans tous les mécanismes pédogénétiques. Non seulement elle donne des polyphénols, mais elle est l'ossature même des sols, l'origine des acides humiques et fulviques, la base de l'association organo- minérale ou des condensats polyphénoliques dans les sols dépourvus de substances minérales fines. 14- UNE IMPLICATION DE NOS INSTITUTIONS DE HAUT- SAVOIR A L'ECHELLE INTERNATIONALE Un de mes buts ici est de proposer, en réponse à l'universalité des mécanismes auxquels nous nous référons ici, une modification de nos institutions, soit à l'échelle nationale ou mieux encore à l'échelle internationale, pour prendre en main l'évolution de cet ensemble de sciences touchant la pédogénèse. Un institut international de pédogénèse apporterait un ensemble d'études et de réponses aux problèmes actuels de désertification, d'érosion des sols de disparition irrémédiable de la forêt sous tous les cieux. 60 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 14.1- De la philosophie à la physique La physique de Newton, ayant défini le temps comme étant égal en aval comme en amont, apporta une confiance dans les sciences et particulièrement celles de l'ingénieur sans égale. C'est la source du développement de l'industrie du capitalisme et de la science sous tous ses angles. La pérennité des oeuvres. tirant l'Homme de sa condition précaire, ouvrait des portes sur l'avenir telles que nous ne l'avions jamais connu. Toutefois, Einstein, Bohr, Plank et autres modifièrent cet optimisme béat en donnant naissance avec Curie à la physique des particules qui devait bouleverser nos connaissances de l'univers en montrant que l'espace est courbe et que le temps peut être contracté dans certaines conditions. Nous désirons attirer l'attention sur le fait que la foresterie a des temps qui ne sont pas du même ordre que l'agriculture. Si l'agriculture fait abstraction du temps, la foresterie y est astreinte quelquefois à l'échelle de millénaires. C'est ici que le bât blesse puisque nous en sommes venus à traiter la forêt comme l'agriculture alors que tous les mécanismes présidant à sa métastabilité sont astreints à des temps et des cycles divers, dont le résultat est la pérennité non pas l'éternité. L'objet principal de ce travail est d'attirer l'attention sur l'importance de la connaissance de la physique et des tendances actuelles qui vacillent souvent entre physique et philosophie. Si j'ai pû démontrer avec assez de clarté cet avancé, tout n'est pas perdu et nous pouvons faire beaucoup encore. Il nous faut admettre que, depuis un demi-siècle, nous nous sommes plongés dans la récolte de données, oubliant de discuter et de renouveler nos idées sur le monde, dans la mesure du développement auquel nous sommes soumis. Le temps me semble venu de revoir nos idées sur l'univers dont la flèche du temps nous indique, comme le souligne Prigogine, que ce dernier et irréversible. Nous sommes condamnés à évoluer et à nous redéfinir; la forêt n'échappe pas à cette règle alors qu'il est possible à l'agriculture de s'y soustraire en disparaissant tout 61 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada Les fondements pédogénétiques..... Professeur Gilles Lemieux, avril 1997 simplement. Il n'est pas inutile de revoir nos concepts fondamentaux à la lumière d'une réflexion collective et profonde. Cet exercice n'est pas étranger à cette manière de voir le millénaire qui s'achève et celui qui se profile à l'horizon. BIBLIOGRAPHIE Allen, T. F. H. and Starr, T.B. (1982) «Hierarchy: Perspectives for Ecological Complexity», University of Chicago Press, Chicago. Aman, S., Depatie, S. Furlan, V. & Lemieux, G. (1997) «Effects of chopped twig wood (CTW) on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» Sous presse. Amaranthus, M. P. & D. A. Perry. (1988) «Interaction beween vegetation type and madrone soil inocula in the growth, survival and mycorrhizal formation of Douglas-fir». Can. J. For. Res. Amaranthus, M. P. and D. A. Perry (1987) «The effect of soil transfers on ectomycorrhizal formation and the survival and growth of conifer seedlings on old, none reforested clear-cuts». Can. Jour. For. Res. 17: 944-950. Amaranthus, M. P., Li, C.Y. and Perry D. A. (1987) «Nitrogen fixation within mycorrhizae of Douglas-fir seedlings». Page 79 in D.M. 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[email protected] http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca./brf/ FAX (418) 656-5262 tel. (418) 656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-25-7 70 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «PROJET SÉMINAIRE: RAPPORT D'ÉTAPE» par le Professeur Gilles Lemieux janvier 1990 Publication n° 74 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe RAPPORT D'ÉTAPE 1990 C'est en février 1989 que nous soumettions à la société REXFOR une première proposition sur un dispositif expérimental portant sur la fragmentation des biosurplus à l'exploitation et les effets sur la régénération forestière. En octobre de la même année, nous nous sommes entendus sur un site forestier et un protocole expérimental. LES BUTS Les travaux que nous menons depuis près de 7 ans sur les bois raméaux fragmentés, nous ont montré l'influence de ces derniers sur la stimulation positive de la régénération par une application de 2 à 3 cm de BRF au sol. C'est, à notre connaissance, le seul matériel biologique capable de favoriser la germination et la croissance de semis forestiers d'un stade égal ou supérieur au sol en place à l'intérieur de nos dispositifs expérimentaux de Saint-Damien, comté Bellechasse. Ces constatations qui ont fait l'objet de plusieurs rapports et publications, ont également un impact très important sur les sols agricoles. Néanmoins, à cause des frais et des difficultés, nous n'avions pas pu mettre sur pied un dispositif qui pourrait être observé et mesuré sur une période minimum de 5 ans. Durant cette période, nous désirons mesurer la repousse des différentes espèces de Phanérogames et l'arrivée d'espèces liées aux perturbations occasionnées par la récolte. Nos observations antérieures nous portent à penser que nous aurons un temps de latence de trois ans, après lequel l'installation des essences se ferait entre la troisième et la cinquième année, selon nos expériences sur les bois rameaux fragmentés de bouleau jaune comme c'est le cas à Saint-Damien. Toutefois, plusieurs inconnus doivent être évalués comme la transformation comparative de la litière ainsi que celle du pH et des rapports C/N. Comme dans toute expérience où les inconnus sont nombreux, il faut faire beaucoup d'observations et de comptages à intervales rapprochés. Les premières évaluations Les premières évaluations se font uniquement par la voie de comptages des espèces vasculaires qui colonisent le sol après les différentes interventions. Ceci consiste à établir à l'intérieur de chaque parcelle des placettes de 4,5m 2 qui persisteront tout au long de la période expérimentale, et à partir desquelles se feront à chaque année les comptages. Le but de cet exercice est d'obtenir, avec le plus de précision possible, des données sur le comportement de chaque espèce à travers plusieurs individus. Ceci nous permet d'évaluer l'état de santé de chaque espèce, son agressivité, sa dominance ou tout simplement sa résistance par rapport aux perturbations infligées à l'écosystème par l'exploitation. A partir de l'an prochain, des mesures plus complexes seront faites de la végétation et, dans deux ans, d'autres 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe mesures seront faites sur le substrat dans le but d'en évaluer l'évolution en parallèle avec la végétation. Si nos moyens nous le permettent, nous aimerions avoir une bonne évaluation du système hypogé au point de vue microbiologique dans le but d'en arriver à la caractérisation non seulement du système épigé, mais également du système hypogé, par rapport à la notion de perturbation. Le dispositif Il est constitué de 5 blocs égaux d'un hectare chacun portant le numéros suivants 209, 210, 211, 212, 213. Ces blocs sont situés sur la rive gauche de la rivière Montmorency à Sainte-Brigite-de-Laval, en partie sur des terrasses. La forêt naturelle est constituée d'érablière à bouleau jaune, dont l'érable en particulier à été exploité, laissant une prédominance de bouleau jaune. Le dispositif est situé face au pont qui enjambe la rivière Montmorency, au site de l'ancienne scierie sur la seigneurie du Séminaire. L'ensemble du dispositif consiste cinq parcelles qui représentent des stades différents par rapport à la régénération selon les techniques mise de l'avant. Ainsi, la parcelle 209 a été exploitée de façon traditionnelle avec l'exportation des grumes de valeur pour le sciage, le papier ou comme bois de chauffe. Ce qui n'a pas été exporté hors parcelle a été laissé comme tel sur place en particulier les arbres abattus de mauvaise qualité et les tiges d'essences non désirables ou de trop petit diamètre. Pour ce qui est des biosurplus, ils ont été considérés selon la tradition comme "déchets de coupe", c'est-à-dire en laissant les branches pêle-mêle sans attention sur le terrain. La mise en place a été faite en saison dormante. Pour ce qui est de la parcelle 210, toutes les grumes de valeur ont été exportées hors parcelle et l'ensemble du bois raméal, y compris les arbustes, ont été fragmentés et épandus au sol dans la foulée des travaux d'exploitation, sans qu'il y est de temps qui sépare les opérations d'exploitation de celles de fragmentation. La mise en place a été faite en saison dormante. La parcelle 211 a été exploitée comme la parcelle 210, le bois raméal n'a pas été fragmenté, mais plutôt exporté hors parcelle comme ont le fait maintenant dans le cas des coupes dites de "conversion". Ainsi, l'ensemble du bois raméal a été amené à la périphérie de la parcelle et disposé en andins, laissant l'ensemble de la parcelle à découvert. La mise en place a été faite en saison dormante. Pour ce qui est de la parcelle 212, elle n'a pas été réalisée à cause d'un rétrécissement des budgets. Elle le sera comme la parcelle 211, c'est-à-dire en fragmentant tout le bois raméal mais cette fois en pleine saison de croissance en même temps que la coupe. 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe Quant à la parcelle 213, c'est un bloc qui ne subira aucun traitement et que l'on conservera comme témoin et auquel on se réfèrera tout au long de l'expérimentation, c'est-à-dire jusqu'en 1995. Les travaux de 1990 En réalité, c'est en 1989 que les travux ont débuté par les travaux de terrain, d'exploitation et de fragmentation. Ils ont été faits selon nos recommandations, soit en fin novembre et début décembre alors que le sol était déjà recouvert de neige. Le but de cette recommandation était non seulement de s'assurer que tout le matériel végétal était dormant, mais que le sol ne soit pas soumis à la lumière entre les opérations dans le cas de la parcelle 210, tout en minimisant les dommages faits au sol par les appareils de prélèvement. 209- Biosurplus non fragmentés (période hivernale) L'abattage et le débusquage des tiges furent effectués en décembre 1989, alors que l'établissement des placettes ne s'est fait qu'au début de septembre 1990. La hiérarchisation des espèces qui s'y trouvent montre un spectre assez voisin de celui de la parcelle 211 avec une emphase particulière sur l'établissement de semis du genre Rubus ainsi que de Prunus pensylvanica et Acer spicatum . Les valeurs obtenues sont exprimées en individus au mètre carré à partir de comptages effectués sur 22,5m 2 . Nous avons apporté une correction à Oxalis montana pour des fins de compréhension visuelles, étant donnée sa faible taille et son mode de croissance en colonies. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Répartition hiérarchique des espèces Parcelle 209 avec biosurplus non fragmentés (1 à 10) 1990 n o m b r e d e p l a n t e s a u m è t r e c a r r é 1-Oxalis montana* 2-Rubus idaeus 3-Prunus pensylvanica 4-Acer spicatum 5-Rubus pubescens 6-Dryopteris spinulosa 7-Clintonia borealis 8-Viburnum alnifolium 9-Dryopteris spinulosa 10-Cornus alternifolia * La valeur de cette espèce est de 40,2. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Répartition hiérarchique des espèces Parcelle 209 avec biosurplus non fragmentés (11 à 20) 1990 n o m b r e d e p l a n t e s a u m è t r e c a r r é 11-Acer saccharum 12-Cinna latifolia 13-Sambucus pubens 14-Betula alleghaniensis 15-Acer rubrum 16-Streptopus roseus 17-Abies balsamea 18-Dryopteris phegopteris 19-Carex arctata 20-Aralia nudicaulis Le nombre élevé d'espèces nécessite le montage de deux graphiques complémentaires. Parcelle 209 non fragmentée (209-1, 209-2, 209-3, 209-4, 209-5) Espèces Nombre d'individus totaux incidence + fréquences Acer saccharum 5 1 1 1 = 8 = 0,30 m 2 Acer spicatum 13 1 14 1 22 = 62 = 2,70 m 2 Acer rubrum 2 = 2 = 0,08 m 2 Prunus pensylvanica 3 27 3 7 = 40 = 2,90 m 2 Sambucus pubens 2 3 = 5 = 0,20 m 2 Viburnum alnifolium 2 14 = 16 = 0,70 m 2 Dryopteris spinulosa 2 14 = 16 = 0,70 m 2 Aralia nudicaulis 1 = 1 = 0,04 m 2 Oxalis montana 350 280 250 25 = 905 = 40,2 m 2 Rubus pubescens 20 15 22 5 = 62 = 2,70 m 2 Dryopteris spinulosa 1 6 6 12 = 25 = 1,10 m 2 Carex arctata 1 = 1 = 0,04 m 2 Cornus alternifolia 7 = 7 = 0,30 m 2 Rubus idaeus 57 2 30 = 89 = 3,90 m 2 Cinna latifolia 3 3 = 6 = 0,26 m 2 Clintonia borealis 15 2 = 17 = 0,70 m 2 Streptopus roseus 2 = 2 = 0,08 m 2 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe Dryopteris phegopteris 1 = 1 = 0,04 m 2 Betula alleghaniensis 2 = 2 = 0,08 m 2 Abies balsamea 1 = 1 = 0,04 m 2 210- Biosurplus fragmentés (période hivernale) Cette parcelle, dont l'ensemble des tiges ont été abattues y compris arbustes et arbrisseaux a vu tous ses bois raméaux fragmentés aux premiers jours de décembre 1989. La fragmentation a donné un peu plus de BRF que nous avions prévu, bien que l'épandage lors de la fragmentation n'a pu être très uniforme. Un premier estimé nous indique que la quantité de BRF se situe entre 150 et 180m 3 /ha. La surveillance des travaux nous a montré que le sol couvert de neige (de 15 à 30cm) est demeuré couvert et que le type de pente et de roche-mère ont contribué à ce que le sol ne soit pas perturbé physiquement. La fragmenteuse à moteur diésel (photo no.1), du type utilisé en milieu urbain, a donné de très bons résultats d'autant plus que le gel rend le bois plus fragile, donnant ainsi des fragments plus petits et homogènes par rapport aux BRF d'été. Parcelle 210 fragmentée (210-1, 210-2, 210-3, 210-4, 210,5) Espèces Nombre d'individus totaux incidence + fréquences Dryopteris spinulosa 6 15 8 7 2 = 38 = 1,68 m 2 Clintonia borealis 11 3 = 14 = 0,60 m 2 Oxalis montana 4 18 2 16 = 40 = 1,70 m 2 Sorbus decora 2 = 2 = 0,08 m 2 Cornus canadensis 5 = 5 = 0,22 m 2 Lycopodium lucidulum 1 = 1 = 0,04 m 2 Sambucus pubens 3 3 = 6 = 0,27 m 2 Prunus pensylvanica 9 5 5 = 19 = 0,84 m 2 Acer spicatum 6 4 1 2 = 13 = 0,57 m 2 Rubus idaeus et pubescens 5 1 = 6 = 0,26 m 2 Trillium erectum 1 = 1 = 0,04 m 2 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Répartition hiérarchique des espèces Parcelle 210, fragmentée 1 à 11 1990 n o m b r e d e p l a n t e s a u m è t r e c a r r é 1-Oxalis montana 2-Dryopteris spinulosa 3-Prunus pensylvanica 4-Clintonia borealis 5-Acer spicatum 6-Sambucus pubens 7-Rubus idaeus et pubescens 8-Cornus canadensis 9-Sorbus decora 10-Lycopodium lucidulum 11-Trillium erectum Photos no. 2 et 3. Les résultats, après une année seulement, sont remarquables par rapport aux parcelles 209 et 211. La reprise de la végétation est grandement retardée mais nous assistons à un contrôle exceptionnel des espèces et essences indésirables (photos no.2 et 3). Ceci est particulièrement le cas du genre Rubus , dont il nous a été techniquement impossible de distinguer les semis de R. pubescens de R. idaeus ou de R. allegheniensis. Nous donnerons plus de commentaires dans la conclusion du présent rapport. 211- Sans biosurplus (période hivernale) Cette parcelle, à l'inverse des deux précédentes, a été nettoyée de tous ses biosurplus qui ont été amenés le long de la forêt, à la marge de la parcelle, soit vers le haut soit vers le bas. Ici les placettes ont été installées dès le 7 juillet comme pour la parcelle 210, en même temps que le relevé de végétation. La différence lors de la prise de photo par hélicoptère (photo no 4 et 5) avec la parcelle 210 est tout à fait saisisante (photo no.2<1). Les relevés des parcelles montrent un très grand nombre de semis du genre Rubus dont R. pubescens semble le plus important dans ce stade initial; il agit comme couvre-sol. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe Parcelle 211 sans biosurplus (211-1, 211-2, 211-3, 211-4, 211,5) Espèces Nombre d'individus totaux incidence + fréquences Dryopteris spinulosa 5 12 16 22 10 = 65 = 2,88 m 2 Rubus pub. et idaeus 57 28 9 35 2 = 126 = 5,60 m 2 Acer saccharum 2 = 2 = 0,08 m 2 Rubus allegheniensis 5 4 = 9 = 0,40 m 2 Prunus pensylvanica 14 7 15 17 = 53 = 2,30 m 2 Acer spicatum 1 2 = 3 = 0,13 m 2 Clintonia borealis 1 5 = 6 = 0,26 m 2 Oxalis montana 5 = 5 = 0,27 m 2 Carex arctata 1 12 3 = 16 = 0,70 m 2 Taxus canadensis 1 15 = 16 = 0,70 m 2 Viburnum alnifolium 3 = 3 = 0,13 m 2 Abies balsamea 2 = 2 = 0,08 m 2 Lycopodium lucidulum 2 = 2 = 0,08 m 2 Milium effusum 1 = 1 = 0,04 m 2 Rubus pubescens 2 2 = 4 = 0,17 m 2 Sambucus pubens 3 = 3 = 0,13 m 2 Populus tremuloides 1 = 1 = 0,04 m 2 Taraxacum sp. 4 = 4 = 0,17 m 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Répartition hiérarchique des espèces Parcelle 211 sans biosurplus (1 à 9) 1990. n o m b r e d e p l a n t e s a u m è t r e c a r r é 1-Rubus idaeus et Rubus pubescens (semis) 2-Dryopteris spinulosa 3-Prunus pensylvanica 5-Taxus canadensis 4-Carex arctata 6-Rubus allegheniensis 7-Oxalis montata 8-Clintonia borealis 9-Rubus pubescens 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Répartition hiérarchique des espèces Parcelle 211 sans biosurplus (10 à 18) 1990 n o m b r e d e p l a n t e s a u m è t r e c a r r é 10-Taraxacum sp. 11-Viburnum alnifolium 12-Acer spicatum 13-Sambucus pubens 14-Acer saccharum 15-Abies balsamea 16-Lycopodium lucidulum 17-Milium effusum 18-Populus tremuloides Le nombre élevé d'espèces nécessite le montage de deux graphiques complémentaires. Voir photos no. 4 et 5. 212- Biosurplus fragmentés (période estivale) Comme nous l'avons dit plus haut, cette parcelle bien que délimitée sur le terrain, n'a pas été mise en place comme le protocole expérimental le prévoyait, pour des raisons budgétaires propres à la société REXFOR. Nous espérons vivement que ce travail pourra être complété dès l'été 1991. La raison de cette parcelle nous a été proposée par les travaux de Saint-Damien qui ont fait l'objet d'une importante publication en 1989. Nous pensons que, dans des conditions contrôlées d'exploitation et de fragmentation, les résultats pourraient être différents de ceux des bois raméaux fragmentés en période de dormance. 213- Témoin (non perturbé) Cette parcelle est le témoin vivant de l'état de ces dernières avant les perturbations infligées par celle du prélèvement. Comme nous n'avons pû terminer l'ensemble du dispositif, nous ne procéderons aux mesures et relevés nécessaires que l'an prochain. 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe Photographie aérienne Le 11 septembre 1990, nous avons pû effectuer les photo- graphies aériennes grâce à l'obligeance du Ministère de l'Énergie et des Ressources qui nous a permis de faire les photos obliques (photos no. 2 et 4). Visiteurs Nous avons eu plusieurs visiteurs sur le site à plusieurs reprises qui ont tous montré leur étonnement devant les résultats de première année. juillet M. Marc Lamontagne (REXFOR) août Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Edgar Guay Lionel Lachance Alban Lapointe Gilles Lemieux Johanne Dubé (Institut de Technologie Agricole de La Pocatière) septembre M. Pierre-Serge Tremblay (faculté de Foresterie, Université Laval) Direction de REXFOR MM. Ouellette, Larue, Bazin, Barette et autres. octobre Dr. D. Supriyanto (SEAMEO-BIOTROP, Bogor, Indonésie) CONCLUSIONS Il nous faut admettre que dès la première année de la fragmentation des biosurplus des résultats spectaculaires apparaissent qui vont à l'encontre de la croyance générale. Le fait de déposer, en couche mince, les rameaux fragmentés "sécurise" microfaune et microflore et empêche le retournement qui veut que de commenceaux ils le restent, plutôt que de devenir saprophytes et de détruire hôtes et concurrents. Nous pensons ainsi réduire à peu de chose la période de transition entre le peuplement climacique d'origine et sa réinstallation après la perturbation de prélèvement. Les années qui viennent nous donnerons tort ou raison mais déjà on remarque que les parcelles, fortement perturbées par la coupe, passent à des stades dégradés alors que la parcelle fragmentée 210 est en période de latence. L'importance de la fréquence des Rubus dans les parcelles 209 et 211 est un indice certain et bien connu de la dégradation du site primitif. 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe ISBN 2-550-21356-4 Québec, novembre 1990. Photo no.1 Photo no.2 1-Fragmentation de la parcelle 210, début décembre 1989. 2-Vue aérienne oblique de la parcelle 210 le 11 septembre 1990. 3-M. A. R. Lapointe au sol à la mi-septembre dans la parcelle210. Photo no.3 Photo no.4 Photo no.5 4-Vue aérienne oblique de la parcelle 211 en septembre 1990. 5-Vue de la parcelle 211 au sol avec M. R.A. Lapointe en septembre 1990. 6-L'affiche posée par la société REXFOR près du site. Photo no.6 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada PROJET SÉMINAIRE 1990 Rapport d'étape, G.Lemieux et R.A. Lapointe Publication nº 74 janvier 1990 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-550-21356-4 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois e de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «Mémorandum de l'usage du B.R.F. Le comment et le pourquoi» par le Benoît Noël Ingénieur chimiste des industries agricoles Bruxelles Belgique décembre 1997 Publication n° 79 Deuxième édition novembre 2003 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada avant-propos Les pages qui suivent sont une excellente synthèse de la dynamique, non pas de la statique comme c'est souvent le cas malheureusement. Ce texte en plus de s'attaquer au problème de la dégradation des sol, il en trace les mécanismes tant biologiques, biochimiques que physiques, une approche rarissime. Cette approche fait appel à la connaissance, l'observation et la réflexion, le plus souvent aux antipodes des tendances de la technologie actuelle, incrustée dans des philosophies de révolutions économiques à courte vue pour des «profits immédiats». Nous ne pouvions passer sous silence un tel travail qui va bien au delà de la description et des «profits immédiats», mais qui s'inscrit dans une perspective humaniste, scientifique et technique du même coup. C'est le rôle que joue et joueront de plus en plus les BRF par leur impact universel, touchant toutes les bases de la vie terrestre depuis la forêt, vieille de centaines de millions d'années, vers une agriculture qui en découle, mais en conflit permanent. Puisse un tel texte soulever des apaisements par rapport aux conflits environnementaux qui nous assaillent et qui nous montrent du doigt la venue de quelques chevaliers de l'Apocalypse dont on perçoit déjà les nuages de poussière sur l'horizon. Professeur Gilles Lemieux décembre 1997 Mémorandum de l’usage du B.R.F. en agriculture Le comment et le pourquoi par Benoît NOEL 1 Ingénieur Chimiste et des Industries Agricoles Introduction Plusieurs personnes s’enquirent en ma présence de l’existence d’un texte synthétique expliquant l’utilisation du B.R.F. (Bois Raméal Fragmenté) ; ceci me donna l’idée d’en écrire un. Pour mémoire, le Bois Raméal Fragmenté est constitué de branches d’arbres de faible diamètre découpées en petits tronçons par une machine prévue à cet effet. La méthode dont je vais traiter ici consiste à mélanger cette matière au sol afin d’en augmenter la fertilité. Cette méthode, partie d’une excellente idée de messieurs Gay, Lachance et Lapointe est et a été développée par le groupe de coordination sur les B.R.F. autour de la personne du professeur Gilles Lemieux de l’université Laval, du Québec. Nombres d’expérimentations tant agricoles que forestières eurent lieux, depuis les années 80, au Canada d’où la méthode est originaire. Aujourd’hui la recherche a lieux essentiellement au Sénégal, en Ukraine et en république dominicaine. Les données et idées que je vais présenter ici sont issues de discussions avec diverses personnes rencontrées au cours de mon récent voyage au Canada, de la littérature et de mes expériences personnelles. Contexte et utilité de la méthode L’amélioration du sol par l’utilisation de B.R.F. remet beaucoup de conceptions en cause, elle introduit à une meilleure compréhension des mécanismes profonds de la pédogenèse. Soit la naissance de ce que l’on appel le sol, ou plutôt de ce que la plante perçoit du sol.. L’étude de ce phénomène est riche en conséquences philosophiques dont je ne parlerais que très peu, ce texte ayant une vocation utilitaire. Concrètement on peut attendre de cette méthode : 1 18 av. des Combattants , 1340 OTTIGNIES, BELGIQUE. 1 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël ∑ Des économies considérables en eau : Ces économies sont dues à la capacité de rétention d’eau de l’humus formé (jusque 20 fois son poids ) et à la capacité d’accumulation et de gestion de l’eau par les organismes du sol. ∑ L’augmentation des rendements, jusqu’à 1000% dans certains cas (aubergine), en culture maraîchère, au Sénégal ; 300% sur les fraises au Canada,… ∑ L’augmentation de la qualité des produits : on a observé au Canada une augmentation de 30% de la teneur en matière sèche chez la pomme de terre. ∑ La réduction des nuisances engendrées par certains pathogènes par exemple la disparition des problèmes liés aux nématodes en Afrique qui, selon Tisseaux, est due à l’intensification de la prédation de ces nématodes suit à la complexification des chaînes trophiques. Selon le contexte agricole, on peut envisager différentes utilités à cette méthode : ∑ En agriculture conventionnelle l’utilisation de B.R.F. peut être considérée comme un investissement rentabilisable à moyen terme, capable de restaurer rapidement les capacités de production d’un sol et d’éviter à l’agriculteur beaucoup de problèmes connexes à la dégradation de ces qualités. Ici l’objectif sera de donner un coup de fouet à un sol qui dérive, de rétablir sa fertilité par une action ponctuelle. ∑ En agriculture biologique on part souvent du postulat implicite qu’un sol maltraité durant des années par l’utilisation abusive d’engrais chimiques et de pesticides pourra restaurer sa force de production et son équilibre en 3 ans, par le retour aux pratiques ancestrales Ce postulat ne tient pas compte de la diversité des molécules en jeux et de la complexité du système sol. Il faut savoir qu’il existe des substances humiques à courte durée de vie et d’autres à longue durée de vie (plus de 1000 ans), de telles substances sont susceptibles de jouer un rôle important dans les équilibres du sol. Durant des siècles la fertilité des sols européens a été maintenue par des apports réguliers en matière organique. Durant cette période, les micro-organismes du sol ayant d’autres sources de carbone à disposition, ils ne se sont pas attaqués aux molécules les plus stables. Il faut savoir que la plupart des sols agricoles actuels sont d’origine forestière. Dans les sols soumis à une agriculture intensive basée sur l’utilisation exclusive de NPK, une faune bactérienne modifiée, fini par consommer l’humus (d’origine forestière) à longue durée de vie. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 2 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël En restituant à de tels sols des fumiers de ferme dont la seule source de lignine est la paille on ne peut espérer que se reforme massivement ses humus à longue durée de vie, garants d’une stabilité à long terme. Un fait édifiant est l’instabilité des sols issus de la grande prairie américaine, ses sols alimentés en lignine par des graminées durant des millénaires n’ont pas résistés longtemps à l’agriculture intensive, ils sont actuellement l’objet d’une érosion massive.Dans ce contexte le traitement au B.R.F. peut être considéré comme un moyen de réinscrire un sol dans une histoire forestière et de lui reconstituer en 3 ans un capital d’humus à longue durée de vie. ∑ Dans un contexte environnemental le rôle humificateur de cet amendement devra être pris en compte. Le complexe argilo-humique constitue un frein très efficace contre l’érosion. D’autre part l’augmentation de la quantité d’humus présent dans le sol prévient le lessivage des nutriments, source de pollution des nappes phréatiques et cours d’eaux. En effet, l’humus est constitué d’un squelette carboné sur lequel sont fixés différents groupements organiques susceptibles d’établir des liaisons avec les substances présentes dans la solution du sol. Ce faisant les molécules humiques jouent un rôle comparable à une résine échangeuse d’ions ou à une argile. La capacité d’échange de l’humus est 2 à 3 fois plus élevée que celle d’une argile de type smectite. ∑ En zone tropicale la méthode peut être considérée comme un moyen de mettre à profit la fabuleuse capacité de la forêt à accumuler et à gérer les nutriments, si labiles dans ces conditions. En utilisant une ressource locale, l’agriculteur du sud pourra aussi éviter des importations d’engrais chimiques exorbitantes pour lui en les remplaçant par de la main d’œuvre. Les économies en eau que la méthode permet amènent à penser qu’elle pourrait jouer un rôle considérable dans la lutte contre la désertification. D’autre part la rentabilité de systèmes agro-forestiers basés sur l’utilisation des B.R.F. pourrait être un incitant au reboisement. Concepts de bases Le B.R.F. est un amendement susceptible d’amener au sol nutriments et énergie, sa spécificité vient de son action sur la vie du sol, ce matériau semble en effet susciter un ensemble de chaînes trophiques complexes qui structurent le sol, gèrent les nutriments, limitent les pathogènes. Ce rôle pédogénétique peut aller jusqu’à la création de sol fertile au départ de cailloux (observé à la ferme de M. Carrier). Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 3 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël L’origine biologique des mécanismes en cause implique une grande influence de la température, plus la température sera élevée plus les bénéfices de la méthode seront rapidement acquis… et perdu si le traitement n’est pas entretenu (nouvelle application). Cette origine implique également une grande sensibilité potentielle à l’utilisation de pesticides, herbicides et surtout de fongicides. L’adjonction d’engrais peut interférer de façon néfaste avec les cycles de dégradation du B.R.F. en donnant l’avantage à certains organismes sur d’autres (p.e. : bactéries sur champignons). L’adjonction d’engrais peut également susciter des “feed back ” biologiques et biochimiques négatifs ou inattendus, le sol traité au B.R.F. ne peut plus être considéré comme un matériau inerte. Une part des bénéfices de la méthode est probablement liée à une interaction entre les organismes et macromolécules du sol d’une part et la plante d’autre part. Cette interaction permet la mise en disponibilité de nutriments au moment opportun. Un tel mécanisme joue probablement un rôle important dans la réduction des nuisances liées au parasites et dans l’amélioration de la qualité des récoltes. Il est possible que de pareils bénéfices soient compromis par l’adjonction d’engrais à un moment inapproprié. D’un autre côté, après quelques années, le sol traité aux B.R.F. devient apte à gérer les nutriments aux moyens des systèmes humiques et biologiques mis en place.,Il convient donc d’être prudent dans l’application conjointe d’engrais et de B.R.F. au début de l’utilisation de la méthode. La question de l’énergie est d’importance, le B.R.F. peut fournir de l’énergie chimique, du combustible à la vie du sol, et ce sous forme de noyaux benzéniques polymérisés (lignine), d’hémicellulose et de sucres. La lignine est très difficile à digérer seul certains organismes en sont capables (essentiellement des basidiomycètes, appelés pourritures blanches en raison de leur aspect), sa digestion nécessite une importante énergie d’activation. Le fait que seul certains organismes puissent disposer de cette considérable source d’énergie leur donne un pouvoir sur les autres, ainsi les basidiomycètes contrôlent les autres micro-organismes qui dépendent de leur action sur la lignine ce qui structure la vie du sol. Il faudra fournir à ces champignons les meilleures conditions possibles. Le problème de l’énergie d’activation est comparable à la combustion d’une allumette : en grattant l’allumette on lui fournit de l’énergie thermique ce qui permet de passer la barrière d’activation et de déclencher la réaction de combustion qui génère beaucoup plus d’énergie thermique que ce qui a dû être fourni au début. On peut voir l’énergie d’activation à fournir comme une barrière relativement difficile à franchir qui protège l’allumette de l’auto-combustion. On dit que l’allumette est un système métastable. Normalement un système tend, par entropie à gagner son état d’énergie la plus faible, cet état étant réellement stable. Un système métastable est un système à un Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 4 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël haut niveau d’énergie, un système instable qui est protégé par une barrière d’énergie d’activation. Le bois dans le sol peut être considéré comme un système métastable, sa dégradation par les organismes du sol est un phénomène comparable à la combustion d'une allumette. Les enzymes sont des molécules capables d’abaisser une barrière d’énergie d’activation. Dans le sol, les enzymes capables d’aider à la dégradation du bois sont présents soit dans la solution du sol, soit fixés momentanément sur des argiles, soit à l’intérieur du cytoplasme de certains organismes. Ces enzymes sont sécrétés par des organismes spécifiques, principalement des basidiomycètes, qu’il faudra introduire et auxquels il faudra donner les meilleures chances de se développer. D’autre part l’énergie d’activation proprement dite peut être fournie par le soleil (température) ; par des combustibles organiques que l’on trouvera soit dans le bois lui-même (en choisissant des rameaux plus fins, on choisit un matériau plus riche en sources d’énergie facilement accessibles, par exemple des sucres) ; soit dans les exsudats racinaires des plantes (on aura donc tout intérêt à cultiver les champs durant le traitement, ne fut ce qu’en prairie). On comprendra dès lors pourquoi un sol traité aux B.R.F. dégradera avec de plus en plus d’efficacité et de rapidité le B.R.F. du traitement suivant : le pool d’énergie disponible s’accroissant au cours du traitement. Mise en œuvre : 1° Le choix des essences forestières à broyer : Certaines essences sont digérées très rapidement par le sol (quelques mois) ; certaines mettent un temps moyen (quelques années) à se dégrader ; d’autres engendrent des mécanismes de blocages de la pédogenèse (les conifères en climat froid et tempéré). L’impact du B.R.F. sur le sol est lié à la stratégie de peuplement des arbres dont il est issu : les conifères sont égoïstes, ils stockent les nutriments dans l’arbre et éliminent la concurrence en rendant le sol inhospitalier ; les feuillus sont plus évolués, ils stockent une part des nutriments dans le sol et favorisent la bio diversité. Cette stratégie permet aux feuillus de supplanter les conifères partout où les conditions climatiques le permettent. Les forêts de feuillus sont beaucoup plus stables et durables, tandis que les forêts de conifères suivent des cycles cataclysmiques : lorsque tous les nutriments sont bloqués, les arbres envoient des messagers olfactifs aux ravageurs qui viennent détruire le peuplement, ensuite le feu prend et nettoie tout ce qui libère les nutriments. Les blocages engendrés par les conifères sont liés à la synthèse au départ de la lignine de grandes quantités de polyphénols inhibiteurs. Les conifères sont Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 5 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël caractérisés par une lignine asymétrique, la lignine gaïacyle, dont les cycles benzéniques sont porteurs d’un seul groupement méthoxyle ; on retrouve également ce type de lignine dans certaines essences tropicales. En climat tempéré et froid de telles essences sont à éviter, on en tolérera toutefois une part de 20% dans le broyat. Cette affaire est aussi une question d’énergie d’activation, en climat tropical il faudra probablement rechercher de telles essences afin de freiner des processus rendus trop rapides par la température. Dans le cas, très fréquent, où on ne dispose pas d’essences déjà testées il faudra réaliser les expériences de terrain permettant d’évaluer l’incidence des différents B.R.F. disponibles. Pratiquement on pourra toutefois déterminer rapidement les essences les plus propices sur des bases d’ordre écologique : On choisira les arbres qui vivent en association avec le plus possible de plantes supérieures (les feuillus climaciques), ainsi on obtiendra un B.R.F. favorable à la biodiversité et donc à la plupart des cultures. En mélangeants plusieurs essences on peut espérer obtenir un amendement qui aura des effets positifs à court terme et à long terme. 2° La partie de l’arbre à utiliser : On broiera les branches de diamètre inférieur à 7 cm, de préférences sans les feuilles, ceci doit être expliqué et relativisé : Suite à l’étude de Hendrickson (1987) on sait que, dans les essences Nord américaines, les nutriments essentielles aux plantes (N, P, K, Ca, Mg) se retrouvent dans les rameaux à des concentrations inversement proportionnelles au diamètre. Ces concentrations atteignent un taux minimum dans les branches de plus de 7 cm, ce qui les rend peu fertilisantes ; 75 % des nutriments de l’arbre se trouvent dans les rameaux de moins de 7 cm de diamètre. Sachant que les rameaux de faibles diamètres sont les plus fertilisants, on ne s’inquiétera toutefois pas de la présence éventuelle de rameaux plus grossiers dans un broyat de type résidu d’élagage dont on pourrait disposer. Ici encore c’est une question d’énergie d’activation, plus les rameaux sont gros moins ils contiennent d’éléments facilement digestibles. Quelques grosses branches, si elles sont broyées avec les autres, ne font que légèrement freiner le processus de décomposition. Par contre les sciures de scierie, issues du tronc de l’arbre, ne peuvent convenir, compostées avec des résidus animaux elles peuvent donner de bons résultats, mais mélangées au sol elles ne peuvent susciter que des mécanismes délétères tel que faim d’azote et autres blocages. Ici le problème n’est pas seulement une question d’énergie d’activation, c’est aussi une question de nutriments : le tronc de l’arbre est un tissu de soutient essentiellement mort, il ne contient plus les éléments nécessaires à la vie qui lui permettraient de s’intégrer et de profiter à la vie Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 6 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël du sol. La forêt traite le tronc de l’arbre mort comme un déchet, il est attaqué par l’extérieur, il se transforme en CO2 et ne profite presque pas au sol. Lors d’une première application, il vaut mieux utiliser un B.R.F. sans feuilles vertes. Cette question tient au fait que des feuilles vertes contiennent des éléments facilement accessibles aux bactéries ce qui peut donner à celles ci un avantage gênant sur les basidiomycètes. Les feuilles mortes, tombées de l’arbre ne présentent pas cet inconvénient, leurs éléments nutritifs étants fixés par des pigments. Il faut toutefois remarquer que plusieurs personnes ne suivant pas cette règle ont obtenu de bons résultats. 3° Le broyage : Le broyage est une opération mécanique qui vise à briser la barrière physico-chimique formée par l’écorce pour permettre aux micro-organismes de la pénétrer. De plus, en fragmentant on augmente la surface du matériau ce qui accroît la rapidité de sa digestion (énergie d’activation). Plus le bois est digeste et plus la température est élevée, moins le broyage doit être fin ; en condition tropicale des morceaux grossiers, sommairement fragmentés à la machette, seront rapidement digérés par le sol. Les conditions d’un bon broyage sont : un angle d’attaque de 57° et surtout une machine qui tourne à 12000 tours/minute par couteaux (une machine à un couteau doit tourner au moins à 12000 t/m, une machine à 2 couteaux doit tourner à 6000 t/m, une machine à 4 couteaux doit tourner à 3000 t/m,…). Il vaut mieux déchiqueter les branches dans le sens de la longueur que de les couper perpendiculairement au sens de la tige. Le jardinier amateur pourra trouver sur le marché quantité de broyeurs de petite taille. Pour un usage à plus grande échelle, il est conseillé d’utiliser une machine puissante, un moteur sous-dimensionné occasionnant de nombreux bourrages. Les machines adaptables sur prise de force de tracteur sont très avantageuses. Il existe une solution peux onéreuse pour le cultivateur qui donne de très bons résultats : Cette solution consiste à recycler une vieille fourragère à maïs, ces machines parviennent sans peine à broyer du bois raméal étant conçues pour broyer le maïs et les cailloux qui y sont parfois accrochés. 4° Le stockage : Si on ne peut l’utiliser immédiatement, le B.R.F. peut être stocké, sans précaution particulière . S’il sèche, il se conservera sans problème et sans perdre ses propriétés, le bois ayant la capacité de pouvoir rapidement reprendre sa dégradation lorsque son humidité le permet, même après une longue interruption. S’il est stocké Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 7 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël en tas, il pourra précomposter dans ce cas le bois sera colonisé par des organismes capables de le dégrader, ce qui facilitera son action ultérieure et son intégration à la vie du sol. Attention, un stockage en tas trop volumineux et trop tassé peux induire des conditions anaérobies très néfastes si elles perdurent plus de quelques semaines. Il vaut mieux un tas long qu’un tas haut, si la quantité à stocker dépasse une dizaine de m 3 on stockera en andins de l’ordre de 2 mètres de haut sur une longueur aussi importante que l’on veuille. Au-delà de 3 mois de stockage en tas on commence à obtenir un compost de B.R.F., même si ce matériau peut être considéré comme un excellent amendement organique, ses caractéristiques (à savoir sa constitution chimique, son impact sur la vie du sol et ses modalités d’application ) sont différentes des caractéristiques propres au B.R.F. 5° A quelle période épandre le broyat : L’automne semble être la meilleure période (en conditions tempérées et froides). L’incorporation au sol d’un matériau riche en carbone (et pauvre en azote) occasionne une immobilisation de l’azote du sol par les micro-organismes, ce qui veux dire qu’il y a pénurie d’azote libre pendant les premiers mois. Lors de l’utilisation de B.R.F., on observe généralement ce type d’effets durant 2 mois, après cela les chaînes trophiques sont en places et les quantités de nutriments disponibles augmentent avec le temps.Si on incorpore le B.R.F. au printemps cela peut déboucher sur une faim d’azote durant la période de croissance, ce qui serait très néfaste aux cultures. Attention, en cas d’application en mulch c’est à dire sans incorporation du B.R.F. au sol, on observe pas ce type de problèmes mais la décomposition du B.R.F. sur sol agricole, est aussi beaucoup plus lente. L’automne présente aussi l’avantage de donner la priorité aux basidiomycètes : les champignons restent actifs à des températures inférieures à zéro, par contre les bactéries meurent et s’enkystent massivement durant la saison froide. 6° Adjonction de litière forestière : Des études ont prouvé que dans un sol agricole les basidiomycètes sont très souvent absents, les chaînes trophiques sont réduites au minimum. Les nombreux organismes (champignons et bactéries symbiotiques, micro arthropodes, insectes,…), présents en milieux forestiers et nécessaires à la dégradation des B.R.F., ne sont plus présents en milieux agricoles. Il faut donc les réintroduire lors d’une première application sans quoi les B.R.F. risquent de ne pas se dégrader correctement (ils prennent alors une teinte charbonneuse). Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 8 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël La migration de certains de ces organismes dans le sol est parfois très lente (quelques centimètres par an) et une recolonisation naturelle peux prendre un temps considérable. Réensemencer le sol demande l’adjonction de 10 à 20 grammes par m2 soit 1 à 2 tonnes par hectares de litière forestière. On se procurera cette litière dans une vieille forêt de feuillus climaciques ou ce qui s’en rapproche le plus. Il faut récolter les 5 premiers centimètres en dessous des feuilles. Ce terreau noir sera ensuite épandu en même temps que le B.R.F.. Il faudra le récolter juste avant de l’épandre afin qu’il ne puisse pas avoir le temps de sécher. 7° Quantité de B.R.F. à épandre : On préconise l’épandage d’une quantité de 1.5 à 2,5 cm sur le sol, soit 150 à 200 m 3 /ha. Ce traitement reste valable pour au moins 3 ans en conditions tempérées, avant de devoir renouveler le traitement. 8° L’incorporation au sol : En sol agricole, il est d’une importance capitale d’incorporer le B.R.F. aux 5 premiers centimètres de sol, ce au moyen d’un engin de travail superficiel. Ce point est généralement mal compris, ce qui suscite des prises de liberté par rapport à cette règle et mène à de nombreux échecs. Les raisons de cette incorporation superficielle sont d’ordre physique et biologique : La dégradation des B.R.F. nécessite l’intervention de nombreux organismes, en forêt, lorsque les conditions deviennent défavorables en surface (ce qui est plus rare qu’en champ, la forêt maintenant un microclimat sous sa voûte), ces organismes se réfugient en profondeur, dans la litière forestière qui les protège. En champs cette migration n’est pas possible et ces organismes sont à la merci de la moindre période de sécheresse. Ceci explique que les applications forestières du B.R.F. ne nécessitent pas d’incorporation au sol. L’attaque par les basidiomycètes requière des conditions d’humidité du bois allant de 30% à 120%, l’optimum étant situé entre 60% et 100%. D’autre part ces champignons sont aérobies. L’incorporation aux 5 premiers centimètres du sol permet de maintenir le bois humide et en condition aérobie. 9° Ni compostage, ni labours, ni mulch, ne pas confondre les techniques : La technique d’utilisation du B.R.F. explicitée ici fait de ce matériau un amendement pédogénétique susceptible d’optimiser ou de générer un sol selon une filière biologique. Il ne faut pas confondre cette technique avec celle du compostage qui consiste à fabriquer au départ de divers déchets un amendement qui peut se substituer au sol et lentement s’y intégrer. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 9 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël Le but du compost reste de nourrir la plante, le but de notre technique est de nourrir la vie du sol qui nourrira la plante. D’un point de vue pratique, le compostage permet de mélanger divers matériaux en fonction de leur C/N, dans le cas du compost de B.R.F. pur le compostage engendre des pertes importantes en carbone qui permettent de rééquilibrer le C/N autour de 20. Retourner le tas plusieurs fois permet d’accélérer le processus. Le compost est mature à partir du moment ou il n’évolue plus. Lorsque l’on incorpore le B.R.F. directement au sol il n’est pas nécessaire voire nuisible d’y ajouter autre chose. Le B.R.F. contient tous les nutriments nécessaires, les sols traités ne présentent plus aucune carences (notons que la forêt se nourri presque exclusivement de ses rameaux et de ses feuilles). Le C/N du B.R.F. se situe entre 50 et 170 pour des rameaux de moins de 7 cm. Ce C/N élevé ne doit pas inquiéter le cultivateur, une fois les filières biologiques en place il ne pose pas de problèmes ; les basidiomycètes sont en effet adaptés par des mécanismes de recyclage de leur azote, à l’utilisation de substrats pauvres en azote (optimum entre 100 et 170). Il est aussi possible que des mécanismes d’origine forestière de fixation bactérienne non symbiotique de l’azote atmosphérique puisse intervenir, ce qui expliquerait que l’on n'observe généralement pas de faim d’azote au-delà de quelques mois. En retournant le sol plusieurs fois on perturbe la vie du sol, elle n’est pas adaptée à un tel traitement, contrairement à la micro-faune thermophile de décomposition du tas de compost. Ceci a déjà entraîné de cuisant échecs (pas de décomposition du B.R.F.). Dans cette technique on exploite le fait que le B.R.F. soit toujours susceptible d’évoluer, lui faire perdre son carbone labile par compostage avant de l’intégrer au sol n’a, dans notre cas, pas de sens. C’est justement ce carbone labile qui est susceptible de fournir à la vie du sol l’énergie nécessaire pour s’organiser et se structurer c’est à dire pour vaincre l’entropie, la vie étant une lutte contre l’entropie. Labourer un champ traité au B.R.F. n’est pas utile et peut être très néfaste si le traitement est récent (moins de trois ans). Le labour a pour conséquence d’enfuir profondément ce qui était au-dessus, à 5 cm les conditions sont aérobies, favorables à la décomposition des B.R.F. ; à 40 cm les conditions sont anaérobies, défavorables aux basidiomycètes. Un cultivateur canadien ayant labouré son champ après avoir épandu du B.R.F. l’a retrouvé intacte, 8 ans après, à 40 cm de profondeur. Un des rôles du labour est de permettre des économies en eau en brisant la continuité des pores ; or un sol traité aux B.R.F. est susceptible de résister de façon spectaculaire à la dessiccation, en cause l’hydratation des molécules humiques et des capacités de stockage et de gestion de l’eau par la biomasse du sol. Le labour en augmentant la rugosité du sol, limite le ruissellement et l’érosion ; le B.R.F., est un amendement humifère et bio-activateur qui augmente fortement la stabilité Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 10 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël structurale par les liens argilo-humique, par la multiplication des hyphes fongiques et par la sécrétion par une biomasse activée d’exo-polymères bactériens. Cette stabilité structurale est le frein le plus efficace contre l’érosion des sols. Le labour permet d’aérer le sol ; or la dégradation du B.R.F. génère des molécules qui attirent les vers de terre qui sont toujours très présents dans les sols traités (une forêt d’érables à sucre canadienne contient jusqu’à 2 tonnes de lombrics/ha, ce qui représente deux chevaux labourant en permanence). Ainsi l’aération et le labour sont réalisés par en dessous de la surface de façon naturelle. Les lombrics jouent également un rôle fondamental dans la stimulation de l’activité microbiologique, dans la mise en disponibilité des nutriments et dans la structuration du sol. Le B.R.F. est parfois et peut être appliqué en mulch ; soit en couche plus importante appliquée en surface, sans incorporation au sol. Dans ce cas il se dégrade beaucoup plus lentement et ne joue pas le même rôle . Il sert alors de frein mécanique à la dessiccation, de niche écologique pour les prédateurs de certains parasites, il entrave la germination des adventices. Il est aussi probable que les effets à long terme rejoindront ceux de l’application avec incorporation. Mis à part les craintes que l’on peut concevoir quant au C/N du B.R.F. dont j’ai traité plus haut, la principale raison qu’ont certains utilisateurs de préférer le mulch est que l’on n'y perturbe pas la vie du sol. Or il semble que le travail superficiel et très occasionnel envisagé ici n’altérera pas de façon néfaste la vie du sol sur laquelle la méthode se base par ailleurs. 10° Les sols les plus propices : Il existe des sols à proscrire, se sont les fonds de vallées humides, les sols hydromorphes qui restent constamment humides et froids. Les conditions anaérobies qui y règnent ne permettent pas la décomposition des B.R.F.. Les sols sablo-limoneux, les sols qui drainent biens tout en contenant une quantité suffisante d’argiles permettent l’application la plus intéressante des B.R.F., de tels sols permettent la dégradation des B.R.F., ils permettent aussi la stabilisation de la structure du sol et la stabilisation des molécules d’humus qui y sont impliquées. D’un autre côté ces sols n’ont généralement pas besoin d’une technique de remédiation vu leur fertilité bien connue. Les sols sableux sont généralement considérés comme très peu fertiles. L’argile présent dans les sols précédents constitue des complexes d’échanges capable de stocker les nutriments ce qui entrave leur lessivage. Par contre un sol sableux se comporte comme un seau percé. L’utilisation de B.R.F. permet de Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 11 Mémorandun de l'usage du B.R.F. Ing. Benoît Noël remédier à cette situation, en effet les substances humiques peuvent également servir de complexe d’échange et stocker des nutriments. D’autre part le bon drainage dont bénéficient ces sols permet une digestion idéale du B.R.F., c’est dans de tels sols que cet amendement trouve le plus d’utilité. 11° Pratiques agricoles recommandées : Malgré que l’adjonction d’azote ne semble pas nécessaire, il me semble important de signaler que M. Carrier utilise avec succès de grandes quantités de lisier (40 T/ha) qu’il épand en même temps que le B.R.F. On constate que le lisier ne sent pas une foi épandu, ce qui témoigne d’une absence de perte par volatilisation. Il est probable qu’il n’y a que peu de pertes d’azote par lessivage. Un tel phénomène peut être expliqué par la capacité d’échange développé par les substances humiques formées consécutivement à la digestion du B.R.F.. Ces molécules se comportent un peu comme une résine échangeuse d’ions. Une grande sapidité de la faune de dégradation peut aussi être invoquée au rang des explications. M. Lachance, qui travailla longtemps au Canada dans l’amélioration de la pomme de terre m’exposa une rotation de culture dont il a eu l’idée et qui me semble très instructive, on pourra s’en inspirer. Lors des expériences portant sur l’utilisation de B.R.F. dans la culture de la pomme de terre on s’est rendu compte que les machines qui récoltent ces pommes de terres sont vite encrassées de fragments de B.R.F. non encore dégradés, lorsque l’on récolte les tubercules de la première année. En outre remuer le sol à ce stade entrave la digestion ultérieure du B.R.F. ; respecter l’intégrité du sol au début du traitement est primordial, il faut entre autre que les hyphes fongiques puissent se développer. Un système racinaire en place favorise également par la sécrétion d’exsudats, la dégradation du matériau. M. Lachance propose donc d’épandre le B.R.F. (+lisier) en automne et de semer ensuite conjointement une céréale et un foin, soit une légumineuse (fixateur d’azote) vivace (trèfle blanc ou luzerne). La première année on rentabilise le traitement sans travail du sol, par une récolte de céréales. Les deux années suivantes on aura du foin à faucher, ensuite on pourra récolter des pommes de terres durant plusieurs années sans problèmes, alors que le B.R.F. sera complètement digéré. Par une telle rotation on pourra rétablir la fertilité d’un sol de façon rentable. _____________________________ Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 12 Publication nº 79 décembre 1997 Deuxième édition novembre 2003 Édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique UNIVERSITÉ LAVAL Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-29-X UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux tiré-à-part de la revue AGROSOL, VOL 6 (2), pp 36-43 «RÔLE DE LA MÉSOFAUNE DANS LA DYNAMIQUE DE TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE LIGNEUSE APPLIQUÉE AU SOL» par Louis Larochelle, Fernand Pagé, Chantal Beauchamp et Gilles Lemieux décembre 1993 Publication n° 80 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada LA MÉSOFAUNE COMME INDICATEUR DE LA DYNAMIQUE DE TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE LIGNEUSE APPLIQUÉE AU SOL L. Larochelle 1 , F. Pagé 2 , C. Beauchamp 3 et G. Lemieux 4 RÉSUMÉ La mésofaune peut servir d'indicateur de l'effet d'un amendement ligneux sur la dynamique de la minéralisation et de l’humification de la matière ligneuse dans le sol. La mésofaune est principalement fongivore et la matière ligneuse passe nécssairement par un stade d'attaque fongique lorsqu'elle est appliquée au sol. L'activité de la mésofaune peut refléter la quantité et la qualité des champignons croissant sur les matières ligneuses. Ces champignons lignolytiques n'agissent sur le substrat qu'en dessous d'un seuil azoté, mais ne sont consommés et minéralisés par la mésofaune, que dans la mesure où ils contiennent un taux acceptable de protéines. La présence d'une mésofaune fongivore abondante permet la remise en circuit de l'azote et sa mise en disponibilité pour les plantes. Aussi, favorise-t-elle la participation de d'autres chaînes trophiques au sein des processus de minéralisation et d'humification de la matière organique ligneuse. Mots clefs: pédofaune, mésofaune, microarthropodes, collemboles, acariens, champignons, lignine, azote, minéralisation, humification, bois raméal fragmenté. INTRODUCTION Les organismes du sol sont largement définis par leur rôle écologique de «décomposeurs». Parmi ceux-ci, la mésofaune, constituée d'organismes dont la taille varie entre 0,1 et 2 mm, joue un rôle important dans la transformation de la matière organique du sol, le cyclage des nutriments des plantes, et l'amélioration des propriétés physiques du sol [Swift & al., 1979]. La mésofaune regroupe les acariens, les collemboles, les enchytréides et les isoptères. Les acariens et les collemboles, aussi appelés «microarthropodes», sont typiques du système trophique dit «mésotrophe». En fait, ce sont des organismes confinés aux macropores du sol ou à l'intérieur de résidus organiques, là où croissent préférentiellement les populations fongiques. Ils se retrouvent surtout dans les couches superficielles du sol, les plus riches en résidus végétaux, mais plus en profondeur également à proximité de débris de racines. La morphologie des diverses espèces de collemboles et d'acariens s'est développée en fonction des microhabitats et de leur profondeur dans le sol [Butcher & al., 1971]. Ils n'ont pas la capacité des vers de terre d'ingérer la matière minérale, et ainsi de modifier directement de façon importante la structure du sol minéral. Le rôle de la mésofaune s'exerce principalement sur la transformation des résidus organiques et le cyclage des nutriments [Seastedt,1984]. La densité de microarthropodes varie de 50 000 m -2 ou moins sous les tropiques [Seastedt,1984], à près de 300 000 m -2 dans plusieurs forêts 2 tempérées [Winter et al.,1990] et boréales [Seastedt,1984]. Les sols agricoles, moins riches en résidus organiques et sujets à divers types d'aménagements, voient leur nombre diminué lorsque comparé au sol forestier d’origine [Ghilarov, 1975, Winter et al.,1990]. Nous analyserons à la lumière des travaux de plusieurs chercheurs, le rôle de la mésofaune, et plus particulièrement celui des collemboles et des acariens, sur la décomposition de la matière organique, mais surtout de la matière ligneuse. Seront également discutés leurs rôles dans le cyclage des éléments nutritifs, plus particulièrement celui de l'azote, et leur influence sur l'activité microbienne. Étant donné que la densité des microarthropodes a été corrélée positivement à une amélioration de la qualité de la ressource, puis à la productivité foliaire, radiculaire et microbienne [Heal & Dighton,1985; Seastedt,1984; Seastedt & al., 1988], nous chercherons également à voir de quelle manière la mésofaune pourrait contribuer à accroître la fertilité des sols agricoles. RÔLES DE LA MÉSOFAUNE Comminution des résidus organiques Dans un premier temps, les microarthopodes du sol influencent la décomposition de la matière organique, principalement grâce à la comminution des substrats organiques [Parkinson, 1982]. La comminution est la fragmentation et la restructuration physique de la matière organique par la mastication. En effet, la plupart des collemboles, des acariens oribates et astigmates non-parasites ont des pièces buccales capables de fragmenter les résidus organiques, tout en se nourrissant des microorganismes adhérant à leurs surfaces (microphytophages). Seuls les acariens prostigmates et mésostigmates ne peuvent ingérer de grosses particules de nourriture, car leurs pièces buccales sont adaptées à percer les tissus [Butcher & al., 1971]. Ces deux derniers groupes sont mycophages ou prédateurs de la micro (< 0,1 mm) et de la mésofaune [Seastedt, 1984], et jouent un rôle moins important dans les processus comminution. Les boulettes fécales, de 50 à 100 µm de diamètre, issues de l'ingestion des résidus par la mésofaune responsable de la comminution, s'agglomèrent dans le sol en agrégats de 1mm ou plus de diamètre. Ce phénomène, restreignant l'accessibilité de l'hyphe fongiques à la surface des agrégats, tend à inhiber l'activité fongique à l'intérieur de ceux-ci et à favoriser l’activité bactérienne [Hanlon,1981]. Toutefois ces hyphes seraient, avec les polysaccharides, le facteur de formation de plus gros agrégats, les petit agrégats fécaux agissant comme noyaux des agrégats du sol [Tisdall & Oades,1982]. La comminution, en augmentant l'unité de surface du substrat, va 3 favoriser l'activité bactérienne, et ainsi faciliter une décomposition plus avancée des résidus [Swift et al., 1979, Anderson, 1988]. Dissémination microbienne L'action des microarthropodes, se fait également par un prélèvement régulier des champignons présents sur les résidus organiques. Ils assurent ainsi une régulation des populations fongiques dans le sol. De plus, étant donné leur grande mobilité, ils assurent également une dissémination du mycélium, des spores fongiques et des bactéries, permettant ainsi l'infection plus rapide de zones encore peu attaquées [Touchot & al., 1982]. Pherson et Beattie (1979) ont démontré, grâce à l'extraction d'acariens et de collemboles d'une grande variété d'habitats, que ce rôle est important pour la dissémination des champignons. Ils trouvèrent sur les microarthropodes de chacun des habitats une vingtaine d'espèces de champignons, lesquelles réflétaient généralement les genres les plus communs de ces habitats. Plusieurs de ces espèces ont la capacité de croître rapidement et de sporuler, ressemblant ainsi aux stratégies de type «r». Composition de la microflore Le broutage des champignons par les acariens et collemboles peut affecter la composition de la microflore. Les expériences en laboratoire ont généralement démontré un broutage préférentiel des champignons par les acariens [Mitchell & Parkinson, 1976] et les collemboles [Newell,1984)]. Ils ont également montré que parmi les champignons, ils avaient des préférences pour certaines espèces. Dans une étude en microcosme sur une litière de Populus tremuloides, l'activité de broutage sélectif des champignons par les collemboles diminua l'activité du fongus de type colonisateur, en faveur de celle d'un basidiomycète ayant le potentiel lytique de transformer la litière [Parkinson & al., 1979]. Le broutage sélectif des champignons dans les premiers stades de succession fongiques permet de réaliser une accélération de ces stades de succession [Visser, 1985]. Elkins & Whitfoed (1982) ont montré qu'une densité modérée de collem- boles permet l'augmentation de l'activité fongique, alors que de fortes densités produisent l'effet contraire, suggérant un optimum apparent d'intensité de broutage sur l'activité fongique. Lorsque brouté modérément, le champignon passerait d'une croissance lente et tapie à rapide et aérienne [Hedlund & al., 1991]. Ce deuxième type de développement des l’hyphes a la préférence des collemboles. Par contre, sous certaines conditions, un broutage intensif occasionnerait un ralentissement de leur croissance, permettant ainsi aux bactéries d'avoir un avantage compétitif [Hanlon & Anderson 1979]. 4 Minéralisation de l'azote C'est grâce à la décomposition de la matière organique que les organismes saprophytes se procurent l'énergie et les nutriments requis pour le maintien de leur croissance et de leur reproduction [Dommergues et Mangenot,1970]. L'activité de ces organismes est directement reliée à la disponibilité de l'azote dans la matière organique [Anderson & Ineson 1983]. Au cours des processus de décomposition, l'azote est immobilisé par les organismes édaphiques jusqu'à ce que le rapport C/N de la ressource diminue et atteigne celui des tissus microbiens, soit généralement entre 10 et 20, selon les organismes et les conditions de croissance. C'est à ce niveau que l'azote sera minéralisé et servira à approvisionner les plantes supérieures. Au cours de cette étape, l'azote est relâché des tissus microbiens par autolyse, voir même lyse, grâce à l'action d'autres organismes, ou sous l'action des processus abiotiques cycliques «humectation-dessication» (hygroturbation)et «gel- dégel» (cryoturbation) [Witkamp & Frank, 1970]. Cependant, Edmonds (1987), étudiant la décomposition de litière de rameaux, de cônes, et de branches dans quatre écosystèmes forestiers, a conclu que le seuil critique d’immobilisation était atteint avec des rapports C/N >100/1 pour les rameaux et >300/1 pour les branches et le tronc. Il nota, en effet que le taux de décomposition de la matière ligneuse variait de façon inversement proportionnelle au rapport lignine/azote. À mesure que ce rapport augmente, le seuil d’immobilisation, évalué par le rapport C/N, augmente. L'azote peut également être minéralisé à des rapports C/N relativement élevés, grâce à l'action de broutage de la microflore par les microarthropodes. En effet, cette activité de broutage permet un recyclage rapide d'une partie im- portante de l'azote [Seastedt, 1984]. En se nourrissant de la microflore, la méso- faune répond au besoin de soutenir son activité métabolique. Au cours de ce processus, l'azote non utilisé par l'organisme est retourné au sol par leurs excréments. Ceux-ci contiennent de 200 à 300 fois plus de bactéries viables et un nombre plus grand de bactéries ammonificatrices que le sol avoisinant. Ils contiennent également une forte concentration d'ammonium provenant en partie de l'ammonification des hyphes ingérés par les microarthropodes. L'immobilisation bactérienne des ces sources d'azote est limitée en raison de la faible concentration en carbone disponible. [Anderson & al.,1983]. D'une manière générale, sous des conditions climatiques tempérées, la minéralisation de l'azote par les processus biotiques serait plus importante que par les processus abiotiques [Shields et al., 1973]. De plus, les expériences en microcosmes réalisées par Anderson & al. (1981), Anderson & Ineson (1983), Anderson & al. (1985), Persson (1989) et Verhoef 5 & Brussaard (1990) suggèrent un rôle important joué par la mésofaune du sol dans la minéralisation de l'azote. Dans les sols acides des forêts de pins de Suède, [Persson, 1983] a estimé que la faune, en raison d'une biomasse de 1-7 g (poids sec) m -2 (en comparaison à 120 g m -2 de fongus et 39 g m -2 de bactéries), contribue entre 10 et 49 % de la minéralisation nette annuelle de l'azote. Soixante-dix pourcent de cette contribution viendrait des excrétions des bactérivores et fongivores. Par ailleurs, une expérience sur la litière d'une forêt de pins noirs (Pinus nigra) a été conduite afin d'évaluer l'effet des collemboles sur la dynamique de l'azote. En excluant les collemboles de la pédofaune d'origine, on a observé deux à trois fois moins d'azote libéré. L'EFFET DE LA QUALITÉ DE LA MATIÈRE ORGANIQUE LIGNEUSE SUR LA MÉSOFAUNE Quant un sol vierge est labouré, les horizons de surface sont détruits et la litière disparaît. Conséquemment, une partie des organismes qui dépendent de la litière et de l'humus, ne trouvant plus après le labour et les autres travaux de mise en culture les conditions nécessaires à leur existence, disparaissent rapidement [Ghilarov, 1975]. C'est pourquoi, les sols cultivés possèdent de 25 à 50% des espèces de la faune des sols forestiers [Karg,1967]. En milieu agricole, la matière organique fraîche en compostage de surface, comparativement à l'application de compost, se caractérise par un apport énergétique plus élevé. C'est de cette matière organique fraîche dont s'alimenteront les organismes du sol, occasionnant ainsi sa minéralisation et son humification, de même qu'une amélioration des propriétés physiques du sol. Les éléments nutritifs sont ainsi maintenus en circulation. La matière organique fraîche est donc perçue comme nourriture, et à ce même titre, pourra être plus ou moins sapide pour certains groupes d'organismes. Nous parlons alors de qualité de la matière organique fraîche. Les débris végétaux et animaux se retrouvant dans le sol, représentent la ressource initiale sur laquelle les structures trophiques du sol (organisation de la chaîne alimentaire du sol) se développent. La qualité de cette ressource influence le type et le rythme de croissance de la microflore, et donc, de la faune brouteuse s'y nourrissant. La qualité de la matière organique est donc sélective d'une flore saprophyte pouvant s'y accommoder, et à son tour, une faune caractéristique à cette microflore se développera. [Parkinson, 1988]. La qualité alimentaire des matières ligneuses, pour les organismes du sol, peut se définir par sa teneur en lignine, sa concentration en nutriments, la présence de composés phénoliques, et enfin, par son arrangement physique. La matière ligneuse 6 La lignine est une substance aromatique qui résulte de la polymérisation de sous-unités de phényles propanoïdes. Cette molécule complexe sert de liant entre les membranes cellulaires et confère aux plantes leur rigidité. De plus elle diminue la perméabilité des tissus, réduisant ainsi leur susceptibilité aux pathogènes. L'unité structurale de base de la lignine est soit formée d'un anneau aromatique lié à un groupe méthoxyle (alcool coniférylique) donnant la lignine guaiacyle des Gymnospermes, ou liée à deux proupements méthoxyles (alcool sinapylique) formant la lignine syringuile typique des Angiospermes. La lignine des plantes herbacées est composée en majorité de monomères phényles propanoïdes, sans groupements méthoxyles (alcool coumarylique). D'une manière générale, il est admis que les sucres, la cellulose, et les protéines sont utilisés à des fins nutritionnelles et énergétiques, ce qui occasionne une perte importante du carbone initial, sous la forme de CO 2 . Lorsque le pH, la richesse en bases et l'humidité sont favorables, les microorganismes utilisent une partie seulement du carbone de la lignine pour assurer les processus de respiration et de nutrition [Martin et al. 1980], l'autre partie est décomposée en diverses substances carbonées Ces dernières formeront des matières humiques stables sous l'action de processus physico- chimiques adéquats [Dommergues et Mangenot, 1970, Statt et al., 1983, Hopkins et Shiel, 1991]. Toutefois, la lignine est plus réfractaire à l'attaque microbienne que les hydrates de carbone qu'elle entoure, nécessitant une microflore particulière afin d'enassurer la minéralisation et l'humification. Chez les Angiospermes, la décomposition des hydrates de carbone ne peut être effectuée avant celle de la lignine. Celle-ci est en effet distribuée dans la membrane cellulaire secondaire et dans la lamelle médiane (région intercellulaire et membrane primaire). Elle est disposée en spirales et intimement liée à l'hémicellulose, toutes deux entourant les fibres de cellulose [Rayner & Boddy, 1988]. Les champignons de la carie blanche, appartenant majoritairement aux basidiomycètes [Tate, 1987, Rayner & Boddy, 1988, Eriksson & al., 1990], sont les plus efficaces pour réaliser de travail. D'autres groupes de champignons, tels ceux des pourritures brunes, et les pourritures molles, ainsi que les actinomycètes, et les bactéries, ont également, la capacité de minéraliser partiellement la lignine [Eriksson & al, 1990] mais à une intensité moindre et sous des conditions particulières. Chez les Gymnospermes, la conformation de la lignine limite sa décomposition aux pourritures brunes. La décomposition de la lignine est alors plus lente et souvent incomplète. Chez les herbacées, la lignine n'est pas aussi étroitement associée à l’hémicellulose, comme c'est le cas des Angiospermes et des Gymnospermes. La décomposition de la paille y est donc moins limitée par la 7 présence de la lignine. La dégradation de la lignine dépend de l'action enzymatique. Cette action permet la formation de noyaux benzéniques qui, par condensation avec d'autres molécules organiques, donnent naissance aux substances humiques. Le degré de condensation de ces molécules varie en fonction du nombre, de la nature, et de la position des radicaux libres, c'est-à-dire des groupements accepteurs d'électrons carboxyles (-COOH), et des groupement donneurs d'électrons hydoxyles (-OH) et méthoxyles (-OCH 3 ). Les groupement méthoxyles sont les plus favorables à la formation de complexes humiques condensés (acides humiques), alors que les groupements carboxyles sont les moins favorables [Lehman & Cheng, 1988]. Rappelons que la lignine des Angiospermes ligneuses contient plus de groupements méthoxyles que celle des Gymnospermes, alors que celle des Angiospermes herbacées n'en contient pas. L’action enzymatique des champignons responsables des caries blanches responsables de la transformation de la lignine des Angiospermes, serait moins déméthoxylantes que celle des pouriture brune [Kirk, T.K., 1984]. Les produits de transformation de la lignine, chez les Angiospermes ligneuses, serait donc plus favorables à la formation d'acides humiques que celle des Gymnospermes et des Angiospermes herbacées. La présence de la lignine ne suffit pas à induire la ligninase ou lignine peroxidase [Leisola & Waldner 1988]. On observe souvent, pour plusieurs espèces de champignons des caries blanches, que la lignolyse est inhibée en présence d'une trop grande ou trop faible concentration d'hydrates de carbone, tout comme certains éléments dont le souffre et l'azote [Rayner & Boddy, 1988, Erikson & al., 1990]. Ainsi, l'ajout au sol d'engrais ammoniacaux, pourrait inhiber le système lignolytique. Les nitrates sont une source faiblement utilisée par les microorganismes, et ne semblent pas interférer avec la lignolyse [Rayner & Boddy 1988]. Les éléments nutritifs L'abondance de la faune dans un sol est déterminée par la qualité de la ressource et, plus spécifiquement, par la production de tissus microbiens de bonne qualité lui servant de nourriture [Swift & al., 1979]. La faune du sol, quoique moins spécialisée dans son mode d'alimentation que la microflore, s'alimentera à ceet dernière dans la mesure où elle est sapide ou «digestible». Cette sapidité déterminée le type de microflore (certaines espèces ou genres n'étant pas consommés) et par sa qualité nutritionnelle. Ainsi est défini le «statut nutritionnel» de la matière organique. Si la matière organique est pauvre en nutriments, particulièrement en 8 azote comme c'est le cas de certaines pailles et sciures, les microorganismes et plus dont les champignons, auront une faible teneur protéique. Cette productivité secondaire ne constituera pas une source de nourriture favorable à la faune [Hanlon, 1981; Booth & Anderson, 1979; Parkinson 1988]. Les champignons étant peu ou pas consommés par la pédofaune du niveau trophique supérieur pourra continuer à exploiter la ressource, mais les nutriments immobilisés au sein de leurs tissus, auront une moins grande disponibilité pour la plante en fonction du temps. Lorsque la ressource est riche en nutriments, l'intense prédation de la mésofaune, rend disponible plus rapidement les nutriments et stimule l'activité fongique, accélérant ainsi, sa minéralisation et son humification. La teneur en azote de la matière ligneuse varie selon la plante, l'âge de la plante, les tissus qui la composent, le stade de développement et le milieu environnemental. Généralement, on retrouve plus d'azote et de nutriments dans les tissus d'Angiospermes que dans ceux des Gymnospermes. Il en va de même pour les branches que pour les troncs [Hendrickson,1987]. On constate également des différences et dans les tissus périphériques (cambium et xylème actif) que dans l'aubier [Merrill & Crowling, 1966]. l'azote est également plus abondant dans les tissus en début de saison de croissance plutôt qu'en fin [Grigal & al. 1976], et en milieux fertiles qu'en milieux pauvres. Les composés phénoliques L'activité et le comportement des organismes édaphiques sont également influencés par d'autres composantes de la matière organique que sa teneur en nutriments et sa source énergétique. Certains composés, dits de métabolisme secondaire, produits par les végétaux par stratégie allélopathique ou en réponse au stress, peuvent modifier leur qualité alimentaire en regard des organismes du sol. Globalement, il est possible de distinguer trois grandes classes de métabolites secondaires: les composés aromatiques ou phénoliques, les terpénoïdes et stéroïdes, et les alcaloïdes. Parmi ceux-ci, les composés phénoliques, et particulièrement les tannins, sont tenus responsables de la faible sapidité de certaines litières pour la faune [Swift & al., 1979]. Les terpénoïdes, présents dans les tissus de Gymnospermes et sont également une source antibiotique considérable pour les organismes du sol. Les composés phénoliques sont des substances possèdant un noyau aromatique portant un ou plusieurs groupements hydroxyles. Ils sont synthétisés par les cellules sénescentes du parenchyme, à partir d'hydrates de carbone précurseurs provenant des cellules vivantes plus superficielles, pour ensuite diffuser dans les membranes cellulaires du duramen. La présence de métabolites secondaires peut limiter la disponibilité d'un 9 substrat de haute qualité [Heal & Dighton, 1985]. Il existe une corrélation inverse entre l'activité de la mésofaune et la concentration en composés phénoliques des feuilles d'Angiospermes feuillus en fonction du temps. La litière qui tombe au sol à l'automne peut contenir de fortes concentrations de composés phénoliques. Le lessivage et lea décomposition de ces composés par les microorganismes ont lieu surtout à l'automne et au cours des mois d'hiver [Heath & King, 1964 et King & Heath, 1967]. C'est pourquoi, plusieurs animaux du sol ne broutent qu'au printemps. Il faut toutefois préciser que la qualité, plus que la quantité des composés phénoliques, détermine la sapidité des résidus organiques pour la faune (c'es-à-dire l'acide gallique et protocatéchuique) [Heath & King,1964]. En plus d'affecter spécifiquement la communauté bioédaphique, les composés phénoliques, sont impliqués dans de nombreux processus physico-chimique de chélation des métaux, participant ainsi à la podzolisation [Bloomfield, 1957]. C'est probablement en relation avec la décomposition du bois que les composés phénoliques ont la plus grande influence sur les décomposeurs. Bien que la faible teneur en nutriments et en carbone soluble et la forte teneur en lignine aient un rôle à jouer dans la résistance du bois à la décomposition, la principale source de résistance est attribuée aux composés phénoliques provenant du duramen [Sheffer & Cowling, 1966]. D'après Muller & al. (1987), les composés phénoliques produits le sont en plus grandes quantités et de composition plus diversifiée par les plantes croissant sur ses sols pauvres et acides que sur des sols fertiles et neutres. Ils forment avec les protéines, des complexes appelés tanins, d'autant plus résistants que les sols sont pauvres et acides [Swift & al., 1979]. Les propriétés physiques de la matière ligneuse Les propriétés physiques de la matière ligneuse présentent des variations qui peuvent influencer son accessibilité aux organismes du sol. La texture de la surface externe, la porosité, et la surface de contact disponible semblent être les plus déterminantes. La surface cireuse, les tissus subérifiés, les gommes et les résines couvrent souvent la surface externe des plantes ligneuses, et représentent un obstacle à l'attaque des tissus vivants par les pathogènes. En contact avec le sol, cette surface externe demeure pendant un certain temps une barrière à la pénétration du substrat par les organismes saprophytes. La porosité axiale du bois (vaisseaux et trachéides) constitue la voie de pénétration préférentielle des hyphes de champignons [Rayner & Boddy, 1988]. Cette porosité varie d'une essence à l'autre (30-500 µm), et peut faire l'objet de sélection de la part des champignons colonisateurs du bois. Par exemple, les 10 spores de certains champignons, trop volumineuses, ne pourront pénétrer dans le bois (i.e.:Armillaria mellea pour les conifères) [Hintikka, 1982]. Dans la mesure où les tissus se dégradent, la porosité augmente ainsi que le nombre de niches physiques disponibles pour la pédofaune [Swift, 1976]. La distribution des pores et la porosité totale du bois influencent également l’équilibre entre la diffusion des gaz et l’humidité, critique pour la croissance des champignons lignicoles. Cet équilibre dépend toutefois de la température, comme l’a démontré Boddy (1983), pour des branches de petit diamètres de Fagus sylvatica. À une température de 15°C, une teneur en eau de 150 à 170 %, sur une base de pois sec, provoqua une respiration fongique maximale, tandis qu’à 5°C la teneur optimale en eau fût élevée à 250%. La relation entre la surface et le volume des particules d'une ressource influence sa décomposition. La «surface d’attaque» des fragments de la matière ligneuse conditionne le modèle de colonisation, en favorisant les organismes unicellulaires croissant en surface du substrat, par opposition aux formes mycéliennes pénétrantes (eg.: bactérie ou fongus). En laboratoire, la fragmentation des litières stimule la respiration fongique [Hanlon,1978], cependant, sous des conditions naturelles, l’agrégation de ces petites particules pourrait au contraire limiter la diffusion des gaz et créer des conditions anaérobiques [Griffin, 1972 in Swift & al., 1979]. Par ailleurs, les particules, dont la taille permettrait le maintien d’une certaine humidité, de même qu’une bonne diffusion des gaz, constitueraient un environnement plus stable pour les champignons. Ceux-ci seraient alors mieux protéger contre le broutage excessif de la mésofaune [Anderson & Ineson,1983]. Le bois raméal Le bois raméal provient de branches, d'arbres ou d'arbustes vivants, ayant un diamètre inférieur à 7 cm. La fragmentation et l’incorporation dans la couche superficielle des sols agricoles de ces rameaux fragmentés, est une application privilégiée du bois raméal. [Lemieux & al. 1988]. C'est dans les branches ou le tronc de petits diamètres que se retrouvent les teneurs les plus élevées en nutriments, et la concentration augmente de manière exponentiel avec la diminution du diamètre [Henrickson, 1987]. C'est aussi dans ce bois de petit diamètre que la lignine est le plus concentrée [Edmonds, 1987] et que les composés phénoliques y sont à leur plus bas niveau [Sheffer & Cowling, 1966]. Ces caractéristiques particulières du «bois raméal fragmenté» ou «BRF» en font un amendement de bonne qualité, favorisant à la fois la minéralisation graduelle des nutriments dans le sol, et l'humification d'une fraction importante du carbone. 11 La lignine des Angiospermes herbacées constitue environ 10% de leur poids. La lignine des bois constituent 25-36% chez les Gymnospermes et 18-25% chez les Angiospermes feuillus [Erikson & al., 1990]. Les Gymnospermes ayant une lignine difficilement dégradable et une teneur en produits antibiotiques élevée, les Angiospermes ligneuses et les herbacées sont utilisées en agriculture afin de maintenir ou même d'accroître la quantité de matière organique du sol. On utilise le bois de raméal chez des Angiospermes de préférence car, il possède un taux plus élevé de lignine que les pailles, mais aussi des teneurs plus élevées en pourcentage par poids sec de: N ( 0,25-2,5), P (0,05-0,5), K (0,5-2,0), Ca (0,2-1,5) et Mg (0,05-0,1), selon l’espèce, l’âge, la saison et le diamètre considéré [Hendrickson, 1987, Sauter & al., 1989, Grigal & al., 1976]. CONCLUSION Les processus de minéralisation et d'humification de la matière ligneuse, et plus spécifiquement des bois raméaux, sont activés dans le sol par un grand nombre d'organismes souvent spécifiques à l'essence utilisée. Les BRF étant constitués de bois fragmentés, ils facilitent d'autant plus l'accès aux champignons lignolytiques, utilisateurs primaires de cette ressource. Ceux-ci, tirant profit du substrat, seront à leur tour sélectifs d'organismes prédateurs. L'apport de BRF dans le sol permet donc le développement de chaînes trophiques. C'est la mésofaune fongivore, «brouteuse» qui, de mycéliums, qui sera favorisée. Ainsi, pourra-t-elle servir d'indicateur de l'intensité des processus de minéralisation et d'humification. Elle permettra également d'évaluer le capacité d'un amendement à entretenir une grande diversité biologique. La mésofaune, par la comminution de la matière organique et sa transformation dans les voies digestives, le broutage des microorganismes et la transmission de l'inoculum microbien à travers le système de la litière, intervient sur le transfert et la conservation des nutriments dans le sol. La prédation et la dissémination des microorganismes sont les formes primaires du mutualisme non symbiotique entre les microarthropodes et les fongus. Lorsque les conditions nutritionnelles et que l'environnement physique sont favorables la prédation des champignons par la mésofaune, provoque, une augmentation de la densité des champignons ou de leur activité métabolique. Le développement de relations mutualistes entre les champignons et la mésofaune serait donc possible par l’apport de bois raméal. L'abondance et la diversité de la mésofaune, suite à une incorporation de BRF, seraient le reflet des conditions physico-chimiques et de l'activité biologique du milieu, et plus particulièrement celle des champignons lignolytiques. L'abondance et la diversité de la mésofaune permettent 12 également d'évaluer l'importance de la formation d'une nouvelle ressource via les déjections de cette dernière. Celles-ci renferment des nutriments utilisables par les plantes et par d'autres systèmes trophiques tel celui des bactéries- protozoaires- vers de terre. --------------------------------- RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES Anderson, J.M., 1988. Spatio-temporal effects of invertebrates on soil processes. Biol. Fertil. Soils 6:216-227. Anderson, J.M., Huish, S.A., Ineson, P., Leonard, M.A. & Splatt, P.R.,1985. Interaction of invertebrates, microorganisms and tree roots in nitrogen and mineral element fluxes in deciduous woodland soil. In: Fitter, A.H., ed., Ecological interactions in soil, Blackwell Sci. Publ. p. 377-392. Anderson, J.M. & Ineson, P., 1983. Interactions between soil arthropods and microorganisms in carbon, nitrogen and mineral element fluxes from decomposing leaf litter. In: Lee, J.E., McNiell, S., & Ronson, J.H., eds., Nitrogen as an Ecological Factor, Blackell Scientific Publication, Oxford pp. 413-432. Anderson, J.M., Ineson, P. & Huish, S.A.,1983. 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[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISSN 0840-9900 17 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Projet présenté au Centre de Recherche pour le Développement International Ottawa, Canada «Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt» par Gilles Lemieux, Lionel Lachance et Serge Genest avril 1998 Publication nº 84 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada avant-propos Le présent projet touchant l'introduction de la technologie des BRF en Afrique est le fruit de plusieurs années de travail et d'expérimentation tant au Québec, dans différents pays d'Europe et d'Afrique que dans les Antilles. Nous pensons qu'un tel projet vient à point nommé dans le contexte mondial économique et social de cette fin de millénaire. Il n'aurait pu être rédigé et présenté sans l'assentiment et l'appui du doyen de la Faculté de Foresterie et de Géomatique Michel Dessureault, et l'assistance technique du bureau de la Coopération Internationale au vice-rectorat à la recherche. Nous remercions notre vice-rectrice à la recherche, Louis Filion pour sont soutien à la présentation de ce projet. Sans l'appui et l'implication du Département d'Anthropologie de la Faculté des Sciences Sociales nous n'aurions su franchir toutes les étapes préliminaires nécessaires. Enfin, la compréhension et l'appui de M. Jacques Parent directeur du Bureau de Coopération internationale et surtout de M. Daniel Guay de la Faculté des Sciences et Génies, cette réalisation se serait montrée presque impossible à réaliser. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 27 mars 1998 Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC CANADA « Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique : développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt » PROJET PROPOSÉ AU CRDI PAR LES Faculté de Foresterie et de Géomatique (Laval) Faculté des Sciences Sociales (Laval) Faculty of Agriculture and Environment Sciences (McGill) MARS 1998 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 Plan Objet de la présente demande au CRDI Présentation d'un résumé de projet Appréciation de la proposition Étude de pré-faisabilité Financement d'une mission sur place Ressources demandées Historique du projet Provenance de la demande d'assistance Les demandeurs du Sud – Universitaires – Politiques – Autres intervenants ONG / PME Les intervenants du Nord – L'engagement des uns et des autres – La complémentarité des équipes Pertinence en matière de développement – La problématique développementale – L'émergence de l'idée d'appliquer la technologie BRF – La valeur scientifique de la technologie BRF – Les conditions réelles d'implantation – Les résultats escomptés – Les populations visées – La durabilité des résultats – L'implication à long terme des nationaux africains L'évolution du projet – Les étapes déjà franchies – Les étapes à venir Une première mission – Date / Participants / Rôles – Budget – Objectifs / Résultats de la mission 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 Objet de la présente demande au CRDI 1 • La présente a pour but la présentation au CRDI d'un résumé du « Projet d'implantation de la technologie des bois raméaux fragmentés - BRF en Afrique » afin d'obtenir une première appréciation de notre proposition. 2 • Une appréciation positive nous permettrait, grâce à un financement initial du CRDI, de procéder à une mission de pré-faisabilité de trois personnes sur place en Afrique. 3 • L'estimation de cette mission est de l'ordre de 30 683 $. La situation désirée 4 • La technologie proposée est basée sur la réintroduction de la forêt pleinement justifiée en terre d'Afrique. L'instauration d'une agriculture axée sur la forêt à la fois moderne et traditionnelle permet déjà de prédire des augmentations de rendements en volume et en qualité des récoltes. Pour ce faire, la forêt devra être reconstruite pour des fins agricoles, forestières et environnementales par les africains eux-mêmes dans le but de stabiliser à la fois l'économie nationale des pays intéressés, et l'économie des familles basée sur la circulation de nouveaux capitaux pouvant être investis dans les concepts de durabilité et de stabilité. 5 • Pour amorcer et maintenir l'apport de bois raméal fragmenté (BRF), il est essentiel d'utiliser des techniques de reboisement et des essences prometteuses. Tous les aspects seront intimement liés à la production et au maintien des arbres dans un contexte forestier. Ces activités devront se poursuivre dans un horizon de 10 années avec des étapes sujettes à l'évaluation internationale. Historique du projet Provenance de la demande d'assistance 6 • La présente demande nous a été formulée par le Sénégal et la Côte d'Ivoire dans la cadre de la recherche d'une solution aux problèmes de sécurité alimentaire et de la dégradation des écosystèmes pour une production agricole et forestière durable. 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 Les intervenants du Sud 7 • Les institutions universitaires et de recherche visées sont l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar (Sénégal), celle d'Abidjan (Côte d'Ivoire) en coopération avec l'Institut des Savanes de Bouaké. L'ICRAF de Nairobi ainsi que le Soil Biology and Fertility Laboratory du Kenya ont déjà été approchés. L'ORSTOM de Dakar au Sénégal se montre intéressée. 8 • Il faut également s'assurer de la compréhension et de l'intérêt des autorités politiques du Sénégal et de la Côte d'Ivoire au niveau des ministères de l'Agriculture et des Forêts de même que des institutions de recherche et de développement qui y sont attachées. Une première sensibilisation a été faite en 1995 par un exposé devant les 12 pays faisant partie du Club du Sahel. 9 • Des demandes d'ONG de Madagascar nous ont également été faites et plusieurs ONG nationales africaines ont été sensibilisées lors de l'Atelier de Nairobi de juin 1997 sur la recapitalisation de la fertilité. Des ONG canadiennes et européennes oeuvrant en Afrique devraient être sensibilisées comme CARE International et le Comité Jean Pain de Madagascar. Les intervenants du Nord 10 • Le Centre de Recherche pour le Développement International dispose d'un personnel compétent et il peut assurer l'administration générale du projet. De plus, ses cadres recèlent de professionnels possédant des expériences et des connaissances pertinentes au projet destiné à l'Afrique. Il peut compter sur la participation active de deux grandes universités canadiennes. L'engagement et la complémentarité des équipes 11 • Les Universités Laval et McGill du Québec sont les initiatrices de la technologie proposée et agissent en réponse à la présente demande. Ces universités ont également au sein de leur personnel et dans leurs corps professoraux respectifs des personnes engagées dans la recherche sur les BRF et tout particulièrement Laval. D'autres universités canadiennes ont des intérêts dans ce champ scientifique comme celle d'Alberta d'Edmonton ainsi que celle du Manitoba de Winnipeg. 12 • À l'étranger, l'ICRAF (International Center of Research in Agroforestry) de Nairobi au Kenya, le TSBF (Tropical Soil Biology Laboratory) de l'UNESCO également de Nairobi ont montré un intérêt certain. Il en va de même de l'IITA (International Institute for Tropical Agriculture) d'Ibadan au Nigeria et 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 de l'Université de d'Antananarivo de Madagascar. En Europe, ce sont, pour la Belgique, les universités de Gembloux et de Louvain-la-Neuve, pour la France, l'Université de Chambéry et le CÉMAGREF de Grenoble, et pour l'Ukraine, l'Université Agricole de Kiev. Enfin, deux universités tropicales des Antilles participent aux recherches la Universidad Pedro Henriquez Ureña de Santo-Domingo et celle de Santiago de los Caballeros en République Dominicaine. 13 • Le Centre de Recherche pour le Développement International peut aussi compter sur la contribution d'autres universités canadiennes et un grand nombre de partenaires dans les pays d'Afrique visés. Toutes ces ressources humaines sont certainement disposées à assumer, selon leurs compétences et leurs intérêts, des responsabilités précises qui leur seraient confiées par la direction du CRDI et de l'ACDI. La maîtrise- d'oeuvre pouvant être dévolue à l'Université Laval. Pertinence en matière de développement La problématique développementale La situation actuelle 14 • Selon les notes échangées au cours des derniers mois, il est évident que les grandes préoccupations de l'ACDI et du CRDI sont : « food security », « environmental degradation », « sustainable agriculture and forestry ». 15 • L'évolution de l'agriculture africaine et son environnement est une préoccupation constante au Canada et dans la majorité des pays développés. Le recul de la forêt et la croissance de zones désertiques, la fertilité décroissante des sols suite aux cultures intensives pratiquées par l'agriculture moderne, tout cela remet en lumière le manque d'efficacité des moyens actuels grands consommateurs de techniques et de capitaux sans égard à la capacité des sols. 16 • La revivification de l'agriculture par les connaissances nouvelles de la science et compatibles à bien des égards avec la tradition africaine est une nécessité car il lui faut prendre en main sa sécurité alimentaire et comprendre les méthodes propres à lui assurer une indépendance alimentaire grâce à l'utilisation de ressources forestières locales et renouvelables. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 17 • Les données concernant les besoins alimentaires sont disponibles depuis des décennies dans toutes les agences internationales concernées 1 . Les rencontres, séminaires, colloques, conférences et réunions ont confirmé l'urgence de corriger la situation, d'abord en Afrique, mais également dans toutes les parties du monde en mettant l'accent sur la production d'aliments et sur les cultures vivrières qui sont insuffisantes, limitées par la faiblesse des sols à produire et le manque de moyens scientifiques et techniques. 18 • Les rencontres et les échanges ont également mis en évidence la volonté ferme du CRDI d'intervenir grâce à un projet précis et bien articulé pour que des moyens efficaces et connus soient utilisés pour corriger le vrai problème qui est celui de la dégradation des sols, donc celui des milieux et partant, réhabiliter les sols et développer une agriculture durable. En 1996, le CRDI finança et demanda au Professeur Lemieux de faire un exposé devant les chercheurs de l'ICRAF et du TSBF de même que devant ceux de l'IITA d'Ibadan au Nigeria. En 1997, il finança une participation à l'atelier de l'ICRAF portant sur le rôle des ONG dans la restauration de la fertilité des sols dans le but avoué de faire la promotion de la technologie des BRF. Finalement, c'est en octobre 97 que le CRDI finança un atelier sur la technologie des BRF à l'ICRAF de Nairobi ainsi que la participation de scientifiques du Canada, de la France, de la République Dominicaine, de la Côte d'Ivoire, du Sénégal, du Kenya, de la Tanzanie et de la Zambie. 19 • Les pays africains bien nantis dans le domaine forestier seront les fournisseurs primaires de BRF pour les pays ou régions dépourvus de forêts. Ceci nous permettrait à frais réduits d'utiliser les ressources forestières non utilisées dans les régions limitrophes de celles qui en ont besoin pour amorcer le cycle de reconstitution des sols tant agricoles que forestiers. Les régions les mieux nanties sont celles du sud du Sénégal, la ceinture littorale entre Dakar et Saint-Louis, de même que les régions de l'ouest et du sud de la Côte d'Ivoire. Plusieurs autres pays africains ont des ressources qui peuvent servir un commerce relativement important qui serait avant tout inter régional, mais également international, la ressource étant abondante localement et de haute qualité pour les fins que nous cherchons à atteindre. Ceci permettrait d'amorcer la formation de véritables sols sans quoi il sera impossible de reconstituer la fertilité tant agricole que forestière. L'émergence de l'idée d'appliquer la technologie BRF 20 • Cette technologie consiste à utiliser les plus petits rameaux des arbres et arbustes forestiers à les broyer et les incorporer au sol. Ainsi, les rameaux 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 1 Kidd, C.V. & Pimentel, D.(1992) «Integrated Resource Management: Agroforestry for Development» Academic Press Inc. San Diego, USA 233 pages, ISBN 0-12-406410-8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 de moins de 7 cm donnent ce que nous avons convenu d'appeler des BRF ou Bois Raméal Fragmenté après broyage. Les résultats obtenus par la suite sont le fait de la lignine dépolymérisée par les systèmes enzymatiques des champignons Basidiomycetes et de ce fait nécessitent quelques précautions de départ. Cette technologie en plus d'augmenter les récoltes de manière spectaculaire, assure la régie de l'eau, des chaînes trophiques et de la structure du sol pendant plusieurs années. Elle permet aux paysans d'utiliser des produits issus de la forêt pour restructurer le sol et en augmenter la fertilité à long terme. Ces connaissances nouvelles nous confirment que l'introduction d'une technologie d'origine forestière est la base non seulement scientifique mais également historique du retour à l'autosuffisance alimentaire par des mécanismes que la nature a mis au point sous le couvert de la forêt pendant 50 millions d'années. C'est la clé de l'autosuffisance alimentaire et de la durabilité des conditions environnementales 21 • On comprend depuis peu que le sol est un milieu vivant au même titre que les plantes ou les animaux. Il peut donc se dégrader à la suite d'une gestion abusive ou inapropriée, mais également il peut être reconstitué, retrouver sa fertilité et sa stabilité et continuer à fournir les aliments nécessaires de manière durable. Réintroduire les chaînes de vie dans une matrice biochimique représentée par la chimie des polyphénols représente l'objectif à atteindre à moyen et long terme. La valeur scientifique de la technologie BRF 22 • Cette technologie nouvelle fait appel aux ressources de la forêt et propose l'utilisation d'une de ses composantes à laquelle la technique et la science ont fait appel, le bois raméal qui est compatible à des degrés divers avec les grandes traditions africaines relatives aux arbres. D'abord mise au point par les travaux du Professeur Lemieux de l'Université Laval, cette technologie été mise à l'essai dès 1992 au Sénégal (Université de Dakar) puis en Côte d'Ivoire (Institut des Savannes de Bouaké) et finalement par l'Université Pedro Henriquez Ureña de Santo-Domingo en République Dominicaine dans les Antilles. Que ce soit dans les Antilles ou en Afrique, les résultats sont toujours du même ordre et peuvent être prédits avec passablement de certitude. 23 • Le moyen maintenant connu, qui a fait ses preuves en Afrique comme en Amérique, et dont le Canada est à l'origine, a été retenu par les participants à la consultation de l'ICRAF en octobre 97, et ce sont les bois raméaux fragmentés (BRF). 2 Leur utilisation selon une technologie relativement simple a permis de multiplier les rendements de cultures vivrières en 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 2 En français BRF et en anglais RCWs (Ramial Chipped Wood). Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 améliorant l'environnement et la qualité de la vie dans les milieux où ils furent mis à l'essais. La revue des travaux 24 • Après avoir cherché à augmenter les revenus des petits producteurs forestiers par l'utilisation des branches 3 de conifères pour l'extraction et la production d'huiles essentielles, Edgar Guay, alors sous-ministre au ministère des Forêts du Québec, crut possible l'utilisation des résidus de cette industrie évaluée à plusieurs milliers de tonnes annuellement à des fins agricoles. Les résultats furent rapides et publiés dans deux rapports techniques en 1982 4 . Cette approche fut ignorée car elle mettait en conflit les ministères des Forêts, de l'Agriculture et de l'Environnement. Seul le ministère des Forêts jusqu'à tout récemment a montré un intérêt certain. 25 • La publication en 1985 des résultats de 3 années 5 de recherches sur plus de trente parcelles et visant la régénération forestière, a remis le débat à l'ordre du jour 6 . En 1989, une étude statistique a confirmé l'influence des BRF sur la germination et la survie des semis naturels en milieux forestiers. Plusieurs travaux publiés en Europe et aux États-Unis à la fin de la décennie 80 apportent des lumières nouvelles et inattendues 7 . Il faut aussi mentionner les importants travaux de l'école de Corvallis 8 et ceux des États Unis dans le cadre du Programme Biologique International (Borman, F.H., Likens, G.E., Gosz, J.R., Holmes,. R.T. ) etc. 26 • Des relations étroites ont été maintenues avec la société d'état REXFOR dans les régions de Québec et dans celle du Bas Saint-Laurent. Nous avons tenu, à deux reprises, des colloques régionaux sur les BRF soit dans la vallée de la Matapédia 9 et à l'Université Laval. C'est en 1993 que se tient le quatrième colloque international sur les BRF dans la vallée de la 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 3 Lapointe, R.A. (1979) «Les huiles essentielles et leur approvisionnement en branches» Ministère de l'Énergie et des Ressources, Service de l'Exploitation, 42 pages. 4 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 5 Lemieux, G. (1985) «Essais d'induction de la végétation forestière vasculaire par le bois raméal fragmenté» Département des Sciences Forestières, Université Laval, 109 pages, ISBN 2-550-21340-8. 6 Lemieux, G. (1986) «Compte-rendu du colloque d'évaluation sur les bois raméaux, Université Laval, Québec, 59 pages 7 Rayner, A.D.M. & Boddy, L. (1987) «Fungal decomposition of Wood» John Wiley & Sons 597 p. Erikson, K.E.L. Blanchette, R.A. & Ander, P. (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components» Springer- Verlag, Berlin, 407 pages. Leisola, M.S.A. & Garcia, S. (1989) «The mechanisms of lignin degradation» In enzyme systems for lignocellulose degradation, Elesevier Applied Science pp 89-99. 8 Perry, D.A., Amarantus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainers, R.E. (1989) «Bootstrapping in Ecosystems» BioSciences 39 (4) pp 230-237. 9 Lemieux, G. (1992) «L'introduction des bois raméaux fragmentés dans le plan de relance de la Matapédia» Amqui, Université Laval, 13 pages, ISBN 2-550-22851-0. Lemieux, G. (1993) «Les actes du deuxième colloque régional sur les bois raméaux fragmentés» Amqui, vallée de la Matapédia, Université Laval Québec 39 pages. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 Matapédia et auquel participeront plusieurs chercheurs et scientifiques d'Europe, d'Afrique et du Québec 10 27 • En 1994, à Rome, la FAO est informée de la technologie des BRF 11 . En 1995, à l'invitation de l'ACDI, le Professeur Lemieux démontre le potentiel des BRF dans des projets de développement et ce, devant les 12 pays qui financent le développement du Sahel lors de la réunion de Pointe-au-Pic 12 . 28 • Il serait irréaliste et fastidieux de proposer ici plus de références bibliographiques et c'est la raison pour laquelle nous nous limitons à celles évoquées dans les lignes qui précèdent pour alléger le texte. Les conditions réelles d'implantation 29 • Dans le passé, de nombreux efforts et des sommes énormes ont été consenties à une pléiade de projets visant à combler les besoins alimentaires de plusieurs pays d’Afrique. Mais les transferts de technologies efficaces dans les pays industrialisés se sont heurtés à des difficultés pédo-climatiques, politiques et sociales dans les pays d’Afrique. 30 • Les problèmes d’ordre bureaucratique (v.g. les conflits de juridiction entre les ministères), politique (v.g. les rivalités entre groupes ethniques), juridique (v.g. les règles de propriété foncière), sans compter le fonctionnement des sociétés africaines axées sur les réseaux de parenté, constituent autant d’aspects qui peuvent entraîner quelques difficultés dans l’implantation du projet. Par contre, l’absence de problèmes de communication, étant donné l’usage courant du français (ou de l’anglais) est un atout dans le contexte africain. 31 • Il est donc important de mettre en place une structure opérationnelle responsable de la réalisation et du suivi scientifique, technique et financier du projet, pour en assurer la crédibilité et la réussite, sans avoir la prétention de tout prévoir à l’avance. 32 • Dans cette optique, le CRDI sera appelé à faciliter l’accès à des laboratoires, à des équipements spécialisés, à des moyens de transport, à des outils agricoles et forestiers, entre autres. Cet appui est nécessaire 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 10 Lemieux, G, & Tétreault, J.-P. (1994) «Les Actes du quatrième colloque international sur les Bois Raméaux fragmentés» Amqui, Québec, Université Laval 195 pages ISBN 2-550-28792-4. 11 Lemieux, G. (1993) «L'aggradation pédogénétique, un processus universel sous l'influence des BRF: les effets sur la biodiversité et la productivité» FAO, Rome, Université Laval, 6 pages ISBN 2-921728-04-4. Lemieux, G. (1993) «A universal upgrading processus: RCWs to enhance biodiversity and productivity» Université Laval Rome FAO 6 pages (traduction anglaise) 12 Lemieux, G (1995) «Les germes économiques et scientifiques de la révolution verte au Sahel» ACDI et Université Laval, Club du Sahel, rencontre de Pointe-au-Pic, 21 pages ISBN 2-921728--13-3. Lemieux, G, (1995) «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel» CIDA and Laval University 26 pages ISBN 2- 921728--13-3. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 pour que les équipes qui vont réaliser les projets dans les pays visés agissent en partenaires engagés et encouragés. 33 • Dans chacun des pays impliqués, un périmètre de plusieurs hectares sera désigné comme le centre principal d’activités. Il devra refléter les caractéristiques des sols, de la végétation, des cultures. Sa localisation reposera sur l’accès aux voies de communication, aux plantations d’arbres ou aux forêts. La sélection du site tiendra compte des règles du régime foncier, des coutumes en matière d’environnement et de protection des arbres, des rapports entre les villages de la région choisie et des incidences politiques de ce choix. En d’autres termes, cette opération ne saurait réussir sans une attention suivie portée aux traditions et aux pratiques agricoles et forestières des populations concernées. 34 • Par ailleurs, ces centres d’activités ne sauraient être opérationnels s’ils ne sont pas dotés des équipements, des outils, des moyens de communication, de transport et des essences forestières nécessaires à la production des BRF. Matériaux et méthodes 35 • La priorité sera accordée à la forêt qui sera intégrée au développement d'une agriculture efficace et durable. 36 • Comme les matériaux de base sont d'origine forestière, il faut avoir accès à une source de bois raméal produit essentiellement soit par une forêt naturelle ou par une forêt artificiellement créée localement. Il n'est pas exclus de se procurer ces matériaux par voie de commerce dans les régions limitrophes comme le sud du Sénégal ou la région forestière de la Côte d'Ivoire qui sont bien nanties à ce chapitre. Le but ultime sera donc d'utiliser ce bois raméal après fragmentation pour la régénération et la réhabilitation des sols des centres désignés. 37 • Si le milieu dispose de plantations d'arbres, le prélèvement des rameaux destinés à la production de BRF se fera conformément aux protocoles qui auront été négociés et acceptés par les parties. Il faudra donc éventuellement, mettre à la disposition des responsables locaux des équipements spécialisés et former les utilisateurs. 38 • Certaines essences forestières possèdent les qualités nécessaires à la production de BRF. Un inventaire sommaire devrait permettre de repérer ces essences et d'en évaluer le potentiel dans le cadre qui nous intéresse. Si le milieu désigné ne peut compter sur une récolte locale de BRF, il faudra dans un premier temps, lui fournir les moyens pour s'approvisionner 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 ailleurs, car la réussite du projet repose sur la richesse et les vertus des BRF à régénérer les sols et à les rendre productifs d'une manière durable. 39 • La réticence montrée par les pays anglophones lors de l'atelier de Nairobi plaide en faveur d'un report de ce côté tout au moins tant que l'ICRAF n'aura accepté cette nouvelle technologie. Cette mission sera appuyée par le CRDI qui prendra les contacts et assurera la logistique en Afrique anglophone. Les résultats escomptés 40 • La technologie des BRF permet d’augmenter les rendements des cultures vivrières. 41 • Cette technologie favorise également la réintroduction de la forêt cultivée avec comme conséquences positives un meilleur accès au bois de chauffe et de menuiserie, mais aussi, et peut-être surtout, à l’utilisation des rameaux pour l’enrichissement du sol et la gestion de tous les facteurs chimiques, biochimiques, physico-chimiques et biologiques, dont de nombreuses enzymes sont responsables. 42 • Des retombées économiques évidentes sont attendues de la régénération des forêts et des sols et de l’accroissement des rendements des cultures pour les populations impliquées dans le projet. 43 • La technologie proposée favorisera la mise sur pied de petites entreprises, aussi bien dans le domaine de la reforestation, que de l’accroissement et de la diversification des cultures vivrières, ou encore de la prise en charge de la production des BRF. Ces actions rejoindront spécifiquement plusieurs projets d’intervention en matière d’appui aux activités économiques et de crédit des femmes menés par le gouvernement canadien et diverses ONG du pays. 44 • L’expertise développée dans le cadre de ce projet bénéficiera en retour aux programmes de formation et de recherche universitaires au Canada, tant dans les domaines techniques que dans les sciences sociales. 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 Les populations visées Les attentes 45 • Les attentes sont d'ordre social ce qui implique l'économie familiale, villageoise, régionale et surtout nationale. Des forêts seront reconstituées par des essences locales ou par la réintroduction d'essences qui ont déjà fait partie du patrimoine forestier, et non par des arbres d'origine étrangère comme le veulent les pratiques actuelles. 46 • Si nous sommes assurés de nombreuses retombées scientifiques et technologiques nous sommes également persuadés d'apporter des changements profonds dans tous paliers de la société traditionnelle et moderne. Les premiers résultats seront perceptibles au niveau de l'économie des familles dont les femmes sont la clé. La diminution des intrants et l'augmentation des extrants en produisant plus et à meilleur compte d'une manière durable et compatible biologiquement avec l'évolution africaine devrait contribuer à augmenter le revenu per capita au niveau de la famille puis de susciter de petits commerces et finalement permettre l'accès à des technologies mécaniques inaccessibles à cause des faibles rendements actuels. C'est par la forestérisation de l'agriculture qu'il nous faut tendre non pas l'agriculturisation de la forêt comme maintenant. La durabilité des résultats 47 • L’expérience a démontré que les sols enrichis avec les BRF retrouvaient leur vitalité et leur stabilité. Ils constituent donc une garantie dans le maintien du rendement agricole, étant entendu que l’agriculture est soumise à une gestion rationnelle. 48 • Pour ce qui est de la méthodologie d'utilisation et de gestion des BRF, elle résulte de nombreux essais tant au Canada 13 , qu'en République Dominicaine 14 , au Sénégal 15 ainsi qu'en Côte d'Ivoire 16 . Plusieurs publications en langue française, allemande, anglaise, espagnole et 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 13 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 14 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, pages 25-8, ISBN 2921728-22-2. 15 Seck, M.A. (1994) «Essais de fertilisation organique avec les bois raméaux fragmentés de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal) In “Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés” Lemieux, G. & Tétreault, J.P. éditeurs ISBN 2-550-28792-4 pp 36-41 16 Aman, S. (1995) «Effects of chopped twig wood on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» sous presse dans Tropical Agriculture 20 pages Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 ukrainienne ont décrit les matériaux, l'incorporation au sol, la préparation des lits de semence (agriculture) ou du milieu de plantation (forêt). 49 • Dès 1995, le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux a présenté dans deux publications 17 différentes, l'ensemble des paramètres à mesurer pour en arriver à établir des règles locales. 50 • Ainsi, pour les sols traités aux BRF et destinés à des productions agricoles diverses, les programmes de cultures, les modes d'intervention, les observations, les prélèvements d'échantillons, la mesure des rendements, la qualité des productions, l'évaluation des coûts et surtout les aspects biologiques du sol, sont le point central du projet. 51 • Sans crainte de nous tromper, nous sommes en mesure d'utiliser l'histoire et la stabilité de la forêt africaine comme modèle de schéma à utiliser pour établir les règles de la durabilité. Longtemps les populations africaines ont été dépendantes de la forêt pour vivre mais la disparition de cette dernière ne laisse aucun autre choix que l'utilisation des technologies apportées par le monde industriel occidental. Ces technologies se montrent impuissantes à réprimer les tendances à la régression et la dégradation des sols. Nous pensons que la technologie que nous proposons est capable d'obvier positivement aux tendances du siècle qui s'achève. 52 • La réintroduction de la forêt dans la vie sociale et économique des sociétés africaines pour ses besoins alimentaires comme le veut la tradition, mais par une technologie bien différente, devrait garantir le succès de l'entreprise. En permettant de mettre la forêt de l'avant, nous comblons toutes les attentes, allant de la modification des climats locaux en passant par la régie de l'eau, de la production de bois de feu, de la production de bois industriels et surtout de BRF permettant le maintien de la fertilité et de la productivité accrue des sols devenus moins vulnérables. 53 • Aucune autre technologie permet de combler autant d'attentes pleinement justifiées en terre d'Afrique. De la promotion de moyens de transports inter régionaux et internationaux, nous suscitons l'apparition de sociétés de transports et de production de BRF à échelle humaine pouvant évoluer autrement par la suite. L'augmentation des rendements et la stabilisation des sols permettra une augmentation des revenus familiaux puis d'une économie locale basée sur une certaine circulation de ces nouveaux capitaux qui à leur tour seront investis dans l'éducation, puis la petite 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 17 Lemieux, G. & Lachance L. (1995) «Essais d'utilisation du Bois Raméal Fragmenté (BRF) pour la régénération des sols dans les cultures en couloir en milieu africain» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, publication no. 57 16 pages ISBN 2-921728-14-1 Furlan, V. & Lemieux, G. (1996) «Méthode d'application et d'évaluation pour l'utilisation des Bois Raméaux Fragmentés» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, publication no.67, 8 pages ISBN 2-921728-21-4 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 industrie et finalement, à la stabilisation des populations jusqu'ici fragiles et instables. Partout le concept de durabilité et de stabilité est inscrit. 54 • La formation des formateurs accompagnant le transfert de la technologie des BRF est au fondement d’une prise en charge à long terme efficace par les autorités politiques (nationales et locales). 55 • Le transfert de la technique des BRF devra convaincre les populations, particulièrement les femmes, de l’utilité de la technique des BRF sur la régénération des sols, des effets sur leur production agricole et des retombées économiques pour elles et leur famille. 56 • La durabilité des résultats de ce transfert technologique ne sera assurée que si les populations sont convaincues de ses avantages à court et à moyen termes. Et pour ce faire, elles devront être impliquées au départ du projet. L'implication à long terme des nationaux africains 57 • Dans le cas de milieux qu'il faut retourner à la forêt pour respecter les exigences du projet, les apports de BRF dès le départ sont essentiels. Quant aux techniques de reboisement, elles seront décrites tout comme les essences les plus prometteuses, la gestion des plantations, leur entretien, les observations, les échantillonnages, les prélèvements, l'évaluation des coûts et surtout les mesures reliées à la croissance et au développement des arbres. Toutes ces activités devront se poursuivre pendant plus de dix ans pour éviter que la ou les nouvelles forêts ne soient la proie de prédateurs connus... 58 • Dans le cas de reboisement et de régénération des sols et de gestion, etc., des protocoles devront être rédigés et surtout respectés par les partenaires et artisans des pays engagés. Aucun laisser aller ne doit être permis car les interventions projetées sont à la base de la chaîne alimentaire, de l'amélioration des milieux et surtout d'une agriculture durable. L'évolution du projet Les étapes déjà franchies 59 • En 1996, à la demande du CRDI et devant l'ICRAF de Nairobi (Kenya) un important exposé a toutefois été reçu avec quelques réticences 18 . 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 18 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Université Laval-CRDI, 51 pages ISBN 2-921728-15-X. Lemieux, G. (1996) «The hidden world that feeds us: the living soil» 49 pages (traduction anglaise) ISBN 2-921728-17-6. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 60 • En 1996, le Professeur Lemieux est retourné en République Dominicaine pour mettre en place plusieurs essais avec différentes cultures. Plus tard il a rencontré le Prof. Chably de l'Académie des Sciences Agricoles d'Ukraine et avec l'aide du CRDI un projet de recherche était établi dans la région de Kiev 19 . 61 • En 1997, le Professeur Lemieux a participé à l'atelier d'ICRAF portant sur la contribution des ONG au rétablissement de la fertilité des sols en Afrique 20 C'est à la suite de cette mission et lors de deux réunions consécutives que l'initiative canadienne fera l'objet d'un atelier sur la question des BRF à Nairobi, les 20-22 octobre 1997 21 . Les étapes à venir du projet Les objectifs à long terme 62 • Objectifs préliminaires a) Repérer les principales caractéristiques sociales et économiques de chaque milieu visé (v.g. données de base sur la démographie, l'organisation communautaire, la structure économique et politique locale, les besoins alimentaires). b) Identifier les partenaires, les informer et les former. c) Recueillir auprès des groupes ou entreprises intéressés les données relatives à la qualité des sols, aux diverses cultures végétales, aux pratiques agricoles ainsi qu'aux outils de travail. d) Choisir des milieux et en dresser une description complète de la couverture végétale et des sols. 63 • Objectifs principaux a) Implanter sur des sites bien choisis et représentatifs, des forêts composées d'essences variées et destinées en partie à fournir les rameaux essentiels à la régénération des sols. b) Mettre en place des parcelles de démonstration après inventaire des caractéristiques des sols, pour initier les milieux visés à la technologie des BRF. c) Effectuer des essais destinés à établir la valeur comparative de la production des BRF à partir d'essences forestières locales ou 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 19 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, 284 pages ISBN 2921728-22-2. 20 Lemieux, G. (1997) «Rapport de mission à l'ICRAF- L'approche des organisations non gouvernementales (ONG); une perspective sur le rétablissement de la fertilité des sols en Afrique et au Moyen-Orient» CRDI-Université Laval 26 pages (première partie). 21 Lemieux, G. (1997) «Réunions concernant les suites à donner à celle de l'ICRAF de juin 1997 pour la mise sur pied d'un réseau de recherche et de mise en application des BRF en Afrique» Université Laval - CRDI/ACDI 5 pages. Peden, D, & Smith, O.(1997) «L'amélioration des sols en Afrique: le rôle potentiel du bois raméal fragmenté (Atelier de planification) Esquisse conceptuelle -Concept Paper CRDI-Université Laval 10 pages Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 importées, et permettre de mesurer l'évolution biologique des BRF prometteurs. d) Favoriser la formation technique dans les milieux visés et prévoir un encadrement local et extérieur de longue durée afin d'intégrer la nouvelle technologie aux traditions agricoles locales. e) Aider les entreprises locales à trouver le support financier à l'acquisition des rameaux nécessaires à la réhabilitation des sols et à accroître leur expertise en matière de production et de gestion. 64 • Objectif final S'assurer que les divers milieux ont bien intégré les connaissances nouvelles : – les techniques liées à la reforestation, – à la réhabilitation des sols, – là la production des cultures, – aux moyens efficaces de suffire à leurs besoins alimentaires, – propres à organiser la répartition et la commercialisation de toutes les productions végétales possibles. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° ISBN 2-921728-33-8 Dépôt légal: Bibliothèque nationale du Québec, mars 1998 mars1998 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-2837 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-33-8 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux PROPOSITION DE TUTZING sur un projet de convention internatinale «Preserving Soils for Life» Proposal for a "Convention on Sustainable Use of Soils» (Soil Convention) par Martin Held, Klaus Kümmerer et Kerstin Brandt avril 1998 proposition aux NATIONS UNIES Original en langue allemande (version anglaise) Publication nº 85 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada The Tutzing Project ”Time Ecology˜ Preserving Soils for Life Proposal for a “Convention on Sustainable Use of Soils“ (Soil Convention) INTRODUCTION Le texte de la convention sur les sols, qui suit m'a été donné pour appui au niveau des Nations Unis. Je l'ai trouvé tellement pertinent que nous en ferons une publication spéciale commentée en fonction de nos travaux et recherches. Nous en obtiendrons vraisemblablement une version française et une autre espagnole. Pour le moment j'utiliserai la version anglaise, l'original étant en langue allemande. Le Professeur Klaus Topfer, le nouveau directeur de l'UNEP dont le siège est à Nairobi (Kenya), sera en Allemagne à l'automne pour une conférence de planification de cette Convention. C'est à l'initiative des Dr Martin Held de l'Académie Protestante de Tuzing, du Dr Klaus Kümmerer de l'Hopital universitaire de Freiburg ainsi que de M me Kerstin Brandt de Peitz en Allemagne que ce texte a pu voir le jour. Ce texte m'a été remis par le Dr David Pimentel de l'Université Cornell, Ithaca, N Y, USA pour que nous donnions notre appui à cette Convention, ce que nous faisons sans hésitation. L'analyse qui suivra dans les pages suivantes a pour but de mettre en lumière les points qui nous sont d'intérêt tout en soulignant qu'il s'agit d'une convention souvent d'aspect juridique et de droit international mais qui cadre presque à la perfection dans l'esprit de nos travaux et tout particulièrement à la suite de la présentation au CRDI de notre projet pour l'Afrique «Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt». Nous pensons que ce texte est bien construit et la définition des termes est précieuse. Nous pouvons regrettez cependant que le sol soit considéré comme presque immuable et que aucune référence soit faite aux mécanismes pédogénétiques par lesquels des modifications positives peuvent être apportées. Il en va de même de l'origine des sols cultivés dont personne ne semble soupçonner l'origine forestière dans toutes les parties du monde. Il y a là un potentielle qui devrait être reconnu dans une telle charte, protégé et mis en valeur. C'est avec beaucoup de plaisir que nous voyons le lien qui est fait entre la charte des sols du monde de la FAO et la Convention des Nations Unies sur la Désertification en Afrique de même que sue celle des Changement Climatiques. Ici aussi nous pensons devoir apporter des précisions sur le rôle du sol par le biais de plusieurs publications et démonstration. Il va de soi que la perception de la répercussion des changements climatiques sur les sols et les dommages permanent que nous constatons est une réalité incontournable. Néanmoins, nous pensons qu'une place est possible pour la découverte et la mise en place de mécanismes de reconstruction, mais qui nécessitent beaucoup plus d'efforts que ceux consacrés jusqu'ici de la part de tous, au niveau des connaissances sur lesquelles on doit se baser pour comprendre et agir. Enfin nous croyons que trop d'emphase est mis sur la conservation des sols laissant peu d'espace au dynamisme intrinsèque des sol qui sont en fait une des édifices biologiques dans une matrice polyphénolique dont les échanges sont induits par des systèmes enzymatiques issus d'une masse protéique structurée et complexe et dont les sucres et les polyholocides sont les principaux carburants. Cette «masse protéique» est représentée par les chaînes trophiques dont la biodiversité est l'expression la plus connue aujourd'hui. Une telle approche dans le préambule aurait donner plus de souplesse aux interprétations qui seront faites dans les années qui viennent. Nous pouvons regretter également qu'aucune allusion soit faite aux lois universelles de la physique dans la constitution, la chimie, les liens entre la vie et la géologie des différents sols et la participation aux lois universelles de la thermodynamiques. La dynamique des sols implique des alternances et des tendances qui peuvent s'inverser, mais revenir à d'autres équilibres, ou aux mêmes, dans des phases subséquentes. La vie (plantes et animaux) influencent la dynamique du sol et inversement, mais souvent dans des temps différents et asymétriques. Nous notons avec plaisir l'existence d'institutions internationales qui nous sont totalement inconnues ici comme la Société Internationale pour la Science du Sol dont le siège est à Vienne (Autriche) et le Centre International de Référence et de Formation sur le Sol de Wageningen (Hollande). En résumé nous pensons que l'approche est trop formelle et rigide mais dont nous voyons très bien la nécessité aujourd'hui. Une Convention est une Convention qui peut être adaptée à toutes les situations dans le temps et dans l'espace, d'où la nécessité d'amender et de rectifier comme le permettent les articles 16 à 21. Professeur Gilles Lemieux Québec, avril 1998 The Tutzing Project ”Time Ecology˜ Preserving Soils for Life Proposal for a “Convention on Sustainable Use of Soils“ (Soil Convention) 5 II. Proposal for a ˜Convention on Sustainable Use of Soils“ (Soil Convention) (Convention for Preserving Soils as Natural Resource and Sustainable Life Support System) Preamble The Parties to this Convention, Conscious of the fact that soils constitute the basis for life of human beings, animals and plants as well as the habitat for an immense wealth of creatures living in it, Aware of the discrepancy between the rapid progression of soil degradation and the extremely slow process of soil formation, Noting that measures to achieve a sustainable use of soils and to conserve all its vital functions depend on the different types of soil, the climatic conditions, and the forms of land cultivation and, therefore, must greatly vary, Conscious that conservation of soils and of soil functions is a precondition for ensuring the global food supply in a durable manner and that renewable resources will gain increasing importance for sustainable development, Recognizing the importance of the sustainable use of soils for the conservation of biological diversity, Noting the importance of soils for the global climate system, as well as the repercussions of climate changes on soils, Noting also the importance of soils for the sustainable use of water, as well as the great importance of water systems for soil productivity and the life system, Concerned that the many different local and regional soil degradations accumulate to a global threat to humankind comparable in its magnitude to an anthropogenic greenhouse effect and to the loss of biological divertsity, Concerned also that this process is already going on and that - unlike the beginning climate change - the damage is massive already at present, Concerned further that despite single counter-measures and some positive examples of sustainable use of soils, the tendency towards an accelerated soil degradation remains, Reaffirming the World Soil Charter as adopted by the FAO and the concern about the loss of and the damage to soils expressed therein, 6 Affirming the United Nations Convention to Combat Desertification in those Countries Experiencing Serious Drought and / or Desertification, particularly in Africa (Convention on Desertification) as an important first step towards the protection of soils and the sustainable use of land, Reaffirming that the first steps taken within the framework of the Convention on Desertification shall be continued decidedly and without any delay during the transition period to this convention, Reaffirming also the necessity of integrating all stakeholders in the sustainable use of soils, Acknowledging that local practical knowledge about the locally appropriate uses of soils, including seasonal rhythms and regeneration periods has the same importance to soil research as scientific approaches, Acknowledging also that sustainable use of soils as part of sustainable development is only possible if, in accordance with the stakeholder approach, the economic and social circumstances are taken into account, Recognizing the intrinsic value of soils and of the diversity of soils, Have agreed as follows: Article 1 Use of terms For the purposes of this Convention: 1. ”Biological Diversity" means the variability among living organisms from all sources, not only organisms living in soils, but also above ground terrestrial and aquatic organisms dependant on soil productivity. This includes diversity within species, among species, of ecosystems, and of processses operating within them. 2. ”Desertification" means the process of soil degradation in arid, semi-arid, and dry sub- humid areas resulting from various factors, including climatic variations and human activities. 3.”Forms of soil utilization" means the different possibilities of soil utilization by humans beings in the form of agricultural and forest production, exploitation of mineral resources, utilization as surface for settlement, trafic, industrial and other commercial production, recreation purposes, supply and waste disposal, as well as utilization as archives of natural and cultural history. 7 4.”Soil" means the thin upper part of the Earth's crust where rock (lithosphere), air (atmosphere), water (hydrosphere) and living organisms (biosphere) interpenetrate (pedosphere). Soils are natural entities that exist in a wide range of different types. 5. ”Soil degredation" means the damage to and the destruction of soils and soil functions in the form of erosion by wind and water, salination, acidification, contamination and various pollutions, the damage to life in soils and other forms of damage to the soil conditions such as compression, surface sealing, excavation and other negative effects from human activities. 6. ”Soil fertility" means the capacity of soils to feed plants and animals depending on the natural supply of nutrients and the volume of water available for plant growth. Soil fertility is influenced by different forms of land use and cultivation. The activities of organisms living in soils are of particular interest for soil fertility. 7. ”Soil formation processes" means the processes that lead to the formation of soils and their different horizons and structures. The time scales of formation range from centuries to millenia, depending on the underlying parent materials, the age of soils and the climate conditions, and these processes can be altered by various forms of soil utilization. 8. ”Soil functions" means the different functions of soils: the habitat function, the regulation function, the utilization function and the cultural function. 9. ”Soil type" means the different forms and sequences of soil horizons. 10. ”Stakeholder approach" means the active integration of all actors from various levels of society, in particular those at local and regional level. 11. ”Sustainable use of soils" means the utilization and use of soils in a manner that preserves the balance between the processes of soil formation and soil degradation, as well as maintaining all soil functions. 12.˜Syndrome" means the regionally based grouping of soil degradation features corresponding to typical causes and phenotypes. The syndromes can be applied at a regional and / or local level, depending on the degree of aggregation chosen. Article 2 Objectives (1) The objective of this Convention is the sustainable use of all kinds of soils by all States of the Earth in order to preserve all soil functions. For this pourpose the different forms of soil degradation, depending on climate, forms of land cultivation, type and age of soils etc. must be reduced to achieve a balance with the processes of soil formation. The forms of land cultivation shall preserve and promote soil fertility in a locally appropriate manner in order to ensure food production and to supply renewable resource needs. The consideration of other soil functions is of equal importance. Special attention shall be directed to the conservation of biological diversity in soils. 8 (2) A further objective is to organize more efficiently, corresponding to the criteria of sustainability, the utilization of fossil fuels and raw materials for land cultivation and to reduce it gradually, so that the carbon deposits that built up in millions of years are not exhausted within a few generations but remain, as utilizable stocks, available for future generations. (3) The objectives of the Convention on Desertification, to combat desertification and mitigate the effects of drought in countries seriously affected, particularly in Africa, are emphatically pursued as an important part of the wider task. (4) In accordance with the stakeholder approach all actors shall be integrated; particularly local and regional initiatives shall be promoted to achieve the locally appropriate use of soils. Article 3 Principles (1) States have, in accordance with the Charter of the United Nations and the principles of international law, the sovereign right to exploit their own resources. But in doing so they are subject to the principle of sustainable development. (2) In order to achieve a sustainable use of soils it is indipensable to approach soil problems in an action-oriented manner and to take the stakeholder approach as the basis for all activities which have a bearing on soils. Article 4 Commitments (1) The Parties shall: a) take the stakeholder approach as the basis for all their activities which have a bearing on soils; b) formulate and publish national programmes for the sustainable use of soils containing the objectives, priorities, measures, legal and other requirements for fulfilling these objectives, research efforts, promotion of local knowledge and the financing. The integrated approach shall be of special importance for the planning of land utilization and the use of soil resources; c) actively implement the national programmes and particularly create favourable institutional conditions that enable and encourage land users and other actors to engage in the sustainable use of soils; d) periodically review and systematically assess the effectiveness of national programmes with regard to the different soils and the crucial problems of soil degradation; 9 e) develop, in order to improve and make the national programmes more effective, systematic national inventories containing the most important soil degradation syndromes which will serve the national programmes as a basis for the measures to be taken; f) develop a systematic and comprehensive soil monitoring; g) promote education, training and public awareness related to the use of soils; h) intensify the international exchange of information related to the sustainable use of soils, particularly assisting developing countries; i) work towards the achievement of the objectives of this Convention in supranational and international organizations; j) make intensive efforts to conserve and promote soil fertility and soil formation applying special attention to vegetation cover and reduction of surface sealing; k) orient all their measures on conservation, improvement and recovery of soils to the objectives of this Convention; (2) The developed country Parties shall assist countries experiencing serious problems of soil degradation including contamination, drought and desertification in their measures on conservation, improvement and recovery of soils. Article 5 Stakeholder approach In carrying out their commitments under Article 4, paragraph 1 (a) the Parties shall: a) consider the interests of all stakeholders at the various levels integrating particularly local and regional stakeholders; b) specify in their national programmes the measures serving the integration of all stakeholders in the process of sustainable use of soils as well as their active participation; c) work towards the integration of all stakeholders, particularly the communities, local groups and land users, in international programmes and in multi- and bilateral aid programmmes. 10 Article 6 Soil degradation syndrome (1) As basis for the action-oriented approach of this Convention, special emphasis shall be given to the assessment of the most important soil degradation syndromes, The syndrome approach enables an apporach to soils problems on a regional and/or a local level, depending on the degree of aggregation chosen. (2) In carrying out their commitments under Article 4, paragraph 1 (e), the Parties shall: a) assess the soil degradation syndromes both at a regional and at a local level by choosing different degrees of aggregation; b) develop comparable clinical profiles in order to group the variety of soils, the forms of land cultivation and the consequences of soil degradation to the soil functions as well as their causes and effects in regionally-based syndromes; c) direct special attention to the conservation of biological diversity and to the regeneration periods of soils: d) use the soil degradation syndromes both as a basis for the prioritization of broad measures to be taken and as a standard to evaluate the effectiveness of the measures taken and their effects. Article 7 Soil monitoring and soil research (1) In carrying out their commitments under Article 4, paragraph 1 (f), the Parties shall: a) use available data and methods like the Global Assessment of Soil Degradation (GLASOD) as basis for their work; b) assess the development of soil degradation differentiating between soil types, soil functions, types of soil degradation and the pertinent syndromes and gather not only standard information but also practical knowledge of local land users of the different categories; c) assess the soil formation processes, including the effects of human activities, on the time scales of these processes; d) develop an Index on Sustainable Use of Soils (ISUS) by constantly assessing and comparing the rates of soil formation and of soil degradation in approriate spatial units and thus systematically comparing different periods and areas; 11 e) assess, according to the methodology and data of the World Overview of Conservation Approaches and Technologies (WOCAT), the effects of measures taken to improve the use of soils, particularly differentiating between different forms of land cultivation; f) analyze the effects of soil degradation on yields and costs; g) acquire data on the economic and socio-cultural as well as political and legal framework which have a bearing on soils; h) cooperate, under the guidance of the Conference of the Parties, to work out worldwide comparable patterns for the acquisition of data; i) cooperate, under the guidance of the Conference of the Parties, to develop a globally- coordinated soil survey on the basis of national soil monitoring. (2) The Parties shall prepare the data on soil monitoring for the local land users, the public, and those institutions which are responsible for land use. At the same time they shall use the data as a basis for research, for measures within the scope of the national programmes for the sustainable use of soils, and for the further development of methods on ecological agriculture for instance. (3) In the field of research and research support, the Parties shall set up the following priorities, which shall be constantly reviewed and further developed according to the accumulation of knowledge and practical experiences; a) reconciliation of the rivalry between agricultural / forest use of land and housing development; b) the possibilities to reconcile the development of the utilization function with the other soil functions; c) the development of evaluation standards for the sustainable use of soils; d) the assessment and the understanding of biologoical diversity in soils and its importance for the resilience and the buffer capacity of soils. Article 8 Education, training and public awareness In carrying out their commitments under Article 4, paragraph 1 (g), the Parties shall: a) promote understanding of the fact that soil degradation causes not only local problems but is accumulating to form a global threat to the life support systems comparable with other great ecological issues such as water, biological diversity and climate change. b) encourage the understanding of the diversity and the local variability of soils in a region and its smaller units; 12 c) promote understanding of the short period of time in which soils are degraded and destroyed by human intervention and the comparatively long period of time which is needed for soil formation; d) emphasize the importance of cultivating land in diverse forms with regard to rhythms and, connected therewith, the variety of soils; e) asaume their responsibilities for education at all levels of their educational system. Article 9 Transition of the Convention on Desertification The provisions of the United Nations Convention to Combat Desertification in those Countries Experiencing Serious Drought and / or Desertification, particularly in Africa (Convention on Desertification) form an integral part of this Convention. After the inception of this Convention the measures to be undertaken and determined to implement the Convention on Desertification shall be carried out and ensured by the organizational and financial mechanisms of this Convention. Details are laid down in Annex 1 to this Convention. Article 10 Relationship with other international conventions (1) The provision of this Convention shall not affect the rights and obligations of any Party deriving from any existing international agreement, except where the exercise of those rights and obligations would cause a serious damage or threat to the sustainable use of soils. (2) On account of the substansive overlapping of the provisions of this Convention and the provisions of the Convention on Biological Diversity, the Conference of the Parties shall: a) present, at regular intervals, to the Conference of the Parties of the Convention on Biological Diversity reports on the measures taken in accordance with this Convention; b) contact, through the secretariat, the secretariat of the Convention on Biological Diversity with a view to establishing appropriate forms of co-operation. (3) On account of the substansive overlapping of the provisions of this Convention and the provisions of the United Nations Framework Convention on Climate Change, the Conference of the Parties shall: a) present, at regular intervals, to the Conference of the Parties of the United Nations Framework Conv ention on Climate Change reports on the measures taken in accordance with this Convention; 13 b) contact, through the secretariat, the secretariat of the United Nations Framework Convention on Climate Change with a view to establishing appropriate forms of co- operation. Article 11 Conference of the Parties (1) A Conference of the Parties is hereby established. (2) The Conference of the Parties, as the supreme body of this Convention, shall keep under regular review the implementation of this Convention and any related legal insruments that the Conference of the Parties may adopt, and shall make, within its mandate, the decisions necessary to pomote the effective implementation of this Convention. To this end it shall: a) review the reports submitted by the Parties in accordance with Article 16, paragraph 1 and transmit the data submitted by the Parties in accordance with Article 16, paragraph 2, to the advisory committee for the establishment of international inventories and indexes; b) promote and guide, in accordance with Article 7, paragraph 1 (h), (i), the co-operation between the Parties to work out worldwide comparable patterns for the acquisition of data and to develop a globally-coordinated soil survey on the basis of national soil monitoring; c) assess, on the basis of all information made available to it in accordance with the provisions of this Convention, the implementation of this Convention by the Parties, the overall effects of the measures taken pursuant to this Convention and the extent to which progress towards the objective of this Convention is being achieved; d) consider and adopt regular reports on the implemention of this Convention and ensure their publication; e) make recommendations on any matters necessary for the implementation of this Convention; f) establish, in accordance with Article 13, paragraph 5, such subsidiary bodies as are deemed necessary for the implementation of this Convention; g) review reports submitted by its subsidiary bodies and provide guidance to them; h) agree upon and adopt by consensus, rule of procedure and financial rules for itself and for any subsidiary bodies; i) adopt, at each ordinary session, a budget for the financial period until the next ordinary session; 14 j) seek and utilize, where appropriate, the services and cooperation of, and information provided by, competent international organizations and intergovernmental and non- governmental bodies; k) exercise such other functions as are required for the achievement of the objectives of this Convention as well as all other functions assigned to it under this Convention. (3) The first session of the Conference of the Parties shall be convened by the Executive Director of the United Nations Environment Programme not later than one year after the entry into force of this Convention. Thereafter, ordinary sessions of the Conference of the Parties shall be held every year unless otherwise decided by the Conference of the Parties. (4) Extraordinary sessions of the Conference of the Parties shall be held at such other times as may be deemed necessary by the Conference, or at the written request of any Party, provided that, within six months of the request being communicated to the Parties by the secretariat, it is supported by at least one third of the Parties. (5) The United Nations, its specialized agencies, as well as any member State thereof or observers thereto not Party to this Convention may be represented at sessions of the Conference of the Parties as observers. Any body or agency whether national or international, governmental or non-governmental which is qualified in matters covered by this Convention, and which has informed the secretariat of its wish to be represented at a session of the Conference of the Parties as an observer, may be admitted unless at least one third of the Parties present object. The admission and participation of observers shall be subject to the rules of procedure adopted by the Conference of the Parties. Article 12 Secretariat (1) A secretariat is hereby established. (2) The functions of the secretariat shall be: a) to make arrangements for sessions for the Conference of the Parties and its subsidiary bodies established under this Convention and to provide them with services required; b) to compile and transmit reports submitted to it; c) to prepare reports on its activities and present them to the Conference of the Parties; d) to enter, under the overall guidance of the Conference of the Parties, into such administrative and contractual arrangements as may be required for the effective discharge of its functions; e) to perform the other functions specified in this Convention and such other functions as may be determined by the Conference of the Parties. 15 (3) The Conference of the Parties, at its first session, shall designate a permanent secretariat and make arrangements for its functioning. Article 13 Advisory committee and other subsidiary bodies (1) An advisory committee is hereby established. (2) The advisory committee shall provide the Conference of the Parties and, as appropriate, its other sybsidiary bodies with timely advice relating to the implementation of this Convention. The advisory committee shall be open to participation by all Parties and shall be multidisciplinary. It shall comprise government reprensentatives competent in the relevant field of expertise. It shall report regularly to the Conference of the Parties on all aspects of its work. (3) The advisory committee shall work under the authority of and in accordance with guidelines laid down by the Conference of the Parties. Drawing upon existing competent international bodies and including the stakeholders, the advisory committee shall: a) provide scientific, technical and technological assessments as well as assessments based on local practical experience of the status of soils; b) prepare scientific assessments, as well as assessments based on local practical experience on the effects of measures taken in the implementastion of this Convention; c) gather and systematically evaluate local practical knowledge on locally appropriate use of soils including seasonal rhythms and regeneration periods; d) identify innovative and state-of-the-art technologies and expertise relating to the conservation and sustainable use of soils and advise on the ways and means of promoting development and transferring such technologies; e) provide advice on the realization of the stakeholder approach, on scientific programmes and on international cooperation in research and development related to the conservation and sustainable use of soils: f) respond to scientific, technical, technological and methodological questions, as well as to questions relating to the stakeholder approach that the Conference of the Parties and its subsidiary bodies may put to the advisory committee; g) support the Conference of the Parties in the review of the reports submitted to it by the Parties in accordance with Article 6, paragraph 1, by evaluating, in a comparative manner, the national programmes on sustainable use of soils included in the reports; 16 h) support the Conference of the Parties in the elaboration of worldwide comparable patterns for soil monitoring, as well as in the establishment and the continuous care of a globally coordinated soil survey; i) record, in a comparative manner and on the basis of the data on soil monitoring and soil survey presented by the Parties, the most important soil degradation syndromes; j) develop, on the basis of data presented by the parties, an international Index on Sustainable Use of Soils (ISUS). (4) The functions, terms of reference, organization and operations of the advisory committee may be further elaborated by the Conference of the Parties. The Conference of the Parties may, in cooperation with the advisory committee, assign further functions to the advisory committee. (5) The Confrence of the Parties may, in addition to the advisory committee, establish further subsidiary bodies as are deemed necessary, Article 14 Financial resources. (1) Each Party undertakes to provide, according to its capabilities, financial support and incentives in respect of those national activities which are intended to achieve the objectives of this Convention, in accordance with its national plans, priorities and programmes. (2) The developed country Parties shall endeavour to assist the developing country Parties in mobilizing the financial resources necessary for the national implementation of the Convention. For this purpose they shall, in accordance with their national plans, priorities, and programmes: a) provide grants and concessionial loans, in order to support the national programmes worked out by the developing country Parties to implement this Convention; b) promote the mobilization of new additional funding from the Global Environmental Facility; c) facilitate through international co-operation the transfer of technology, knowledge and know-how and thereby support local practical experience on locally-adapted site-specific use of soils: d) explore, in co-operation with developing country Parties, innovative methods and incentives for mobilizing financial resources, including those of foundations, non- governmental organizations, and other private sector entities; e) offer debt swaps in connection with national activities and programmes which serve to implement this Convention. 17 (3) The developting country Parties, taking into account their capabilities, shall endeavour to mobilize their own financial resources necessary for the national implementation of this Convention, and to resort to the aid of developed country Parties only where they are not able to mobilize necessary financial resources. In this connection, it is necessary to take into account that economic and social development and eradication of poverty are the first and overriding priorities of the developing country Parties. (4) The developed country Parties may also provide, and developing country Parties avail themselves of, financial resources related to the implementation of this Convention through bilateral, regional and other mutilateral channels. (5) The developed country Parties shall bear the costs for international action taken in accordance with this Convention. (6) For the purpose of this Article, the Conference of the Parties shall at its first session establish a list of developed country Parties and other Parties which voluntarily assume the obligations of the developped country Parties. The Conference of the Parties shall periodically review and if necessary amend the list. Article 15 Financial mechanisms (1) There shall be a mechanism for the provision of financial resources to developing country Parties in accordance with Article 14, paragraphe 2 (a) on a grant or concessional basis, the essential elements of which are described in this Article. (2) The mechanism shall function under the authority and guidance of, and be accountable to, the Conference of the Parties. The operation of the mechanism shall be carried out by such institutional structure as may be decided upon by the Conference of the Parties at its first session. The Confernce of the Parties shall work out recommendations on the amount of the contributions to be paid by the developed country Parties. Voluntary additional contributions may also be made by the developed country Parties and by other countries and sources. The mechanism shall operate within a democratic and transparent system of governance. (3) Pursuant to the objectives of this Convention, the Conference of the Parties shall at first session determine the policy, strategy and programmes priorities, as well as detailed criteria and guidelines for eligibility, for access to and utilization of the financial resources, including monitoring and evaluation, on a regular basis of such utilization. The Conference of the Parties shall decide on the arrangements to give effect to paragraph 2 above after consultation with the institutional structure entrusted with the operation of the financial mechanism. (4) The Conference of the Parties shall review the effectiveness of the mechanism established under this Article, including the criteria and guidelines referred to in paragraph 3 above not less than two years after the entry into force of this Convention and thereafter on a regular basis. Based on such review, it shall take appropriate action to improve the effectiveness of the mechanism if necessary. 18 Article 16 Reports (1) Each Party shall, at intervals of two years, present to the Conference of the Parties reports on measures which it has taken for the implementtion of the provisions of this Convention, and their effectiveness in meeting the objectives of this Convention. (2) Each Party shall, together with the reports, present to the Conference of the Parties, its lists of data gathered for the purposes of the monitoring of soils and the land register, as well as its Index on Sustainable use of Soils (ISUS). Article 17 Resolution of questions regarding implementation The Conference of the Parties shall, at its first session, consider the establisment of a multilateral consultative process, available to Parties on their request, for the resolution of questions regarding the implementation of this Convention, Article 18 Settlement of disputes (1) In the event of a dispute between Parties concerning the interpretation on application of this Convention, the parties concerned shall seek solution by negociation. (2) If the parties concerned cannot reach agreement by negociation, they may jointly seek the good offices of, or request mediation by, a third party. (3) When ratifying, accepting, approving or acceding to this Convention, or at any time thereafter, a State or regional economic integration organization may declare in writing to the Depositary that for a dispute not resolved in accordance with paragraph 1 or paragraph 2 of settelment above, it accepts one or both of the following means of dispute settlement as compulsory: a) Submission of the dispute to the International Court of Justice; b) Arbitration in accordance with procedures to be adopted by the Conference of the Parties as soon as practicable, in Part 1 of Annex II. (4) A declaration made under paragraph 3 above shall remain in force until it expires in accordance with its terms or until three months after written notice of its revocation has been deposited with the Depositary. 19 (5) If the parties to the dispute have not, in accordance with paragraph 3 above, accepted the same or any procedure, the dispute shall be submitted to conciliation unless the parties otherwise agree. The procedures of conciliation shall be adopted by the Conference of the Parties as soon as practicable, in Part 2 of Annex II. (6) The provisions of this Article shall apply with respect to any protocol except as otherwise provided in the protocol concerned. Article 19 Amendments to the Convention (1) Any Party may propose amendments to this Convention. (2) Amendments to this Convention shall be adopted at an ordinary session of the Conference of the Parties. The text of any proposed amendment to the Convention shall be communicated to the Parties by the secretariat at least six months before the meeting at which it is proposed for adoption. The secretariat shall also communicate proposed amendments to the signatories to this Convention and, for information, to the Depositary. (3) The Parties shall make every effort to reach agreement on any proposed amendment to this Convention by consensus. If all efforts at consensus have been exhausted, and no agreement is reached, the amendment shall, as a last resort, be adopted by the three-fourths majority vote at the Parties present and voting at the meeting. The adopted amendment shall be communicated by the secretariat to the Depositary, who shall circulate it to all Parties for their acceptance. (4) Instruments of acceptance in respect of an amendment shall be deposited with the Depositary. An amendment adopted in accordance with paragraph 3 above shall enter into force for those Parties having accepted it on the ninetieth day after the date of receipt by the Depositary on an instrument of acceptance by at least three-fourths of the Parties to this Convention. (5) The amendment shall enter into force for any other Party on the ninetieth day after the date on which that Party deposits with the Depositary its instrument of acceptance of the said amendment. (6) For the purposes of the Article, "Parties present and voting" means Parties present and casting an affirmative or negative vote. Article 20 Adoption and amendment of annexes to the Convention (1) Annexes to this Convention shall form an integral part thereof. Unless otherwise expressly provided, a reference to this Convention constitutes at the same time a reference to any annexes thereto. Without prejudice to the provisions of Article 9 and of Article 18, 20 paragraph 3 (b) and 5, such annexes shall be restricted to lists, forms and any other material of a descriptive nature that is of a scientific, technical, procedural or administrative character. (2) Annexes to this Convention shall be proposed and adopted in accordance with the procedure set forth in Article 19, paragraphs 2, 3, 4. (3) An annex that has been adopted in accordance with paragraph 2 above shall enter into force for all Parties to this Convention six months after the date of the communication by the Depositary to such Parties of the adoption of the annex, except for those Parties that have notified the Depositary, in writing, within that period of non-acceptance of the annex. The annex shall enter into force for Parties which withdraw their notification of non- acceptance on the ninetieth day after the date of which withdrawal of such notification has been received by the Depositary. (4) The proposal, adoption and entry into force for amendments to annexes to this Convention shall be subject to the same procedure as that for the proposal, adoption and entry into force of annexes to this Convention in accordance with paragraphs 2 and 3 above. (5) If the adoption of an annex or an amendment to an annex involves an amendment to this Convention, that annex or amendment to an annex shall not enter into force until such time as the amendment to the Convention enters into force. Article 21 Protocols (1) The Conference of the Parties may, at any ordinary session, adopt protocols to this Convention. (2) The text of any proposed protocol shall be communicated to the Parties by the secretariat at least six months before such a session. (3) The requirements for the entry into force of any protocol shall be established by that instrument. (4) Only parties to this Convention may be Parties to a protocol. (5) Decisions under any Protocol shall be taken only by the Parties to the protocol concerned. Article 22 Right to vote (1) Each Party to this Convention shall have one vote, except as provided for in paragraph 2 below. 21 (2) Regional economic integration orgnizations, in matters within their competence, shall exercise their right to vote with a number of votes equal to the number of their member States that are Parties to this Convention. Such an organization shall not exercise its right to vote if any of its member States exercise its right , and vice versa. Article 23 Depositary The Secretary-General of the United Nations shall be the Depositary of this Convention and the protocols adopted in accordance with Article 21. Article 24 Signature This Convention shall be opened for signature at the United Nations Headquarters in New York by all States and any regional economic integration organization from...until... Article 25 Ratification, acceptance or approval (1) This Convention shall be subject to ratification, acceptance or approval by States and by regional economic integration organizations. Instruments of ratification, acceptance or approval shall be deposited with the Depositary. (2) Any organization referred to in paragraph 1 above wich becomes a Party to this Convention without any of its member States being a Party shall be bound by all the obligations under the Convention. Where one or more member States of such an organization are also a Party to this Convention, the organization and its member States shall decide on their respective responsibilities for the performance of their obligations under the Convention. In such cases, the orgnization and the member States shall not be entitled to exercise rights under the Convention concurrently. (3) In their instruments of ratification, acceptance or approval, the organization referred to in paragraph 1 above shall declare the extent of their competence with respect to the matters governed by this Convention. These organizations shall also inform the Depositary of any relevant modification in the extent of their competence. Article 26 Accession (1) This Convention shall be opened for accession by States and by regional economic integration organizations from the date on which the Convention is closed for signature. The instrument of accession shall be deposited with the Depositary. 22 (2) In their instruments of accession, the organizations referred to in pargraph 1 above shall declare the extent of their competence with respect to the matters governed by this Convention. These organizations shall also inform the Depositary of any relevant modification in the extent of their competence. (3) The provisions of Article 25, paragraph 2, shall apply to regional economic integration organizations which accede to this Convention. Article 27 Entry into force (1) This Convention shall enter into force on the ninetieth day after the date of deposit of the fiftieth instrument for ratification, acceptance, approval or accession. (2) For each State or regional economic integration organisations that ratifies, accepts or approves this Convention or accedes thereto after the deposit of the fiftieth instrument of ratification, acceptance, aproval or accession, the Convention shall enter into force on the ninetieth day after the date of deposit by such State or regional economic integration organization of its instrument of ratification, acceptance, approval or accession. (3) For the purposes of the paragraphs 1 and 2 above, any instrument deposited by a regional economic integration organization shall not be counted as additional to those deposited by member States of such organization. Article 28 Reservations No reservations may be made to this Convention. Article 29 Withdrawal (1) At any time after threee years from the date on which this Convention has been entered into force for a Party, that Party may withdraw from the Convention by giving written notification to the Depositary. (2) Any such withdrawal shall take effect upon expiry of one year from the date of receipt by the Depositary of the notification of withdrawal, or on such later date as may be specified in the notification of withdrawal. (3) Any Party that withdraws from this Convention shall be considered as also having withdrawn from any protocol to which it is a Party. 23 Article 30 Authentic Texts The original of this Convention, of which the Arabic, Chineese, English, French, Russian, and Spanish texts are equally authentic, shall be deposited with the Secretary-General of the United Nations. Tutzing, January 1998 III. Background Documents and Literature (a) International conventions and recommendations • Council of Europe (1972), European Soil Charter, Resolution (72) 19, May 30 1972, in: Rüster / Simma, Internastional Potection of the Environment vol. V, 2498. • Food and Agriculture Organization (FAO) (1981), World Soil Charter, Resolution C 81 / 27, November 25, 1981. • United Nations (1992), Agenda 21, UN Doc. A / CONF. 151 / 26 (vol. I-III) August 12, 1992, chapter 10-14. • United Nations (1992), Convention on Biological Diversity, in ILM 31, 822 • United Nations (1992), United Nations Framework Convention on Climate Change, May 9, 1992, in: ILM 31, 851. • United Nations (1994), United Nations Convention to Combat Desertification in those Countries Experiencing Serious Drought and / or Deseretification, particularly in Africa, June 17, in: ILM 33 (1994), 1328. (b) Literature • German Advisory Council on Global Change (1995), World in Transition: The Threath to Soils. Annual Report 1994. Bonn : Economica • German Advisory Council on Global Change (1996), World in Transition: Ways towards Global Environmental Solutions. Annual Report 1995. Berlin/Heidelberg: Springer • Häberli, R. et al. (1991), Boden-Kultur. Vorschläge für eine haushälterische Natzung des Bodens in der Schweiz Zürich: VDF, (Soil-Culture. Poposals for a Sustainable Use of Soils in Switzerland) • Hurni, H. et al. (1996), Precious Earth. From Soil and Water Conservation to Sustainable Land Management. Bern: International Soil Conservation Organisation. • International Soil Conservation Organisation (ISCO) (1996), 9th Conference, Bonn, Conclusions and Recommendations. Bonn. • Norse, D. et al. (1992), Chapter 2: Agriculture, Land Use and Degradation. In: Dooge, J.C.I et al. (Ed) An agenda of Science for Environment and Development into the 21st Century. Based on a Conference held in Vienna Nov. 1992. Cambridge: Cambridge University Press, pp.79-89. • Pimentel, D. et al. (1995), Environmental and Economic Costs of Soil Erosion and Conservation Benefits. Science Vol. 267 pp 1117-1123. 24 IV. Support of the Proposal for a Soil Convention The proposal for a Soil Convention supported by the following persons and institutions (January 23, 1998) Persons • Prof. Dr. Dr. Günter Altner, University Koblenz-Landau, Heidelberg (Germany) • Ass. Prof. Dr Karl Auerswald, Lehstuhl für Bodenkunde, Technische Universität München. Freising-Weihenstephan (Germany) • Dr, Günter Bachman, Berlin (Germany) • Prof. Dr. Freidrich O. Beese, Institute for Soil Science and Forest Nutrition, University Göttingen, Member of German Advisory Council on Global Change (Germany) • Prof. Dr. Fred H. Beinroth, Dept. of Agronomy and Soils University of Puerto Rico, Mayaguez (Puerto Rico) • Frank Biermann, Staff of German Advisory Council on Global Change, Bremerhaven (Germany) • Prof. Dr. Winfried E.H. Blum, University of Agricultural Sciences. Vienna. Secretary- General of the International Society of Soil Science (Austria) • Prof. Dr. Engelhard Boehncke, Department of Biological Animal Husbandry, University of Kassel, President of the International Society for Livestock Husbandry (IGN) (Germany) • Prof. Dr. Klaus Bosselmann, Faculty of Law, University Auckland (New Zealand) • Kerstin Brandt, Expert of Public International Law, Cottbus (Germany) • Prof. Dr. Stephan Dabbert, Institute for Farm Economics, University Hohenhein (Germany) • Ass. Prof. Dr.Karl-Heinz Feger Institute for Soil Science and Forest Nutrition, University Freiburg. (Germany) • Prof. Dr. Peter Felix-Henningsen, Institute for Soil Science and Soil Conservation, University Giessen (Germany) • Prof. Dr. Dr. h.c. Z. Filip, Institute for Water, Soil and Air Hygiene of the Federal Environmental Agency, Langen (Germany) • Jochen Flasbarth, President of the German Association for Natures's Conservation (NABU) Bonn (Germany) • Prof. Dr. Hans-Georg Frede Department of Agricultural Ecology and Nature Resources Management, University Giessen (Germany) • Bernward Geier, Director International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Theley (Germany) • Prof. Dr. Hartmut Graßl, Director of the World Climate Research Programme, 1992-94 President of German Adisory Council on Global Change with annual report focused on soils, Geneva (Confédération Helvétique) • Prof. Dr. Wolfgang Haber, 1981-1990 Member of German Advisory Council on Environmental Affairs, in 1985-90, President of this Council, till 1996 President of the 25 International Association of Ecology, since 1990, Speaker of German Board for Land- Conservation, Freising-Weihenstephan (Germany) • Dr. Rudolf Häberli. Director of the Swiss Priority Programme Environment, former Coordinator National Research Programme „Use of Soils in Switzerland". Bern (Confédération Helvétique) • Ulrich Hack, Speaker of Environmental Advisors of German Protestant Churches, Düsseldorf (Germany) • Prof. Dr. Ulrich Hampicke, University of Greifswald (Germany) • Dr. Ulrich Hampl, Foundation of Ecology and Agriculture (SÖL), Bad Dürkheim (Germany) • Dr Martin Held, Protestant Academy Tutzing (Germany) • Prof. Dr. Hans Hurni, Institute of Geography, University Bern, Editor ”Precious Earth", 9th World Conference of International Soil Conservation Organization (Confédération Helvétique) • Ass. Prof. Dr. Dietmar Kanatsching, Director of the Austrian Institute for Sustainable Development, Vienna (Austria) • Prof. Dr. Ingrid Kögel-Knabner, Lehstuhl für Bodenkunde, Technische Universität München, Freising-Weihenstephan (Germany) • Prof. Dr. Dr. Juliane Kokott, Faculty of Law, University Düsseldorf, Deputy Chairperson of the German Advisory Council on Global Change (Germany) • Dr Johannes Kotschi, Agricultural Scientist, Institute for Rural Development, Marburg (Germany) • Prof. Dr. Lenelis Kruse, Ecological Psychology at the University Hagen, Member of German Advisory Council on Global Change (Germany) • Dr. Klaus Kümmerer, Institute for Hopital Epidemiology and Environmental Medicine, University Hospital Freiburg (Germany) • Prof. Dr. Heinrich Freiherr von Lersner, Former president of Federal Environmental Agency, Berlin (Germany) • Claude Lüscher, Consultancy, Co-Author of „Boden-Kultur Vorschläge für eine nachhaltige Natzung des Bodens in der Schweiz" Zürich (Confédération Helvétique) • Ass. Prof. Dr Ludwig Maurer, Director of the Ludwig-Boltzmann-Institute for Organic Farming and Applied Ecology, Vienna (Austria) • Konrad Meyer, WWF Switzerland Zürich (Confédération Helvétique) • Prof. Dr. Klaus Michael Meyer-Abich, University Essen (Germany) • Dr. Urs Niggli, Director of the Research Institute of Organic Agriculture (FIBL) Frick (Confédération Helvétique) • Dr Guido Odendahl, Lawyer, Cottbus (Germany) • Dr. L. Roel Oldeman, Director of the International Soil Reference and Information Centre, Wageningen (Holland) • Prof. Dr. Norman Peineman, Depart. de Agronomia Universidad Nacional del Sur, Altos del Palihue (Argentina) • Prof. Dr. David Pimentel, College of Agriculture and Life Sciences, Cornell University, Ithaca NY, Member of various National and Government Committees (USA) • Dr. Stephan Raspe, Institute for Soil Science and Forest Nutrition, University Freiburg (Germany) 26 • Prof. Dr. Armin Reller, Institute for Anorganical Chemistry, University Hamburg (Germany) and BEW-Programme Solarchemistry-Hydrogen, Winterthur (Confédération Helvétique) • Prof. Dr. Ortwin Renn, Academy for Technology Assessment in Baden-Württemberg, Member of German Advisory Council on Global Change, Stuttgart (Germany) • Prof. Dr. Robert Sauerbrey, Ecology of Resource management, Institute for Planting Sciences, Humboldt-University, Berlin (representing 26 students of the Department for Agriculture and Horticulture) Berlin (Germany) • Prof. Dr. Hans-Joachim Schellnuber, Director of the Potsdam institute for Climate Impact Research, Chairperson of the German Advisory Council on Global Change, Potsdam (Germany) • Prof. Werner Schenkel, Berlin (Germany) • Prof. Dr. Bernhard Schmid, Institute for Environmental Sciences, University of Zürich (Confédération Helvétique) • Dr. Manuel Schneider, Schweisfurth-Foundation, Munich (Germany) • Dr. Engelbert Schramm, Institute for Social-Ecology Research, Frankfurt (Germany) • Prof. Dr. Udo Simonis, Environmental-Policy Research at Science Center Berlin, till 1996 Member of German Advisory Council on Global Change (Germany) • Dr. Otto Smrekar, Chief Editor GAIA, Basel (Confédération Helvétique) • Prof. Dr. Karl Stahr, Institute for Soil Science, University Hohenheim, President of German Association for Soil Sciences, Stuttgart (Germany) • Prof. Dr. Michael Succow, University Greifswald, Vice-President of German Association for Nature's Conservation, Alternative Nobel Prize Award 1997 (Germany) • Prof. Dr Hardy Vogtmann, President of the Hessian Government Office for Regional Development and Agriculture, Kassel (Germany) • Prof. Dr. Hubert Weiger, Director of the Bavarian Union for Nature Protection, Nürenberg (Germany) • Hubert Weinzierl, President of Friends of the Earth Germany (BUND) Wiesenfelden (Germany) • Christine von Weizäcker, Biologist/Journalist, Vice-President ecoropa, Bonn (Germany) • Prof. Dr. Dan H. Yaalon, Institute of Earth Sciences, The Hebrew University of Jerusalem (Israel) • Dr. Angelika Zahrnt, Vice-President of Friends of the Earth Germany (BUND), Neckargemünd (Germany Institutions • BUND, German Union for Environment and Nature Protection, Friends of the Earth Germany, Bonn (Germany) • German Soil Science Society, Oldenburg (Germany) • International Society of Soil Science, Vienna (Austria) • ISRIC, International Soil Reference and Information Centre, Wageningen (Holland) • NABU, German Association for Nature's Conservation Bonn (Germany) • Oekopolis Foundation for Democratic Culture of Moderation and Genuineness, Zürich (Confédération Helvétique) • Schweisfurth-Foundation, Munich (Germany) • SÖL, Foundation Ecology and Agriculture, Bad Dürkheim (Germany) 27 V. Acknowledgements This proposal forms part of the Tutzing Project ”Time Ecology". We would like to thank the ”Deutsche Bundesstiftung Umwelt" and the ”Scheidfurth-Stiftung" for their support. Article 11 to 13 and 17 to 30 of the proposal for a convention on Sustainable Use of Soils (Soil Convention) had been written by the expert on public international law, Kerstin Brandt, Cottbus. We would like to thank for her assistance and for her translation of the text into English. We greatly appreciate having recieved constructive comments and suggestions concerning drafts of this proposal for a Soil Convention from many soil specialists and numerous others supporting this proposal. VI. Authors Authors/Correspondence Addresses Dr. rer.pol. Martin Held Economics and Ecology Protestant Academy Tutzing Postbox D-82324 Tutzing Phone ++49/8158/251-116 FAX ++49/8158/251-133 e-mail:
[email protected] Dr. rer.nat. Klaus Kümmerer Institute for Hospital Epidemiology and Environmental Medicine University Hospital Freiburg Hugstetter Straße 55 D-79106 Freiburg Phone ++49/761/270-5464 FAX ++49/761/270-5485 e-mail:
[email protected] Author of the organizational and juridical parts (Articles 11 to 13 and 17 to 30) Ref. jur. Kerstin Brandt Frankfurter Straße 10 D-03185 Peitz Phone/FAX: ++49/35601/24512 e-mail:
[email protected] ------------------------------------- 28 avril1998 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 Publication n° 85 29 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNE RESSOURCE RÉVÉLÉE PAR LE VERGLAS:LE «BOIS RAMÉAL» Une revue des effets positifs du verglas sur l'agriculture , l'aménagement urbain et rural, dans le dilemme incontournable entre la distribution d'électricité et le patrimone arboricole. Mémoire présenté à la commission Nicolet sur la tempête de verglas de janvier 1998 par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt septembre1998 Publication nº 92 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada UNE RESSOURCE RÉVÉLÉE PAR LE VERGLAS: LE «BOIS RAMÉAL» Une revue des effets POSITIFS du verglas sur L'AGRICULTURE , L'AMÉNAGEMENT URBAIN et RURAL, dans le dilemme incontournable entre la distribution d'électricité et le patrimone arboricole. Mémoire présenté à la commission Nicolet sur la tempête de verglas de janvier 1998 par le Professeur Gilles Lemieux Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec Plan du mémoire 1- Introduction - Un verglas dévastateur 2- La valeur agronomique du Bois Raméal Fragmenté 3- Le verglas et les BRF 4- Les démarches aux niveaux national et international 5- Les propositions 6- Analyse de la correspondance 7- La réponse des médias 8- Les réunions techniques spécialisées 9- Commentaires 10- Recommandations 11- Annexes 12 - Remerciements 2 Introduction Le verglas de janvier 1998 qui a dévasté le réseau électrique d'Hydro- Québec. chassé de leurs demeures des milliers de nos concitoyens et émondé brutalement les arbres et les forêts, a été l'occasion d'une prise de conscience collective sur la fragilité de nos structures économiques et sociales comme de nos institutions en général. Devant des milliers d'amas de branches cassées et dispersées dans les rues, les parterres et les parcs on a d'abord pensé en terme de «nettoyage» et de destruction de tous ces «déchets». Et pourtant une ressource précieuse et méconnue venait de «tomber du ciel» La direction du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux du Département des Sciences du Bois et de la Forêt de l'Université Laval se devait d'intervenir rapidement et d'informer tous les responsables de la valeur de ces branches qui jonchaient le sol dans toute la zone dévastée par le verglas. Il fallait faire connaître la richesse de ces branches issue de la technologie connue sous le nom de BRF et surtout les avantages liés à la récupération et à l'utilisation par les municipalités, les entreprises et la particuliers. Le présent mémoire veut faire le point sur la sensibilisation et les suggestions à apporter. 1- Un verglas dévastateur Il n'est pas de notre propos de refaire l'histoire de cette pénible catastrophe tant pour les hommes que pour les services élémentaires auxquels les citoyens et contribuables doivent s'attendre de leurs institutions et de l'industrie dont leur vie dépend. C'est par le biais des responsables locaux représentés par les municipalités que l'État a répondu le plus souvent avec célérité mais hélas avec une incapacité avouée devant l'ampleur du désastre. D'une manière insolite, les arbres qui font partie de notre vie quotidienne de par leurs qualités ornementales, sont subitement devenus un drame collectif par l'apparence de leurs troncs souvent décharnés comme au cours des grandes guerres européennes. Ce faisant , la chute de ces centaines de milliers de branches mettaient à sac tout le réseau de distribution d'électricité de la société Hydro-Québec. Si le verglas a ravagé tout le réseau d'approvisionnement d'Hydro- Québec vers Montréal et la Montérégie, ce sont les arbres qui ont détruit en partie le réseau de distribution, presque totalement aérien, dans les villes et les campagnes. 3 Chargés de verglas les branches et les arbres entiers devenaient une source de danger et inspiraient les plus grandes craintes en laissant présager un paysage urbain dévasté dans les années qui viennent. Le conflit entre la nécessité de la présence des arbres dans nos villes et celle d'un réseau sécuritaire de distribution de l'électricité devenait flagrant. La recherche de compromis et de réglementations devenaient également évidant pour les mois qui suivraient. Ainsi, la présence de milliers de tonnes de ces branches tombées littéralement sur la tête des citoyens méritaient qu'on s'y attarde et que des actions immédiates soient posées durant la catastrophe même pour faire connaître la nécessité et la valeur de ces rameaux par la connaissance de leur qualités biologiques et économiques. Dans les pages qui suivent, les membres de cette commission seront à même de prendre connaissance des efforts consentis par notre groupe sur la connaissance de la valeur et des méthodes d'utilisation de cette ressource insolite, mais combien présente au Québec, dont on estime le potentiel à plus de 100 000 000 de tonnes annuellement. 2- La valeur agronomique du Bois Raméal Fragmenté a) Le terme de «bois raméal» est un néologisme apparu en 1985 à la suite des travaux effectués tant à l'Université Laval que dans différents ministères québécois depuis 1974. Ce sont les fines branches de moins de 7 cm de diamètre qui sont porteuses d'une richesse biologique et économique pourvu qu'on les récolte et les fragmente. b) Ces fragments connus maintenant sous le nom de BRF 1 , ont un potentiel économique par leurs qualités biologiques et par leurs effets sur l'aggradation des sols. Ils réduisent les inconvénients des méthodes modernes de culture et donnent des résultats prometteurs en termes de rendements et de qualité des cultures. C'est grâce à une coopération avec Hydro-Québec au début des années 80 et la participation de plusieurs producteurs agricoles que la preuve de la qualité de cette ressource incomparable a été faite. Au Québec le ministère des Ressources Naturelles a été le moteur de ce développement. Il était à l'époque celui des Terres et Forêts. c) Cette ressource est maintenant connue tant au Québec qu'à l'étranger. On estime à plusieurs milliards de tonnes la production mondiale annuelle de cette ressource qui n'est pas et n'a jamais été utilisée même dans les pays les plus pauvres de la planète. 1 BRF ou bois raméal fragmenté en français, RCW ou Ramial Chipped Wood en anglais, FZH ou Fragmentiertes Zweigholz en allemand, MRF ou la Madera Rameal Fragmentada en espagnol et ARF ou Aparas de Ramos Fragmentados en portugais. 4 Des travaux de recherche et de développement sont en cours dans deux pays africains, un pays sud-américain, un pays de l'ancien URSS, dans trois pays européens et ici au Québec. C'est grâce à l'appui financier de l'agence Canadienne de Développement International et du Centre de Recherche en Développement International que nous menons ces travaux à l'étranger d) Nous utilisons ces rameaux fragmentés en les appliquant au sol, à raison de 200m 3 /ha, pour la régénération des sols dégradés par les cultures trop intensives ou pour corriger des sols pauvres en les réhabilitant pour des fins agronomiques et forestières. e) Il convient de donner une description du bois raméal, en particulier celui des feuillus, car les conifères présentent des différences marquées au point de vue d'une des composantes fondamentales, la lignine. Il s'agit donc d'un matériau composé de protéines, de sucres, de polyholosides, de celluloses, d'hémicelluloses et de lignines dont la lignine syringyle est la plus importante. À ces produits biologiques se joignent tous les éléments chimiques nécessaires à la synthèse des tissus et des sucres. Sous l'action de champignons spécialisés, les Basidiomycètes, ces fragments sont transformés en nutriments pour les plantes mais surtout en matière humique, composante essentielle des sols permettant la vie microbienne qui régule la disponibilité des nutriments et de l'eau pour la croissance des plantes. 3- Le verglas et les BRF Le verglas par, ses effets mécaniques, a occasionné la rupture par surcharge en glace des branches . PLUSIEURS de ces arbres étaient en fort mauvaise santé, n'avaient pas été élagués ou étaient trop vieux pour résister à de tels assaut. Autre critère, et non pas le moindre, depuis des décennies les particuliers et les municipalités utilisent presque toujours les mêmes essences à croissance rapide et portant ombrage aux plantations ornementales. Tous ces critères étaient propres à causer les résultats connus. Il faut toujours se rappeler que les rameaux sont la partie vitale des arbres. Aucun moyen n'a été utilisé pour quantifier les volumes. C'est en milliers de tonnes ou plutôt en dizaines de milliers de tonnes que les BRF on été estimés. Si nous parlons des peuplements, c'est en millions de tonnes qu'il nous faut les estimer. Pourtant c'est une ressource ignorée, à fort potentiel capable de réhabiliter les sols est toujours perçue comme un «déchet» tant en milieux urbains qu'agricoles ou forestiers . Elle est à très fort potentiel biologique et biochimique pour réhabiliter les sols dans les endroits publiques comme les parcs, mais c'est surtout un patrimoine arboricole largement composé de grands arbres d'alignement. L'utilisation de BRF représente un moyen efficace de réhabiliter des sols, ainsi que des économies substantielles en amendements, fertilisants, insecticides, fongicides, etc.. 5 Les effets sur le sol sont à long terme car ils améliorent la structure, le pH, le taux de salinité, le rapport carbone/azote, la disponibilité de l'eau assimilable ainsi que deux éléments essentiels à la vie et dépendant de la biologie, l'azote et le phosphore. 4- Les démarches aux niveaux national et international L'identification et la mise en valeur de cette ressource qu'est le bois raméal est né de la vision de chercheurs au sein des ministères des Terres et Forêts et de l'Agriculture du Québec il y aura bientôt 25 ans, et ce avec l'aide de l'industrie des huiles essentielles et plusieurs producteurs agricoles de la région québécoise. Mais il y aura bientôt 20, ans la société Hydro-Québec s'impliquait en fournissant d'une part des BRF issus de l'élagage du réseau de distribution et d'autre part en finançant des essais de leur mise en valeur dans divers secteurs agricoles de la région montréalaise et de la région québécoise. C'est en travaillant localement et avec l'appui du ministère de l'Agriculture que les essais de Beaumont, Lévis, Mirabel et l'Assomption ont été réalisés. Ce n'est qu'en 1992 que la faculté d'Agriculture s'est intéressée à la question par deux thèses de Maîtrise et une série d'expériences sur la pomme de terre financée par Hydro-Québec. Pour sa part, L'UPA a montré quelque intérêt aux techniques en voie d'élaboration, mais guère plus, sinon en acceptant d'envoyer des représentants aux différents colloques sur la question Des efforts conjoint savec les producteurs agricoles de la vallée de la Matapédia à la fin de la décennie '80 ont portés quelques fruits, mais trois colloques régionaux n'ont pas suffi à maintenir l'intérêt. Le colloque tenu à Val d'Irène en 1993 avec la participation de la France, de la Belgique et du Sénégal aura été le véritable coup d'envoie sur la scène internationale avec des résultats obtenus sous les tropiques et qui ne pouvaient laisser personne indifférent. Cela nous valu de nous adresser aux dirigeants de la FAO à Rome et de participer au Cinquantième anniversaire de la fondation de cette grande agence de l'ONU tenu à Québec en octobre 1995 . La même année devant les rerésenants des douze pays réunis à Pointe-au-Pic, au Québec nous faisions part de nos découvertes autant agricoles que forestières. Nous poursuions maintenant des travaux dans plusieurs pays d'Europe d'Afrique et des Antilles. En mars nous avons présenté un vaste projet de développement pour l'Afrique au CRDI et à l'ACDI. Nous avons formé une association entre l'université Laval et l'Université McGill et une mission de reconnaissance et de faisabilité ira au Sénégal et au Bénin à l'été. Elle est entièrement financée par le CRDI et porte sur l'utilisation des BRF et leur production pour des fins agricoles et de restauration forestière.. 6 Au Québec, la société Hydro-Québec est active financièrment à l'intérieur de ses diverses régions par des programmes de distribution des BRF issus de ses travaux d'entretien de son réseau de distribution. Nous avons constaté l'existence d'un cetrain «conflit» entre le réseau de distribution et le patrimoine arboricole. Aucune évaluation n'est disponible de la part d'Hydro- Québec pas plus que des producteurs. Plus récemment les responsables du Ministère de l'Environnement et de la Faune ont manifesté une intérêt certain tout comme le Ministère de l'Agriculture des Pêcheries et de l'Alimentation pour une utilisation importante de cette ressource dans l'Estrie. Quelques suggestions pratiques Le verglas ne pouvait arriver dans une période plus propice quant à la qualité des BRF et de leur valeur bioogique pour le sol. Cette période se situe entre octobre et le début de juin, après quoi l'attaque des Ascomycètes dégrade le tout rapidement en pure perte le bois et les protéines. Les BRF issus du verglas sont de la meilleure qualité avec un taux d'humidité faible et une haute charge nutritive. Des amoncellements de BRF fragmentés par défibrillation conservent une très bonne qualité après plusieurs mois car la masse se comporte comme de l'ensilage. Quant aux BRF fragmentés en copeaux ne nous semblent pas d'aussi bonne qualité car on constate la présence de moisissures et une certaine fermentation thermique. La récupération de ces milliers de tonnes de rameaux représente un geste de solidarité sans précédent pour l'environnement, car c'est remettre en «vie» les sols agricoles épuisés par les pratiques intensives de l'agriculture industrielle. Les incidences économiques à moyen et long terme vont apparaître, tant sur les rendements que sur la qualité de la vie dans tous ses aspects. Il faut toujours garder en mémoire que les sols que nous habitons et cultivons ont été formés sous le couvert de la forêt durant des millions d'années et que fondamentalement tous les équilibres biologiques qui régissent la vie dépendent de la forêt. Retourner les branches fragmentées au sol est un gage de vie et d'équilibre. Il y a un bénéfice certain pour les aménagements urbains à utiliser les BRF dans une optique pédogénétique en assurant une meilleure croissance des arbresà long terme, car leur vie actuelle est réduite à quelques années alors qu'elle devrait l'être à l'échelle d'un siècle. On ne doit plus perçevoir les rameaux des arbres comme un déchet mais comme une ressource exceptionnelle capable de régénérer et de maintenir des équilibres qui sont de plus en plus fragiles en tenant compte des bases biologiques qui les soutiennent. 7 5- Les propositions La valeur biologique des BRF est l'une des grandes ressources que la nature a mis à notre disposition. Nous pensons également que les grandes institutions industrielles forestières tout comme celles qui régissent l'agriculture, ainsi que l'État devraient engager une réflexion mais sutout intrvenir selon leurs compétences. Généralement les municipalités et Hydro-Québec ne pratiquent pas de récupération, ni de transformation, ni d'entreposage des BRF. À ce chapitre il faut saluer certaines initiatives d'Hydro-Québec qu se limitent pour le moment à trouver un moyen de disposer de cette ressource dont elle n'a que faire. Une vaste concertation serait de loin préférable. Il serait temps de favoriser la mise en service collectif ou spécialisé d'équipements de fragmentation. En ce sens il serait souhaitable d'acquérir des broyeurs à marteau plus performant et d'entretien plus facile que les fragmenteuses à couteaux. Ce sont des aspects économiques pour les municipalités et les entreprises agricoles ou environnementales qu'il convient de traiter. Nous proposons d"examiner toutes les initiatives de Nature-Action dans le domaine de la coordination qui en milieux urbains. Nous proposons que cet axe soit développé de préférence aux associations environnementales actuelles qui souvent n'ont rien à proposer sauf le statuquo ante avec de nouveaux cosmétiques et souvent dans la confrontation. 6- Analyse de la correspondance La tempête de verglas de janvier 1998 a été la plus grande catastrophe économique et sociale de cette fin de siècle dans l'histoire du Québec industriel. Il est donc important de comprendre et d'analyser du point du vue biologique, économique et social, les effets de l'émondage naturel sur le patrimoine arboricole urbain. Pour ce faire nous avons entrepris, dès la fin de janvier d'interpeller les divers responsable de la société québécoise, comme le maire de Montréal, Pierre Bourque. le Président d"Hydro-Québec, celui de l'Union des Producteurs Agricoles du Québec, les principaux ministres responsables du Conseil des Ministres du Québec, de même que les présidents des société forestières et papetières suivantes: Société Cascades Kingsey Falls J0A 1B0 QUÉBEC 8 Produits forestiers Kruger Inc. 3285, chemin Bedford Montréal H3S 1G5 QUÉBEC LA Société Domtar 395, boul. de Maisonneuve Ouest Montréal H3A 1L6 QUÉBEC Société AVENOR Limitée 2, chemin Montréal Ouest Masson-Angers J8M 1K6 QUÉBEC Toutefois, c'est le Groupe NATURE-ACTON de Saint-Bruno-de- Montarville qui a été de loin le plus actif et qui a eu le plus de succès dans l'organisation de la récolte, la fragmentation et maintenant l'utilisation des BRF issus de la tempête. L'action de ce groupe s'est manifestée au niveau des municipalités, de l'organisation de rencontres et des relations avec le Ministère des Ressources Humaines d'Ottawa pour l'organisation du travail de déblaiement et de l'attribution des fonds nécessaires à cette fin. C'est ce groupe qui a fait le plus pour rendre possible l'utilisation des médias comme les journaux, la radio et la télévision pour souligner la valeur des rameaux qui, soudainement, étaient littéralement tombés sur la tête de tous les citoyens . Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux L'idée d'utiliser des rameaux de diamètres inférieurs à 7 cm a pris naissance à l'intérieur du Ministère des Forêts il y a près de 25 ans grâce aux efforts et à l'imagination du M. Edgar Guay, sous-ministre à l'époque. Ce n'est qu'en 1986 que le groupe de coordination s'est formé à l'Université Laval, sous l'impulsion du Dr Plamondon, alors doyen de la Faculté de Foresterie et de Géomatique de l'Université Laval, et depuis le groupe loge au Département des Sciences du Bois et de la Forêt. Le but de ce groupe est d'accroître les conaissances scientifiques et tecniques des BRF et promouvoir l'utilisation des rameaux issus de l'exploitation forestière comme source de réhabilitation des sols agricoles le forestiers dégradés par les techniques modernes d'exploitation. C'est à ce titre que nous sommes intervenus lors de la tempête de verglas fort des connaissances acquises tant au Québec qu'en Europe, en Afrique et dans les Antilles. 9 Il se produit dans le monde plusieurs milliards de tonnes de ces rameaux , d'une qualité exceptionnelle et au potentiel unique de par le contenu en nutriments parfaitement compatibles avec l'amélioration des sols à moyen et long terme mais ignoré jusqu'ici sous toutes les latitudes. L'AMPLEUR DU DÉSASTRE Très tôt devant l'ampleur du désastre, nous avons fait part de nos connaissances dans le domaine de la valeur du bois raméal à M. Pierre Bourque, maire de Montréal ex-directeur du Jardin Botanique et dont la formation en horticulture le rendait particulièrement apte à saisir l'importance de la catastrophe et la valeur potentielle des rameaux. Comme le désastre n'était pas circonscrit à la ville de Montréal mais à toute la Montérégie, nous nous sommes adressés aux maires par l'intermédiaire de Nature-Action. Quelques jours plus tard nous nous adressions aux Ministres québécois responsables, au président d'Hydro Québec, ainsi qu'à celui de l'Union des Producteurs Agricoles du Québec. Les réactions furent diverses Ces réactions sont d'une importance considérables car elles démontrent le degré de compréhension des autorités et des responsables des groupes intermédiaires et surtout soulignent le mutisme presque complet de l'industrie qui n'a pas cru bon saisir cette occasion pour manifester sa présence et son sens des responsabilité vis-à-vis la forêt et la population québécoise. L'Union des Producteurs Agricoles après une première réaction épidermique est demeurée complètement muette par la suite, bien qu'elle fut représentée lors de différentes séances d'information, tout en étant d'une grande discrétion. L'absence de leadership pendant et après cette catastrophe ne nous permet pas de connaître les quantités possibles de BRF. Nous pensons après des visites sur le terrain que le tout se chiffrer en dizaines de milliers de tonnes qui seront brûlées, enfouies ou laissées pour compte après fragmentation, comme c'est le cas dans le parc provincial de la Pointe-du-Moulin de l'île Perrot dans la région montréalaise. La situation n'est pas totalement négative et des efforts sont en voie de réalisation avec des buts bien précis et d'importance économique à moyen et long terme. MONTRÉAL Dans une lettre du 20 janvier (annexe n° 1) addressée d'une manière compatissante à M. le Maire Bourque nous lui rappelliions que les branches cssées n'étaient pas des déchets mais bien un actif important pour améliorer améliorer les sols par le biais d'un ensemble de mécanismes biologiques et biochimiques connus sous le nom de pédogénèse. Le 30 janvier M. le Maire Bourque répondait enindiquant que ses équipes voyaient à la bonne marche des choses et que les BRF seraient utilisés 10 par le Service des Parcs. Il référait le tout à M me Lise Cormier. Des suites seront données par la délégation de personnes du Service des Parcs lors de la réunion du 24 février (annexe n° 1). LA MONTÉRÉGIE Le 26 janvier avec l'aide de Nature-Action, nous faisions parvenir à tous les maires de la Montérégie une lettre circulaire sous le titre de «Le bois Raméal, sa valeur et son utilisation!» Dans le feu de l'action et des difficultés à résoudre nous n'avons eu aucune réponse et ne pouvons évaluer l'impact de ce message. Il fut reçu de manière fort différentes à en juger par l'hétérogénéité des actions prises pour se «débarrasser» d'une nuisance» plutôt que d'un actif (annexe n° 2). HYDRO-QUÉBEC Le 26 janvier nous adressions une lettre à M. André Caillé, président d'Hydro-Québec. Le premier objet était «Le patrimoine arboricole et la tempête de verglas» (annexe n° 3) el le second pour souligner l'attitude de cette société d'État qui ne disribue les produits d'émondage. le fruit de l'entretien de son réseau de distribution, qu'aux seuls producteurs agricoles qui en font la demande. Nous avons souligné le paradoxe constant et inévitable entre les arbres d'alignement et la présence d'un réseau de distribution de l'électricité, ni l'un ni l'autre ne pouvant être exclus. Nous avons profité de l'occasion pour tenter de renouer un dialogue car il s'était éteint vers les années 1988. Hydro-Québec nous a répondu le 3 mars en rappelant son action mais sans s'engager dans un dialogue plus vivant (annexe n° 3). UNION DES PRODUCTEURS AGRICOLES Dans une lettre datée du 30 janvier adressée à M. Laurent Pellerin, président de l'UPA sous le titre de «Le bois raméal de la tempête de verglas pour l'érablière et l'agriculture» (annexe n° 4) nous avons identifié les qualités exceptionnelles de ce matériau pour l'agriculture et comment le mettre en valeur dans l'érablières. Notre déception a été grande en constatant la réaction presque imperceptible de cette grande organisation. Seul nous est venu un message électronique conceernant le transfert des publications recues et de la lettre vers «La Terre de Chez-nous» en vue d'une série de publications qui n'aura pas lieu de la part de l'UPA. Cependant la TCN a acceptée des articles de M me Smeesters de Nature-Action dont il sera question plus loin, lors de la réunion du 20 mars, l'UPA y a délégué des observateurs LES MINISTRESQUÉBÉCOIS RESPONSABLES M. LE MINISTRE GUY JULIEN, ministre responsable de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation 11 Le 30 janvier nous lui adressions une lettre concernant «La tempête de verglas, les érablières et la fertilité des sols» et nous lui décrivions les qualités exceptionnelles du bois raméal pour l'aggradation des sols en agriculture (annexe n° 5) le tout accompagné d'une bibliographie scientifique et technique pertinente. Nous n'avons reçu un accusé de réception de la part d'un conseiller politique. Nous rappelions an ministre la longue implication de son ministère dans la mise en valeur de cette ressource tant pour la foresterie que pour l'agriculture. M. le Ministre Guy Chevrette, ministre d'État des Ressources Naturelles Le 26 janvier dans une lettre à M. Chvrette et portant le tire de «La tempête de verglas et le bois raméal» nous lui avons souligné la longue collaboration avec son ministère pour la mise en valeur de cette grande ressource et lesimplications scientifiques et économiques consécutives (annexe n° 6). Sa réponse du 11 mars est de loin la plus éclairée et la plus encourageante car elle suggère des intentions entre les Ministères de l'agriculture et de l'Environnement pour pour l'utilisation de cette ressource abondante, soit des millions de tonnes annuellement pour le Québec seul. M. le Ministre Paul Bégin, ministre de l'Environnement et de la Faune Le 30 janvier nous adressions une lettre à M. Paul Bégin sous le titre de «La tempête de verglas et le Bois Raméal» (annexe n° 7) en lui rappelant notre contribution aux audiences publiques du BAPE sur la forêt en avril 1997 tout en soulignant les caractéristiques tout à fait exceptionnelles des bois raméaux dans la régulation de plusieurs paramètres environnementaux. Nous avons eu un accusé de réception de la part de la directrice de son cabinet M e Brigitte Pelletier en date du 26 février (annexe n° 7). Malgré l'absence de réaction formelle de la part du ministre, nous somme à établir une relations féconde en Estrie. M. le Ministre Robert Perreault, ministre de la Métropole Le 30 janvier 1998, nous avons fait tenir au Ministre Perreault une letre traitant du bois raméal et la tempête de verglas» (annexe n° 8) Il n'y a pas eu de réaction de sa part et seul et un accusé de réception est parvenur le 4 février de la part d'un attaché politique, M. Yves Cadotte. L'INDUSTRIE PAPETIERE ET FORESTIERE Nous avons cru que l'industrie forestière réagirait positivement à notre demande d'intervention (annexe n° 9) en tant que citoyens corporatifs. Malheureusement une seule réponse nous est parvenue en date du 18 février de la part du vice président aux relations gouvernementales, Denis Couture, (annexe n° 9) et rédigée en des termes laissant toutes initiatives à l'Association des Industries Forestières. À notre connaissance aucune suite n'a été donnée à notre requête. 12 7- La réponse des médias Les journaux Nous avions placé quelques espoirs du côté du quotidien «Le Devoir» de Montréal en soumettant un dossier complet à son journaliste spécialisé dans les questions environnementales. Malheureusement ce dossier n'a pas été retenu pour un traitement journalistique approprié. Par contre dans son édition du 9 avril, le journaliste Pierre Gingras du quotidien «La Presse» en première page en a fait un traitement et a bien tirer les conclusions qui s'imposaient (annexe n° 10) Dans son édition de la semaine du 9 au 15 avril, l'hebdomadaire spécialisé de l'Union des Producteurs Agricole «La Terre de chez-nous» publiait un excellent article sous la plume d'Édith Smeesters, présidente de Nature-Action dont le titre est «Les branches pour régénérer le sol» (annexe n° 11) en page 39. Elle récidive dans l'édition du 23 au 29 avril sous le titre de: «Les branches fragmentées en aménagement paysager» également en page 39 (annexe n° 11). La radio Seule la Société Radio de Radio Canada et celle de CBC Radio ont porté leur attention sur cette question des rameaux et leur utilisation Un premier interview a été accordé par le Professeur Lemieux à l'émission d'un «Soleil à l'autre» en date du 19 mars sur le réseau français, canadien et international sous le titre de «La tempête de verglas de janvier 1998: que faire du bois raméal?» (annexe n° 12 ) 13 Un second interview a été donné à CBC-Radio le mardi 14 avril mais avec beaucoup moins de succès et un certain mépris de la part de la journaliste anglophone faisant l'interview. LE RÔLE DE NATURE-ACTION N'eut été de l'action immédiate et énergique de Nature-Action et en particulier de sa présidente, la biologiste Édith Smeesters, notre action aurait été bien plus diluée et moins efficace. C'est elle qui a fait les liens avec les médias puis avec le ministère fédéral des Ressources Humaines, le Ministère québécois de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation, l'industrie privée impliqués dans la fragmentation et surtout des diverses municipalités du «triangle de glace» En plus d'être l'auteur de deux articles dans la Terre de Chez-nous elle est co- auteur de «Que faire avec les branches après le verglas: les BRF un cadeau du ciel» 8- Les réunions techniques spécialisées Les suite de ce verglas, comme toutes catastrophes majeures, a donné naissance à des complicités et des actions communes qu'il auraient été impossibles autrement. Nous devons reconnaître ici le travail important du groupe Nature-Action en association avec le MAPAQ par le géographe Yvon Pesant Le 24 février une première réunion d'information et de discussion a été convoquée au locaux du MAPAQ de Saint-Bruno avec des membres du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux. 2 2 Étaient présent Yvon Pesant et Yves Cantin(MAPAQ) Édith Smeesters (Nature-Action) Catherine et Jean Valton (OSIRIS) Louis Larochelle, agronome et Gilles Lemieux (Université Laval) 14 Une seconde réunion s'est tenue le 26 février dans les locaux de Nature-Action dans le parc provincial du Mont Saint-Bruno pour les mêmes buts que la précédente. Cette fois étaient présents des représentants de la ville de Montréal, du Jardin Botanique de Montréal, des représentants de la ville de Verdun, de celle de Westmount, et celle de Sainte Julie dont les noms apparaissent ci-bas 3 dans le but était encore une fois de faire connaître la valeur exceptionnelle des BRF et les utilisations possibles et souhaitables. Plusieurs autres municipalités et organisations du triangle de glace ont été invités mais n'ont pu répondre à l'appel 4 Enfin, le 20 mars une réunion de tous les conseillés agricoles du MAPAQ de la région montréalaise et de la Montérégie s'est tenue dans les locaux du MAPAQ à Saint-Hyacinthe avec plus d'une soixantaine de participants. Pour l'occasion se sont joint des représentants de l'UPA et du Ministère des Ressource du Québec. Non seulement la situation qui se développait alors commandait une telle réunion et une telle demande de connaissances et d'échanges de renseignements, mais nous pensons que la lettre du ministre Chevrette en date du 11 mars n'y est pas étrangères. Nous y avons consacré beaucoup de soins et une publication spécialisée 5 3 Pierre-Émile Rocray (Jardin botanique de Montré, Raymond Devely (ville de Verdun), Claudette Savaria, (Ville de Westmount), Guylaine Corbin (ville de Sainte-Julie), Éric Richard et Joanne Groulx (Centre de la Montagne, Montréal) et Denis Marcil, (Espaces-Verts Montréal). 4 Domaine Gault, mont Saint-Hilaire, Ville de Chambly, Ville de Notre-Dame de Bon Secours, Ville de Saint-Amable, Ville de Saint-Bruno, Ville de Saint-Basile, Ville de Boucherville, Ville de Carignan, Ville de Marieville et Ville de Richelieu. 5 Smeesters, S, Larochelle, L, et Lemieux G. (1998) «Que faire avec les branches après le verglas: les BRF un cadeau du ciel» Groue de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec publication n° 82, 7 pages. 15 9- Commentaires Nos efforts pour atteindre les autorités politiques, ont été couronnées de succès avec des réponses ans tous les cas dont une qui a des répercussions dans le temps, celle du ministre Guy Chevrette. Il n'en est pas de même des maires des différentes municipalités du triangle de glace, mais nous comprenons fort bien la situation dans laquelle ils étaient à l'époque. L'absence de réaction de l'UPA a été sans doute notre plus grande déception que nous comprenons par l'impact de la catastrophe sur ses membres et de la division interne entre producteurs forestiers et producteurs agricoles. La réponse de l'industrie forestière est traditionnelle en évitant le plus possible la confrontation et en laissant le tout aux soins du ministre québécois responsable, comme nous le montre le titre que porte M. Couture de la Société Domtar. Le seul écho qui nous soit parvenu de la position d'une des industries forestières l'a été par le biais du Conseil de l'Environnement de la ville de Hull qui n'est pas à l'honneur de la société forestière en question. Dans l'ensemble les réactions ont été positives et nous sommes sur la voie d'un progrès certain surout en pouvant obvier à la méconnaissance de cette grande ressource que représentent les millions de tonnes de rameaux que le Québec produit annuellement. Nous sommes «reconnaissant» au verglas de nous avoir permis de mettre en exergue une telle ressource tout en soulevant le besoin d'un engagement de la part des autorités publiques et privées de porter une attention 16 particulière à cette ressource qui est produite tous les ans et dont il est urgent d'en .établir la valeur , la distribution et l'utilisation par des techniques qui ont été mise au point au sein des universités québécoises et qui son connues ami tenant dans un grand nombre de pays. Les BREF sont maintenant connus de par leur nature, l'amplitude de leur production, la valeur biologique qu'ils représentent dans une optique économique et dont l'utilisation agricole, horticole et forestière à moyen et long terme mérite une promotion de tous les instants. LES RÉSULTATS TANGIBLES À CE JOUR Les résultats sont de plusieurs ordres et tous très positifs dont nous espérons des retombées importantes pour l'environnement et l'industrie agro- alimentaire. A la suite de ces réunions et de ces échanges techno-scientifiques des groupe locaux de promotion de l'agriculture durable et biologique mettent en place des utilisation et des programmes de sensibilisation aux nouvelles techniques liées au BRF L'industrie minière locale s'est montrée intéressé à utiliser cette nouvelle ressource disponible pour refaire des carrières et en améliorer les performances environnementales. La région de l'Estrie C'est par les efforts du technicien agricole Charles-Eugène Bergeron de la région de Rock Forest que les directeurs régionaux du MAPAQ, M. Marcel 17 Normandeau et du directeur régional du ministère de l'Environnement et de la Faune M. Boisvenu, ont signés une lettre conjointe pour l'utilisation rationnelle des BRF en agriculture et à des fins environnementales dan l'Estrie. C'est là un initiative sans précédents dont nous signalons volontiers l'importance et la perspicacité. Une réunion d'information et de formation est prévue pour septembre 1998 à Cookshire en Estrie., organisée par le MAPAQ régional et avec l'appui du secteur privé. Nous ne pouvons terminer ce commentaires sans insister sur le besoin de planifier, planter et d'entretenir un patrimoine arboricole urbain et rural en harmonie avec les difficultés propres à notre climat, notre situation géographique, industrielle et culturelle. Nous ne nous en sommes pas préoccupé jusqu'ici, mais le «ciel» vient de nous en faire parvenir la facture que nous sommes obligé de payer, non seulement socialement et économiquement, mais également en souffrances physiques, morales et émotionnelles à court et long terme. 10- Recommandations Nous recommandons fortement que les points suivants fassent l'objet d'études et de mise en action. La valeur des branches 1) Informer les administrations locales de la valeur de cette ressource tombée du ciel. La valeur des BRF 2) Informer les administrations locales de la valeur des BRF produits lors de l'émondage des arbres et de leur utilisation locale tant agricole que municipales. 18 La place des branches dans les plans d'urgence 3) Insérer dans les plans d'urgence que doivent soumettre les municipalités des indications précises pour la récupération des branches des arbres lors de désastres naturels comme les orages, les verglas, mais également par les normes d'entretien normales du patrimoine arboricole. 4) Hydro-Québec Comme la tension entre la distribution de l'électricité existera toujours nous recommandons qu'une étude soit conduite à l'intérieur de la société d'État sur la pertinence de participer à l'aménagement du patrimoine arboricole urbain sous tous se aspects pour en augmenter la qualité et en régir l'utilisation et la distribution dans le tissus des villes visées. Encourager Hydro-Québec a persister dans la voie actuelles par rapport au BRF produit, mais aussi de participer à l'élaboration de méthodes et critères scientifiques visant améliorer l'efficacité environnementale d'une telle ressource. 5) Un comité multipartite permanent La mise sur pied d'un comité multipartite permanent Communauté urbaine de Montréal et toutes les MRC du Québec sur la pertinence et la régie du patrimoine arboricole urbain et rural. 6) La mise en place de réglementations appropriées La position géographique unique du Québec demande que des soins et des connaissances spécifiques soient mises en place pour une meilleur hygiène du patrimoine arboricole urbain par des choix d'essence et de pratiques de culture appropriées. 19 7) Une industrie agro-forestière à promouvoir. L'ensemble des corps publics devraient faire front commun avec les sociétés forestières pour une utilisation rationnelles des BRF en agriculture, en arboriculture urbaine et en foresterie au Québec en faisant la promotion d'industries et commerces spécialisés dans ce domaine, sujets à une réglementation adéquate. ------------------------------- septembre1998 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-2837 tel. 418-656-2131 poste 2837 Publication n° 92 20 Université Laval FACULTÉ DE FORESTERIE ET DE GÉOMATIQUE Département des Sciences du Bois et de la Forêt GROUPE DE COORDINATION SUR LES BOIS RAMÉAUX Un code de gestion des pesticides Mémoire présenté au Ministère de l'Environnement et de la Faune du Québec Direction des politiques des secteurs agricoles et naturels «Les biocides dans notre société industrielle: une approche positive plutôt que réglementaire» par le Professeur Gilles Lemieux septembre 1998 Publication n°96 édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Les biocides dans notre société industrielle.... Professeur Gilles Lemieux. septembre 1998 Les biocides dans notre société industrielle: une approche positive plutôt que réglementaire par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec, G1K 7P4 QUÉBEC Canada Les dernières années m'ont démontré à plusieurs reprises quenotre soucis de gérer notre environnement d'une autre manière est véritable mais il est sans appel aujourd'hui, et certainement plus encore, demain. Nous nous sommes enfoncés et, à juste titre je crois, dans la filière chimique depuis plus d'un siècle sans penser à mal. Depuis lors nous avons appris beacucoup sur notre univers, mais le fait qu'il se soit modifié du côté urbain, nous a, en grande partie, déconnecté de la réalité du monde dans lequel nous vivons. L'utilisation inconsidérée des «pesticides 1 » est le fruit de l'évolution industrielle de ce siècle et de notre volonté de contrôler la nature et de nous approprier ses «bienfaits» car nous croyons que c'est un univers uniquement anthropocentrique. La réalité à moyen terme (à l'échelle d'un siècle) est toute autre et nous sommes interpelleés en car nous sommes le fruit de l'évolution et soumis à des règles que la connaissance universelle nous apprend tous les jours. Cependant, tous les paramètres n'ont pas évolués également, nous laissant des choix multiples y compris celui du contrôle chimique de la vie. Nous avons choisi, pour des raisons de conjoncture culturelle et économique, la chimie comme contrôle de la productivité avec des bases physiques et accessoirement biologiques. L'évolution des coinnnaissances en cette fin de millénaire, nous a mené à des considérations toujours vues comme «triviales», la vie n'étant qu'un capital à gaspiller plutôt qu'à faire fructifier; ce qui est l'inverse du capitalisme, et du néocapitalisme qui règne en maître actuellement. Plutôt que de verser dans le juridisme, ou le réglementaire, je me permettrai de proposer une approche plus difficile, exigenant capitaux et connaissances mais dans l'optique de la «durabilité» (sustainability) comme le propose les anglo-saxons. Il me semble que cette approche est plus conforme à la 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 1 Terme anglais dérivant de «pest», terme générique désignant un fléau. Le terme de biocide serait plus conforme à la réalité de la langue française et des faits. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les biocides dans notre société industrielle.... Professeur Gilles Lemieux. septembre 1998 politique des gouvernements en modifiant petit à petit des tendances lourdes ou moyennes. Le génie génétique nous propose des rendements supérieurs sur des sols de plus en plus dégradés en adaptant les plantes qui nous nourrissent à cette tendance déterminée par l'industrie chimique et en particulier par celle des biocides. Plusieurs exemples de la complaisance des gouvernements tant canadiens qu'étrangers, pourraient être cités ici; mais tel n'est pas notre intention de donner dans l'argumentaire et la polémique, mais il est bon de regarder le combat de l'industrie du tabac à cet égard. Nous proposons plutôt considérer les connaissances que nous avons des systémes humiques et de la pédogénèse en particulier pour favoriser des technologies qui à long terme vont contrôler beacuoup d'insectes et un grand nombre de maladies fongiques, bactériennes ou virales. À ce chapitre, c'est la forêt qui détient tous ces «secrets» non pas l'agriculture quoiqu'en pensent, en toute bonne foi, notre société urbaine issue de la ruralité. Il faut comprendre que nous avons développé une philisophie de «guerre» où tous les ennemis sont biologiques et tous les amis sont chimiques de génération récente. C'est un modèle facile à conçevoir car l'Homme n'a d'ennemis que les autres niveaux biologiques, son engouement pour les médicaments n'a d'égal que celui pour les biocides. Cette philosophie de «guerre» a attiré d'énormes capitaux dans la lutte biologique en important des prédateurs (insectes, oiseaux, bactéries....) qui «tuent» l'ennemi en protégeant le «capital» issu du travail des hommes. Il nous faut apprendre à bâtir des équilibres qui ne seront pas statiques mais bien dynamiques en se renouvelant sans cesse au niveau des plantes, des animaux et du sol. Nous pensons que la pédogénèse issue des équilibres obtenus et maintenus depuis des centaines de millions d'années sous le couvert de la forêt permet la compréhension de tous les mécanismes et de leur contrôle. La connaissance est encore bien embryonnaire dans ce monde qu'est le sol et qui est le gestionnaire de la vie et des nutriments source de la fertilité. La promotion de cette pédogénèse doit se faire dans une optique durable, de connaissances à acquérir et à utiliser dans la vie de tous les jours. Le temps est venu de mettre en place ces mécanismes biologiques d'aggradation des sols plutôt que de poursuivre la guerre à l'aide de biocides toujours plus variés et nombreux 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les biocides dans notre société industrielle.... Professeur Gilles Lemieux. septembre 1998 Notre accès à la connaissance universelle nous place à la croisée des chemins de la vie et de la mort, mais cette fois de manière parfaitement lucide, faisant à la fois appel à la responsabilité individuelle comme collective. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° septembre 1998 édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] FAX (418) 656-5262 tel. (418) 656-2131 poste 2837 Publication n° 96 ISBN: 2-921728-41-9 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL FACULTÉ DE FORESTERIE ET DE GÉOMATIQUE Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux CONFÉRENCE à l'occasion du 100 e anniversaire de L'UNIVERSITÉ AGRICOLE DE KIEV Ukraine 28 september 1998 Une commandite du CENTRE DE RECHERCHE EN DÉVELOPPEMENT INTERNATIONAL CRDI Ottawa, Canada «UNE NOUVELLE TECHNOLOGIE POUR DES FINS AGRICOLES: LA PÉDOGÉNÈSE PAR LE BOIS RAMÉAL» par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la forêt Université Laval http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ Publication n° 97 (version française) version française UniversitéLaval Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 UNE NOUVELLE TECHNOLOGIE POUR DES FINS AGRICOLES: LA PÉDOGÉNESE PAR LE BOIS RAMÉAL par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Unversité Laval QUÉBEC Canada Résumé Les nouvelles connaissance générées au cours de la dernière moitié de ce siècle nous permettent de proposer une approche forestière à la gestion des sols agricoles en identifiant les mécanismes biochimiques et biologiques impliqués. Ceci nous oblige à considérer la base historique de l'évolution des arbres et des écosystèmes forestiers depuis 300 000 000 d'années. Nous arrivons à la conclusion que la pédogènèse s'est développée biologiquement par des mécanismes biochimiques sous le couvert de la forêt avec des différences fondamentales entre conifères et feuillus, Le rôle des Basidiomycètes avec celui des polyphénols est fondamental, nous obligeant à contester le terme de «matière organique» dans son acception actuelle. Le comportement des sols tropicaux nous ramène aux effets de l'énergie radiante plutôt qu'au manque de nutriments. Les sols agricoles et surtout forestiers sont caractérisés par la présence d'une matrice polyphénolique. 1 • Au fil des ans et des siècles, nous comprenons un peu mieux le monde que nous habitons. Notre existence même repose sur les lois et les mécanismes de la biologie, construite pierre par pierre au cours de centaines de millions d'années. A l'échelle du millénaire, notre rythme d'acquisition de nouvelles connaissances est si lent qu'il réussit à peine à stimuler notre appétit pour comprendre le monde dans lequel nous vivons. Une approche fondamentalement forestière 2 • L'importance spatiale et historique de la forêt dans notre monde pose derechef la question de son origine, sa constitution et des mécanismes qui en régissent l'évolution et la structure. Ces mécanismes sont d'une importance et d'un dynamisme tel, que laissée à elle-même, la nature reconstitue des équilibres nouveaux dont la forêt est l'aboutissement le plus stable. Les premières forêts furent de Gymnospermes. Depuis 60 000 000 d'années, les règles du jeu ont changé avec l'arrivée des Dicotylédones dont les arbres deviennent dominants dans les forêts tropicales et tempérées. 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 La biologie du sol cette inconnue 3 • Une revue de la littérature scientifique sur l'origine des sols agricoles nous montre que la très grande majorité des sols sont d'origine forestière. Ceux de la forêt feuillue de Dicotylédones donnent, et de loin, les plus hauts rendements. Il doit donc y avoir de bonnes raisons pour soutenir une réalité qui couvre des siècles. Jusqu'à tout récemment, toutes les découvertes et les raisonnements conduisaient à des interprétations physiques (climat, géologie) ou chimiques des nutriments dérivant de ces prémices.. La biologie du sol n'était presque jamais prise en compte. Une voie tracée par des perceptions chimiques 4 • Cependant les deux principaux nutriments, l'azote et le phosphore, ont une disponibilité directement tributaire de la biologie pour la croissance des plantes. L'azote exige des organismes biotrophiques capables de la fixer pour la synthèse des protéines alors que le phosphore nécessite l'intervention d'enzymes pour l'extraire de ses puissants liens chimiques avec le fer et le calcium. Pour ces raisons évidentes, la biologie est la plaque tournante de toute la fertilité en agriculture comme en foresterie. La technologie des BRF issue d'un déchet industriel 5 • C'est au milieu deS années 70, qu'Edgar Guay, sous-ministre au Ministère des Terres et Forêts de l'époque à Québec, Canada, imagina d'évaluer le potentiel biologique des résidus de rameaux de conifères, nommés drêches après extraction des huiles essentielles par entraînement à la vapeur sous la forme de «compost de surface» dans la culture de la pomme de terre: les résultats furent au delà de ses espérances. 6 • Une analyse biochimique de ces drêches a montré un contenu en protéines, sucres, ceLluloses, hemicelluloses, lignines et composés polyphénoliques sans égal. 7 • Pourquoi un tel matériau n'a-t-il jamais été perçu comme une richesse en agriculture? Aucune réponse, nous vint ni des scientifiques ni de la littérature scientifique de ce siècle. Nous n'avons relevé aucune analyse biochimique exhaustive, mais une avalanche de petites analyses courantes sur les principaux éléments chimiques. Nous n'avons trouvé aucune étude de caractérisation de production ou de disponibilité au monde. Une première description des BRF 8 • Ce "nouveau" matériau fut décrit en 1986 (Lemieux, G. & Lapointe R.A. [1986]) sous le vocable de Bois Raméal Fragmenté (BRF). Seuls les rameaux 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 ayant moins de 7 cm de diamètre ont été pris en compte. Depuis la nuit des temps, ils sont brûlés ou laisseS à pourrir sur le sol. 9 • Pour pouvoir l'utiliser, ce matériau doit être fragmenté ou broyé. puis mélangé aux premiers centimètres du sol pour initier le processus pédogénétique Les BRF de feuillus préférables à ceux des conifères 10 • Après avoir testé de nombreuses essences pour leur potentiel pédogénétique, on a constaté que les feuillus étaient bien supérieurs aux conifères. Les feuillus climaciques dominantS se montrèrent supérieurs aux essences de transition. Ces observations nous orientèrent vers les implicatIons écologiques, hIstoriques, géologiques, évolutives. biochimiques etc. La pédogénèse d'abord d'origine forestière 11 • Ceci nous amène à mettre l'emphase sur l'évolution d'un aspect laissé pour compte: la pédogénèse dans toute l'acception du terme. Les perceptions relevant de la chimie et de la physique ont toujours été privilégiées, permettant de contourner, par la technique, les problèmes phytosanitaires et de productivité en croissance constante. 12 • Dans le but de présenter nos vues sur la question, nous avons publié deux études (Lemieux, G. [1996]) et (Lemieux G. [1997]). La forêt est toujours aménagée selon des critères de productivité agricole alors que nous cherchons à introduire des critères de productivité durable sur des bases biologiques forestières en agriculture. Les bases de la technologie des BRF Une aggradation dès la deuxième année 13 • Notre intérêt scientifique sur la question pédogénétique remonte à plus de 25 années avec les premiers essais sur la pomme de terre, le blé, l'avoine et les fraises. Nous avons noté, à court terme, moins d'efficacité chez les BRF de conifères sans égard à leur contenu en nutriments, par rapport aux BRF de feuillus. Les effets étaient beaucoup plus importants la deuxième année et ce jusqu'à la cinquième. L'agriculture s'est développée sur des sols de la forêt feuillue 14 • Il devint évident que la technologie des BRF avait une influence sur la structure du sol et des chaînes trophiques responsables de la mise en disponibilité des nutriments. Il nous fallait donc chercher des raisons et mécanismes autres 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 que ceux reconnus traditionnellement pour expliquer cette différence entre les BRF de feuillus et conifères. Ceci devint une question majeure. Sous les forêts de conifères, les sols sont totalement différents de ceux des forêts feuillues. Comment expliquer la chose de manière compréhensible en termes socio-économiques? Pourquoi la grande agriculture s'est-elle développée principalement sur des sols dérivés de la grande forêt feuillue? Les lignines gaïacyl et syringyl 15 • Nous devons admettre que les contenus en lignines sont en proportion différente chez les conifères et chez les feuillus. Ainsi, chez les conifères, la lignine gaïacyle est dominante et les aromatiques ne possèdent qu'un seul groupement méthoxyl (OCH 3 ) alors que chez les feuillus, c'est la lignine syringyle avec deux groupements méthoxyl qui domine. Ceci a un impact important sur le contenu en carbone de la fraction humique. La dépolymérization de la lignine par des enzymes 16 • Leisola et Garcia [1989] apportèrent des preuves du rôle de certaines enzymes responsables de la dépolymérization de la lignine. De 1983 à 1989 plusieurs articles apportèrent un éclairage nouveau dans un effort de procéder au blanchiment du papier par des voies enzymatiques plutôt que chimiques conduisant à l'accumulation de mercure dans les sédiments. 17 • En ce qui regarde la dépolymérIsation de la lignine, l'enzyme principale est la lignoperoxidase dépendante du manganèse, responsable de la production de deux molécules différentes: l'acide fulvique, à faible poids moléculaire, et l'acide humique à poids moléculaire élevé. Cette enzyme est produite par un champignon Basidiomycète à l'extrémité de son mycélium. La molécule d'acide humique est adsorbée sur le mycélium alors que celle de l'acide fulvique est relâchée dans la solution du sol et détruite par la flore bactérienne. L'acide humique, les PEC et les agrégats stables à l'eau 18 • Les molécules d'acide humique, ainsi adsorbées sur le mycélium, ne peuvent se repolymériser avec les fractions fulviques libres, issues de la dépolymérisation de la lignine. C'est vraisemblablement l'une des raisons de la baisse des valeurs du pH, causant une précipitation du fer et du manganèse et qui ont une grande affinité pour les polyphénols. Par ailleurs, les grosses molécules adsorbées se joignent aux polysaccharides extracellulaires (PEC) produits par la flore fongique qui, en association avec la fraction minérale, forme les agrégats stables à l'eau, la base des sols brunisoliques. 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 Les agrégats et la biologie du sol 19 • Toutefois, ces agrégats ne sont pas permanents et deviennent une fraction de la chaîne trophique, particulièrement pour la microfaune. Ces agrégats stables à l'eau représentent également un refuge pour un grand nombre de micro- organismes comme les virus, bactéries, spores de champignons, etc. contribuant ainsi à la stabilité biologique du sol. D'autre part, ces agrégats stables à l'eau ont un impact majeur sur la qualité, la structure du sol et sa résistance à la compaction. Les polyphénols: un élément de contrôle important de la pédogénèse 20 • De prime abord, la chose peut sembler simple, mais en réalité elle est d'une grande complexité. Les polyphénols sont ce qui caractérise un sol par rapport à une roche pulvérulente: le sol est d'abord une matrice polyphénolique dans laquelle s'inscrivent la fraction minérale, la microflore et la microfaune responsables de la nutrition minérale des plantes et du contrôle de la vie du sol. 21 • Cependant, dans le cas de sols sableux, ce sont les polyphénols et les polysaccharides (PEC) qui sont responsables de la formation des agrégats où les fractions grossières sont intégrées mécaniquement, sans effet sur la fertilité, mais plutôt sur la structure. Il est évident que les fungus Basidiomycètes sont d'une importance primordiale dans les mécanismes pédogénétiques. Les Basidiomycètes, leurs enzymes et la structure du sol. 22 • Les Basidiomycètes sont de bons champignons mycorhiziens, mais le genre Glomus semble encore meilleur. Pour être efficaces, les mycorhizes doivent être phytotrophiques. Une bonne «matière organique» dans le sol peut également favoriser la stabilité et les interactions, champignon mycorhizien/plante. D'après Tisdall et Oades [1982] avec la production de PEC (polysaccharides extracellulaires), le mycélium des Basidiomycètes produit un grand nombre d'enzymes tout en agissant comme un pipeline pouvant transporter, à l'abri de la solution du sol, plusieurs nutriments, le phosphore étant l'un des plus précieux, l'eau, etc. Les Basidomycètes : la base biologique de la fertilité des sols. 23 • Avec les caractéristiques que nous venons d'énumérer, le mycélium des Basidiomycètes est la base même de la stimulation de la croissance de la microfaune, par sa sapidité, une niche pour les nutriments. Les Basidiomycètes deviennent ainsi une nourriture, une ciment formant les agrégats, donc une influence majeure sur la structure physique du sol de même qu'un producteur 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 d'enzymes. Pour ce faire, tout organisme hétérotrophe vivant nécessite une source d'énergie. La première est la nourriture ( sucres, celluloses, protéines, etc.) ensuite la chaleur, la lumière, les sources d'énergie radiante. Nous soupçonnons qu'une trop grande quantité d'énergie radiante est responsable de la dégradation des sols en dehors de la forêt. Une contestation du terme «matière organique» 24 • Nous sommes d'avis que ce terme connu et utilisé universellement ne fait que générer une confusion sans limite dans la compréhension des mécanismes pédogénétiques. En fait, la technologie des BRF nous éclaire sur la compréhension des mécanismes pédogénétiques pour le contrôle des nutriments et la strucuture du sol. Le modèle forestier reste absolu en ce qui regarde la pédogénèse évoluant selon les règles de la nature elle-même depuis les temps préhistoriques. Une explication historique de la pédogénèse 25 • Comme nous le savons, les caractéristiques des sols de la forêt coniférienne sont différentes de celles de la forêt feuillue Dicotylédone. Chez les conifères le bois contient beaucoup plus de lignine gaïacyle, des terpènes et des polyphénols qui jouent vraisemblablement un rôle central. Les mécanismes pédogénétiques ont une rôle différent. Ils se manifestent dans les mécanismes de podsolisation dans des conditions mésiques ou en mécanismes d'entourbement en conditions humides. La compétition: une élimination ou une acceptation. 26 • Les sols de la forêt feuillue Dicotylédone, se comportent différemment de ceux de la forêt coniférienne au regard de la pédogénèse. Du point de vue évolutif, les feuillus sont plus jeunes avec 60 000 000 d'années. Les conifères ont plus de 300 000 000 d'années (Godron & Lemieux [1998] ). Plutôt que de concurrencer par des moyens chimiques comme le font les conifères, les feuillus acceptent la concurrence et la diversification des sources d'énergies dans le sol et l'utilise à son tour pour une grande biodiversité du monde des plantes ou des animaux. Un problème de disponibilité et de qualité de l'énergie 27 • La plus grande partie de la biodiversité et de l'énergie disponible se trouve dans le sol même, alimentée par le métabolisme des arbres. D'après Gosz, Holmes. Likens et Bormann [1978], la coupe à blanc d'une forêt feuillue du New Hampshire (USA) a causé une perte d'énergie du sol allant de 15 000Cal/m 2 à 3000 Cal/m 2 sur une période de deux années. Cette baisse rapide du contenu 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 énergétique du sol se manifeste à moins d'un apport constant de la canopée de la forêt. 28 • Les sols bruns, riches et profonds, contenant à titre d'exemple de la montmorillonite, donnent les meilleurs rendements aussi bien en agriculture qu'en foresterie. Il faut se souvenir que la productivité repose sur la biologie du sol, la disponibilité des nutriments et de l'énergie. Ce système ne fonctionne que s'il est alimenté en permanence en énergie à partir des plantes de l'écosystème épigé. Cette énergie doit se présenter sous la forme de nourriture pour la biomasse microbienne tout comme de l'énergie radiante régulée par les fluctuations saisonnières. Une contribution de la biologie au contrôle des nutriments et de l'énergie. 29 • L'utilisation des BRF comme matériau pédogénétique influence la dynamique des mécanismes régulant les besoins énergétiques nécessaires à la diversité microbiologique de même que son activité: c'est un remplaçant partiel mais important pour la survie et l'activité des microorganismes phytotrophes. Ceci réduit les blocages d'importants nutriments nécessaires à une bonne production végétale. Le projet Boyarskaya (Ukraine) et ses implications universelles. 30 • Le projet de recherche de la forêt de Boyarskaya, dans la banlieue de Kiev a consisté à tester le seigle sur un sol sableux et pauvre. Les résultats obtenus après 2 années sont très intéressants et montrent un grand potentiel pour la technologie des BRF. Comme le démontrent les essais, les BRF de chêne (Quercus robur) ont donné les meilleurs résultats tout comme le chêne rouge (Quercus rubra) au Canada. D'autres essences comme le bouleau et le tremble se sont montrés moins efficaces mais apportent quand même une excellente contribution à la pédogénèse. Les effets apportés par les BRF se montrent encore meilleurs lorsqu'on ajoute de la litière forestière à raison de quelques grammes au mètre carré et mélangés au sol des parcelles expérimentales. La matrice polyphénolique du sol 31 • Deux points importants méritent d'être soulevés: ce sont la qualité des branches utilisés ainsi que le moment de la récolte et de la fragmentation. Dans l'expérience de Boyarskaya, portant sur la culture du seigle, la présence de feuilles sur les rameaux fragmentés a considérablement réduit la croissance des plantes. Ceci nous a conforté dans l'obligation que nous sommes de récolter et de fragmenter en période hivernale. Nous devons accumuler d'autres connaissances sur le rôle des polyphénols des feuillus, leur interférence sur les univers microbiens et enzymatiques du sol. Ceci devrait contribuer à la compréhension d'une des 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 bases les plus importantes de la technologie des BRF, la matrice polyphénolique du sol et sa dynamique. La forêt tropicale et les cycles de l'eau 32 • Nous devons souligner l'apport de la technologie des BRF afin de mieux comprendre l'évolution de l'agriculture tropicale, la fertilité des sols reposant uniquement sur la forêt. Les cycles journaliers de l'eau dépendent avant tout du microclimat forestier. La disponibilité de l'eau dans le sol est en relation directe avec la biologie où les champignons jouent un rôle prédominant dans l'alimentation de la microfaune qui, à son tour, régule la disponibilité des nutriments par les fèces et la décomposition des corps microbiens. Les arbres accumulent les nutriments dans leur ramure 33 • Les travaux de recherche de ces dernières années dans la canopée de la forêt tropicale montrent que la plus grande richesse est dans la cime, donc dans la ramure des arbres alors que le sol est relativement pauvre avec une argile de piètre qualité: la kaolinite. Une raison probable à la désertification africaine 34 • Durant les grandes sécheresses en Afrique, les flux d'énergie et de nutriments sont presque réduits à néant. Ceci pourrait être une raison majeure à la déforestation, les arbres étant devenus les plus importants compétiteurs des récoltes, donc des hommes. 35 • La leçon que je tire de la relative pauvre productivité des sols africains réside dans le fait que la fertilité des sols ne peut être renouvelée que biologiquement ou par des catastophes climatiques ou telluriques. Dans les forêts régulées par des phénomènes climatiques sous les climats tempérés, les ressources nécessaires sont amenées à chaque niveau de vie, contribuant ainsi à la productivité et à la stabilité. Un transfert de fertilité de la forêt à l'agriculture 36 • En conclusion, je dirais que la technologie des BRF est essentiellement une manière efficace de transférer les principales caractéristiques de la forêt vers les sols agricoles avec un impact soutenu sur la stabilité, la mise en disponibilité des nutriments par des moyens biologiques. Ceci est particulièrement important pour l'azote et le phosphore, tout comme ce qui a trait aux effets positifs sur les insectes des sols traités aux BRF. 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 37 • En introduisant en agriculture les caractéristiques des sols forestiers, il faudra revoir les caractéristiques génétiques d'un grand nombre de plantes pour tirer tout le profit possible d'un sol de meilleure qualité. Nous avons pris comme une certitude scientifique la dégradation des sols vers une piètre fertilité. Un renversement de situation vers des sols de haute qualité devrait être un souci socio-économique pour chacun de nous. Comment influencer le savoir universitaire 38 • C'est à l'université que doivent percoler ces nouvelles valeurs scientifiques dans le but de promouvoir des actions vers l'harmonie plutôt que vers la guerre, où nous mettons tant d'efforts à combattre tous les «ennemis biologiques». Faisons plutôt la promotion de la conciliation entre l'Homme et son environnement dans un monde plus harmonieux et convivial que jamais. BIBLIOGRAPHIE Godron, M. & Lemieux, G. (1998) «Le bois des rameaux, un élément crucial de la biosphère» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec Canada , publication n° 88 32 pages ISBN 2-921728-35-4 Gosz, J.R., Holmes, R.T.,Likens, G.E. & Bormann, F.H. (1978) «Le flux d'énergie dans un écosystème forestier» in "Pour la Science" juin 1987 p. 101-109. Gosz, J.R. & Fischer, F.M. (1984) «Influence of clear-cutting on selected microbial processes in forest soils.» in Current Microbial Ecology.Perspectives Proceedings of the third International Symposium on Microbial Ecology (Klug, M.J. & Reddy edts.) Leisola, M. S. & Garcia, S, (1989) «The mechanisms of lignin degradation» in Enzyme systems for lignoncellulose degradation. Worshop held in Galway, Ireland, publishes by Elsevier Applied Science, p. 89-99, The Netherlands. Leisola, M.S. & Waldner, R. (1988) «Production , characterization and mechanisms of lignin peroxidases» In Zadrazil, & F. Reiniger, P. edt. "Treatment of lignoncellulosic with white rot fungi. Elsevier Appl. Sci. Pub. New York p. 37-42 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada 51 pages, publication n° 59, ISBN:2-921728-15-X Lemieux, G. (1996) «The Hidden World that feeds us: the living soil» Coordination Group on Ramial Wood, Laval University, Canada, publication n° 59, 46 pages, ISBN 2-921728-17-6 Lemieux, G. (1997) «Les fondements pedogénétiques des écosystèmes forestiers; une approche de la métastabilité tellurienne» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada publication n° 71, 73 pages, ISBN: 2-921728- 25-7 Lemieux, G. (1997) «Fundamentals of Forest Ecosystem Pedogenetics: An approach to Metastability Through Tellurian Biology» Coordination Group on Ramial Wood, Laval University, Québec, Canada publication n° 72, 59 pages, ISBN 2-921728-24-9 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada Une nouvelle technologie pour des fins agricoles... Lemieux, G. Université Agricole de Kiev, septembre 1998 Lemieux, G, (1997) «Fundamentos de pedogénesis en el Ecosistema Forestal: Una Aproximación a la Metastabilidad A través de la Biología Telúrica» Grupo de Coordinacón sobre Madera Rameal, Universidad Laval Ciudad Québec, Canada, publicación n° 88 , 44 pages ISBN: 2-921728-36-2 Lemieux, G. & Lapointe R.A. ((1986) «Le bois raméal et les mécanismes de fertilité du sol» Université Laval, Québec, Canada 17 pages ISBN 2-550-2138-1 Rayner, A.D. & Boddy, , L. (1988) «Fungal Decomposition of Wood» John Wiley and Sons, 597 pages. Tisdall, & Oades, J.M. (1982) «Organic matter and water stable aggregates in soil» J. Soil. Sci. 32 141-163. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° ISBN 2-921728-43-5 Dépôt légal: Bibliothèque Nationale du Québec septembre 1998 Édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Boisa et de la Forêt UNIVERSITÉ LAVAL Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] FAX 1 (418) 656-5262 tel 1(418)656-2131 poste 2837 publication n° 97 version française ISBN 2-921728-43-5 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Univrsité Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL FACULTÉ DE FORESTERIE ET DE GÉOMATIQUE Département des Sciences du Bois et de la Forêt «Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin sous la commandite du CRDI, réalisée entre le 27 juillet et le 7 août 1998 pour effectuer le transfert de la technologie des BRF» par Gilles Lemieux, Serge Genest et Chantal Hamel publication n°98 http://forestgeomat.for.laval.ca/brf décembre 1998 édité par le GROUPE DE COORDINATION SUR LES BOIS RAMÉAUX Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada TABLE DES MATIÈRES pages Préparation de la mission 1 l'approche à l'ICRAF (Kenya) 1 la nécessité d'une mission 3 le choix des pays 4 les membres de la mission 4 le budget de la mission 4 moment et la durée de la mission 5 La mission 5 les objectifs de Cotonou 5 les objectifs fondamentaux 6 les objectifs spécifiques 6 A le développement 6 B la recherche 7 C la formation 7 D le reboisement 7 E l'extension de l 'université 7 les experts de la mission 7 les institutions visitées 7 les experts rencontrés 10 les échanges 15 les consensus 16 Ébauche de programme cadre 17 Historique 17 Commentaires 20 Recommandations 21 les impondérables 22 les contrainte 23 Annexe n° 1 Réunion exploratoire portant sur les mécanismes de pédogénèse à l'aide du bois raméal fragmenté 24 Annexe n° 2 La mission africaine: Sénégal et Kenya, compte rendu et commentaires 41 Annexe n° 3 Rapport de mission à l'ICRAF: l'approche des organisations non gouvernementales (ONG); une perspective sur le rétablissement de la fertilité des sols en Afrique et au Moyen-Orient (3 - 9 juin 1997) 52 Annexe n° 4 Réunion concernant les suites à donner à celle de l'ICRAF en juin 1997 pour la mise sur pied d'un réseau de recherche et de mise en application des BRF en Afrique 71 Annexe n° 5 Concept Note:Improvement of Crop Yields in Small scale African Farms by RCW Technology 75 Annexe n° 6 A proposal to TSBF and ICRAF for testing trough a comprehensive method the RCW technology 84 Annexe n° 7 Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt 90 Annexe n° 8 Project to Introduce RCW Technology in Africa: Development and Research in Agroforestry Applied to Agriculture and Forestry 104 Annexe n° 9 Rencontre du Centre de développement horticole de Cambérène, Sénégal, 30 juillet 1998 117 Annexe n° 10 Université Nationale du Bénin, rencontre avec les professeurs, 6 août 1998 130 1 MISSION EXPLORATOIRE AU SÉNÉGAL ET AU BÉNIN SOUS LA COMMANDITE DU CRDI, RÉALISÉE ENTRE LE 27 JUILLET ET LE 7 AOUT 1998 POUR EFFECTUER LE TRANSFERT DE LA TECHNOLOGIE DES BRF. A - Préparation de la mission • Une première approche à l'ICRAF 1 - Dès 1e printemps 1996, suite à une première réunion avec le CRDI et l'ACDI (annexe n°1), il avait été convenu que cette technologie qui avait fait ses preuves tant au Québec qu'au Sénégal méritait un examen attentif de la part des scientifiques, en particulier ceux des tropiques, dont l'ICRAF et le TSBF situés à Nairobi (Kenya) qui pourraient le mieux juger de la pertinence de son application. 2 - Dès mars 1996, une mission exploratoire auprès de l'IITA 1 (Ibadan Nigeria) financée par le CRDI fut impossible à réaliser à cause de problèmes administratifs et politiques entre le Canada et le Nigeria. Toutefois, la partie kényane auprès de l'ICRAF fut réalisée 2 . Le séminaire donné à l'époque souleva plutôt l'ire de l'auditoire composé des scientifiques de la maison, et du directeur de l'institution le Dr Pedro Sanchez (annexe n°2). 3 - Le CRDI décida d'une autre mission à l'ICRAF en juin 1997 (annexe n° 3) mais cette fois dans le cadre d'un atelier international sur la fertilité des sols et les moyens d'y parvenir. Cette fois la participation était plus anonyme et le Professeur Lemieux fut accompagné du Dr Don Peden anciennement de l'ICRAF et maintenant responsable de l'Afrique à la maison-mère du CRDI à Ottawa. Ce fut encore une mission destinée à convaincre les participants de plusieurs pays et certains progrès furent notés 3 . Nous n'avons pas été invités à présenter une communication. Par contre le Dr Chin Ong manifesta son intérêt à une recherche dans le domaine. Il en fut de même du Dr Mike Swift, responsable du TSBF, laboratoire financé par l'UNESCO, dans le programme MAB, commenta sa perception du rôle de la «matière orgnique» en regard de la technologie que nous proposons. 4 - À la suite du rapport de cette mission , nous avons tenu deux réunions dont la première au CRDI à Ottawa et la seconde à l'ACDI (Hull) 4 . Il fut décidé qu'un atelier devrait se tenir une fois de plus à l'ICRAF de Nairobi en octobre 1997 1 International Institute for Tropical Agriculture, Ibadan, Nigeria. 2 Lemieux, G. (1996) «La mission africaine:Sénégal et Kenya. compte rendu et commentares» in >Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France et Belgique" pages 3-23, ISBN 2-921728-22-2 3 Lemieux, G (1997) «Rapport de mission à l'ICRAF: l'approche des organisations non gouvernementales (ONG): une perspective sur le rétablissement de la fertilité des sols en Afrique et au Moyen-Orient» juin 1997, Nairobi, Kenya, 22 pages 4 Lemieux, G (1997) «Réunions concernant les suites à donner à celle de l'ICRAF de juin 1997 pour la mise sur pied d'un réseau de recherche et de mise en application des BRF en Afrique» CRDI/ACDI 27 août 1997 8 pages, Université Laval, Québec Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 2 (annexe n° 4). À cette occasion, le CRDI rédigea une esquisse conceptuelle 5 faisant état des problèmes africains de fertilité des sols et des possibilités qu'offre la technologie des BRF. 5 - L'atelier s'est tenu dans les salles de l'ICRAF avec traduction simultanée anglais- français, du 20 au 22 octobre. Le but avoué était de discuter les fondements scientifiques de la technologie des BRF. Malgré tous nos efforts et avec plusieurs dizaines de publications à l'appui, les questions fondamentales n'ont pu être soulevées et lorsque nous les proposions à la discussion, elles étaient généralement écartées pour ne pas être contestées ou confrontées. 6 - Cette fin de non reçevoir a pu être causée par une méconnaissance fondamentale des mécanismes et des principes que nous établissons à partir de la forêt plutôt que de l'agriculture. Des décisions superficielles ont été prises touchant plutôt les rôles respectifs de l'ICRAF et de l'Université Laval, l'organisme universitaire proposant la technologie. 7 - Il s'avéra très tôt qu'il était impossible de progresser car la proposition du Dr Swift du TSBF 6 porta avant-tout sur les questions financières au regard du développement de cette technologie en Afrique (annexe n° 5). Plusieurs indices montraient une incompréhension fondamentale de la technologie. Nous avons choisi d'interrompre les discussions. Cette décision fut difficile à prendre, car à tort ou à raison, nous avons cru prendre la meilleure dans les circonstances. 8 - Le 8 juillet nous faisions une contre-proposition 7 au CRDI, mais de contenu plus modeste (annexe n° 6), dans le but avoué d'expérimenter et de discuter la technologie en l'adaptant aux exigeances et contraintes actuelles propres au CRDI, à l'ACDI, à l'ICRAF au TSBF et aux universités canadiennes dont nous n'avons que très peu suscité l'intérêt à cette nouvelle technologie. 9 - Entre-temps, face à l'échec temporaire suscité par l'ICRAF dont les chercheurs n'ont pas semblé comprendre notre approche, nous avons pris l'initiative de rédiger un projet complet à l'adresse de quelques pays. Nous avons fait appel au vice-recteur de l'Université Laval à la Recherche, Mme Louise Fillion, pour obtenir une aide institutionnelle à la mise en forme d'un projet après avoir reçu l'assurance qu'un tel projet serait considéré par le CRDI pour son financement. Grâce à M. Jacques Parent du Bureau de la coopération internationale au vice-rectorat à la Recherche, nous avons mis sur pied une équipe comprenant des représentants de la Faculté de 5 Peden, D & Smith, O. (1997) « Esquisse conceptuelle/ Concept paper; L'amélioration des sols e Afrique: le rôle potentiel du bois raméal fragmenté (Atelier de planifcation) Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, publication no 75, 10 pages. 6 Swift, M. (1997) «Improvement of Crop Yields in Smallscale African Farms by RCW Technology 13 pages, TSBF novembre 1997 7 Lemieux, G. & Lachance, L. (1998) «A proposal to TSBF and ICRAF for tesing through a comprenhensive method the RCW technology» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, 6 pages Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 3 Foresterie et de Géomatique, du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, des Sciences Sociales ainsi que des Sciences de l'Agriculture et de l'Alimentation. À cet équipe est venu se joindre un membre important du Centre International de la Faculté des Sciences et Génies qui fut le maître d'oeuvre de la rédaction d'un projet qui fut soumis au CRDI 8 à la mi- mars 98 (annexe n° 7). Il fut également déposé entre les mains des dirigeants de la Banque Mondiale par le Doyen Dessureault lors d'une visite à Washington dans les jours qui ont suivi (annexe 8). 10 - Lors de la réunion tenue à Ottawa dans les bureaux du CRDI 9 , il fut retenu que le CRDI financerait la présente mission et qu'un rapport détaillé serait remis au cours de l'automne. Un tel rapport contiendrait le canevas propre à un projet général et à des projets nationaux. Le budget alloué à cette mission fut de 30 000.00 $ Can. La nécessité d'une mission 11 - Les difficultés suscitées à Nairobi en octobre 97 nous ont donc amené à rédiger un nouveau projet plus ciblé et plus modeste, mais touchant tous les volets nécessaires à la mise en place de la technologie des BRF sur le terrain. Ce projet complet et souple, touche à la fois la recherche, le développement et peut aboutir à ce que nos voisins américains appellent l'«extension». 12 - Les échanges ont également porté sur les mécanismes d'«arrimage» des différents volets et le cadre dans lequel tout devait se passer. Nous avons opté pour le cadre universitaire plus souple que le cadre administratif des États en général. Il va de soi que ce cadre, peu usité en Afrique, a suscité des difficultés, car les universités (calquées sur le modèle français) ne sont pas liées à l'État mais leur rôle encadré et restreint à l'enseignement. 10 13 - Nous avons opté pour l'association de deux universités la première de langue française (Laval) et la seconde de langue anglaise (McGill). La mission serait donc constituée de représentants des facultés d'Agriculture, de Foresterie et des Sciences Sociales. En même temps ,nous avons convenu que Laval assumerait le leadership par le biais de la Faculté de Foresterie et de Géomatique et plus spécifiquement par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux. 14 - Ainsi, l'Université Laval devenait le maître-d'oeuvre du projet et de la mission qui allaient être proposés au CRDI. Tout ceci se ferait en parfaite harmonie avec 8 Lemieux, G., Lachance, L. et Genest, S. (1998) «Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt» Université Laval 15 pages ISBN 2-921728-33-8 9 Lemieux, G. (1998) «Compte-rendu de la réunion du 16 avril 1998, Ottawa, Canada» CRDI et Université Laval, publication no. 92, 42 pages 10 La conférence de Kiev (Ukraine) sde septembre 1998 ur la structure de l'enseignement universitaire et de son rôle dans la société vient de mettre le rôle des universités en question et un consortium de plus de 50 universités à travers le monde sous l'égide de l'UNESCO va proposer une restructuration pour les rendre compatibles avec la recherche et le développement Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 4 l'Université McGill. Il a donc été convenu que ce projet ferait appel en premier à une mission de reconnaissance sur le terrain. Le choix des pays 15 - Le choix des pays était important. Ils devaient manifester leur intérêt et faciliter des rencontres avec les autorités ayant une influence sur le développement positif d'un projet à venir. 16 - Le premier pays visé a été le Sénégal où la mission a été bien reçue. Le second pays, la Côte d'Ivoire, n'a pu reçevoir la mission. Nous avons maintenu le contact avec l'Institut de Savannes de Bouaké. Grâce à l'intervention des Dr Peden et Smith du CRDI à Ottawa, nous avons été reçus au Bénin par le Dr Kouessi Ahiou qui fut le responsable du projet AFNETA à Niaouli. Les membres de la mission 17 - Les membres composant cette mission étaient dans l'ordre pour le Canada: Professeur Gilles Lemieux, faculté de Foresterie et de Géomatique, département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, responsable de la mission. Professeur Serge Genest, faculté des Sciences Sociales, directeur du département d'Anthropologie, Université laval Professeure Chantal Hamel, department of Natural Resources Faculty of Agriculture and Environnemental Sciences, (McGill University) Pour l'Afrique se sont jointes à la mission les personnes suivantes: Dr Mamadou Seck, École Supérieur Polytechnique, département de chimie et de biologie appliquée, Université Cheikh Anta Diop, Dakar, Sénégal Dr Sylvestre Aman, Institut Ivoirien des Savannes de Bouaké, Côte d'Ivoire. Le budget de la mission 18 - Voici les termes du budget libellé en dollars canadiens soumis au CRDI pour cette mission, dont il nous fallait couvrir les frais encourus par nos homologues africains: Participants canadiens Transport aérien : (Tarifs affichés) Portion Canada - Afrique et Portion Afrique: 3 x $3,420 = $10,260 Transport terrestre : 16 jours x $100 = $1,600 Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 5 Perdiem : 3 personnes x 16 jours ($175) = $8,40Assurances = $1,000 Vaccins = $500 Sous-total = $21,760 Participants africains Transport aérien : (Tarifs affichés) = $1,350 Perdiem : 1 personne x 9 jours ($175) = $1,575 Sous-total = $2,925 Faux frais 10% = $2,468 Sous-totaux = $27,153 Frais indirects : 13% = $3,530 Total : = $30,683 19 - Le montant total a été octroyé par le CRDI pour défrayer cette mission. Toutefois, les variations considérables du dollar canadien par rapport au dollar américain ont rendu ce budget précaire. Toutefois, nous espérons pouvoir boucler le tout avec le présent rapport que nous comptons éditer à 100 exemplaires avec une traduction en langue anglaise et une autre en langue espagnole. Moment et durée de la mission 20 - Cette mission s'est déroulée du 24 juillet avec un retour au Canada samedi le 8 aôut 1998. Les activités principales de cette mission furent entre le 27 et le 31 juillet pour le Sénégal et du 3 au 7 août au Bénin. Nous rappelons l'abandon de la Côte d'Ivoire dans cette mission causée par un manque de volonté de procéder plus avant. Toutefois, le Dr Aman, à cause de ses initiatives passées et de sa participation à l'atelier de Nairobi, a accompagné la mission au Bénin. Son apport et ses connaissances locales nous ont été précieux. LA MISSION La rédaction des objectifs de Cotonou 21 - Même si les objectifs ont été soulignés dans le projet soumis en octobre nous avons cru utile de les rappeler pour bien manifester à nos collègues africains notre accord fondamental sur les points essentiels. Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 6 Les objectifs fondamentaux du projet: • Étant entendu que la fragmentation des bois raméaux s'inscrit dans la perspective générale du développement durable, les objectifs fondamentaux de ce projet sont les suivants: • Donner les moyens aux populations ciblées au Sénégal, au Bénin et en Côte d'Ivoire, de s'approprier la technique des BRF pour leur développement. • Effectuer les recherches visant à comprendre les mécanismes qui sous- tendent les effets de l'incorporation des BRF aux sols. • Former et informer des chercheurs, des techniciens, des paysans dans les pays visés par le projet. • Assurer le reboisement essentiel à l'utilisation des BRF Les objectifs spécifiques: Les objectifs généraux qui précèdent doivent être spécifiés dans des activités diverses. A. • Le développement: •1. Sélectionner les partenaires-terrain locaux •2 Identifier les contraintes sociales (v.g. légales, culturelles, économiques) et environnementales (v.g. salinité, érosion) dans l'utilisation des BRF •3. Donner l'information et la formation, particulièrement aux groupements de femmes, en vue de la meilleure appropriation de la technique des BRF •4. Créer les conditions de production des rameaux, (portant spécifiquement sur le reboisement), étant entendu que la fragmentation des bois raméaux s'inscrit dans la perspective générale du développement durable, les objectifs fondamentaux de ce projet sont les suivants: •5. Donner les moyens aux populations ciblées au Sénégal, au Bénin et en Côte d'Ivoire, de s'approprier la technique des BRF pour leur développement. Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 7 B. • La recherche • Effectuer les recherches visant à comprendre les mécanismes qui sous-tendent les effets de l'incorporation des BRF aux sols. C.• La formation • Former et informer des chercheurs, des techniciens, des paysans dans les pays visés par le projet. D.• Le reboisement et la constitution de nouvelles forêts •Assurer le reboisement essentiel à la production etl'utilisation des BRF. Des services d'extension • Mettre en sur pied et en marche des services d'extension des universités À la suite des discussions qui ont suivi l'énoncé de Cotonou il se dégage que les services d'extension qui permettent de mettre la technologie et la science le plus près possible des utilisateurs avec l'aide de l'État et de l'industrie par le truchement des universités nationales, plus souples et mieux habilitées à ces fonctions que l'énorme appareil gouvernemental. Les experts de la mission 22 - Les experts ont été les Professeurs Chantal Hamel, de la faculté des Sciences de l'Agriculture et de l'Environnement de l'Université McGill de Montréal, Serge Genest de la Faculté des Sciences Sociales et Gilles Lemieux de la Faculté de Foresterie et de Géomatique , tous deux de l'Université Laval de Québec. En Afrique se sonts joint à la mission le Dr Mamadou Seck du département de Chimie et de Biologie Apliquée de l'École Supérieure de Technologie, Univesité Cheikh Anta Diop de Dakar, Sénégal, ainsi que le Dr Sylvestre Aman de l'Institut Ivoirien des Savannes de Bouaké, Côte d'Ivoire, à titre de conseiller. Les institutions visitées 23 - Voici la liste des principales institutions visitées grâce aux efforts du Dr Seck et dans lesquelles nous avons fait de nombreuses rencontres et exposé notre point de vue. Ce fut particulièrement le cas au Sénégal où nos idées et nos buts avaient déjà Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 8 fait du chemin dans l'esprit de plusieurs scientifiques en vue. Cette tâche nous a donc été facilitée par le travail in cessant du Dr Seck dans le cadre du projet CTL de Thiès avec l'appui de l'Ambassade du Canada et le financement de l'ACDI a) Université Sheikh Anta Diop École Supérieure Polytechnique Département de Chimie et de Biologie Appliquée Dakar b) Centre de Recherche pour le Développement International Dakar c) Ministère de l'Environnement d) Direction des Eaux, Forêts, Chasses et de la conservation des sols Dakar Direction des Recherches Forestières Dakar e) Ministère de la Recherche Scientifique et de la Technologie Délégation aux Affaires Scientifiques et Techniques Dakar f) Ministère de l'Éducation Nationale Direction de l'Enseignement Supérieur Dakar g) Projet Conservation des Terroirs du Littoral (CTL) Thiès h) Ecole Nationale Supérieure d'Agriculture ((ENSA) Thiès i) Institut Sénégalais de Recherches Agricoles Unité Régionale de Recherches des Niayes Centre de Développement Horticole (CDH) Cambérène, Dakar j) Ambassade du Canada au Sénégal Direction de la Coopération Dakar Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 9 k) Council for the Development of Social Science Research in Africa. (CODESRIA) Dakar 24 - Au Bénin, c'est grâce au dévouement et à l'intiative du Dr Kouessi Aihou que nous avons pu rencontrer des représentants de plusieurs institutions a) Ministère du développement rural Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Unité de Recherches Forestières b) Ministère du développement rural Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Direction de la Recherche Agronomique c) Ministère du développement rural Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Unité de Recherches Zootechnique et Vétérinaires f) Ministère du développement rural Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Station de recherche sur les Cultures Vivrières Niaouli d) Université Nationale du Bénin Faculté des Sciences Agronomiques Aménagement de l'eau e) Université Nationale du Bénin Faculté des Sciences Agronomiques Aménagement forestier g) Université Nationale du Bénin Comité de Développement Durable (CDD/UNB) h) Université Nationale du Bénin Conservation des Ressources Naturelles i) International Institute of Tropical Agriculture Biological Control Center for Africa Cotonou Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 10 Les experts rencontrés 25 - Nous avons rencontré un grand nombre d'experts scientifiques techniques ou politiques responsables des programmes comme la conservation des sols, l'enseignement supérieur etc. En voici la lite par pays: Sénégal Dr Samba Arona Ndiaye Samba Institut Sénégalais de la Recherche Agricole Ingénieur des Eaux et Forêts Doctorat en Agroforesterie tel. (221) 832-32-19, Dakar-Hann Dr Oussaynou Fall Dia Directeur, Direction de l'Enseignement Supérieur Ministére de l'Éducation Nationale Ex Camp Lat Dior tel (221) 821-08-81 FAX (221) 821-89-30 Dr Abdoulaye Kane Directeur Direction des Eaux, Forêts, Chasses et de la Conservation des Sols Institut Sénégalais de la Recherche Agricole BP 1831 Dakar Tel (221) 832-08-56 FAX (221) 832-04-26 courriel:
[email protected] Dr Sibry J. M. Tsapoda Directeur régional Bureau régional pour l'Afrique centrale et occidentale Centre de Recherche pour le Dévelopemenmt International BP 11007 CD Annexe Dakar Sénégal tel (221) 824-0920, 824-4231 FAX (221) 825-3255 courriel:
[email protected] Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 11 Dr Pape Ndièngou Sall Directeur des Recherches Forestières Institut Sénégalais de la Recherche Agricole B.P. 2312 Dakar tel. (221)832-32-19, 832-16-38 FAX (221) 832-96-17 courriel:
[email protected] M. Richard Pelletier Conseiller et Consul Directeur de la Coopération Ambassade du Canada Immeuble Sorano - 4 e étage 45 Bd de la République B.P. 3373 Dakar tel. (221) 823-92-90 FAX (221) 823-87-49 courriel:
[email protected] Dr Oumar Sock Directeur de l'École Supérieure Polytechnique Université Cheikh Anta Diop BP 5085 Dakar-FANN tel. (221) 825-08-79 FAX (221) 825-55-94 courriel:
[email protected] Dr Mamadou Amadou Seck Maître-assistant École Supérieure Polytechnique Département de Génie Chimique et de Biologie Appliquée Université Cheikh Anta Diop tel (221) 825-32-17 FAX (221) 825-55-94 courriel:
[email protected] Dr Lat Soukabé M'Bow Directeur de la recherche, de la Coopération et des Investissements de l'UCAD Université Cheikh Anta Diop tel. (221) 825-55-96 FAX (221) 825-4977 Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 12 courriel:
[email protected] Dr Alain MBAYE Centre de Développement Horticole (CDH) Unité Réginale de Recherche des Niayes Institut Sénégalais des Recherches Agricoles B.P. 3120 Dakar-Sénégal tel. (221) 35-06-10 FAX (221) 35-25-06 courriel:
[email protected] M. Abdourahmane TAMBA Ingénieur Forestier (agroforesterie) Centre de Développement Horticole (CDH) Unité Réginale de Recherche des Niayes Institut Sénégalais des Recherches Agricoles B.P. 3120 Dakar-Sénégal tel. (221) 35-06-10 FAX (221) 35-25-06 courriel:
[email protected] M. Lô Cheikh Ingénieur agronome Centre de Développement Horticole (CDH) Unité Réginale de Recherche des Niayes Institut Sénégalais des Recherches Agricoles B.P. 3120 Dakar-Sénégal tel. (221) 35-06-10 FAX (221) 35-25-06 courriel:
[email protected] Dr Modou Mboup Délégué aux Affaires Scientifiques et Techniques Ministère de la Recherche Scientifique et Technique 23, rue Calmette B.P. 218 Dakar - RP tel. (221) 21-32-60, 22-99-70 FAX (221) 22-45-63 Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 13 Dr. Pape N'Diaye Projet Conservation de Terroirs du Littoral (CTL). B.P. 432 Thiès SÉNÉGAL Dr Moussa FALL École Nationale Supérieure d'Agriculture (ENSA) Thiès Sénégal BÉNIN Dr Gustave Kpagbin Attaché de Recherche Centre Naional d'Agro-pédologie Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Ministère du Développement Rural 01 B.P. 988 Cotonou tel (229) 35-00-70 Dr H. Henri Soclo Comité de Développement Durable (CDD/UNB) Université Nationale du Bénin B.P. 526 Cotonou tel (229) 36-00-97 FAX (229) 30-55-50 courriel:
[email protected] M me Zénabou Epse Yacoubou Yessoufou Directrice de l'Unité de Recherches Forestières B.P. 06-707 Cotonou tel. (229) 33-06-62 courriel:
[email protected] Dr Brice Sinsin Professeur au Département de la Conservation des Ressources Naturelles Faculté des Sciences Agronomiques Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 14 Université Nationale du Bénin 01 B.P. 526 Cotonou tel/FAX (229) 30-30-84 courriel:
[email protected] Dr Nestor Sokpon Faculté des Sciences Agronomiques Université Nationale du Bénin 01 B.P. 526 Cotonou tel/FAX (229) 30-30-84 courriel:
[email protected] Dr K. Euloge Agbossou Faculté des Sciences Agronomiques Université Nationale du Bénin 01 B.P. 526 Abomey-Calavi tel (229) 12-17-46 FAX (229) 32-29-22 Dr Marcellin Ehouinsou Unité de Recherches Zootechnique et Vétérinaire Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Ministère du Développement Rural tel. (229) 30-02-84 01 B.P. 884 Cotonou FAX (229) 30-07-36, 30-37-70 Dr Ange Z. Aclinou Microbiologiste Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Ministère du Développement Rural B.P. 884 Cotonou tel (229) 30-02-64 FAX (229) 30-37-70 courriel:
[email protected] Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 15 Dr Moïse Houssou Directeur de la Recherche Agronomique Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) Ministère du Développement Rural 01 B.P. 884 Recette Principale Cotonou tel (229) 30-02-64, 30-07-23 FAX (229) 30-37-70 Dr Kouessi Aihou CRRA - Niaouli Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB) B.P. 03 Attogon tel (229) 37-11-50, 37-12-50 FAX (229) 30-07-36 courriel:
[email protected] M me Bisi Soboyejo administratrice Biological Control Center for Africa International Institute for Tropical Agriculture (IITA) 08 B.P. 0932 Tri Postal Cotonou tel (229) 35-01-88, 35-06-00, 3019-94 FAX (229) 35-05-56 courriel:
[email protected] Les échanges 26 - Les échanges furent très fructueux et notre mission bien comprise. Les questions et les commentaires ont tous été fort constructifs. L'introduction de la participation de l'Université dans le projet, fut bien reçue au Sénégal, mais avec certaines réserves au Bénin pour des raisons historiques récentes et l'orientation pour un développement différent. 27 - Nous ajoutons en annexe des extraits de deux exposés ainsi que des commentaires. Quant à l'ensemble des discussions, les mauvaises qualités acoustiques ont rendu les bandes magnétiques presque inaudibles. Néanmoins, l'exposé de Cambérène (CDH) dans une salle plus restreinte donne une bonne idée des commentaires concernant le Sénégal (annexe n°9). Au Bénin c'est l'exposé fait Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 16 devant les professeurs de l'Université Nationale du Bénin qui est disponible dans l'annexe n° 10. 28 - Il nous semble important de souligner le rôle de l'Université malgré une certaine réticence des autorités béninoises. L'Université, comme entité, permet de lier les Sciences Sociales avec celles de l'Agriculture et de la Foresterie dans l'optique de former des compétences réelles pouvant assumer tous les aspects d'un transfert de technologie. L'implication des sciences sociales est nécessaire mais discutée depuis de nombreuses années, tant à l'ACDI que dans les universités canadiennes. Voici une occasion de faire école dans ce domaine par le biais des transferts de technologie associés aux changements fondamentaux suite à l'appropriation de celle des BRF. 29 - Parmi les grandes fonctions de l'Université, on doit souligner l'importance de la mission extension 11 . Nous croyons de plus en plus que cette orientation est indispensable et découle en bonne partie de la voie qu'il nous faut tracer pour que l'implantation de la technologie des BRF puisse se faire efficacement et d'une façon durable. Les consensus 30 - Malgré quelques réticences, les consensus furent nombreux et laissent présager des suites positives à cette mission. Nous avons constaté, ici comme ailleurs, la préoccupation de maintenir et d'augmenter la fertilité de sols et d'en contrôler la conservation. Toutefois, l'absence de technologie spécifique relative aux mécanismes fondamentaux a toujours été perceptible de la part de nos interlocuteurs, ne sachant trop sur quoi se rabattre, hormis des techniques abstentives (les jachères) ou culturales. 31 - L'originalité de la technologie que nous proposons a soulevé des questions par rapport aux pratiques en cours, d'origine autochtone ou allochtone, provenant de la technologie agricole d'origine européenne en particulier. Néanmoins, nous avons senti un véritable intérêt envers notre proposition qui, sous bien des angles, est parfaitement compatible avec la volonté d'augmenter et de maintenir la productivité agricole dans le contexte économique africain, la pierre de touche de tout l'édifice national dans bien des cas. 32 - Le consensus nous semble assez fort et général pour que nous proposions d'aller de l'avant dans la formulation d'un projet dont nous verrons dans les lignes 11 Une troisième fonction de l'Université après celles de l'enseignement et de la recherche. Cette fonction moderne consiste à introduire, par une relation privilégiée avec l'industrie le commerce et les producteurs agricoles, les connaissance et les techniques nouvelles. Cette nouvelle relaion avec la société comble un vide difficile à combler par l'État. Cette relation est à double sens alors que les résultats e les difficultés doivent retourner aux universitaires pour qu'ils soient intégrés dans l'enseignement et dans la recherche. C'un dilogue esentiel à une société moderne et qui ne pourait que profiter aux pays dont l'économie agricole et forestière n'est pas encore stabilisée Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 17 qui suivent l'ébauche d'un projet-cadre. Toutefois il ne faut pas sous-estimer l'importance du leadership que le Canada devra assumer dans la première période (phases 1 à 5) et dont la stabilité du financement sera impérieuse. Pour ce faire, nous souhaitons vivement la coopération de la Banque Mondiale de Développement dans (projet Tambacounda) et Prowalo sous l'égide de la Hollande 12 sur le fleuve Sénégal, dans la région de Saint-Louis. 33 - Enfin, soulignons que les consensus ont été obtenus institution par institution au Sénégal alors qu'ils ont été obtenus de façon collective au Bénin, lors d'une réunion de synthèse dans les locaux de l'INRAB à Cotonou en présence de tous les intervenants tant du Canada, du Sénégal, que de nos hôtes béninois Une ébauche schématique du projet-cadre 34 - Voici en quelques lignes quelles sont les principales caractéristiques que devraient avoir un projet viable en fonction des contraintes nationales africaines: Historique des travaux sur la technique des BRF, en particulier en Afrique de l'Ouest 35 - L'évolution de l'Agriculture africaine et son environnement est une préoccupation constante au Canada et dans la majorité des pays développés. Le recul de la forêt et la croissance de zones désertiques ainsi que la fertilité décroissante des sols, suite aux cultures intensives pratiquées par l'agriculture moderne, mettent en lumière le manque d'efficacité des moyens de production utilisés jusqu'à maintenant. Il est urgent dans plusieurs pays de l'Afrique de l'ouest que des moyens connus plus efficaces soient utilisés pour corriger le problème de la dégradation des sols. Lors d'essais menés à Thiès, dans la région des Niayes au Sénégal, l'enfouissement de bois de rameaux fragmentés (BRF) dans des sols dégradés a pû augmenter le rendement de la tomate amère, de la tomate et de l'aubergine de manière spectaculaire. Depuis 1994, à Bouaké en Côte d'Ivoire, des essais portant sur l'évaluation de cinq espèces ligneuses en tant que sources potentielles de BRF, sur les doses d'application combinées ou non avec différentes doses d'engrais minéraux (N, P, K) et l'arrière effet de ces traitements ont été mesurés sur le maïs. L'augmentation des rendements du maîs suite à l'application de BRF a varié pour atteindre jusqu'à plus de 400%, en fonction de l'espèce utilisée (Aman et Despatie, 1995; Aman et al. 1998). 36 - Bien que les mécanismes soutendant l'effet des BRF sur les sols soient encore mal compris, l'augmentation de la productivité des sols traités semble attribuable à la réduction d'infestation des racines des cultures par les nématodes et à une gestion améliorée de l'eau 12 Ces deux projets nous ont été signalés par M. Pelletier de l'ambassade du Canada et pour lesquels il nous a souligné sa volonté de coopérer. Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 18 et des nutriments par la matrice du sol. Ces observations sont supportées par les résultats de recherches menées antérieurement au Québec et ailleurs, et publiés par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux (Guay et al. 1981; Lemieux 1985, 1986 etc.). La technologie, dont la proposition d'implantation fait l'objet de cette demande, consiste à fragmenter des rameaux d'arbres de moins de 7 cm de diamètre et à les incorporer au sol. Les résultats obtenus par la suite sont le fait de la dépolymérisation de la lignine par les systèmes enzymatiques des organismes du sol, en particulier les Basidiomycètes, qui y réintroduisent et y maintiennent les chaines alimentaires et le cycle des éléments. L'addition de BRF au sol, en plus d'augmenter les rendements des cultures de facon spectaculaire, améliore la structure du sol et en assure la gestion des nutriments et de l'eau, et celà, sur une période prolongée. L'introduction de ces connaissances nouvelles nous confirme que le transfert de cette technologie aux paysans permettrait de valoriser un produit issu de la forêt pour lequel peu ou pas d'utilité est connue, pour restructurer les sols et assurer leur fertilité à long terme. Le ramassage des branches après la coupe de bois en vue de la fabrication de BRF aurait même l'avantage de réduire l'incidence des feux de brousse que l'on observe fréquemment. La technologie de l'utilisation des BRF apparait comme une clé majeure de l'autosuffisance alimentaire et de la durabilité des écosystèmes agricoles voués à la production végétale. 37 - Dans les Niayes, au nord ouest du Sénégal, une barrière végétale d'au moins 250 m de large et de plus de 150 km de long composée d'espèces ligneuses à croissance rapide, principalement le filao (Casuarina equisetifolia) a du être érigée pour stopper l'avance du désert et stabiliser les dunes. Néanmoins, le sol de la zone de culture vivrière que cet écran végétal abrite continue de s'appauvrir. Si le Bénin est mieux pourvue en eau que le Sénégal avec des précipitations de près de 1100 mm (vs 500 mm au Sénégal) répartis dans deux saisons humides, par contre les sols de ce pays sont aussi en perte d'efficacité, particulièrement dans la région du sud. La pression de la population est telle qu'il n'est plus possible de restaurer la qualité des sols par des périodes de jachère de plusieurs années, comme il se faisait anciennement. Les paysans du sud du pays ne disposent que de superficies d'environ 1 ha en moyenne, qu'ils sont contraints de cultiver constamment. Au nord du Bénin, où les paysans disposent de terre de 7 à 10 ha et parfois plus, la dégradation est moins rapide, bien qu'elle soit aussi très sensible. Les 20 années consacrées à la jachére pour maintenir la fertilité et les rendements sont réduites à quelques années seulement avec des baisses de rendement substantielles. 38 - La culture vivrière est importante au centre et au sud de la Côte d'Ivoire. Comme au Bénin, celle-ci s'opère sur de petits lots d'environ 2 ha et on y rencontre des contraintes semblables à celles du Bénin. Bien que les paysans ivoiriens bénéficient de deux saisons de production, comme au Bénin, les précipitations sont plus abondantes et peuvent atteindre les 2500 mm au sud de la Côte d'Ivoire. Le facteur limitant la production est plutôt la fertilité, les aires cultivées étant marquées par un appauvrissement très net et quasi général en éléments fins des couches supérieures du sol. Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 19 39 - La production agricole en Afrique de l'ouest a mené à la détérioration de la ressource sol. Le problème de la fertilité des sols vient en tête de la liste des priorités aux ministères de l'agriculture tant au Bénin qu'au Sénégal. L'induction de la pédogénèse par l'addition de BRF en sols dégradés représente une opportunité unique au moment de l'initiation de nombreux programmes de reboisement, notamment en région sahélienne et au Bénin. L'impact anticipé de ce projet est considérable puisqu'il est question d'adapter et de transférer une technologie qui assurera l'efficacité et la pérennité de la production végétale dans deux régions du Sénégal et du Bénin. Ces régions cibles seront les foyers à partir desquels la technologie de l'utilisation des BRF pourra essaimer. 40 - La probabilité de succès de l'opération de développement internationale proposée est particulièrement élevée, vue l'approche multisectorielle intégrante préconisée dans ce projet. En effet, l'implantation de cette nouvelle technologie de production durable s'appuiera sur un réseau en filières à plusieurs niveaux allant de l'université aux paysans, en passant par des instituts de recherche locaux, des organismes de développement, des ONG et des regroupements de producteurs. La plupart des intervenants identifiés ont déjà des liens de collaboration; ce qui renforcera l'efficacité des filières. À la lumière d'études socio-économiques, la proposition d'une technologie des BRF respectant les contraintes sociales des mileux en tenant compte de la situation des femmes, sera plus facilement adoptée par les paysans. 41 - D'autre part, ce projet s'inscrit dans un contexte favorable puisque des travaux préliminaires ont été faits au Sénégal. De plus, cette proposition fait suite à un projet qui a mené à l'adoption de la technologie des BRF par les paysans des Niayes, au Sénégal. Dans cette région, des regroupements de producteurs organisés en associations pour la gestion de la production des BRF, ont pu voir depuis 1992 comment leurs sols et leurs rendements pouvaient être améliorés. Au cours de cette expérience financée par l'ACDI, des problématiques importantes ont été identifiées. Parmi ces dernières, la question de l'accès des femmes à la terre, le transport et l'accès aux BRF, et l'accès à la connaissance technique et scientifique sont les pierres angulaires sur lesquelles repose l'action proposée. 42 - Des discussions avec plusieurs intervenants du Bénin ont permis d'identifier certains paramètres qu'il est important de considérer dans ce pays. Si le partage des terres risque moins d'être problématique qu'au Sénégal, le fardeau de la production et de la gestion des BRF s'ajoutera à la charge de travail déjà élevée des femmes et devra être considéré avec attention. Cette dernière contrainte se rencontre aussi en Côte d'Ivoire. Un autre problème potentiel réside dans le fait que les très fins rameaux (de moins de 3 cm) de certaines espèces ligneuses qui poussent à proximité peuvent servir de nourriture aux ruminants. Par contre, l'existence de programmes Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 20 de reboisement déjà en place au Bénin et au Sénégal est perçue comme un élément facilitateur. En effet, les rameaux des arbres exploités pour le bois de chauffe sont laissés sur place après la coupe et souvent brûlés. Ces rameaux constituent une source de BRF facilement disponible aux populations qui sont, d'ailleurs, impliquées dans l'exploitation des plantations béninoises et sénégalaises. 43 - Ce projet de développement fait suite à une première mission au Kenya, en Ukraine 1996-97. et finalement au Sénégal et au Bénin en juillet-août 1998 (annexe n° 10). Il y est proposé d'implanter et d'adapter la technologie des BRF, en Afrique de l'ouest, dans une optique agroforestière, par la poursuite de quatre grands objectifs. qui sont: • 1- L'appropriation de la technologie des BRF • 2- La mise en place de parcelles expérimentales et de démonstration • 3- La mise sur pied de forêts et de plantations forestières pour la production des BRF nécessaires à la technologie • 4- Organiser la recherche en soutien au développement avec avec l'appui des Universités canadiennes, de l'ICRAF et du TSBF en Afrique Orientale. Commentaires 44 - Cette ébauche de projet est le fruit d'un travail collectif fait lors de plusieurs séances de travail à Cotonou dans le cadre de la mission 1998. Il est signé par tous les membres de la mission qui sont Sylvestre Aman, Chantal Hamel, Serge Genest, Gilles Lemieux et Mamadou Seck.. Dans les semaines qui ont suivi la mission, des modifications ont été apportées en ce qui regarde des champs de recherche spécifiques, des modes de rémunération des participants éventuels au projet ainsi qu'au mode de diffusion de la technologie sur le continent africain. Ces modifications apparaîtront sous différents thèmes des projets nationaux et du budget global. 45 - Au Sénégal nous avons discuté d'un projet d'accord-cadre entre les universitéa Laval et Cheikh Anta Diop car de nombreux liens unissent déjà les deux institutions. Avec l'ambasssade du Canada, nous avons discuté de la possibilité de faire appel à des ONG, actives sur le terrain, tout comme au CTL de Thiès. L'aide de l'ambassade du Canada est souhaitable pour identifier des crénaux particuliers auprès de la Banque Mondiale dans la région de Tambacounda. 46 - Au Bénin, nos interlocuteurs ont déployé de grands efforts pour démontrer les besoins agricoles du pays et tous les problèmes inhérents. Ils nous ont remis trois Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 21 documents de planification 13 qui nous serviront dans nos recommandations. Nous somme allé sà Niaouli où l'AFNETA a marqué fortement autant le côté expérimental qu'organisationnel. Selon nos interlocuteurs il nous faudra tenir compte de deux grandes contraintes que sont l'arbre et le droit de propriété. On sait que l'arbre accapare toutes les ressources en période de profonde sécheresse, souvent au détriment des récoltes. Il est évident que les Sciences Sociales et le Droit auront à examiner tout ce qui touche à la propriété du sol. Les travaux du Dr Chin Ong de l'ICRAF permettront de mieux orienter les recherches portant sur la physiologie de l'arbre. 47 - Les budgets découlant de cette ébauche seront à plusieurs volets car il recouvrent des champs de compétence différents du point de vue administratif et financier, des institutions différentes au point de vue recherche et enseignement ainsi que des pays différents. Ces budgets seront libellés en dollars américains, car le dollar canadien étant trop instable pour le moment. L'ensemble du budget sera ventilé au maximum et divisé en deux parties. La première touchera l'enseignement et la recherche et s'adressera au CRDI. La seconde, impliquant le développement, la démonstration, la diffusion de la connaissance au niveau des populations et de la technique sera dirigée vers l'ACDI. Recommandations de la mission 48 - Les premières recommandations seront appuyées par des budgets et par un programme-cadre. 1) • Que suite soit donnée à la proposition faite au CRDI dans le document de mars 1998 sous le titre de «Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt» selon les modalités qui apparaissent dans le projet-cadre. 2) • Que ce projet soit réalisé sur une période de cinq années comprenant une phase d'établissement, de consolidation, d'évaluation après la troisième année et une d'évaluation finale la cinquième année incluant une recommandation pour une prolongation de 5 années supplémentaires servant à suire les effets à long terme. 3) • Que le Sénégal et le Bénin soit retenus pour poursuivre ces essais pour la période de 5 années. 4) • Que le Dr Mamadou Seck soit le responsable du déroulement des travaux à la fois pour le Sénégal et pour le Bénin. 13 «Note de présentation sur le programme national de la recherche agricole» (janvier 1997) -Table ronde sur la recherche agricole, République du Bénin, Ministère du Développement Rural, 16 pages. «Synthèse du plan directeur» (janvier 1997) -Table ronde sur la recherche agricole, République du Bénin, Ministère du Dé veloppement Rural 18 pages «Fiches sur les programmes de recherche» (janvier 1997) -Table ronde sur la recherche agricole, République du Bénin, Ministère du Dé veloppement Rural, 62 pages Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 22 5) • Que les universités soient les maîtres-d'oeuvre des travaux de démonstration et de recherche tant au Sénégal, au Bénin qu'au Canada. 6) • Que des ententes-cadres soient signées entre les diverses universités suivantes: l'Université Cheikh Anta Diop (UCAD) de Dakar au Sénégal, l'Université Nationale du Bénin (UNB) de Cotonou, l'Université McGill, Montréal, et l'Université Laval, Québec, Canada. 7) • Que dans toutes ces universités, un lien réel soit établi entre les sciences de l'Agriculture, de la Forêt et Sociales et qu'un financement adéquat soit disponible. 8) • Que l'administration financière et scientifique du projet soit confiée à l'Université Laval. 9) • Que tous les efforts possibles soient consentis dans ce projet pour mettre sur pied des services d'extension assurant ainsi aux universités l'accès à toutes les données scientifiques économiques et sociales avec un retour permettant leur utililisation pour renouveler le contenu de l'enseignement universitaire. 10) • Que la diffusion à grande échelle soit financée. 11) • Qu'une liaison efficace et réelle soit assurée entre les institutions canadiennes impliquées et celles de l'Afrique Orientale par l'intermédaire de l'ICRAF et du TSBF avec un financement adéquat. 12) • Que des rencontres et des visites soient organisées périodiquement entre les pays de l'Afrique occidentale et Orientale sous l'égide d'une association internationale à être mise sur pied. 13) • Que des approches soient faites en vue d'une collaboration et une aide au financement par la Banque Mondiale de Développement. 14) • Que des efforts de diffusions soient faits auprès de l'OCDE et des pays faisant partie du Club du Sahel pour les inciter à collaborer et à financer d'autres projets nationaux Les impondérables 49 - Plusieurs points sont difficiles à cerner et à évaluer avec justesse. Nous sommes dans un contexte particulier qui est celui de l'aide. Le Canada a des politiques bien arrêtées et compréhensives. Il est à revoir et réajuster ses exigences selon les conjonctures. C'est dans cette optique que nous faisons ces recommandations. Université Laval, Québec, Canada Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin... Lemieux, G, Genest, S. et Hamel, C. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt 23 50 - Nous croyons essentiel d'apporter le maximum de soutien et de coopération et la filière universitire nous semble la plus souple et la plus efficace. Au cours de cette mission, sont apparus des plages de coopération porteuses d'avenir. Nous croyons qu'une aide à la mécanisation doit être assurée, en dépit des craintes à l'égard d'un risque éventuel de dépendance.... Nous allons recommander que des broyeurs efficaces et adéquats soient mis à la disposition des coopératives locales pour une période minimale de 4 années, après quoi les broyeurs seront pris en charge par des entreprises locales qui prendront naissance, compte tenu des résultats observés et obtenus. Ce risque vaut la peine d'être pris et les chances de succès sont bonnes à moyen et long terme. Les contraintes 51 - Elles sont nombreuses autant du côté social que culturel. Au Bénin les caractéristiques culturelles ont des effets sur toute la société. Les contraintes sont différentes au Sénégal à cause de sa longue tradition de contact avec l'occident. Le Bénin pour sa part a été lourdement stigmatisé au cours de sa phase socialiste et par les séquelles de l'indépendance durant les années '60. Même si tout y est plus ordonné et plus rigide, il nous a été facile d'établir des contacts et des consensus, mais une coopération réelle reste à obtenir. Les béninois ont été les premiers à souligner les contraintes liées à la propriété du sol, ainsi qu'à celles des arbres en période de grande sécheresse. 52 - Par contre, la contrainte financière est sans doute la plus importante car des demandes incessantes de contributions pour les dépenses locales ont été faites au Sénégal et plus encore au Bénin. Leur perception de l'argent et leur type de gestion sont souvent incompatibles avec nos traditions et nos valeurs. Il faut donc composer avec cette contrainte en fonction de la valeur attribuée au service et cela par consentement mutuel. 53 - Nous souhaitons vivement que les États contribuent financièrement et s'impliquent ainsi au niveau des responsabilités politiques et de l'intérêt des dossiers en perpétuelle évolution. Une fois cette phase franchie, des progrès énormes dans le domaine de l'aide à l'Afrique, et les conditions économiques et sociales seront favorables au développement des êtres et des milieux. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° ISBN 2-921728-45-1 Dépôt légal: Bibliothèque Nationale du Québec: décembre 1998 Université Laval, Québec, Canada Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 24 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt «RÉUNION EXPLORATOIRE PORTANT SUR LES MÉCANISMES DE PÉDOGÉNÉSE À L'AIDE DU BOIS RAMÉAL FRAGMENTÉ» Centre de Recherche en Développement International CRDI et Agence Canadienne de Développement Internationale ACDI 24 novembre 1995 réunion tenue dans les locaux du CRDI 250, rue Albert Ottawa Ontario Canada Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 25 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 JHG • Le professeur Lemieux, lors de la dernière réunion du Club du Sahel nous a livré une conférence en termes scientifiques qui m'a dépassé complètement, mais heureusement j'ai eu l'occasion de lui demander ce qu'il voulait dire dans un langage que tout ignorant pouvait comprendre. En résumé le Professeur Lemieux suggère qu'il possible de substituer aux engrais traditionnels (NPK) que nous utilisons tous dans nos jardins particuliers, ce qu'il a convenu d'appeler le bois raméal fragmenté ou BRF. La réduction des rameaux en petits morceaux a comme résultat de briser la barrière qui empêche l'entrée des fungus donnant ainsi accès aux nutriments. La conséquence de cette technique a été de susciter la reconstitution du sol parce qu'apparemment c'est à ce niveau que la nature retient des ressources non disponibles pour la plante. Ceci a comme conséquence qu'il est possible de reconstituer un sol simplement en lui retournant les rameaux après les avoir réduits en copeaux. Si c'est vrai, nous serions en présence d'une révolution qui nous mène directement à ce que nous cherchons tous, la révolution verte qui nous a apporté tant, mais qui du même souffle, à prélever une quantité énorme de ressources dans les sols utilisés. Nous devons remplacer ces ressources à un coût très élevé à l'aide de fertilisants chimiques auxquels s'ajoute celui de la pollution. C'est exactement la difficulté du projet que je conduis en Ukraine où les paysans sont contraints à réduire leurs productions par ce que le Dniepr a été trop pollué par le sol cultivé rendant l'eau non utilisable pour des fonctions normales. J'ai pensé que cette idée était des plus intéressantes si elle s'avérait vraie. Je dois également souligner que le Canada (l'ACDI) à été largement décrié pour son «manque de succès». Ceci est tout à fait faux et, comme je suis ici depuis plus de 30 ans, je sais que ce n'est pas le cas. C'est une mauvaise perception que les canadiens ont de l'ACDI. A mon avis le temps est venu de mettre en place un projet et d'en faire un succès. Durant les 30 dernières années, nous n'avons jamais eu de réalisations communes et à succès entre le CRDI et l'ACDI. Je suis persuadé que nos patrons attendent une telle aventure commune. Je me suis demandé pourquoi n'aurions nous pas cette aventure audacieuse et imaginative en utilisant une recherche qui a déjà fait la démonstration d'une très grande probabilité de succès. Nous devrions capitaliser sur cette idée, y mettre notre marque de commerce et en tirer les bénéfices escomptés. Un tel projet se présenterait en deux volets: le premier serait l'aspect scientifique et les réalisations physiques (ACDI), et un second qui serait social comme la communication sociale (CRDI). Le CRDI pourrait dresser le protocole du projet en indiquant la méthode à suivre. Comme nous n'avons pas assez de connaissances pour exposer la situation, un dialogue mérite d'être entamé pour définir la tâche de chacun et ce qui doit être fait. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 26 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 Sommes nous des rêveurs comme le Professeur Lemieux qui se leva au milieu de la nuit en pensant qu'il faisait jour et se mit à écrire ou bien y a-t-il quelque chose d'important et de profitable qui mérite un suivi. Mon impression est que pour vendre ce projet au Canada, il faut n laisser les médias trouver ce que nous faisons et déclarer eux-mêmes que c'est un succès. Si on procède à l'inverse personne ne voudra nous croire. La stratégie que je propose en est une de «non vente» en laissant le temps faire les choses. Il faudra trouver une façon de vendre cette technique à la population et il faut savoir ce qu'on doit faire ou ne pas faire pour capitaliser sur un tel projet. Il faudrait que nous ayons du succès pour ne pas être traité, comme c'est le cas aujourd'hui de «manque de succès».Les canadiens, à titre d'exemple, ont une excellente réputation en ce qui regarde la culture de la banane parce que le CRDI est moins discrédité que l'ACDI à l'heure actuelle. Je demanderais au Professeur Lemieux de faire une courte présentation de la question à moins que l'ordre du jour ne soit pas assez clair. R.P.• Je demande plus de précision parce que la question je ne vois pas les objectifs à atteindre. S'agit-il de créer un nouveau projet, travailler de plus près avec l'ACDI, convaincre des gens? J.H.G.• Comme directeur du bureau de l'Ukraine, il serait possible de mettre sur pied un projet intéressant pour les ukrainiens. Ce faisant il se pourrait qu'il y ait place pour un projet de plus grande envergure réunissant à la fois le CRDI et l'ACDI avec des ramifications importantes pour le développement. Est-ce réaliste ou non, je n'en suis pas certain. Nous avons, autour de cette table, des gens qui peuvent se parler d'où votre convocation ici. Si ceci débouchait sur des choses concrètes, votre rôle devient très important. Il se peut aussi que cette réunion aboutisse à la conclusion qu'il n'y a rien à faire. Il faut donc nous assurer qu'il y a une dimension scientifique dans cette approche et que cette réunion permettra de recueillir quelques idées. R.P.• Si je me met à la place du chef des affectations journalistiques, qui réagira en se demandant pourquoi il devrait porter attention à un tel sujet? J.H.G.• Peut-être que la démonstration de cet après-midi nous convaincra que l'exercice n'a pas été inutile? S.K.• En ce qui me regarde je suis en contact depuis plus d'un an avec le Professeur Lemieux et je suis tout à fait au point du côté technique dans ce dossier. C.F.• Je suis certain que vous êtes au fait de votre éminent collègue, le Dr André Fortin. Nous avons eu ensemble de nombreux projets au cours des dernières années. avec plusieurs réussites dans ce cadre. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 27 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 De quelle façon le Canada peut-il être intéressé et comment peut-on vendre ceci à un large éventail d'agroforestiers, forestiers ou agriculteurs? G.L.• Toute cette question se présente comme une sphère toujours difficile à l'attaquer d'une façon simple, compréhensive avec des idées se développant d'une manière linéaire, dérivant les unes des autres pour arriver à une seule conclusion inébranlable. Je commencerais par une approche historique. Lorsque les hommes commencèrent à couper la terre, ils le firent dans un milieu forestier et fort probablement en terre africaine. Ils furent donc contraints à combattre leur principal ennemi la forêt et à s'insérer dans la chaîne des prédateurs. Dès que l'homme fut affranchi des contraintes forestières, il commença à cultiver, à devenir de moins en moins tributaire des dangers de la forêt et il augmenta sa productivité, particulièrement en milieu de savane. La conclusion est claire: tous les mécanismes de croissance et d'équilibre sont d'origine forestière. Dès qu'affranchi des contraintes forestières, on mis sur pied des moyens et des techniques pour se nourrir. On a tout d'abord produit de petites quantités de produits végétaux de faible valeur ajoutée par rapport aux productions indigènes. En réalité les problèmes ont surgi lorsqu'on a utilisé des fertilisants. La production mondiale s'est élevée de façon extrêmement rapide de même que la population. Après un certain temps de ce régime, on a vu les coûts de production s'accroître rendant l'accès difficile à ceux qui en ont le plus besoin. Si on examine la question à partir du sol, on constate la même chose. Au début on y trouve beaucoup d'énergie stockée et un trésor de nutriments que l'on peut utiliser lentement. Toutefois, lorsque le soleil atteint directement le sol, le système s'effondre en quelques années, après avoir été très productif. Les populations africaines sont soumises à ce régime depuis des millénaires et elles savent très bien de quoi il en retourne. Toutes les cultures sont marquées par ce phénomène incontournable. Il m'a semblé après réflexion que les mécanismes de cyclage des nutriments, devaient nécessiter de l'énergie ainsi que des mécanismes de contrôle des différents paramètres. À titre d'exemple, comment obtenir de l'eau pour la croissance des plantes lorsque la salinité du sol est considérable et que la pression osmotique est négative et élevée? Pourquoi, dans un milieu forestier, ceci ne se présente jamais. Pourquoi n'avons nous jamais de déficiences de phosphore en milieu forestier alors qu'elles sont cruelles en milieux agricoles et ce de par tout le monde. Si le phosphore disponible est trop important, il y a un effondrement de la biologie du sol et s'il est non disponible il y a effondrement ou réduction de la productivité des plantes. On a commencé à comprendre il y a une vingtaine d'année lorsqu'on s'est intéressé à la constitution et au fonctionnement des écosystèmes hypogés. Les chercheurs de Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 28 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 Corvallis en Orégon y ont contribué beaucoup, mais plutôt d'une façon descriptive et interrogative que factuelle. La base de leur expérimentation à été d'introduire du sol forestiers lors de plantation d'arbres et obtenir des résultats très positifs. À l'inverse, sans apport de sol forestier, les arbres mouraient après une année. Ce que je viens de dire concerne moins les nutriments que leur disponibilité. Nous avons pensé qu'il fallait regarder de près les relations entre les composantes de l'écosystème hypogé. Plusieurs chercheurs au court des années 70 ont démontré que plus de 70% de la productivité des plantes était dirigée vers l'écosystème hypogé, non pas pour produire du bois, des tiges, des fleurs ou du blé, ne laissant que 25% de la productivité pour la plante elle-même. Ceci indique clairement qu'en milieu forestier l'énergie dirigée vers le sol pour alimenter l'écosystème hypogé est vital pour la vie et le type d'équilibre qui s'y maintient. D'où vient ce besoin, pour que le système hypogé nécessite un source énergétique aussi importante pour assurer le mécanisme fondamental de transferts? En conséquence, ces observations montrent que lorsque que la vie de l'écosystème hypogé est florissante la plupart des nutriments ne sont pas sous la forme de produits chimiques tels que nous les mesurons. Tout est à l'intérieur de la biomasse microbienne en constante interactivité. Une première preuve apparaît lorsqu'on applique des BRF au sol, la croissance augmente et la consommation d'eau diminue de moitié avec des augmentation de rendement allant de 300% à 1000% selon les espèces. À titre d'exemple, au Sénégal, la production d'aubergine a augmentée de 927% dans la production d'aubergine au Sénégal. Nous avons eu des indications de ce genre avec la tomate amère (Solanum æthiopicum), la tomate dans le sud du Sénégal. Les tendances semblent être les mêmes en Côte d'Ivoire, où nous avons des augmentation de rendement avec le maïs de l'ordre de 400%. Bien que l'observation semble farfelue pour plusieurs spécialistes voire impossible en terme de rendement, il faut quand même constater dans littérature au sujet du phosphore qu'en présence d'une biomasse microbienne importante et active, il y a libération d'une enzyme, la phosphatase alcaline. Plusieurs pensent que ceci est lié à la matière organique, mais la réalité est toute autre. Nous pensons. comme des urbains que nous sommes que ce qui n'est pas profit est un déchet. Ceci n'est pas vrai en foresterie et en agriculture, rien n'est mauvais en soi. Ce sont les mécanismes qui font foi de tout, en établissant des équilibres qui se répètent sans cesse. Ces mécanismes sont difficiles à concevoir et à mesurer, mais ils sont bien réels. Comme les arbres semblent être en mesure de maintenir ce qu'il est maintenant convenu d'appeler les chaînes trophiques, soit l'interaction entre les champignons, les acariens, le petits mammifères, les lombrics... Une autre question reste cependant ouverte. Comment les nutriments peuvent-ils et sont-ils gérés et quelle est la base, en dehors de la biomasse microbienne, de la régie des nutriments dans le sol lui-même? Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 29 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 En incorporant ces petits rameaux au sol, sous la forme de BRF, il nous est apparu évident que nous apportions des nutriments, mais non en quantités très importantes. Ce que nous apportons est un ingrédient tout à fait remarquable spécifique à la forêt et qu'on ne rencontre pas en agriculture: la lignine, plus particulièrement sous la forme de monomères. Cette lignine possède deux groupements méthoxyles chez le feuillus et un seul chez les conifères. Lorsque j'étais aux Antilles à une altitude supérieure à 2,000 mètres, il n'y avait que des pins mais aucune agriculture n'y est possible même s'il fait très chaud, puisque nous sommes au 15 ième degré de latitude nord. Ceci indique que la différence entre les feuillus et les résineux réside dans la présence des groupements méthoxyles. Dans leur ensemble les feuillus donnent des sols brunisoliques avec un humus mince, permettant la chélation du fer et ce par toute la planète, car les sols agricoles sont dérivés de la forêt feuillue, mais très peu de la forêt coniférienne. Le monomère de base est représenté ici par un cycle benzénique ou aromatique . Il est remarquable de constater que l'évolution des plantes au cours des millions d'années a donné prépondérance aux cycles benzéniques à 2 groupement méthoxyles. Ainsi, les conifères ont une très nette dominance de cycles à un seul groupement alors que c'est l'inverse à mesure que l'on remonte la phylogénie des arbres en particulier. Maintenant nous sommes confrontés au fait que peu de travaux ont été faits sur cette jeune lignine immature présente sous forme de monomères ou de dimères. L'ensemble des travaux à ce jour on porté sur la lignine hautement polymérisée favorisant la décomposition des polyphénols qui sont loin d'être insignifiants au niveau des écosystèmes hypogés. Il semble bien que la lignine, qui n'est pas un élément par elle-même, par le simple fait qu'elle soit associée intimement aux hémicelluloses et aux celluloses forme une toile résistante capable de se dégrader en partie permettant aussi aux monomères de se resserrer entre eux. Toutefois, lorsque cette lignine se dépolymérise, elle libère une énergie importante dans le sol. Les célèbres chercheurs du Hubbard Creek Group au New Hampshire, dans le cadre du Programme Biologique International. ont clarifier la question énergétique du sol en système forestier. Après avoir exploité tous les arbres d'un bassin versant ils mesurèrent l'énergie présente dans le sol. De 15 000 Cal/m 2 , deux années plus tard, l'énergie contenue dans le sol n'était plus que de 2 000 Cal/m 2 , soit une déperdition de 13 000Cal/m 2 . Ce n'est qu'après 20 ans que l'énergie stockée atteint près de 10 000Cal/m 2 par la suite atteignant 15 000Cal/m 2 après 60 ans Ceci nous indique qu'il existe en foresterie un mécanisme de remplacement de l'énergie perdue qui n'a pas d'équivalent en agriculture. L'énergie disponible dans le système forestier permet donc d'augmenter ou de maintenir une biodiversité Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 30 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 absolument nécessaire dans la régie des nutriments en immobilisant ces derniers et en les relâchant dans la solution du sol lorsque le besoin s'en fait sentir pour la croissance et le maintien de l'écosystème épigé. Sous nos conditions un écosystème forestier climacique composé de feuillus peut posséder jusqu'à 500 espèces différentes alors que chez les résineux le nombre est réduit à quelques dizaines. Il y a ici une stratégie différente d'occupation du terrain: les feuillus en acceptant toutes les espèces possibles participent au pool des nutriments. et les résineux en éliminant les concurrents. Sous les résineux les nutriments sont bloqués, en particulier par la présence de nombreux polyphénols, et le feu est nécessaire pour les libérés donnant ainsi une «fertilisation chimique» avec de grandes pertes. On a donc recours à des mécanismes physiques de démolition de l'écosystème. Dans le cas de la forêt feuillue tous les nutriments se remplacent d'eux-mêmes. Ceci dit, que font donc les BRF dans cette galère? Ils remplacent les monomères de lignine provenant de la transformation des tissus végétaux dans les systèmes forestiers issus de la chute des feuilles, mais surtout de la transformation des très petites racines qui échappent à l'observation. C'est particulièrement le cas de la forêt tropicale qui ne perd pas ses feuilles À ces monomères se joignent la totalité de nutriments nécessaires à la croissance plus une kyrielle de protéines, hormones, enzymes, sucres etc. La présence de protéines très sophistiquées en même temps que de nombreux osides permettent l'installation d'une biodiversité tellurique. En quelque jours apparaissent les mycélium de champignons les plus sophistiqués, absents des écosystèmes agricoles artificiels, que sont les Basidiomycètes. En moins de 90 jours le sol devient brun bien que, dans des circonstances que nous commençons à comprendre, ce phénomène ne se produit pas toujours comme prévu. Il faut souligner ici que les Basidiomycètes sont à la base de la pédogénèse phénomène propre aux écosystèmes hypogés forestiers causant l'aggradation. Ces champignons sont également à la base des chaînes trophiques depuis les virus, en passant par les bactéries, protozoaires, algues, nématodes, acariens, insectes, vers de terre, taupes, crapauds, etc. Ainsi le cycle se complète avec la mise en disponibilité de nombreux nutriments et une augmentation de la biodiversité et de l'énergie de l'écosystème par opposition aux écosystèmes agricoles qui en sont particulièrement dépourvus. Dans ce cas, même si vous ajoutez des BRF et que vous intervenez 10 ou 12 fois pour des sarclages, désherbages, binages et autres, il est évident que vous accélérez la dégradation de la matière apportée par combustion biologique. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 31 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 Si vous n'intervenez que légèrement par des labours légers ou mieux sans labours, vous observez une augmentation de l'énergie stockée et de la biodiversité. L'un des premiers signes très importants notés au Sénégal fut la disparition des nématodes provoquant ainsi une augmentation de 50% de la productivité. Après trois années ces parasites ne sont pas réapparus, ce que l'application de «matière organique» au sens agronomique du terme, ne fait jamais. Nous changeons donc la base du sol agricole en sol forestier, mais sans la présence des arbres en établissant un nouvel équilibre et en faisant une régie de l'économie des nutriments. À titre d'exemple, la régie de l'eau se fait à partir de la métabolisation de la «matière organique» où elle est "inscrite" à l'intérieur de la biomasse microbienne, et subtilisée à l'influence de la solution du sol qui est responsable d'une pression osmotique négative à cause de la concentration en sels. Ainsi, de petites quantités d'eau sont immédiatement disponibles pour la croissance des plantes. Ceci est la réponse factuelle d'une productivité accrue avec une quantité réduite d'eau. Il en va de même avec le phosphore qui devient subitement disponible grâce à une augmentation importante de la phosphatase d'origine microbienne, faute de quoi cette ressource est inutilisable, d'où l'emploi massif d'engrais chimiques. D'autre part, tous les mécanismes responsables de la disponibilité de l'azote et de sa fixation deviennent très actifs par des voies que nous ne connaissions pas. Ainsi, la présence d'un nuage de bactéries entourant les mycélium ou les petites racines permet de fixer l'azote atmosphérique à l'aide de systèmes enzymatiques spécialisés utilisant le fer comme élément central de la protéine. L'azote ainsi fixé est dirigé vers la plante par le système racinaire sans être soumis à la solution du sol encore une fois. Nous n'avons eu aucune carence azotée tant en Afrique et dans les Antilles, alors que nous en avons eu de légères ici. Toutefois, ces problèmes d'azote n'apparaissent que la première année. Une application de BRF en fin d'automne élimine tous les risques l'année qui suit. La majorité de nos collègues nous ont dit que cela est impossible, mais voici les résultats, aussi bien au Québec qu'au Sénégal, en Belgique, en France, et en Côte d'Ivoire. Les résultats obtenus ici et en Europe, sont multipliés par un facteur variant de 3 à 10 en climat tropical, comme quoi l'énergie est une facteur majeur dans le fonctionnement de ces mécanismes. Il faut noter que l'énergie sous toutes ses formes et sous toutes les longueurs d'ondes est utilisée, non pas une par une partie du spectre visible comme on est porté à le croire. Cela est du à la très haute diversité biologique capable de tout utiliser et de faire les transferts par la suite au niveau des relations interspécifiques du système hypogé. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 32 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 Lorsque nous avons commencé nos travaux nous ne savions pas à quoi nous nous attaquions, mais nous avions des résultats pour lesquels il nous a fallu trouver des réponses dont je viens de vous faire part. A.L.• Une conséquence cocasse de tout ceci réside dans le fait que les ménagères trouvent les légumes trop gros et qu'elles doivent donc les divisés. Comme il n'y a pas de système de conservation, la moitié non utilisée est une perte, voilà pourquoi de beaux et gros légumes ne sont pas aussi prisés qu'on aurait cru. C.F.• Je remercie le Professeur Lemieux qui a fait un exposé le plus simple possible et relativement clair. Ceci pourrait encourager une coopération très intéressante entre le CRDI et l'ACDI. R.P.• Je voudrais résumer ce qui vient d'être dit. Le Professeur Lemieux vient de démontrer qu'en forêt il existe un monde équilibré qui se régénère ce que l'agriculture n'a jamais été capable de faire, même avec des engrais chimiques. G.L.• Les engrais chimiques sont incapables de produire de tels équilibres ils ne font que suppléer pour un temps. Cette technique des fertilisants s'avère avec le temps non viable économiquement influençant par la négative la valeur des monnaies nationales en fin de course. R.P.• Vous vous êtes donc demandé pourquoi l'application des BRF avait une telle influence et vous êtes aperçu que la réponse venait sous la ligne du sol. C'est ainsi que vous avez découvert que la valeur des rameaux était la solution à tous ces problèmes. Ceci déclenche toute une série de mécanismes dans l'écosystème hypogé qui sont aussi vieux que la forêt elle-même. La question qui vient par la suite et que vous vous êtes posée est de savoir pourquoi ne pas apporter les rameaux aux champs et en faire des paillis. G.L.• Je vous arrête ici parce que les mécanismes que je viens de vous exposer n'ont rien de commun avec un paillis bien connu en agriculture et qui n'a pour but que d'affecter des facteurs physiques (diminution de l'évaporation, de la température, protection des racines...) La pédogènèse n'est pas «cosmétique» mais c'est le fondement même de la vie des écosystèmes terrestres. Ici les rameaux sont incorporés au sol «à titre de nourriture fondamentale» et par l'action des Basidiomycètes ils sont intégrés dans tout le système. Dans le cas d'un paillis, les champignons s'y intégreront, mais ils consommeront les rameaux à leur seul bénéfice sans apport à la vie de la communauté hypogée. Ceci est au seul bénéfice des champignons, non pas du sol; c'est une perte non pas un gain. R.P.• Lorsque vous parlez des rameaux, de quoi s'agit-il? S.K.• Il s'agit des fines branches, allant de quelques millimètres à 5 ou 7 cm de diamètre sans les feuilles. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 33 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 G.L.• Dans tous les pays africains, tout comme au Québec, personne n'utilise ces petits rameaux impropres à la construction ou à la cuisson. A.L.• Il n'y a que les chèvres qui montrent un véritable intérêt pour ce matériau. R.P.• C'est donc un matériau que nous avons tendance à rejeter et à considérer comme nuisible et indésirable. J.H.G.: Nous avons donc le réflexe de le mettre dans un composteur avec les coquilles d'oeuf et le marc de café ce qui par le travail bactérien donnera un compost riche en nutriments: c'est une processus organique de minéralisation Ceci s'oppose donc au processus dont nous discutons qui en est un d'humification. A.L.• par aggradation! J.H.G.• C'est donc la création d'un humus non pas d'humidité. R.P.• Il faut donc mettre des BRF dans le sol, non pas dans un composteur. G.L.• Je vous rappelle mes premières paroles en disant que notre monde est un monde déchetaire où ce qui n'est pas utile est un déchet. Il faut donc comprendre que les coquilles d'oeufs sont des déchets, le fumiers de poule également y compris les branches. Le compost est la solution idéale dans ce monde déchetaire en soumettant tout ce qui n'est pas utilisable à la fermentation bactérienne thermophile. Ainsi, la masse disparaît sous l'action microbienne donnant à partir de 10 tonnes, de 3 à 5 tonnes de compost. Cette perte est en quelque sorte récompensée des fertilisants chimiques que l'on peut analyser, quantifier pour en tirer bénéfice financier. Il en va de même des techniques forestières où les «déchets de coupe» doivent disparaître le plus tôt possible afin de prévenir les incendies. Ces pertes par combustion enzymatique sont fort appréciables et on y consacre de fortes sommes. Si la destruction naturelle n'est pas assez rapide, les gouvernements utilisent l'incendie contrôlé pour faire le travail Voilà une immense richesse pour laquelle on consacre de grosses sommes à l'élimination J.H.G.• Lors du compostage il ne s'agit sans doute que de la perte d'eau! A.L.: C'est avant tout une perte d'énergie considérable par augmentation de la température que l'on mesure. J.H.G.• L'énergie n'a pas de poids. G.L.• Si vous voulez connaître le poids de l'énergie vous n'avez qu'à peser la quantité d'essence de votre réservoir de voiture et vous verrez que c'est lourd. R.P.• Vous avez donc trouvé le déclencheur de l'équilibre possible pour les sols agricoles? Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 34 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 G.L.• Ce n'est pas un déclencheur, mais plutôt la mise en place des mécanismes de contrôle et de maintien de tels équilibres qui ont toujours existé en milieux forestiers mais cette fois qui sont transférables aux sols agricoles. S.K.• Je vois ici deux aspects pratiques dont le premier est l'intérêt éventuel pour l'Ukraine et le second pour l'Afrique en général et le Sahel en particulier. Ce qui est nouveau pour moi, c'est l'explication scientifique du phénomène, ce qui se passe dans la réalité. Nous avons en place tout un réseau de stations de recherche qui rejoint à peu près ce qui vient d'être démontré. Comme on n'a pas bien compris toute la complexité scientifique, nous n'utilisons pas le phénomène à sa juste valeur. Nous avons un réseau de stations de recherche que nous appelons de cultures en couloir. Il repose sur 22 pays et 30 instituts de recherche. On y cultive des essences à croissance rapide qui après 2 années sont coupées et dont on utilise une partie pour couvrir le sol. Les augmentations de rendements obtenues vont de 50% à 100%. Nous avons donc la base sur le terrain et l'idée principale de cultiver des essences à croissance rapide est bien implantée depuis une dizaine d'années. Au Sahel il faut produire de tels rameaux parce qu'ils n'existent pas dans la nature. Nous avons identifié aussi bien les essences exotiques que locales. La différence qui me semble évidente de ce que nous faisons, par rapport à ce qui vient de nous être exposé, tient probablement au fait que nous avons considéré ceci comme étant un paillis pour des besoins physiques. Un aspect différent aussi dans la culture en couloir tient également au fait que les rameaux sont utilisé pour la cuisine, comme tuteurs pour les ignames et autres utilisations, ne laissant que les feuilles pour le sol. Si on comprend bien le mécanisme, il serait possible de maintenir le même réseau d'avoir de plus gros rendements en laissant les arbres pousser plus longtemps en mettant l'accent sur le bois raméal non pas sur les feuilles comme actuellement. Ceci nous permettrait de nous servir de tous les contacts identifiés jusqu'ici parce que même si nous avons des augmentations de rendement appréciables, nous avons toujours beaucoup de difficultés à faire passer la technologie. Je présume qu'avec le bois raméal nous aurons les mêmes contraintes. Comme on comprend de mieux en mieux les mécanismes, il nous est possible d'accommoder l'utilisation des BRF. J. H.G.• Si je comprends bien, comme à la fois le CRDI et l'ACDI sont impliqués, il s'agit tout simplement de focaliser le réseau actuel de culture en couloir pour tester le bois raméal bien plus que les feuilles. Ceci veut dire que sans un sous, en expédiant simplement une lettre à tout le monde, on a déjà une bonne partie du travail de fait. S.K.• Il faut reconnaître que ce réseau tire à sa fin que le CRDI a des moyens très limités. On pourrait y aller pour une somme de 500,000$ mais si l'ACDI prenait un tel réseau ce serait avec beaucoup plus de difficultés. C'est la raison pour laquelle il serait intéressant de réorienter le réseau qui existe déjà en le focalisant sur le concept de bois raméal avec nos stratégies de diffusion. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 35 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 J.H.G.• Il s'agirait donc de «réénergiser» ce réseau avec quelques billets de banque et un peu d'autorité et de direction. G.L.• Auquel il faut joindre les ONG. En Casamance M. Malick Diallo a compris qu'en faisant passer l'information par son réseau local conduit par des femmes, il a obtenu le concours de 60 femmes locales qui sont venues fragmenter les Combrétacées poussant sur les jachères et par la suite, il a obtenu des rendements sensationnels sans un seul sous de déboursé. G.B.• Le côté scientifique de la question semble être bien campé et si des contestations devaient voir le jour elles devraient se régler à ce niveau. Par contre avant de se lancer dans une logique d'expansion, il y a un autre pas qu'il faut franchir, celui des conditions et appropriations des innovations et qui n'est pas connu. Une innovation n'existe pas en tant que telle mais uniquement en interrelation avec des sociétés humaines, avec des contraintes physiques comme le type de climat, le sol, l'ethnie, la culture au niveau économique, social etc. Je ne suis pas dans la logique d'un réseau. J.H.G.• Un réseau se limite à la partie technique de la chose. S.K.• Notre expérience nous a montré que c'est le côté social de la question qui détermine le succès ou non de la technologie. Dans les orientations nous avons convenu de mettre l'accent sur le côté social. Nous comprenons maintenant un peu mieux le processus scientifique ce qui nous permettra des rendements beaucoup plus élevés. J.H.G.• Cet aspect de la question pourrait être une tâche dévolue au CRDI parce que les conditions sont plus différentes en Ukraine qu'au Sahel au point de donner naissance à un tout autre modèle d'expansion. G.B.• Il me semble que ceci devrait faire l'objet d'un projet spécifique de recherche- action qui implique des personnes fonctionnant avec des groupes cibles en sélectionnant des contextes, des populations etc.. portant sur les questions d'appropriation de l'innovation. G.L.• Ceci est la raison pour laquelle je suis parti en missionnaire pour parler à des groupe ciblés au niveau scientifique (Portugal, Belgique),administratifs à l'international (FAO-Club du Sahel) ou sociaux (Pont-Carré en France, les maraîchers de Notto au Sénégal, groupements populaires dans la Matapédia etc...) Partout la même réaction: après un premier étonnement le plus souvent muet, tous repartent avec la documentation sans plus. S.K.• Comme il est difficile de proposer des choses nouvelles, et selon ce que nous savons déjà, l'ACDI est-elle prête à ce que l'on reformule un tel projet considérations conjointes? Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 36 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 R.P.: Pourquoi l'ACDI n'est-elle pas sensible à des projets conjoints. A.L.• Je suis à l'ACDI depuis 17 ans et j'ai essayé, autant comme autant. J'ai été à Dakar pendant près de 5 ans et toutes les réunions avec le bureau régional du CRDI n'ont jamais donné naissance à une coopération, malgré leur grand nombre, toutes aussi stériles les unes que les autres. Les intentions étaient toujours très bonnes mais la réalité était tout autre dans les faits. À mon avis il y a un clivage qui n'a aucune raison d'être mais qui est bel et bien là. J.H.G.• Deux raisons expliquent cette réalité. Obligé de clarifier ses budgets, le Conseil du Trésor a refusé à l'ACDI d'entreprendre des projets qui pouvaient avoir un aspect recherche en stipulant qu'elle était du domaine exclusif du CRDI. Ainsi l'ACDI y a perdu la face à tous les coups. Simultanément il y a eu perte de vision en ce que la spécificité de la recherche était souvent très pragmatique et que cette idée n'a pas été appuyée par l'ACDI, obligée de rendre compte car chaque projet est une unité distincte dont on sort gagnant ou perdant. C'est cet esprit compartimenté et de concurrence à l'égard des projets qui a fait que le CRDI et l'ACDI se sont progressivement éloignés à cause de leur conception différente des choses. Ceci à mener au fait que le CRDI et l'ACDI sont devenus des agents d'exécutions, ce qui accommodait les deux institutions à la fois. Ce sont là des transactions «commerçantes» (non pas un mariage) où il serait possible à l'un de prendre le relais de l'autre lorsque sa partie est achevée. S.K.• Le réseau dont il est question existe depuis 5 ans et on y a investi 4 millions (US) provenant de l'ACDI; mais ils furent utilisés par le CRDI. Nous sommes donc à la veille de renégocier une deuxième phase. J.H.G.• Si je comprends bien, cette structure pourrait être réorientée légèrement et approvisionnée avec un peu d'argent frais pour tester en temps réel, des options que le Professeur Lemieux nous apporte. Dans cette optique, que faire pour vérifier les conditions d'appropriation avant de faire un design que l'ACDI pourrait s'approprier. Il faut donc un test sur les conditions d'appropriation. S.K.• Si nous devons continuer ce ne sera pas dans l'optique des tests techniques mais plutôt dans le sens des tests d'appropriation qui serait notre deuxième phase. J.H.G.• Votre réseau peut-il faire autre chose que des tests techniques et d'appropriation? S.K.• Oui, notre réseau ne compte pas que des biologistes. Nous n'acceptons pas que les acteurs de la première phase mais ceux de la seconde également. Maintenant que nous avons identifié toutes les contraintes sociales nous nous posons la question à savoir quelle est la meilleure façon de s'attaquer à ce problème. J.H.G.• Dans le cas qui nous intéresse il pourrait y avoir un suivi technique qui permettrait de valider les conditions techniques dans 22 pays différents. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 37 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 A.L.: Si l'on doit démontrer la valeur de cette technique dans une optique de développement durable, il faut en démontrer la valeur économique auprès de paysans. J.H.G.• Ceci doit faire partie des conditions d'appropriation. G.B.• Il ne faudrait pas pour ce faire se limiter au réseau. Il est très important de constituer des groupes cibles situés totalement à l'extérieur, sinon on pipe les dés en partant car les personnes impliqués dans les réseaux connaissent la recherche et ont fait un apprentissage de ce qui est demandé. Ainsi, on fait des statistiques dont on a nous-même défini les paramètres et pour lesquels on attend des réponses. G.L.• Avant d'aller plus loin sur ce terrain je me permets de proposer le retour à des faits plus pertinents au cadre dans lequel nous avons fait nos recherches. Je me réfère ici au double cycle de l'eau: dans un premier temps il se présente au niveau de la biomasse microbienne, comme je l'ai expliqué plus tôt. Dans un second temps il est beaucoup plus important et cela dépends de paramètres physiques, comme la présence d'une couverture forestière qui crée un microclimat à température inférieure au sol, et plus élevé en altitude, avec la conséquence qu'il y a condensation et précipitation. C'est le cas de la forêt amazonienne, mais lorsque la forêt est disparue, la sécheresse s'installe. Dans cette optique l'utilisation du bois raméal devrait se faire selon un plan beaucoup plus astucieux et plus économique en utilisant la biomasse de BRF plus au sud et en l'utilisant petit à petit pour tisser un réseau forestier. C'est le problème du Sahel qui se pose et même dans les conditions de savane, l'eau se raréfie continuellement et ne réapparaît que lors d'accidents météorologiques. J.H.G.• Cette démonstration a été faite dans les îles du Cap Vert au large du Sénégal ou les habitants ont plantés des centaines de milliers d'Acacia albida afin de changer la température au sol pour provoquer des précipitations qui autrement se faisait uniquement en mer à cause des hautes températures au sol qui empêchaient la condensation sur terre. Ce que les capverdiens ne savent pas c'est qu'ils pourraient doubler ou tripler la vitesse de croissance en utilisant les BRF alors qu'ils procèdent à des élagages en brûlant ces branches après les avoir exporté de la forêt qui en aurait tant besoin. A.L.• Ces rameaux ne sont pas utilisés comme bois de feu contrairement à ce qu'on pense généralement. Ils sont broutés par les chèvres qui donnent un fumier bien supérieur à celui des bovins, chevaux ou ânes. G.B.• Une autre raison pour laquelle il faut s'attarder au niveau social réside dans le fait qu'on ne peut propager l'innovation par l'information. Ce qu'on vise est une modification du comportement des gens. Ceci exige un processus pour que les gens réalisent l'innovation pour eux-mêmes. La façon de procéder n'est pas différente au Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 38 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 nord qu'au sud. Dans la réalité ce qu'on estime être un paysan n'existe pas. Il existe des personnes riches, informées et productives et à côté des personnes pauvres sur des sols dégradés, et qui vivent au siècle précédent dans leur quotidien. Il est impossible de procéder de la même façon avec l'un et l'autre. R.P.: Qui a financé cette recherche? G.L.• Personne, mise à part une assistance technique anonyme du Ministère des québécois des Forêts, et une publication des résultats par le même ministère mais de façon la plus anonyme possible. La société REXFOR a contribué mais elle s'est retirée brusquement me laissant avec une dette personnelle de plusieurs milliers de dollars. Cette absence de financement est également volontaire parce que sans des investissements personnels massifs de ma part et de quelques collègues, tous les travaux se seraient terminés dès le début des années 80. Vous devez comprendre que la recherche véritable se fait par des hommes non pas par des universités anonymes et sourdes, tributaires de l'État ou des gouvernements qui cherchent à se faire réélire. J.H.G.• Le temps est venu de conclure cette réunion. Ceux qui sont autour de cette table ont compris de quoi il s'agit. On devrait à l'interne se reparler de la chose dans le semaine qui vient et de voir un peu mieux les mécanismes qu'on peut utiliser, clarifier les contraintes qui doivent être soulevées et qui, doit les porter plus haut. Il faudra également compléter ces informations par les réflexions de G. B. qui nous indiquera la façon de procéder au cours des différentes étapes et comment identifier les personnes pour les franchir. R.P.• Y a -t-il des journalistes qui se sont intéressés à cette question? G.L.: Aucun véritablement, même lors du symposium de la FAO. A.L.• «La Semaine Verte» de Radio-Canada en a déjà fait mention mais en termes agricoles uniquement sans aucune référence aux mécanismes qui tiennent d'un autre univers. G.L.• À la suite de cette «piètre performance» j'ai été moi-même porter les Actes du Colloque International tenu dans la Matapédia en septembre 1993. Je n'en ai jamais entendu parler et la journaliste en question n'est plus à l'emploi de Radio-Canada. J.H.G.• Nos journalistes ont une mentalité à l'opposé de l'objet de nos discussions. J.H.G.• Il faut tenir compte de l'angle sous lequel vous voulez vendre ces techniques. Le passage à une émission de sciences comme «Découverte» avec un journaliste compétent et intéressé avec du matériel visuel, pourrait être très intéressant. S.K.• Nous avons fait des vidéos avec les Arbres de l'Espoir mais comme nous ne comprenions pas les principes, nous ne nous sommes pas rendus au niveau décrit par le Professeur Lemieux, mais ceci est tout à fait compatible avec que vous demandez. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 39 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 R.P.• Mon point de vue est particulier car je voudrais vous aider dans cette recherche d'intérêt de la part de l'État Canadien qui possède les fonds, mais non pas de l'Afrique qui demande de tels fonds. Ceci pourrait soulever l'intérêt de société privées ou autres. J.H.G.• Il ne faut pas penser que toutes les sociétés ont de l'intérêt pour de telles techniques, c'est, plutôt l'inverse car elles veulent vendre des techniques industrielles avec des profits importants. Il faut créer un minimum d'intérêt chez ceux qui peuvent utiliser une telle méthode. Le Professeur Lemieux mentionne que la compagnie américaine Dole et la canadienne Falconbridge ont commencé à utiliser ces techniques. Il va de soi que l'obligation environnementale de régénérer les forêts pourrait intéresser ces sociétés. G.L.• Il en va autrement des société forestières qui sont intéressés dans la production de bois caulinaire, le bois raméal est avant tout un déchet pour lequel ces sociétés ont une perception négative. J.H.G.• Vous dites qu'il est possible d'équiper des machines de fragmenteuses pour broyer ces rameaux au moment de l'exploitation sans trop de frais. G.L.• Après plus de 10 ans aucune velléité de la part des sociétés forestières pas plus que des responsables au niveau de l'État au Québec ou ailleurs, ne s'est manifestée à cet égard. Il semble évident que tous attendent de l'argent disponible pour procéder. (The Corporate Welfare Bums' Theory). R.P.• Pour ma part voici ce que peux faire pour vous aider. Je vais en parler avec un journaliste que je connais bien de l'émission «Découverts» à la télévision de Radio- Canada et je verrai ce que l'on pourra faire par la suite. G.L.• Il faudrait que la situation soit bien claire de ma part. Je ne suis pas vendeur de ces techniques et je n'en attends aucun bénéfice personnel. À quelques reprises cette technique a été mentionnée dans les médias et à chaque occasion je n'ai eu que des embêtements: demandes de fonds, demandes d'aide, où acheter ce matériau, ou encore de la part des étudiants avez vous des fonds pour faire une maîtrise sur la question, etc. Mon seul intérêt est de trouver un moyen où il sera possible d'accumuler des données et des résultats supplémentaires pour mieux connaître ces phénomènes. C'est mon rôle à l'Université, tout en poursuivant des travaux concrets sur le terrain. Comme le processus est universel, il me faut donc des essais à grande échelle distribués par toute la planète. C'est l'essence de mes démarches depuis plus de 5 ans. Vos intérêts et les miens peuvent se rencontrer ici. G.B.• Si une telle démarche publique se faisait, elle devrait influencer les décideurs au niveau gouvernemental. Il serait plus facile ainsi d'obtenir un financement susceptible de profiter à ceux qu'on veut aider. Annexe n° 1 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aout 1998) Texte des discussions de la réunion ACDI/CRDI/Université Laval 40 Ottawa, Ontario, 24 novembre 1995 G.L.• Je vous rappelle que de mettre cette question sur la place publique va m'apporter des embêtements considérables que je suis de moins en moins enclin à supporter. Nous sommes à une époque où tout doit venir d'ailleurs. J'ai souvent l'impression d'être perçu comme un Père Noël en puissance, à tort ou à raison, ce qui, au fil des ans, est un handicap certain, puisque je ne suis ni l'État, ni une grande société industrielle, ni Dieu le Père pas plus que le Père Noël lui-même. J.H.G.• Je perçois cette question comme une opportunité qui subit certains blocages mais qu'on voudrait faire évoluer. Il y a des blocages technologiques et psychologiques qu'on doit faire évoluer pour aboutir à une réalisation humaine dont on serait fier. Le temps est venu de faire alliance avec l'ACDI dans cette aventure. R.P.• Le temps n'est donc pas propice à une offensive médiatique sur cette question parce que les journalistes voudront des résultats concrets. J.H.G.• Je confirme que la vente vient dans un second temps, mais je voudrais que la presse, par votre intermédiaire, soit sensibilisée dès le début en se demandant si à long terme ceci ne serait pas un beau projet? R.P.• Je suis consciente que le temps n'est pas propice à vendre ce projet, mais comme cas personnel d'un chercheur qui s'est sacrifié, endetté et qui n'a pas été compris, et dont les résultats d'importance majeure dorment sur les tablettes, il y a là quelque chose de très intéressant au point de vue du public. ------------------------- Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 41 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Séminaire rencontres et entretiens portant sur l'utilisation des bois raméaux en agriculture dans le réseau AFNETA. sous la commandite du CENTRE DE RECHERCHE EN DÉVELOPPMENT INTERNATIONAL Ottawa, Canada «La mission africaine: Sénégal et Kenya» compte rendu et commentaires Dakar et Nairobi par le Professeur Gilles Lemieux mars 1996 Université Laval Québec G1K 7P4 Québec Canada Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 42 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada Nairobi, Kenya Le but précis de ce séjour était de donner un séminaire aux chercheurs de l'ICRAF (International Centre of Research in AgroForestry [photo nº 36]) tel que stipulé dans un message électronique du CRDI en date du 27 février 1996 et dont on peut lire le texte ci-dessous: Re: Visit by Prof. Gilles Lemieux A group of scientists headed by Prof. Gilles Lemieux of Laval University has been working on "Ramial Chipped Wood" as a way of improving soil fertility through an accelerated pedogenetic process. Preliminary results on crop yields have been outstanding according to the proponents who have contacted IDRC and CIDA for its further testing in Africa. We are then contemplating supporting its testing as an integral part of the Agroforestry research activities currently carried out under AFNETA. However, before we proceed any further, we would like to facilitate an exchange between the Laval group and those involved in he same area of research in Africa. We are therefore suggesting to Prof. Lemieux if agreable to you, to visit your institution, interact with your research staff, share with them their ideas and explore ways of establishing a collaborative link between this new initiative (to be developed under AFNETA and some of your research programs. Prof. Lemieux is willing to give a seminar. He will be accompanied by D r Olu Oziname and D r Jean Tonye the two AFNETA coordinators and be visiting IITA March 10-12 and ICRAF/TSBF March 13-15. We would be grateful to you for confirming that this visit is convenient and that your staff will be able to meet with him.". Les intentions du CRDI étaient claires et les termes de référence à nos travaux étaient explicites: «Preliminary results on crop yields have been outstanding according to the proponents who have contacted IDRC and CIDA for its further testing in Africa.» Mes propos étaient à l'effet d'exposer les mécanismes biologiques en cause, alors que l'attente portait sur l'augmentation des rendements par les techniques en usage et dont la dialectique est basée sur des prémices anthropogènes et nutrimentales. Ceci devait inévitablement mener à des qui proquos; ce qui ne manqua pas d'arriver. L'accueil C'est après un trajet de presque 24 heures, sans pouvoir dormir, que j'arrive à Nairobi où un responsable du transport m'attend pancarte à la main, mais dont l'anglais Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 43 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada est plutôt rudimentaire, pour me diriger vers l'hôtel où je logerais durant mon séjour. Il est huit heures au matin du 10 mars. À mon arrivée je m'aperçus avec frayeur que mon portefeuille avait été subtilisé soit à Dakar, Accra ou Nairobi. Je pris les moyens d'arrêter mes cartes bancaires et constater qu'il me manquait plusieurs centaines de dollars US. Il me fallait donc encaisser le coup après le quasi échec des discussions de Dakar, doublé d'une nuit sans sommeil. Deux heures après mon arrivée, je suis convoqué au bureau du D r Pedro Sanchez en des termes plutôt militaires pour 11 heures précises. Cette «convocation» n'augurait rien de bon. Bien que courtoise cette rencontre en présence du D r Bruce Scott le quartier-maître de l'établissement, et après une première tasse de café kenyan d'excellente qualité, me posa directement la question en me demandant ce pourquoi je me présentais à l'ICRAF. C'est à la suite de demandes répétées de «data, I want data» que ce s'est engagé ce difficile dialogue. Le terrain était miné et il me faudrait procéder avec grande prudence et une fois de plus accepter quolibets et sous-entendus railleurs, ce qui ne devait pas manquer par la suite. Sans répondre directement à cette provocation je lui tendis copie du texte 14 qui serait la base de mon exposé lors du séminaire fixé pour le lendemain. Par la suite les propos furent plus modérés mais les questions portant sur le phosphore et l'azote demeurèrent plutôt cinglantes et mes réponses firent l'objet de mimiques désapprobatrices. J'étais bel et bien dans la fosse aux lions devant un scepticisme des plus notoires, car n'ayant pas pris connaissance du texte, mais uniquement celui du CRDI, ce qui sembla soulever son total désaccord. Après 40 minutes d'échanges vains nous quittions les lieux. C'est ainsi que j'ai vécu cette situation, qui m'était déjà apparue un peu trouble par le mode de convocation et surtout par le comportement d'allure «militaire» de tout le personnel qui semble obéir à des ordres selon un plan. Était-ce une illusion? Je n'en sais trop rien, mais le comportement des gens qui passent sans un sourire, sans discussion, me laissant attendre des heures sur un banc dans le hall d'entrée, sans s'enquérir de ma présence, me laissa perplexe dès l'abord. Par la suite, je fus introduit par une autre secrétaire auprès du responsable des séminaires et des moyens de transport. Le séminaire Cet accueil quelque peu gênant m'a mis immédiatement dans une position de porte-à-faux des plus inconfortables car je comprenais que seul l'aspect «données» (data) comptait. Je devais donc malgré la fatigue refaire au complet l'ossature de mon message et l'axer sur la partie la plus faible, celle des données alors que tout était 14 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit:le sol vivant» Université Laval et CRDI, 55 pages ISBN 2-921728-15-X Une traduction en langue anglaise devait être disponible pas la suite sous le titre de «The hidden world that feeds us: the living soil» ISBN 2-921728-17-6. Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 44 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada construit autour de l'«idée» de base c'est-à-dire les principes et les mécanismes de la pédogénèse. J'étais véritablement dans la fosse aux lions avec un désavantage énorme, celui de la complexité du message et du manque évident de réceptivité de la part des interlocuteurs. Le séminaire a eu lieu le 11 mars à neuf heures dans la salle de l'ICRAF House. J'ai alors pris la résolution d'utiliser les chiffres que venait de me donner mon collègue Seck sur la culture de la tomate en démontrant quels étaient les rendements en fonction de l'utilisation des BRF de filao, des modes d'applications et de la réaction en fonction du temps. Vu sous cet angle je devenais extrêmement vulnérable, en particulier de la part de ceux qui ont une longue expérience agronomique sous les tropiques. Que venait donc faire dans cette galère ce «nordiste» avec ces quelques tomates africaines, a certainement pensé la majorité de l'assistance? Toutefois, j'avais cru utile de faire circuler parmi l'assistance une traduction en langue anglaise des 16 hypothèses de base contenu dans le document longuement préparé avant mon départ. À mon grand étonnement ce document a été utilisé pour railler davantage mes propos. Le divorce «data-idées» était consommé.... Ce comportement ressemblait étrangement à celui de 1986 lors d'un séminaire à Agriculture-Canada. Il s'est répété lors du séminaire de Ath 15 en Belgique (pages 2 à 17) et lors des entretiens de Kiev quelques mois plus tard. Le tout peut se résumer en une phrase lapidaire: «Parlez nous des rendements, des coûts et profits, des maladies et déficiences on a que faire des idées et des mécanismes cachés...data, data, data !». Dans les vingt minutes qui m'étaient accordées, je n'ai fait qu'un très bref survol de la question car la majorité du temps ayant été consacré à déballer les chiffres exprimés en tomates à l'hectare. Voici les quelques remarques qui m'ont été faites à plusieurs reprises de façon narquoise, quelquefois nettement agressives, et toujours sans avoir lu aucune de mes publications: a) Nous avons déjà vu des rendements de la sorte mais spontanément sans pouvoir les reproduire, de telle façon que vos propos n'ont guère de surprise et d'intérêt pour nous. b) Si le Kenya avait à sa disposition tous les fumiers qui empoisonnent la Hollande (j'en conclus que cet interlocuteur était d'origine hollandaise), le Kenya n'aurait aucun problème de «matière organique». c) Votre insinuation comme quoi tous les sols agricoles du monde sont originaire de la forêt feuillue ne tient pas parce que les sols pris à même les grandes forêts de pins du centre des USA donnent d'excellents rendements, sinon les meilleurs au monde... d) Je ne crois rien de ce que vous écrivez de la question énergétique. Croyez-vous que le sol émet des rayons X...? 15 Lemieux, G. (1995) «Rapport de mission européenne: Belgique et France, du 15 au 20 décembre 1994» Université Laval, 47 pages, ISBN 2-921728-09-5. Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 45 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada Avant le séminaire, j'avais choisi d'éviter les confrontations stériles qui ne manqueraient pas de se produire. J'ai écouté sans commenter ni argumenter bien que j'eusse des arguments car même les meilleures explications auraient été inutiles dans ce genre de débat. Les rencontres personnelles Tel que stipulé dans la demande du CRDI du 27 février un certain nombre de rencontres avec des chercheurs avaient été planifiées. La première eut lieu après le séminaire avec M me Joan Baxter, une canadienne chargée de l'édition de l'ICRAF Journal et deAgroforestry Today. Elle s'est montrée étonnée mais non surprise de l'accueil réservé à mes propos et m'a demandé de lui fournir la matière nécessaire à la rédaction d'un article dans Agroforestry Today. Cet article paraîtra dans l'édition septembre-octobre 1996 16 . Je lui suis reconnaissant pour la sollicitude et la constance des relations que nous avons eu durant les mois qui ont suivis. C'est tout à l'honneur de l'institution. Elle m'a remis des copies de l'Agroforestry Journal et un document fort pertinent pour les visiteurs de l'ICRAF 17 . Visite et discussions chez le D r Chin K. Ong Dans la matinée du 13 mars, M. Kiio responsable des visiteurs m'a permis de rencontrer à son bureau le D r Ong 18 , dont le premier réflexe a été de me demander ce que je voulais. Après un premier étonnement de ma part, je lui ai répondu que je ne voulais rien et qu'il y avait certainement une confusion à mon égard. Il se ravisa et se rappela du sujet que j'avais traité la veille et s'excusa de n'avoir pu assister à ce séminaire. En tant que physiologiste, il comprenait mes propos mais il avoua que ceux-ci ne suscitaient guère d'intérêt chez ses collègues. Il me confia quelques réflexions personnelles et me fit part d'expériences africaines et australiennes qui eurent un grand succès en appliquant au sol des rameaux, puis fragmentés par les termites comme nous l'avions constaté l'année précédente en Casamance au Sénégal. Il n'y eut aucune question sur le «pourquoi» ni sur le «comment» Les propos furent cependant courtois. 16 Anonyme (1996) «New ideas on soil formation, soil fertility» Agroforestry Today, vol. 8 nº3, page 23-24 ICRAF, Nairobi, Kenya. 17 Anonyme (1994) «ICRAF Staff List» 117 pages, Nairobi, Kenya. 18 Dr. Chin K. Ong Crop Physiologist and Microclimatologist, International Council for Research in Agroforestry, ICRAF House, Limuru Road, Gigiri P.O. Box 30677 Nairobi Kenya . Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 46 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada La rencontre avec le D r Swift à son laboratoire du complexe de l'UNESCO. Le D r Swift 19 dirige un excellent laboratoire soutenu par des fonds de l'UNESCO et qui se trouve à quelques encablures de l'ICRAF House, mais dans le grand complexe des Nations Unies. Ce centre de recherche porte le nom de TSBF (Tropical Soil Biology and Fertility Programme) Les propos que nous avons échangés furent des plus intéressants car je connaissais en bonne partie ses publications. dans un champ très voisin de celui que nous venions de traiter. Malheureusement, il n'avait pas eu le temps de venir au séminaire tenu la veille. Déjà il avait proposé des modèles similaires aux nôtres portant sur les cycles benzéniques dans la structuration du sol. En même temps, il me signala que le temps n'était pas favorable à cette approche biologique et biochimique et il sembla fort résigné à son sort d'être, en bonne partie, exclu de ce nouveau champ de recherche. Cette longue conversation m'a convaincu que l'approche du D r Swift était fautive car elle se référait aux phénomènes agricoles comme base de raisonnement. Ainsi. sa dialectique l'entrainait irrémédiablement vers les nutriments et les explications chimiques à partir de sols dégradés dont l'origine biologique n'était jamais remise en question. Il devenait ainsi démuni et probablement méprisé de la part des «productivistes» comme le sont tous les agronomes du monde par définition. Nos prémices tiennent compte du temps et des équilibres dynamiques créés par les interactions biologiques développées au cours des millions d'années qui ont précédé surtout des milieux forestiers. Il m'a remis une étude fort intéressante qu'il venait de publier avec le Dr Woomer 20 et dont nous avons publié l'ensemble des titres dans l'édition vol.2 nº 2 de notre bulletin d'information de juin dernier. Ce travail démontre plus que tout autre, la filiation qu'il y a entre les sols tropicaux et tempérés où les mécanismes de fertilité sont illustrés, mais avec des explications qui manquent souvent de profondeur, sans tenir compte du passé ni de l'avenir. Dans les semaines qui ont suivi, j'ai tenté de maintenir par courrier électronique le contact avec le D r Swift , mais sans succès. La rencontre manquée avec le D r Roland Buresh Au matin du 14 mars, on est venu me chercher à mon hôtel du centre-ville pour une rencontre à 9 heures avec le Dr Bruesh responsable des recherches en fertilité des 19 Prof. Mike J. Swift, Director, Tropical Soil Biology & Fertility Progamme, UNESCO-ROSTA, UN Complex, Gigiri Block B P.O. Box 30592, Nairobi, FAX 1-254 2 521159, E Mail
[email protected]. 20 Woomer, P.L. & Swift, M.J. (1994) «The Biological Management of Tropical Soil Fertility» John Wiley & Son England, 243 pages, ISBN 0 471 95095 5. Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 47 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada sols au Kenya. Il me fit alors savoir qu'il ne pouvait me recevoir pour l'instant mais dès qu'il serait libre, il m'en avertirait. Deux heures et demie plus tard après deux rappels, il devenait clair qu'il ne désirait pas me recevoir. J'ai dû conclure que le temps était venu de retourner à l'hôtel pour préparer mes bagages et m'envoler sur Amsterdam. Depuis lors je n'ai eu aucune explication ni aucune excuse. J'en conclus que mon jugement était correct et que je dois de prendre la chose pour ce qu'elle vaut: peu! Commentaires Il m'est très difficile de conclure que je connais bien la situation car comme en Ukraine plus tard, je n'ai pas eu accès au terrain ni aux travaux en cours. Le tout s'est limité à faire connaître mon point de vue sans aucun retour. Il est difficile dans ces circonstances de ne pas manifester quelques déceptions. La dernière partie de ce rapport de mission sera consacrée à une évaluation de la situation au regard des BRF et telle qu'elle m'apparait en 1996. Pour le moment, je ne ferai que des propositions au CRDI à caractère scientifique philosophique, technique, sociologique et tactique. Toute action est à repenser pour aboutir à une appropriation véritable de la part des intéressés ou qui méritent de l'être. Dans cette optique, mon collègue Edgar Guay poursuit une correspondance avec le D r Chin K. Ong de l'ICRAF et M. André Létourneau de l'ACDI dans le but d'évaluer l'appropriation 1 traditionnelle des ethnies africaines en ce qui regarde le bois raméal. Nous sommes sur une piste prometteuse à la suite des travaux faits par les suédois dans la forêt de Gusselbodi au Niger. Il semble bien que l'utilisation des rameaux au sol soit une tradition africaine et qu'il serait possible de la raviver et de la moderniser. Des tentatives d'échanges avec les suédois sont en cours mais elles sont particulièrement pénibles. Des propositions d'essais 5 Je ne reprendrai pas toutes les propositions faites dans le document que mon collègue Lachance et moi-même présentions en décembre 1995 mais les points suivants sont à retenir. Comme il faut que les essais soient comparables pour en évaluer la pertinence et éviter les écueils, il faut accepter que nous proposions une vue souvent diamétralement opposée à ce qui est communément mis de l'avant. Ainsi, des essences comparables seront utilisées en même temps que des essences locales selon des protocoles les plus rigoureux possibles. Essences. Nous proposons pour des fins stratégiques d'utiliser dans tous les pays les essences suivantes: 1) Casuarina equisetifolia 2) Gliricidia sepium Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 48 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada 3) Acacia mangium 4) Cassia siamea (syn. Sene siamea) 5) Acacia auriculiformis Deux groupes de parcelles seraient mise en place simultanément, le premier (type A) serait constitué de BRF épandus et mélangés au sol, tandis que le second (type B) recevra un apport de 10 à 20 grammes de sol forestier de surface. Il serait l'inoculum assurant la présence de nombreux microorganismes dont les Basidiomycètes. Pour le choix des essences indigènes, il faudrait les limiter à 10 et toutes les parcelles seraient du du type A. Superficies Nous proposons que chaque parcelle traitée aux BRF ait une superficie de 100 m 2 y compris la parcelle témoin. Le dispositif pourrait être renouvélé pendant trois années consécutives et les observations faites pendant 5 ans. Plantes-test Comme plante indicatrice une Solanacée comme la tomate qui a une audience universelle auprès des consommateurs africains serait préférable. Ce sont les responsables nationaux qui devront faire ce choix. Les préalables Pour assurer une coopération pleine et entière et surtout pour que les intervenants locaux soient bien informés, il faudra dans chaque pays choisi qu'une conférence d'information sur un mode interactif soit organisée. Tout d'abord ce serait pour le personnel scientifique et technique et dans un temps second pour les paysans. L'administration de ce programme Dans son document de janvier 1996 publié dans le bulletin d'information du GCBR vol 2 nº 1 à la page 26, on peuy lire:«IDRC is best placed to supervise this activity from its Regional Office in Dakar, Senegal. IDRC staff will assist AFNETA in designing both the research and extension agenda». Le peu d'enthousiasme manifesté par nos amis d'Ibadan, le peu de réceptivité de la part des autorités nigérianes pour accéder à l'IITA et l'absence de réactions à nos courriers électroniques militent très certainement en faveur d'un transfert vers Dakar de toutes nouvelles activités dans un tel programme de recherche et de développement. Toutefois, le manque d'intérêt manifesté de la part du représentant du CRDI à Dakar m'inquiète tout autant. ll faut reconnaître que ceci ne relève pas de mon autorité. Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 49 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada Je profite de cette occasion pour souligner combien l'image du Canada reflétée par les activités du CRDI à l'étranger ne correspond en rien à la réalité canadienne malgré les sommes importantes qui y sont consacrées. Un tel programme régi depuis Dakar serait sans doute plus apte à refléter cette réalité en privilégiant à la fois un accès au côté francophone (l'Afrique de l'Ouest) et au côté anglophone (Afrique de l'Est). LES PROPOSITIONS 1 • Scientifiques Beaucoup est maintenant connu, mais des trous béants restent et sont même si importants qu'on a peine à les évaluer. Il reste tout le domaine de la dynamique des polyphénols, celui des complexes enzymatiques, mais avant tout l'utilisation des BRF comme base de la méthode expérimentale qui doit être utilisée. Toute la question énergétique demeure centrale mais, pour le moment, n'est percue que comme une problème de disponibilité de l'eau. Enfin il nous semble important de signaler l'importance de la pédogénèse tout autant que les biotechnologies où nous investissons tant sous la pression des puissants lobbies de l'industrie de la recherche. 2 • Philosophiques Il est à la fois intéressant et troublant de constater que tout le développement des connaissances actuelles s'est fait directement de la science à la technlogie sans passer par la philosohpie, gardienne de la pensée et garante de la connaissance des équilibres. Nous négligeons les équilibres et connaissances accumulés en amont et ne nous soucions que de celles en aval. Ainsi ces systèmes vitaux fort complexes dont notre économie quotidienne dépend sont-ils relégués à l'ignorance souvent la plus complète qui soit. Les dernières décennies nous montrent, avec preuve à l'appui, ce qui nous attend mais nous n'avons noté aucune appétence de la part de nos collègues scientifiques dans tous les pays qu'il nous a été donné de faire valoir nos connaissances sur le sujet. Lorsque nous avons été contesté, ce fut sur des sophismes ou des faux-semblants, tous relatifs au monde aval. Absolument rien de sérieux. Il faut donc nous attaquer à ce monde «amont» et démystifier ce qui ne l'a pas été par les apports de la chimie au XIX e siècle. Voilà pourquoi, en cette fin de millénaire, la science est si dépourvue hormis la description de ce qu'elle voit, pèse et compte. Ici les étoiles et les astres ont préséance sur le sol et ce depuis Sumer. Il est de grand intérêt d'essayer de percevoir de la part des scientifiques qui ont une relation quelconque avec le sol. Ils n'y voient qu'un monde chimique où la biologie est exprimé en termes anthropocentriques où la faim et les maladies sont omniprésentes. Après avoir utilisé une panoplie de «poisons» pour obvier à un problème quel qu'il soit, tous les scientifiques que je connaisse sous tous les cieux se Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 50 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada voient forcer de constater qu'ils sont impuissants et doivent « attendre les effets du temps» Ce «temps» est en bonne partie composé d'industries de pointe, d'ndustries mécaniques, de biotechnnologie, de prédation artificielle etc. Lorsque cette panoplie n'est plus utile, il faut nous confier à «MÈRE NATURE» puis aux Saints et finalement à Dieu le Père lui-même. Ici, durant plus d'un millénaire, l'archange Gabriel a fait des merveilles avec ses légions de séraphins emplumés. Nous en sommes toujours là ou presque....! L'apparition des mathématiques et particulièrement l'une de ses branches qu'on appelle la statistique a donné naissance dès la fin des années 40 à une chasse effreinée aux données (le data collecting des anglo-saxons). Elle nous a conduit dans un désert d'idées, mais dans une orgie de résultats et de moyens de plus en plus sophistiqués. C'est ce qu'a exprimé le D r Sanchez en réclamant «data, data, data!). Nous en sommes au choc des idées contre les données. Ceci fut particulièrement navrant de le constater lors du symposium de la FAO lors de son 50 ième anniversaire de fondation à Québec en octobre 1995. Le combat qui s'annonce est celui de IDÉES CONTRE DONNÉES. Il sera féroce, mais les données devront céder du terrain non pas à la facilité et à l'anarchie, mais au dur labeur et à la rigueur scientifique. Il reste à évaluer les appuis... dont le Canada devrait être l'un des grands promoteurs. 3 • Techniques Nous les avons presque toutes faites, il reste à les confronter avec la réalité de chacun des pays. La base reste la production de BRF pour structurer le sol, y augmenter l'énergie disponible, liée à des nutriments pour susciter la fertilité par la fragmentation et l'«attaque» des Basidiomycètes. Ces techniques simples devraient donner naissance à la culture des arbres pour ces fins spécifiques pour finalement apporter une réalité concrète à la lutte à la désertification. Ici les pays devront mettre à contribution leurs idées et leurs connaissances plutôt que leurs industries lourdes. 4 • Sociologiques L'une des préoccupations actuelles de tous les pays et organismes qui aident au développement international, est l'appropriation des techniques proposées. Il faut donc que les propositions soient aptes à être intégrées au patrimoine culturel des ethnies mais, dans la mesure du possible, avoir des racines dans les traditions locales. Ici nous avons quelques succès théoriques en ayant identifié l'utilisation des rameaux dans son application au sol et au contrôle de la biodiversité chez les peuples du Sahel. Il en va tout autrement dans nos pays du nord, mais nous en payons le prix qui va sans cesse s'élever. Annexe n° 2 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) La mission africaine: Sénégal, Nigeria et Kenya Professeur Gilles Lemieux 51 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval. Québec, Canada 5 • Tactiques La formation de grandes bureaucraties des organisations internationales le plus souvent sans âme mais avec des appétits qui ne cessent de se faire entendre, semble avoir atteint son apogée et montre un certain déclin. Nous avons quelques expériences de la chose après notre passage à Rome en 1993 21 où derrière les bonnes manières, nous y avons vu beaucoup de fatuité et de cynisme. Les années suivantes en ont fait la preuve. Il est urgent que les états prennent en main ce volet «amont» qui est celui de la pédogénèse, de la constitution et de la régie des écosystèmes et en forcent l'entrée dans la belle société scientifique par les institutions prestigieuses que tout état entretient. À l'échelle internationale, un premier séminaire devrait se tenir dès la troisième année des travaux en Afrique. Éventuellement un plus large devrait se tenir ici, au Canada, dès la cinquième année avec une large diffusion dans les deux langues nationales pratiquées. --------------------------- 21 Lemieux, G. (1993) «Rapport de mission au siège international de la FAO à Rome, du 1 er au 4 décembre 1993» Université Laval, Département des Sciences du Bois et de la Forêt, 12 pages. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 52 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada RAPPORT DE MISSION À L'ICRAF: L'APPROCHE DES ORGANISATIONS NON GOUVERNEMENTALES (ONG); UNE PERSPECTIVE SUR LERÉTABLISSEMENT DE LAFERTILITÉ DES SOLS EN AFRIQUE ET AU MOYEN-ORIENT (3-9 juin 1997) Professeur Gilles Lemieux 22 Mandat du CRDI: Participation à l'atelier de l'ICRAF portant sur la dégradation des sols en Afrique et au Moyen-Orient. Dans les jours qui ont précédé mon départ pour Nairobi, voici les termes du mandat que m'a confié le CRDI de la part du Dr Don Peden responsable pour l'Afrique, qui lui- même a passé quelques années à l'ICRAF de Nairobi. BUTS Identifier les moyens pour arrêter et renverser la dégradation des sols en Afrique et au Moyen-Orient. Cet événement mettra en présence des ONG (Organisations non-gouvernementales) ainsi que des donateurs pour évaluer le degré de dégradation de la fertilité dans les différentes zones agro-écologiques africaines. La technologie des BRF pourrait avoir un impact intéressant associée à d'autres technologies à la fois bio-physiques et socio-économiques de l'aménagement du sol. Il est important que les BRF soient considérés comme une alternative nécessitant une évaluation dans le but de renverser la dégradation des sols. Il faut également encourager la participation des Canadiens dans ce projet global. objectifs a) Participer à l'atelier international touchant les différentes approches pour combattre la dégradation de la fertilité des sols en Afrique b) Assister le CRDI dans la préparation d'une stratégie de recherche pour arrêter et renverser la dégradation des sols en Afrique et au Moyen-Orient c) Consulter les collègues européens sur les problèmes bio-physiques et sur les mécanismes qui assureront l'augmentation des productions agricoles par les BRF. d) Dans les deux semaines qui suivront le retour au Canada, un rapport devra être présenté au CRDI en résumant les points de vue des participants, les recommandations de l'atelier. L'emphase sera mise sur le rôle que le Canada peut jouer, ainsi que l'Université Laval, pour trouver une solution à la dégradation des sols en Afrique et au Moyen-Orient. Il faudra 22 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Faculté de Foresterie et de Géodésie, Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 53 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada identifier les partenaires nationaux et internationaux potentiels pouvant collaborer avec Laval dans l'évaluation et l'adoption de la technologie des BRF. INTRODUCTION Grâce à l'appui du CRDI et particulièrement avec l'aide du D r Don Peden, responsable pour l'Afrique auprès de cet organisme, j'ai eu le privilège de participer activement à cet atelier tout en visitant les laboratoires de l'ICRAF et ses sites expérimentaux. Atelier sur le développement de stratégies nationales sur la recapitalisation de la fertilité des sols en Afrique sub-saharienne (Lomé 22-25 avril 1997) Il faut cependant reconnaître que cet atelier est la suite logique de la réunion de Lomé (Togo) financée par le Netherlands Environmental Trust Fund, l'International Fertilizer Development Center (IFDC), ainsi que la Banque Mondiale pour le Développement. Cet atelier était la résultante d'une série de rencontres et de discussions entre les Agences Nationales, Internationales et multilatérales, auxquelles se sont joints les organismes de recherche, les organisations non gouvernementales (ONG) ainsi que des représentants du secteur privé. On peut avoir une idée des thèmes développés dans cette perpective en prenant note des exposés qui y ont été présentés 23 . Une lecture attentive de ce rapport montre que tous les thèmes discutés ne font appel à aucune innovation, réflexions ou recherches fondamentales. C'est la somme des thèmes connus basés sur la fertilité chimique dans des contextes «écologiques», «agrotechniques», «économiques», «sociologiques», «politiques» avec des objectifs aux niveaux nationaux et internationaux. J'ai été personnellement invité à participer à cet atelier de Lomé par la Banque Mondiale pour le Développement, mais des contraintes budgétaires et malentendus administratifs ont fait que les fonds nécessaires à ce déplacement m'ont été donnés trop tardivement. Je le regrette, mais il me faut constater que le contexte n'aurait pas été propice au développement de nouvelles idées comme l'a été la conférence e Nairobi. Il est remarquable de constater que l'approche «écologique» a été de loin la plus négligée et n'a fait l'objet d'aucune analyse alors que c'est à ce niveau que se présentent les difficultés que nous aurons l'occasion de discuter plus loin dans ce rapport. L'emphase semble avoir été mise sur la disponibilité du phosphore dont plusieurs pays peuvent disposer dans leur patrimoine minier. Ceci traduit fidèlement la base de discussion à la réunion du Club du Sahel à Point-au-Pic en 1995, alors que la représentante de la Banque 23 Breman, Henk (IFDC Africa) « Building Soil Fertility in Africa: Constraints and Perspective» Bikienga, Martin, I. (Ministère de l'Agriculture, Burkina Faso) «Case Study on the Strategy for the Large Scale Use of Burkina Faso Phosphate» O'Connel, Paul (Banque Mondiale) «Sustainable Soil Fertility Management» Poulisse, Jan ((FAO-AGLN) «The Soil Fertility Initiative for Sub-Saharan Africa; a joint Search for Solution». Rosseau, Pierre (Banque Mondiale) «Synthesis of Phosphate Rock Case Studies» Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 54 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Mondiale venait faire l'apologie de cette ressource fondamentale et où le ministre sénégalais de l'Agriculture, M. Robert Sagna était venu défendre ce point de vue à la suite de mon exposé. Il semble bien que de nombreux pays africains aient des ressources importantes en phosphates qu'ils aimeraient mettre en valeur pour des fins agricoles. Un résumé de l'atelier de l'ICRAF Il serait présomptueux de vouloir faire un résumé exhaustif de tous les propos tenus durant cette semaine, mais il m'est apparu relativement clair qu'une autre avenue se dessinait sans qu'elle fut définie avec netteté. Bien que beaucoup de propos furent tenus sur l'importance de la recapitalisation des sols en phosphore, les propos du D r Mike Swift 24 ainsi que ceux de Swift, Mafongoya, P. & Ramakrishnan, P.S. 25 portés sur la biodiversité et principalement sur l'apport d'azote aux cultures de maïs en utilisant des BRF de Tithonia diversifolia ainsi que de Senna siamea (Cassia siamea). Pour sa part le D r Miguel Altieri 26 a fait une démonstration magistrale de l'importance et de la diversité de la biologie du sol lors de son exposé du 9 juin. Ainsi, j'estime que le D r Swift et le D r Altieri ont très bien délimité notre champ d'action. Dès l'ouverture de son exposé, le D r Swift 2 a mentionné que l'énergie était la clé du problème et que les lignines et les polyphénols en étaient la cause et l'effet. Le D r Altieri, de façon plus explicite et plus complexe, a montré que la «matière organique» était la base de la fertilité à travers les chaînes trophiques. Toutefois, bien qu'implicite, la distinction entre la recapitalisation chimique et la dynamique de la biologie n'a pas été faite dans l'initiation et le maintien de la fertilité. Beaucoup pensent encore que d'augmenter les réserves en phosphore du sol apporteraient la solution aux pauvres performances des sols africains. Je n'ai lu ni entendu aucun propos qui porteraient sur la pédogénèse et les mécanismes de gestion des nutriments. Les quelques discussions que j'ai eues avec des participants ont montré que cette avenue leur était tout à fait étrangère et toute allusion à la naissance de ces mécanismes en milieu forestier plus insolite encore. Il y a un bon bout de chemin à parcourir, mais cet atelier de Nairobi est sans doute la plus importante des étapes qui vient d'être franchie dans la diffusion des concepts, idées et mécanismes des 10 dernières années. Comme le démontre une analyse de la bibliographie qui fera partie d'un second chapitre de ce rapport, bien que tous cherchent une fertilité, seuls les augmentations de rendements ont fait l'objet d'attentions certaines basées sur la disponibilité de l'azote et du phosphore. Dans la réalité, ceci représente les préoccupations de l'agriculture canadienne 24 Swift, M. (1997) «Biological management of soil fertility: an integrated approach to soil nutrient replenishment». 29 pages 25 Swift, M.J. Mafongoya, P. & Ramakrishnan, P.S. (1997) «Soil Biodiversity: An essential Foundation for Sustainable Soil Fertility» Proceeding of the second International Crop Science Congress, 11 pages. 26 Altieri, M. (1997) « NGO approches to soil fertility replenishment in Latin America» More food, less poor, better managed resources: Prespectives and questions for and from NGOs regarding the renewal of global agricultural research system 12 pages. Non governamentak committe for the consultative group on international agricultural research (CGIAR NGO Committee, 5 pages. Goldstein, M. (1997) Soils in West Africa: Issues and options for fertility maintenance, 18 pages, Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 55 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada dans les année 50 et au début des années 60. Il m'a semblé que tout était à faire sur la connaissance de mécanismes biologiques et en particulier des mécanismes enzymatiques de transfert intimement liés à la biologie et à la biochimie. En résumé, si la voie à suivre semble se dessiner avec de plus en plus de clarté, on a fait appel surtout aux mécanismes chimiques et physico-chimiques de mise en disponibilité des nutriments. Cette fois ce sera en identifiant le rôle important, mais encore nébuleux, de la biologie et surtout de l'énergie nécessaire pour structurer le sol par la voie des polyphénols eux-mêmes issus de la dépolymérisation de la lignine, sur lesquels il faudra tabler. De nombreuses conversations avec des participants m'ont suggéré que peu ont les connaissances minimales pour montrer de l'intérêt dans ces aspects fondamentaux. En cela, je ne fais que constater et renforcer mes observations et convictions sur d'autres scènes nationales ou internationales. C'est ici que les choses sont le plus difficile à faire évoluer. J'ai été à même de constater que le concept de base de la pédogénèse est absent des esprits et des préoccupations, et encore moins sur les mécanismes pédogénétiques issus de l'évolution en milieu forestier. PERSONNES RENCONTRÉES Les personnes que nous avons rencontrées et avec lequelles j'ai eu quelques discussions l'ont été le plus souvent grâce à la connaisance du milieu qu'à Don Peden mais également à la suite de mon passage en 1996. Toutes, sans exception, se sont montrées surprises des propos que je leur tenais sur l'approche pédogénétique de la question de la fertilité des sols dont voici la liste: Gehrke, Wolfgang Amadeus Hydro Agri International 35, rue du Pont 92200 Neuilly-sur -Seine France Albrecht, Alain ORSTOM (LCSC) B.P. 5045 34032 Montpellier CEDEX 1 France Altieri, Miguel, A. University of California 201 Wellman-3112 Berkeley California 94720-3112 USA Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 56 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Feller, Christian ORSTOM (LCSC) 34032 Montpellier CEDEX 1 France Nabhan, Hassan Soil Management, AGLS-AGL FAO Via delle Termi di Caracalla 00100 Roma Italia Roy, Rabindra Integrated Plant Nutrition Systems Fertilizer and Plant Nutrition Service Land and Water Development Division AGLF FAO Viale delle Terme di Caracalla 00100 Roma ITALIA Navarro, Luis, A. International Development Research Center P.O. Box 62084 Nairobi Kenya Jama, Bashir Maseno Western Kenya Kenya Rakotoarisoa, Benjamin CARE/Madagascar B.P. 1677 Antananarivo Madagascar Van Duivenbooden, Niek Land Use Systems B.P. 12404 Niamey Niger Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 57 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Kasolo, W.K. Nyabyeya Forestry College P.O Box Private Bag Masindi Uganda Ong, Chin K. International Centre for Research in Agroforestry Gigiri P.O. Box 30677 Nairobi Kenya Ouattara, Moumouni ENDA/1SANE ENDA B.P. 3370 54, rue Carnot, DAI Dakar Coe, R. International Centre for Research in Agroforestry Gigiri P.O. Box 30677 Nairobi Kenya Smithson, J. International Centre for Research in Agroforestry Gigiri P.O. Box 30677 Nairobi Kenya Woomer, P.L., ICRAF Nairobi, Kenya Sanchez, P.A. ICRAF Nairobi Kenya Swift, Mike, J. Tropical Soil Biology & Fertility Programme Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 58 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNESCO-ROSTA UN Complex, Gigiri Block B, Room. 130 P.O. Box 30592 Nairobi Kenya IMPRESSION GÉNÉRALE Après avoir assisté à tous les exposés, participé aux ateliers spécifiques et fait la tournée des expériences sur le terrain de Masseno et Machako, je retiens de cette expérience exceptionnelle que tous les efforts possibles sont mis sur l'augmentation des rendements du maïs. Bien que le but de cette conférence fut la recapitalisation de la fertilité des sols, cet aspect de la question n'a été touché que par ceux qui ont une vision de l'importance du phosphore et du maintien et de la gestion de l'azote disponible. Un examen de la bibliographie montre que le problème du phosphore est à l'ordre du jour depuis de nombreuses années, en particulier de la part de la Banque Mondiale. Je ne puis cacher mon étonnement de constater que personne ne fait allusion aux faibles disponibilités du phosphore en milieu forestier, sans que celui-ci ne soit déficitaire. Je constate également qu'il y a plusieurs pays qui font connaître leurs disponibilités en dépôts miniers de phosphates pour exportation. Je reste sur la position que j'ai émise en 1996 et réitérée en 1997, que toute la question des sols africains doit être regardée et évaluée à partir des mécanismes naturels et fondamentaux de la pédogénèse initiée sous le couvert de la forêt durant des millions d'années. Toutes les discussions portant sur uniquement sur les nutriments chimiques ne pouvant aboutir qu'à des culs-de-sac. Il est évident que toutes les propositions à ce jour ne regardent que ces aspects qui sont familiers à l'agriculture des pays de climat tempéré. Bien qu'encore difficile, je pense que le terrain se prépare pour une entrée de la pédogénèse sur la scène scientifique et technologique. Les propos du D r Mike Swift et du D r Miguel Altieri laissent le champ libre à une expérimentation spécifique à partir des BRF. Les expériences avec Tithonia diversifolia et Senna siamea permettent de poser le problème, non plus uniquement en termes de disponibilité de nutriments, mais surtout de mécanismes biologiques responsables de la structure des sols, de l'état des chaînes trophiques et de la gestion des nutriments chimiques et biochimiques. UNE PROPOSITION D'ACTION DE RECHERCHE EN AFRIQUE En 1995, avec mon collègue Lachance 27 , nous faisions une proposition au CRDI portant sur une recherche extensive dans le réseau AFNTA. Bien que ce texte ne soit 27 Lemieux, G. & Lachance, L. (1995) «Essai d'utilisation du bois raméal fragmenté (BRF) pour la régénération des sols dans les cultures en couloir en milieu africain» 16 pages, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Univesité Laval Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 59 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada pas aussi pertinent avec la disparition de ce reseau, je pense qu'il y a là matière à réflexion. Toutefois, le reseau de recherche toujours nécessaire et primordial doit être repensé dans sa répartition géographique et dans ses buts. Comme il nous apparaît maintenant évident que les besoins alimentaires africains sont énormes et pressants et que l'approche dont la Banque Mondiale se fait l'écho, je suis plus persuadé que jamais qu'il y a une place et un besoin pour la technologie dont le Canada devrait se faire l'ardent promoteur. En voulant rétablir une fertilité qui n'a sans doute jamais existée comme telle au sens où nous l'entendons en climat tempéré, il y a beaucoup d'attente mais peu de réflexion et des technologies qui me semblent peu adaptées à des conditions aussi difficiles que disparates. Je propose donc que nous attaquions la question par le biais de la pédogénèse, elle-même développée en milieu forestier durant plusieurs millions d'année. Ceci représentera une «déviation» importante par rapport aux voies empruntées jusqu'ici dans la question de la dégradation et la perte de fertilité des sols. Un fois d plus je tiens à souligner que cette approche est universelle et vaut aussi bien pour les milieux tropicaux que tempérés, d'où l'importance d'impliquer les institutions canadiennes qui devraient prendre la tête dans ce domaine. Les implications seront très nombreuses. Elles toucheront les aspects scientifiques, technologiques, sociologiques, industriels et commerciaux. Tous les aspects de la fertilité et du redressement des sols tiennent à la reconstitution des structures physiques et biochimiques alors que jusqu'à tout récemment, nous n'y voyions que des questions chimiques, physico-chimiques et physiques. Le chemin à parcourir sera long et difficile mais ne sera pas dépourvu de récompenses et de profits à la longue. Comme ce fut le cas durant de nombreuses décennies, où la Canada a été une des figures de proue dominantes dans le champ de l'aide aux pays en voie de développement, cette initiative de sa part, touchant un des problèmes les plus cruciaux de cette fin de siècle, serait un juste retour des choses, très certainement attendu de très nombreux pays depuis l'orient jusqu'à l'occident. Je propose que nous nous attaquions au problème de la fertilité et de sa perennité en mettant de l'avant la nécessité d'un turnover biologique continuel dans les sols en exploitation agricole et forestière. Très souvent les sols tropicaux possèdent une structure dont la base est l'argile mais de pauvre qualité dont la kaolinite semble le plus souvent la raison. Il faudra donc s'attaquer à la promotion d'une fertilité qui n'a propablement jamais existée comme nous la voulons sous le couvert forestier et dont nous devons susciter l'existence par des techniques qui n'ont pas encore été éprouvées. L'introduction de nouvelles substances polyphénoliques à partir de la dépolymérisation de la lignine devrait être la base de cette pérennité relative. J'attire l'attention ici sur le fait que toutes les expériences dont il a été fait mention durant cet atelier, de même que celles que nous avons été à même de voir à Masseno, dans le Kenya de l'ouest, sont basées sur une fertilité immédiate dans les BRF de Tithonia diversifolia et sont l'expression par la relaxation immédiate de N et de P. C'est le Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 60 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada remplacement des fertilisants chimiques dans une optique de diminution des intrants et une augmentation des rendements en maïs. C'est une piste qui ressemble à celle des fumiers ou des composts mais qui n'ont aucune vraisemblance à l'échelle des problèmes africains, voire américaine ou européenne si ce n'est qu'à l'échelle des potagers. L'APPROCHE SCIENTIFIQUE : UN RÉSEAU DE RECHERCHE À LONG TERME Étant persuadé plus que jamais que la base et la clé de tout cet imbroglio repose sur la restructuration physique, biochimique et biologique à partir des mécanismes qui ont évolué sous la régie de la forêt, je propose deux approches à la fois différentes et compatibles, dérivées de cette hypothèse, une agricole et une forestière. Un réseau d'abord africain pour des besoins agricoles Je me permets de suggérer fortement qu'un réseau de base comprenant de 4 à 6 pays soit envisagé comme possibilité à court et moyen terme. Il comprendrait les pays suivants: Ouganda Nyayeya Forestry College P.O. Box Private Bag Masindi Uganda te. 256-0465-20370 FAX 256-0465-20370 Mr Wilson K. Kasolo Kenya ICRAF (Maseno) Nairobi Kenya D r Chin K, Ong et D r R.J. Buresh et Bashir Jama Côte d'Ivoire Dr. Sylvestre A. Aman Institut des Savanes (IDESSA) Département des Cultures Vivrières B.P. 633 Bouaké 01 CÔTE D'IVOIRE Sénégal M. Mamadou Amadou Seck Département de Génie Chimique et de Biologie Appliquée Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 61 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada École Supérieure Polytechnique Université Cheikh Anta Diop BP 5085 Dakar-Fann SÉNÉGAL tel. (221) 24.13.88 FAX (221) 25.55.94 et M. Moumouni Quattara Coordinateur pour SANE-Afrique ENDA/SANE ENDA B.P. 3370 54, rue Carnot, DAI Dakar Sénégal tel. 221.22.55.65 FAX 221.22.26.95 E. mail:
[email protected] Deux autres pays pourraient également être envisagés comme la Zambie pour une étude comparative des phosphates naturels et Madagascar dans le cadre du Comité Jean Pain qui montre un grand dynamisme au niveau des BRF. Les buts de l'expérimentation agricole. a) Comprendre les mécanismes dérivant de la dépolymérisation de la lignine et identifier les types présents des différentes essences testées b) Démontrer les effets à long terme sur la stabilité biologique et biochimique des sols en relation avec la productivité et les conditions phytosanitaires c) Tester différentes essences locales comme telles ou en mélange et certaines essences introduites ou largement disponibles d) Dans tous les dispositifs utiliser un mélange sapin baumier/épinette noire en provenance du Canada comme standard. e) Faire une étude attentive sur les contrôles phytosanitaires des différentes essences en fonction de la structuration biologique et biochimique du sol, non pas en fonction de la disponibilité des nutriments comme le veut la tendance actuelle. f) Appliquer les recommandation de Lemieux et Lachance (1995) 6 d'une manière critique et constructive. g) Expliquer et prouver l'effet à long terme des BRF sur la fertilité en modifiant les paramètres des techniques dans l'optique d'une augmentation de la fertilité et de sa stabilité en fonction des conditions locales. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 62 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les buts de l'expérimentation forestière J'ai émis l'hypothèse à deux reprises (Lemieux [1996] 28 , Lemieux [1997] 29 ), et toutes nos observations tendent à le confirmer, que la fertilité se trouve dans la partie aérienne des arbres et dans la partie inférieure représentée par la biomasse racinaire. Je propose donc que la fragmentation des rameaux soit appliquée dans la transformation de ce qui est convenu d'appeler les résidus de coupe pour susciter la remise en état du sol et l'installation spontanée d'essences de valeur commerciale plus grande que celle apparaissant dans les premiers stades après abattage de la forêt primitive. Cela permettrait éventuellement de faire un lien entre la forêt et l'agriculture dans un support mutuel des gestionnaires. Cela me semble d'un intérêt fondamental et représente exactement le type de coopération qui manque dans tous les pays, aussi bien au Canada que dans les pays africains. Je propose donc que le CRDI, responsable du réseau de forêts modèles dans le monde, suite à l'engagement du Canada lors de la conférence de Rio de Janiero, mette de l'avant et favorise l'utilisation des BRF pour accentuer la régénération forestière, la réparation des dommages écologiques aux écosystèmes forestiers, se fasse le promoteur et le démonstrateur de l'effet des BRF. Les premières démonstrations auront pour effet de susciter la curiosité de l'industrie forestière et provoquer l'offre à l'industrie agricole des surplus qui, de tous temps, a brûlé ou laissé pourrir sur place, sans aucun apport aux sites, des millions de tonnes de bois raméal considéré comme déchets sans aucune valeur. Je pense qu'il y a là un moyen d'introduire une technique, appuyée sur des bases scientifiques propres à la forêt, qui aura des effets sur toutes les chaînes de productions biologiques, sous tous les climats avec un impact à la fois environnemental et économique positif, dont le Canada sera fier d'avoir été le premier promoteur à l'échelle mondiale. Toutefois, beaucoup de travail et de prospective reste à faire dans la configuration des sites expérimentaux, l'évaluation des paramètres à être testés et les implications financières à la fois du Canada et des autres partenaires du secteur privé. La durée des expérimentations Il est impérieux que le expériences se poursuivent durant une période minimale de 10 ans. Sous nos conditions de climat, il faut entre 3 et 6 années avant que les résultats 28 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» CRDI et Université Laval, Québec, Canada, publication no. 59, 49 pages, ISBN 2-921728-15-X. Lemieux, G. (1996) «The hidden world that feed ud: the living soil» IDRC and Laval University, Québec, Canada, publication no. 59, 46 pages, ISBN 2- 921728-17-6. 29 Lemieux, G. (1997) « Les fondments pédogénétiques des écosystèmes forestiers: une approche de la métastabilité par la biologie tellurienne» Université Laval, Québec et Ministère des Forêts de la Colombie Britannique, Colombie Britannique, Canada publication no. 71, 73 pages, ISBN 2-92-17-28-25-7. Lemieux, G. (1997) «Fundamentals of Forest Ecosystem Pedogenetics: An Approach to Metastability Through the Tellurian Biology» Laval Univiversity and Ministry of Forest of British Columbia, Canada Pulbication no. 72, 59 pages, ISBN 2-921728-24-9. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 63 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada apparaissent sous les conditions forestières, mais entre 1 et 2 années pour les expériences agricoles. Si l'apport de fertilisants phosphatés semble la préoccupation quasi universelle des agronomes, à court terme, la reconstitution des chaînes trophiques et de l'énergie nécessaire commande une bien plus longue durée. Il y a nécessité absolue de prolonger sur quelques années ces expériences et je suis persuadé de l'appui éventuel de tous les chercheurs impliqués dans cette action. Il ne faut pas oublier que nous ferons ainsi oeuvre de pionniers et que les critiques seront nombreuses, mais le plus souvent sans raisons profondes, sauf celles des coûts. Il est impossible d'expérimenter sur la création d'une fertilité réelle uniquement basée sur des expériences chimiques à court terme comme l'action actuelle. Si de telles assurances minimales ne peuvent être obtenues, il faut songer à nous retirer parce que notre action sera plus ou moins futile. Les caractéristiques. Bien qu'il soit trop tôt pour arrêter tous le paramètres expérimentaux mentionnons pour mémoire que l'utilisation de plusieurs essences doit porter sur leur disponibilité, les moyens de les cultiver pour des fins spécifiques ou leur grande disponibilité naturelle. Pour des raisons pratiques et expérimentales, je suggère fortement que tous les sites choisis puissent utiliser au moins un mètre cube d'un mélange sapin-épinette noire comme référence. La principale raison est d'offrir un standard dont nous connaissons l'importance du contenu en lignine gaïacyle montrant une certaine résistance à la dépolymerisation rapide. Nous pensons qu'avec un apport énergétique local important, nous pourrions mesurer l'importance de la fixation du carbone sous des formes aromatiques avec des effets secondaire importants sur la rétention de l'azote et de l'eau. Je pense aussi qu'il y a là un incitatif à l'industrie de s'intéresser de plus près à cette abondante ressource canadienne qui pourrait bénéficier d'un marché international considérable, tout au moins pour aider à renverser la vapeur de la dégradation dans plusieurs pays semi-arides. En plus, je reste persuadé que des BRF en provenance de pays tropicaux pourraient faire l'objet d'un commerce intensif pour des besoins particuliers de l'industrie agricole, maraîchère et horticole sous nos conditions de climat. Je discuterai de cet aspect des choses dans la second partie de mon rapport à la suite de ma visite auprès de Prof. Prigogine de l'Université Libre de Bruxelles. L'APPROCHE TECHNOLOGIQUE : LA NÉCESSITÉ DE METTRE SUR PIED DES TECHNIQUES NOUVELLES Il va de soi que cette approche nécessitera de nouvelles techniques à la fois de production, de récolte, de transport, de fragmentation et d'épandage. Un des premiers paramètres sera de vérifier les contenus en polyphénols et en extractibles des BRF produits et leur compatibilité avec les techniques agronomiques connues. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 64 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada La production Il est à prévoir que la production devra se faire d'une manière volontaire en utilisant des espaces considérées jusqu'ici comme stériles ou infertiles tout au moins. La vitesse de croissance, les contenus en tanins et en polyphénols devront faire l'objet de contrôles constants au début. Il peut y avoir des avantages à des contenus élevés mais dans ce cas, il faudra procéder à des mélanges bien dosés pour permettre une culture avantageuse tout en augmentant la fertilité à long terme des sols La récolte Elle se fera selon des critères qui restent à définir en fonction des disponibilités de capitaux ou de main-d'oeuvre et selon la réaction des arbres utilisés dans des conditions climatiques connues. Il faudra de grands efforts pour faire la démonstration de l'utilité et des résultats obtenus sans procéder au brûlage des abatis et des résidus de récolte. Dès la récolte, la fragmentation s'impose selon des dispositions qui restent à spécifier pour des raisons particulières ou générales. La récolte en période sèche pourra permettre le séchage des BRF pour une utilisation ultérieure ou pour l'exportation régionale ou internationale Les machines à utiliser n'existent pas d'une manière efficace et sont toutes destinées, soit à la fragmentation des bois de tronc et donc mal adaptées et très onéreuses, ou encore de petites machines fragiles destinées aux petites propriétés et aux jardiniers. Les questions techniques ancillaires Toute la question technique de la fragmentation, du séchage, du transport, de l'épandage et de la commercialisation doit être regardée de près durant la période d'expérimentation s'étendant sur quelques années. Ces questions doivent être traitées au niveau local mais également au niveau régional, national et international pour faire partie de systèmes d'échanges organisés et lucratifs pour toutes les parties. La question sociologique Je suis plus convaincu que jamais que les sociétés africaines se sont développées dans des milieux forestiers avant d'envahir et de susciter la savane qui, associés à d'autres phénomènes naturels d'ordre climatique, a donné le faciès que nous connaissons à l'Afrique d'aujourd'hui. Je propose que des efforts sérieux soient tentés pour rejoindre la tradition, la seule référence temporelle de ces populations, et de chercher à travers la mythologie, les croyances, les cultes et les traditions orales lointaines qui touchent les divinités du sol et de la forêt. Ce n'est pas à travers la technique qui porte des fruits dans l'avenir que nous devons essayer d'influencer les attitudes vis-à-vis la terre. Les superstitions doivent être scrutées de près pour identifier les "fenêtres" où peuvent se placer de nouvelles appropriations. Il faudra faire à rebours le chemin des siècles passés. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 65 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Je suis d'avis qu'en essayant d'introduire notre perception de la culture et de l'efficacité, nous fermons toutes les portes à l'appropriation de techniques aussi simples et complexes que l'aggradation des sols par les BRF. La question industrielle Très tôt, toute la question de la production industrielle va faire surface. Elle est de taille et ne peut être évitée. Il faudra voir à la production locale pour de petites fermes associées ou non à l'emploi de fertilisants chimiques Les exploitations de plus grande taille devront aménager des terrains sous utilisés ou négligés pour la mise sur pied d'une véritable culture propre à produire de grandes quantités de BRF. L'un des questions qui se posera rapidement est de savoir comment installer de ces cultures dans des sols souvent impropres à cette action de prime abord. Il faudra alors procéder à des apports importants provenant d'une importation, pour établir les bases de la pédogénèse nécessaire à l'instauration de plantations monospécifiques mais, de préférence, plurispécifiques selon des données pertinentes. Ici les pays mieux nantis en forêts devraient apporter leur soutien avec des exportations de biomasse raméal. Je suis persuadé que le Canada pourrait jouer un rôle intéressant dans cette aventure de la reforestation pour la remise en ordre de l'agriculture. Il en va de même des pays comme la Côte d'Ivoire, le Caméroun, le Congo, etc. qui ont des surplus de bois raméal pouvant servir à stimuler la mise en place de la pédogénèse productive particulièrement dans les régions subsahariennes. La question commerciale À l'inverse, après conditionnement, l'Afrique et l'Amérique latine pourraient exporter des BRF de haute qualité pour des cultures spéciales à haute plus-value sous nos conditions de climat. La production de plusieurs milliards de tonnes sur notre planète laisse amplement de place à un tel commerce qui rapidement pourrait représenter des centaines de millions de dollars. Récemment une rencontre a eu lieu avec un représentant du Centre Québécois de Valorisation de la Biomasse, M. Gilles Bussières, directeur du Développement et M. Camille Nazair, du Conseil Économique de la Région de Matane, qui se montrent intéressés à piloter un projet de fabrication de BRF par les industriels de la région. Ils se disent disposés à participer aux premières expériences en fournisssant les BRF canadiens en Afrique. Les principaux obstacles à franchir seront sans doute des obstacles phytosanitaires, douaniers et tarifaires. Cette question apparaîtra plus tard au fur et à mesure du développement scientifique et technique Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 66 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UN RESEAU MONDIAL DE RECHERCHE Plusieurs pays sont déjà impliqués dans la recherche sur la pédogénèse par les BRF et le CRDI exige que tous les résultats du projet de Boyarskaia en Ukraine soient publiés et que le projet lui-même soit rattaché à un réseau international de recherche sur la pédogénèse Je me permets donc de proposer que, dès ses débuts, le nouveau réseau soit astreint à se transformer au niveau international sous tous les climats, à la fois pour des raisons agricoles autant que forestières dans le réseau des forêts modèles. LE FINANCEMENT DE L'ÉTABLISSEMENT ET DE LA RECHERCHE Il me semble largement souhaitable que le financement se fasse sur une base autonome par le CRDI sans affiliation aux budgets actuels dédiés à l'agroforesterie. Cela éviterait que les processus sur lesquels nous allons travailler soient engloutis par le secteur agricole dans ses visions traditionnelles telles qu'elles apparaissent le plus souvent sous le vocable d'agroforesterie ou par le secteur forestier dans ses aspects traditionnels que représente l'exploitation de grumes pour des raisons industrielles, commerciales ou domestiques. lA NÉCESSITÉ D'UNE CONCERTATION NATIONALE ET INTERNATIONALE Comme nous l'ont prouvé à maintes reprises la suite des événements, bien que l'aspect que nous traitons soit fondamental, l'évolution de la compréhension et de l'acceptation de tels concepts ne se fait pas facilement. Il est inutile de penser que nous pouvons changer l'orientation de la pensée et des technologies en quelques années, bien que des progrès soient sensibles à ce niveau. Une analyse de la bibliographie et des derniers exposés montre que l'orientation des recherches se situe toujours dans l'axe de la disponibilité des nutriments avec une emphase particulière sur l'azote et le phosphore. Je suis plus convaincu que jamais que c'est par la régulation et la connaissance des mécanismes pédogénétiques qu'une compréhension véritable est possible. Dans cette optique je propose qu'un effort soit soutenu pour publier tous les résultats possibles sur cet aspect et que des réunions sous forme de colloques ou d'ateliers soient tenues avec l'appui du CRDI, de l'ICRAF et surtout de la Banque Mondiale à intervalles réguliers. Je suggère également que des appels soient lancés auprès des gestionnaires des forêts modèles et des représentants de l'industrie forestière auxquels s'ajouteraient ceux de la FAO. Je souhaite vivement qu'un bulletin soit publié régulièrement sur toutes les activités scientifiques. Il devra s'adresser à la communauté scientifique mais également à tous ceux qui sont concernés au point de vue technologique, économique, sociologique et politique. Cet organe de diffusion devra obligatoirement être publié en Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 67 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada anglais et en français, mais une édition en langue espagnole devra être regardée de près. Des résumés en portugais. italien et allemand devraient être faits de tous les articles importants. Bien que non réalisable actuellement, cet aspect de la concertation et de la diffusion des connaissances doit être inscrit dès maintenant dans un plan d'ensemble portant sur au moins une période de cinq années, de 1998 à 2003. L'APPORT ET LE RÔLE DE L'UNIVERSITÉ LAVAL DE QUÉBEC L'Université Laval a pris le leadership depuis plusieurs années et en particulier le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux. Il va sans dire que ce leadership sera assuré pour une période de cinq ans avec un appui financier et logistique. Ces premières années ont été parsemées d'embûches et particulièrement difficiles dans l'élaboration des concepts et des techniques. Actuellement un brillant étudiant s'inscrit à la maîtrise pour poursuivre au doctorat. Le Professeur Camiré le prendra sous sa responsabilité avec mon aide, puisque je suis à la retraite depuis quelques jours et ne puis plus assumer de telles responsabilités académiques. Nous ferons vraisemblablement appel à l'ICRAF pour le financement de ses travaux. Il est d'origine française mais citoyen canadien en instance, il parle anglais et espagnol. J'espère convaincre les responsables du programme d'agroforesterie de participer activement à ce programme éventuel, mais la chose s'est montrée difficile jusqu'ici. PROPOSITIONS ET RECOMMANDATIONS 1) Installation d'un réseau de recherche sur les BRF dans le but d'établir la valeur des diffrentes essences retenues dans l'aggradation biologique et l'instauration de la fertilité pour des fins agricoles. 2) Utilisation du réseau actuel des forêts modèles pour installer des dispositifs de recherche et de démonstration sur l'utilisation des BRF. Ces dispositifs porteraient également sur l'aggradation des sols mais aussi sur la qualité de la régénération. L'un des buts avoués serait de permettre la compréhension et d'illustrer les possibilités de coopération entre l'industrie forestière, celle de l'agriculture avec des appuis techniques et financiers de la part de la Banque Mondiale, de la FAO , des divers ONG, des gouvernements locaux et étrangers. 3) Des propositions de partenaires d'abord africains mais également de d'autres pays occidentaux: Ouganda, Kenya, Côte d'Ivoire, Sénégal, (Madagascar et Caméroun), Ukraine, Canada, Portugal, etc... L'approche scientifique 4) Les buts de l'expérimentation agricole et forestière Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 68 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 5) La durée et les caractéristiques. L'approche technologique 6) La production 7) La récolte 8) Les questions techniques ancillaires 9) La question sociologique 10) La question industrielle 11) La question commerciale 12) Un réseaau mondial de recherche 13) Le financement et l'établissement de la recherche 14 La nécessité d'une concertation nationale et internationale 15) L'apport et le rôle de l'Université Laval de Québec Bibliographie Résumé des posters Amadalo, B., Niang, A. & Obonyo, C. (Kenya)The effects of establishment methods and plant density on biomass productivity and maize yield in a simultaneous Sesbania sesban short termi mproved fallow in Western Kenya Anonyme CARE/Kenya (Kenya) Participatory approaches to soil improvement in Western Kenya. Assena Esso, Tsar (Togo) Agroforestry training and demonstration in NorthernTogo (ATDNT) projets Cherry, Stefan (USA) Using local knowledge to fit improved fallows into Cameroonian cropping cycles in an attempt to addess soil fertility constraints. Drechsel, P. & Quansah, C, (Ghana) Sustainable land management (SLM) with alternative fertilizer fertility a successful approach by Ibsram's Africaland Network in Ghana Feller, C, Albrecht, A. & Azontonde, A ((Bénin-France) Organic matter management and soil fertility replenishment in semi-arid and subhumid Africa. Kwesiga, F. (Zambie) Fallowing with trees: Sebania sesban in Eastern Zambia. Lelon, J. (Kenya) Potting mixtures for agroforestry tree nuseries in Kenya. Mapiki, A, & Goma, C. H. (Zambie) Repleneshing soil fertility by use of agricultural lime and liming with phosphates in Zambia Mapiki, Alfred & Goma Humprey (Zambie) Replenishing soil fertility by use of agricultural lime and ground phosphate rock in Zambia Mbafor, Mary (M me ) (Caméroun) Activities related to soil fertility replenishment in the high plateaus of Western Caméroun Mengich, E.K. (Kenya) Agroforestry for soil fertility replenishment in Africa: A case study on mixed fodder in linear planting. Mwendwa, D, (Ouganda) Reflections on soil management in the development through conservaion (DTC) project area Western Uganda: options and constraints. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 69 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Mwendwa, K.A. & Karanja, N.K. (Kenya) Growth and P uptake of Grevillea robusta A. Cunn from a phosphorus amended acid soil. Niang, A., Amadalo B., Gathumbi, S., Obonyo, C. Obonyo E. & Nyasimi, M. (Kenya) On-farm crop response to biomass transfer from Tithonia divertsifolia and Lantana camara in central and west Bunyore locations, Vihiga District. Njihia, C.M. (Kenya) Fertility decline in soils continously cropped with cereals in Kenya Uasin Gishu area cas study. Okaledo, J.R., Okwch, E.G. Simpson, J.R., Kapkiyai, J.J. & Woomer, P.O. (Kenya) Attemps to correct soil fertility decline in semi-arid Western Kenya. Quansah, Charles (Ghana) Approaches to replenishing soil fertility depletion in Ghana. Rakotoarisoa, B.E. (Madagascar) Farmers findings on soil fertility management in Madagascar. Snapp, Sieglinde & Kanyama-Phiri, G. (Malawi) Partnership with farmers: linking nutrient budget and farmer participatory research. Waddington, Stephen (Zimbabwe) Soil fertility network for maize based farming systems in Malawi and Zimbabwe. Walaga, Charles (Ouganda) Approches to replenishing soil fertility depletion in Uganda: Africa 2000 network perspectives. Exposés et travaux remis durant l'atelier Altieri, Miguel (1997) «NGO approaches to soil fertility replenishment in Latin America» 12 pages Buresh, R.J. & Tian, Guanglong (1997) «Soil improvement by trees in sub-Saharan Africa» 43 pages Carter, S.E. & Murwira, Herbert (1995) «Spatial Variability in Soil Fertility Management and Crop Response in Mutuko Communal Area, Zimbabwe» Ambio, 24 no 2 77-84. Carter, Simon (1997) «Participatory approaches to soil fertility replenishment» 30 pages, Gehrke, Wolfgang (1997) «The soil fertility replenishment problem from a private sector point of view» 4 pages Mwaluka, E. Paul (1997) « Constraints and opportunities to fertilizer use in Eastern Africa» 18 pages. Ndiritu, C. G. (1997) «Food security and soil fertility replenishment in sub-saharan Africa» 6 pages. Nekesa, P. (1997) «Soil fertility replenishment in Western Kenya: chalenges and opportunities» 2 pages. Palm, C.A. (1995) «Contribution of agroforestry trees to nutrient requirements of intercropped plants» Agroforestry Systems 30:105-124 Palm, Cheryl (1997) «Biological approaches to soil fertility replenishment» Quatttra, Moumouni (1997) « Pratiques de gestion de la fertilité des sols dans les zones Soudanienne et Sahélienne de l'Afrique Occidentale: leçons et perspectives. 11 pages. Sanchez, Pedro (1997) «Soil fertility replenishment in Africa: an investment in natural resource capital. 45 pages. Annexe n° 3 ( Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Rapport de mission à l'ICRAF.....3-9 juin 1997 Professeur Gilles Lemieux 70 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Swift, M. (1997) «Biological management of soil fertility: an integrated approach to soil nutrient replenishment». 29 pages Swift, M.J. Mafongoya, P. & Ramakrishnan, P.S. (1997) «Soil Biodiversity: An essential Foundation for Sustainable Soil Fertility» Proceeding of the second International Crop Science Congress, 11 pages. Ouvrages déposés pour distribution spontanée. Lemieux, G. (1993) «Le bois raméal frgmenté et la méthode expérimentale: une voie vers un institut international de pédogénèse» In: "Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés", pp. 124-138 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Fragmentés, Université Laval, Québec, Canada ISBN 2-550-28792-4. Lemieux, G. (1995) «Les germes économiques et scientifiques de la révolution verte au Sahel». Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec Canada et l'Agence Canadienne de Développement International, octobre 1995, 22 pages. ISBN 2-921728-13-3. Lemieux G. (1995) «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel». 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(1997) «Fundamentals of Forest Ecosystem Pedogenetics: An Approach to Metastability Through the Tellurian Biology» Laval University and Ministry of Forest of British Columbia, Canada Publication no. 72, 59 pages, ISBN 2- 921728-24-9. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 4 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Suite à la réunion de Nairobi, juin 1997....... Professeur Gilles Lemieux 71 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada RÉUNION CONCERNANT LES SUITES À DONNER À CELLE DE L'ICRAF DE JUIN 1997 POUR LA MISE SUR PIED D'UN RÉSEAU DE RECHERCHE ET DE MISE EN APPLICATION DES BRF EN AFRIQUE Centre de Recherche en Développement International 250, rue Albert, Ottawa Canada 27 août 1997 Étaient présents: Gilles Lemieux (Université Laval, Québec) Benoît Noël (Université de Louvain-la-Neuve. Belgique 30 ) Don Peden (CRDI) Ola Smith (CRDI) La réunion s'est tenue dans le bureau de M. Peden de 9,30h à 11,30h Dès le début les phénomènes portant sur l'attaque et la transformation des BRF on été mis en question et il a été reconnu que la hiérarchie des microorganismes était des plus importantes. Une analogie avec la structuration des mécanismes de digestion à l'intérieur du rumen des grands herbivores a permis d'établir avec clarté la base des phénomènes qui sont à la base de la transformation des BRF au niveau du sol Il a été également reconnu que cette transformation pouvait être assimilée à un processus de digestion, mais en milieu ouvert et sans contrôle précis de température. Plutôt qu'une transformation complète, il y a formation de macromolécules, pouvant atteindre 400,000 daltons, responsables de la gestion des nutriments dont la vie microbienne dépend pour participer à la fixation de l'azote et la production et le maintien de systèmes enzymatiques libres touchant ainsi les mécanismes de relaxation du phosphore. Ce sont ces systèmes enzymatiques qui sont le lien entre la chimie et la physique. Ces systèmes sont des protéines capables de provoquer et de réguler tous les phénomènes du sol nécessitant à la fois des sources énergétiques et la présence de nutriments qui peuvent être ainsi amenés à un état de disponibilité pour la croissance des plantes et des microorganismes. Du même souffle il a été plus facile de comprendre l'hypothèse qui veut que les nutriments se soient réfugiés dans la cime des arbres, évitant ainsi que la présence au sol soit l'occasion pour un développement anarchique de la microflore et de la microfaune. Ces discussions terminées, il a été proposé de mettre sur pied un atelier sur la question en Afrique. Une proposition a été faite pour que cet atelier se tienne à Bouaké 30 Stagiaire à l'Université Laval sur la question des BRF et de la pédogénèse en milieu agricole. Annexe n° 4 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Suite à la réunion de Nairobi, juin 1997....... Professeur Gilles Lemieux 72 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada (Côte d'Ivoire), mais l'ICRAF a été retenu pour la qualité de ses installations et de son organisation interne pour tenir de tels ateliers. Il a été reconnu qu'il existe à l'ICRAF et au TSBF 31 une expertise incomparable en plus de la proximité de nombreux pays africains qui devraient participer et en tirer de larges bénéfices. La proposition de l'ICRAF de Nairobi comme site de l'atelier ayant été reconnue et acceptée, la date de 7 au 11 octobre 97 a également été retenue pour plusieurs raisons dont la présence de M. Peden dans la région et la possibilité de procéder à la mise sur pied des premiers travaux à l'intérieur de l'exercice budgétaire 97-98 du CRDI. Il a été proposé que plusieurs personnes impliquées dans le domaine de la pédogénèse par les BRF soient invitées pour amener le plus d'expertise possible. Ces invitations, financées par le CRDI, seraient la base de la constitution d'un réseau international sur la question dont le but est inscrit dans le contrat de recherche du CRDI avec l'Ukraine dans ce domaine. La proposition a été reçue avec une certaine surprise, mais les discussions ont procédées par la suite. Le but de cette atelier est la mise sur pied d'un réseau de recherche et d'expérimentation dans plusieurs pays africains portant sur un grand nombre de points qui devront faire l'objet d'une définition précise dans les semaines qui viennent. Ils seront scientifiques, techniques, sociaux, économiques, voire commerciaux. L'atelier aura à sa disposition des moyens d'interprétation anglais/français. Les actes seront publiés en français avec traduction en langue anglaise. RÉUNION CONCERNANT LES SUITES À DONNER À CELLE DE L'ICRAF DE JUIN 1997 POUR LA MISE SUR PIED D'UN RÉSEAU DE RECHERCHE ET DE MISE EN APPLICATION DES BRF EN AFRIQUE Agence Canadienne de Développement International 200, Promenade du Portage, Hull Canada 27 août 1997 Étaient présent: Réjean Forget (ACDI) Gilles Lemieux (Université Laval, Québec) André Létourneau (ACDI) Benoît Noël (Université de Louvain-la-Neuve. Belgique 32 ) Don Peden (CRDI) Ola Smith (CRDI 31 Tropical Soil Biological Fertility 32 Stagiaire à l'Université Laval sur la question des BRF et de la pédogénèse en milieu agricole. Annexe n° 4 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Suite à la réunion de Nairobi, juin 1997....... Professeur Gilles Lemieux 73 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada La réunion s'est tenue de 13,30h à 15,30h. Cette réunion avait pour but la mise au point sur l'avancement du concept de BRF/pédogénèse à l'intérieur du CRDI dans le cadre de son mandat de développement de la recherche en Afrique. Dans cette optique la proposition d'un atelier spécifique sur la question a été bien reçue par les représentants de l'ACDI, l'agence responsable du financement de telles initiatives. Les craintes et questions exprimées sur la faisabilité ont été résolues à la satisfaction de toutes les parties. Déjà une somme de 1 million de dollars canadiens est disponible pour la mise en marche de ce projet. Selon l'évolution des résultats et de la qualité de la recherche et du développement, des sommes supplémentaires pourraient s'ajouter. On reconnaît ainsi la possibilité d'accepter un projet portant sur au moins 5 ans, et éventuellement sur 10 ans si les résultats le justifient avec des progrès au niveau de la connaissance, de l'appropriation sociologique, de l'économie et du commerce. Des revues devront se faire périodiquement L'atelier d'octobre à l'ICRAF sera sans doute la charnière principale au développement et à la suite des événements, la base d'une évolution rapide avec des fondements scientifiques, sociologiques et économiques. ANNEXE Nº 1 Personnes suggérées pour assister à l'atelier sur les BRF Lemieux, G. (Université Laval) Québec, Canada Peden, D. ( CRDI), Ottawa Canada Ola-Smith CRDI (CRDI) Ottawa Canada Jean-Claude Tissaux (Université Laval), Québec, Canada Benoît Nöel (Louvain-la-Neuve) Bruxelles, Belgique Claude Camiré (Université Laval) Québec ,Canada André Létourneau (ACDI) Ottawa, Canada Mamadou Seck (Université Sheikh Antha Diouf) Dakar, Sénégal Raphaël Manlay (ORSTOM, France) Dakar, Sénégal Michel Godron ( Brinon- sur- Sauldre) France M. Aaman (IDESSA) Bouaké, Côte d'Ivoire Moumouni Quattara (SANE-Afrique) Dakar, Sénégal Dr. Chervonyj (ou un représentant du CRDI-Kiev) Kiev, Ukraine Valentin Furlan (GCBR) Fiume, Italie Alban Lapointe (GCBR) Québec, Canada Malick Diallo (Protection des Forêts) Ziguinchor, Sénégal Mike Swift, (TSBF). Nairobi, Kenya Bashir Jama (ICRAF) Nairobi. Kenya Chin Ong (ICRAF) Nairobi. Kenya Roland Buresh (ICRAF) Nairobi, Kenya Miguel Altieri (University of California) Berkeley USA Annexe n° 4 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Suite à la réunion de Nairobi, juin 1997....... Professeur Gilles Lemieux 74 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Wilson K. Kasolo (Nyayeya Forestry College) Masindi Ouganda ANNEXE Nº 2 Première proposition. Titre proposé pour l'atelier «Premier atelier international sur les BRF dans le but d'augmenter la fertilité agricole des sols africains par aggradation» Première proposition des thèmes à discuter et développer. 1) Buts de cet atelier 2) État actuel des connaissances 3) Description des projets agricoles passés et actuels 4) Description des expériences forestières 5) Proposition d'un réseau de recherche à moyen et long terme pour l'Afrique 6) Les pays invités 7) Quelques propositions nouvelles Les buts recherchés 8) Structuration du sol pour le contrôle a long terme des nutriments. 9) Les systèmes enzymatiques 10) Le rôle des lignines 11) Le types de polyphénols et les effets sur les chaînes trophiques 12) Le rôle prédominent des Basidiomycètes Le rôle des BRF pour l'aggradation des propriétés du sol et de l'aménagement de la rétention et de la relaxation des nutriments 13) Une approche historique de l'utilisation des tissus végétaux (matière organique) dans l'évolution de la pédogénèse. 14) Proposition de méthodes à titre de nouvelles technologies Discussion portant sur la production de BRF les transports et la valeur économique Les implications sociales pour l'Afrique Les capacité de financement du CRDI et de l'ACDI À la recherche de l'implication d'autres pays et agences à l'égard de cette nouvelle technologie Rechercher l'implication de la Banque Mondiale de Développement, des institutions de recherche et des ONG. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 75 TSBF ICRAF UNIVERSITE LAVAL Concept Note: Improvement of Crop Yields in Small scale African Farms by RCW Technology INTRODUCTION AND RATIONALE Introduction: Ramial Chipped Wood (RCW) Technology is the use of chips of tree wood as a soil amendment. RCW was first developed in Canada where significant effects on the growth of tree seedlings accompanied by changes in soil properties have been observed (Lemieux 199X). More recently significant increases in a yields in a variety of tropical cropping systems have been reported for sites in the Dominican Republic, Côte d’Ivoire and Senegal (refs). This project is designed to rigorously test the agronomic and economic potential of this resource within the small scale farming sector in Africa. Food Security in Sub-Saharan Africa: The Soil Fertility Context: Soil degradation and nutrient depletion are widely reported as major constraints to agricultural production in Sub-Saharan Africa (refs). This has resulted in an increased impetus for research to seek productive and sustainable solutions to soil fertility constraints. Present research, such as that conducted within the Soil Water and Nutrient Management Programme of the CGIAR and the Soil Fertility Initiative of the World Bank shows a major shift in emphasis from that of previous periods. During the decades prior to the mid-eighties the major focus was on developing zonal fertiliser recommendations based on soil test and crop response trials. This approach has now been largely discarded due to a wide range of reasons including: (a) lack of sustainable response, associated with declines in organic matter content and physical quality of soil; (b) low access to inorganic fertiliser for the majority of the farming population; (c) increased emphasis on building or maintaining the quality of the soil; (d) realisation of the heterogeneity of the farm environment; and (e) greater sensitivity to farmers’ needs and opportunities. The use of integrated nutrient practices (combinations of inorganic and organic inputs) and more circumstance-driven recommendation policies has now become a major focus for research (refs) although the former approaches are still strongly advocated by some agencies (refs). Research on integrated nutrient management combines the search for appropriate combinations of inorganic and organic sources of nutrients that targets not only the immediate economic gain in the current season but also the maintenance of these gains over time, the influence of the management practice on soil physical, chemical and biological status and the associated off-site environmental effects and their impacts on the quality of human life. Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 76 Characteristics and Benefits of the RCW Technology: [to be inserted by Lemieux et al] RCW Technology Potential in Sub-Saharan Africa: For RCW Technology to be a viable and adoptable approach to soil management in the smallscale farming sector in Africa a number of questions have to be answered. This project is designed to meet them. 1. Is there an economically viable source of RCW materials within the smallscale farming sector in regions of Africa ? The RCW used in Canada was derived from forestry sources as chips of either coniferous or deciduous trees. In Africa such sources may be available in some areas but are likely to be limited. The most promising source of materials may come from a range of agroforestry practices that are now being adopted in a number of regions eg. woodlots, improved woody fallows, biomass transfer systems. All these systems generate a variety of products used for a variety of purposes. Among the materials that might be used for soil amendment there are usually opportunity costs ie the leafy material may be used for animal fodder and the woody (ie RCW type) may be used for firewood. The twigs and small branches do however represent an intermediate material of RCW type (ie lignified) but of little benefit for either of these purposes. It should also be noted that there are often a range of crop residues (eg maize stover) and local materials (eg grasses) which are also of a similar nature. Finally it should be mentioned that a significant component of the root residues, particularly those from woody fallows, left in cropping systems are also of RCW nature. In all cases the practicality of use will depend on the quantities available and the economic costs and benefits or their use for soil management including opportunity costs and the labour cost for preparation and application. The latter may be particularly important for resource poor and female-headed or managed farm systems. 2. Does RCW technology give agronomic gains that are economically profitable ? Whilst these types of lignified organic materials are recognised as having the potential for long-term benefits on soil properties (see next section) their use within cropping systems has conventionally been discouraged because of the risk of negative effects on immediate crop yields. Both empirical and process-related research on organic inputs, in experiments going back to the pioneering work of Waksman and his colleagues (ref), have shown that materials such as wood or sawdust tend, in the short term(ie weeks to months) to immobilise nutrients rather than release them. The balance between immobilisation and release is attributed to the influence of the chemistry of the resource and has been related to the ratio between the nutrient content and that of recalcitrant or allelopathic components such as lignin and polyphenols (Myers et al 1994). Materials low in nutrient but high in lignin and/or polyphenols are categorised as Low-Quality Resources (LQR). Most recent research on organic inputs has for these reasons focussed on High-Quality (HQ) materials such as the foliage of legumes and farmyard manures. RCW would generally classify as LQR; as such it would be predicted that they would have a negative or neutral effect in terms of nutrient availability within the season of application, although Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 77 nutrients may be made available over the longer term (eg Mafongoya et al 1996). Recent prescriptions for integrated nutrient management thus propose that such materials either be avoided, or be mixed with fertiliser or High-Q organics (Palm et al 1997). It is therefore essential that the agronomic and nutrient cycling effects of RCW application are rigorously examined. This should be done on-station in the first instance as the danger of negative effects makes these high-risk experiments for farmers’ fields. 3. Does the use of RCW technology improve soil quality and the sustainability of crop production over the long-term ? Tree branches and other LQ materials are known to have beneficial effects on soil physical properties and have successfully been used in land rehabilitation [Chin to insert sentence or two] It is well established that mulching with relatively persistent LQ materials provokes a range of biological activities in soil. These include increased surface and sub-surface activity of earthworms and termites with associated benefits to soil physical properties. There are potential risks of harbouring pests but it should be noted that the species of termites or other detritivores that ingest mulch materials are seldom the same as those that attack crop plants. Indeed some RCW materials have been shown to have toxic or deterrent properties against soil-borne pests such as nematodes (refs). An additional major predicted benefit from LQ materials is that of soil organic matter (SOM) formation. Although evidence is still equivocal there is a widely broadcast hypothesis that links LQ - input with the amount and longevity of the residual SOM formed during decomposition (Swift 1987 other ref ?). Building SOM is an essential component of the process of ‘soil recapitalisation’. This is an approach which seeks not just to gain yields in the short term but to develop a level of soil fertility that can be maintained efficiently with diminished levels of input in the future. The proposed approach suggests that an optimal practice may combine high inputs of P fertiliser (perhaps most economically in the form of rock phosphate) with organic forms of N which also allow for the potential to build SOM and increase the stability of nutrient cycles (Sanchez et al 1997). 4. Under what agro-ecological and socio-economic conditions is RCW technology applicable within sub-Saharan Africa ? The answers to the previous questions are likely to be partial at best. The use of RCW technology may be expected to show short or long-term agronomic benefits in some environments and not in others; in some places the benefits will be economically profitable and the practices socially acceptable but not in others. The thrust of a project must therefore be to determine these boundaries and provide readily accessible and practicable tools for choice and decision. This entails moving beyond purely empirical evidence of performance to a more process-level understanding of the factors determining the observed variation in outcome. Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 78 OBJECTIVES 1. Evaluate the agronomic and economic benefits of the use of RCW technology for smallscale farms in Africa. 2. Determine the impact of RCW technology on the physical chemical and biological properties of soil and the mechanisms whereby they are mediated. 3. Identify the biophysical and socioeconomic factors determining adoption and extension of RCW technology in farming communities. 4. Strengthen the capacity of national scientists, extension agents and NGOs for soil fertility management incorporating RCW technologies. OUTPUTS 1. Published synthesis and review of RCW technology including indigenous knowledge of related technologies for improving crop production. 2. Agroecologically referenced database of RCW materials and techniques for management, with evaluation of their suitability for use, over the short and long-term, as soil amendments. 3. RCW technology adopted and disseminated in a number of target zones in East and West Africa. 4. Decision support system for management of RCW over a range of biophysical and socioeconomic conditions in Africa. 5. Capacity of national programmes and universities for soil fertility research and dissemination strengthened. ACTIVITIES The project will be implemented in three phases each with a variety of activities which address different components of the Objectives. Phase I, Objective 1 and 2, Years 1 to 5: 1. Review and synthesise available information on RCW including farmers’ knowledge on the use of twigs and branches in restoring soil fertility. 2. Determine the availability of woody and other LQR materials suitable for RCW technology in selected benchmark areas in West and East Africa. Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 79 3. Test the agronomic effect of RCW technology in researcher designed and managed experiments utilising a range of available woody materials across a range of soil and climate conditions within the benchmark areas. 4. Conduct a preliminary economic evaluation of the costs and benefits of RCW technology (Years 1 and 2); continue and extend this during the later years of the project. Phase 2: Objectives 3 and 4, Years 2 (or three) to 5: 5. On the basis of the evaluations conducted in the Phase 1 Activities establish on-farm experiments in partnership with farmers on the agronomic effects of available RCW technology (see notes on Network Experiments). 6. Document and quantify farmers’ evaluations of RCW technologies and their modifications of the practices. 7. Evaluate the factors determining adoption of RCW technology (see Notes on Decision Support Systems). 8. Initiate dissemination of beneficial RCW technologies through partnership with extension agents, NGOs, Women’s Groups and NARS and utilising workshops, instruction manuals/leaflets and mass media information on RCW and farmers’ modifications/innovations of the technology. 9. Test the Decision Support System across a range of new environments. Phase 3 Objective 2: Years 2 to 5. 10. Establish intensive studies to quantify the processes regulating the effect of RCW materials on soil properties and crop production (see notes on Decision Support System below). 11. Train national scientists in RCW technology and soil fertility research at both PhD and M.Sc levels. 12. Develop georeferenced database linking the factors regulating RCW availability and action with the agronomic and economic benefits (see notes on Decision Support System below). 13. Develop Decision Support System for determining the biophysical and socioeconomic conditions under which RCW technology and will have a high probability of both short term economic benefit and long-term sustainability. Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 80 Notes on Activities: Network Experiments: Economic evaluation of RCW materials will include assessment of availability, opportunity costs of use as soil amendment, labour cost of preparation and application with particular reference to labour-short households including women-headed or managed farms, and the economic return from use of these materials as compared with other available inputs. Agronomic returns from RCW materials will be compared with those of inorganic fertilisers and HQ organic materials. These experiments will be established with the expectation of continuance through the five-year period of the project and beyond, in order to assess the long-term influence of RCW and other materials on soil organic matter and nutrient recapitalisation and thence on the sustainability of nutrient cycles and soil physical and biological properties. A standard package of methods for assessing and monitoring RCW effects on physical, chemical and biological properties of soil will be incorporated into the experiments. On-farm experiments will be initiated only in sites where results from the experiments and surveys carried out in Years 1 and 2 give clear indications of potential agronomic and economic benefits from RCW technology. Decision Support System: Research will be conducted by postgraduate students under the supervision of the Project Coordinator and Senior Scientists of TSBF, ICRAF and the University of Laval to develop understanding of the ways in which RCW influence the physical, chemical and biological properties of soil and thence affect crop yield and system sustainability. Questions to be addressed will include: the influence of resource quality, chip size and input placement practice (surface or incorporated) on soil properties and the processes determining them; together with the effects on nutrient cycling, soil properties and crop yield of interactions with inorganic fertiliser and HQR. The design of the intensive experiments will be strongly influenced by the availability and choice of RCW and other inputs and the management practices adopted at the network sites. The main target and output of this research will be to develop Decision Support Tools which will enable prediction of the conditions under which it is appropriate to use any particular RCW input. In order to achieve this output the intensive biophysical research results will need to be integrated with the agronomic, monitoring and socio-economic data from the network sites. IMPLEMENTATION AND MONITORING PROCESS The project will be implemented by a consortium of institutions in six countries of sub- Saharan Africa. These include TSBF, Nairobi Kenya, KARI, Kenya, ICRAF, Kenya, Zambia and Malawi, others etc ..... Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 81 The sites for implementation of the Network Research will be [Robert, Paramu, Gilles et al to enter brief description with emphasis on suitability for RCW studies] The project will be coordinated by two scientists: the first, employed in West Africa by IDRC, will be responsible for overall coordination and management and the Network Research; the second, employed by TSBF and based in Zambia, who will have particular responsibility for the Decision Support System Research. The project will be initiated by two activities; the first is to commission the review and synthesis envisaged in Activity 1. The second to hold a project planning workshop in West Africa to develop a detailed workplan. This meeting will also be important in that it will enable all partners to visit the experiments already established in West Africa and familiarise themselves with the potential of the technology. This should be as soon as possible so that there is opportunity to modify the activities proposed, if necessary. During the development of the Network Research existing networks already involved in soil fertility research and extension will be utilised as much as possible in order to reduce administrative and transaction costs and to gain synergy with other soil fertility research already on-going. Agreements and contacts have been made with AFRENAs in East, West and Southern Africa and AFNETA in West Africa. Other participating networks could be those of the CGIAR SWNM Programme. Roles of universities, both local and in Canada, and international centers ( TSBF, ICRAF , WARDA and IITA) have been identified. Monitoring and evaluation of the project will be conducted by a Steering Committee consisting of representatives of the each regions , participating centers and nominees from IDRC and CIDA. An annual meeting of the Steering committee is planned, including visits to field sites. In addition, an independent, external team will be commissioned to review the progress of the progress at the start of the third year. Timetable Phase 1 : Network Experiments: Years 1, Côte d’Ivoire, Senegal, Malawi and Zambia; Year 2, Kenya and one other West African country. Phase 2: Year 2 or 3 in all countries. Phase 3: Experimental studies established Year 2 in Chipata, Zambia; Year 3 onwards additional studies in other countries. Training: Because RCW is a new technology there is a an urgent need to develop a local capacity for research to understand how it works in order to extrapolate its application to a wider range of environments. It is envisaged that four Ph.Ds and 5 M.Scs scholarships are required in each region: Eastern and Southern region and West Africa. These students will be encouraged to register with the local universities in order to keep the cost down and to encourage the teaching of RCW in the local university curriculum. The training Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 82 programme will be managed by ICRAF, which already has agreements with all major African universities and with the Universities of Alberta and Laval. The main site for the intensive research studies will be Chipata, Zambia, but students may also be posted to other sites. Satellite experiments will also be performed at Network Sites to investigate the impact of variation in environmental variables. ETHICAL ISSUES Policy on data sharing and publications will be agreed upon before the start of the activities in order to ensure maximum exchange of information and cooperation between the various partners. BUDGET [NB will need to be divided by year in next draft] Estimates of cost are based on discussions with representatives of both East and Western Africa region. 1. Network Research: Total cost for running each site @$ 5,000 per year for 5 sites in each region to cover a range of soil types and rainfall. @ $50,000 per year for 5 years and 10 sites $250,000 2. Travel Local within each region @$2,000 per site per year International , including between regions $72,000 3. Workshops in year 5 $40,000 4. Training for graduates students $ 500,000 @ $ 50,000 per Ph.D and @$18,000 per M.Sc each. $ 500,000 5. Mid-term external review and travel cost for Steering Committee 50,000 6. Equipment and consumables Capital: wood chip choppers ( 4) $20,000 Chemicals for soil analysis $60,000 Field equipment for measuring physical properties $30,000 7. Consultants For state-of-the-art review $4,000 For decision support systems (TSBF) $30,000 For electronic support of field equipment ( ICRAF) $120,000 8. Coordination (East and Southern Africa $655 000 Salary, etc @ $95 000 pa x 5y += $475 000 Operation and Support costs @ $31 000pa x 5 = $ 155 000 Vehicle = $25 000 Annexe n° 5 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juilet-août 1998) Notes du Dr Mike Swift, TSBF Nairobi 1997 Proposition du TSBF, Nairobi reçue le 26 novembre 1997 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 83 Sub-total (% years) $1,681,000 9. Laval University Ph.D students ? Travel for students and supervisors ? Back-stopping by Prof. Lemieux and colleagues ? 10. Coordination (West Africa) ? °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 84 A PROPOSAL TO TSBF AND ICRAF FOR TESTING THROUGH A COMPREHENSIVE METHOD THE RCW TECHNOLOGY. by Gilles Lemieux 33 and Lionel Lachance 34 Much have been said over the years on Ramial Chipped Wood and empirical research for the last decade have risen fundamental questions. One of the most important is certainly the role of the forest giving birth to pedogenesis and maintaining long term fertility throughout the world. This proposal is a serious hypothesis for a better understanding of our world with special reference to the tropics for both agriculture and forestry. While traditionnal agriculture calls for short term nutrient soil management with emphasis on phosphorus and nitrogen, this proposal deals with basic long term soil structure enhancement and trophic chains, responsible for nutrient release when ever needed by the plants. On this respect we see soil developing in a polyphenolic matrix, ruling microbial life and soil structure by the same time. As we all know, carbon depletion in the soil is now commonly recognized, but little is known over its replacement and conservation under normal cultivation methods. Most of the results we achieved are looking toward this direction where lignins from the trees and Basidiomycetes are playing a key role. For this purpose, our team at Laval University, has put forward a full and complete proposal to IDRC 35 regarding an understandable way to introduce forest for basic agricultural needs as well as for fire and timber wood. Much remains to be known on the RCW technology and ICRAF as well as TSBF could bring light on several aspects of both RCWs and pedogenetic processus. Thus, we are launching the following proposal, because we think proper financement can be reached. From the begining we believed that both institutions have the best knowlege and skills to do so throughout the tropical agricultural world. We hope this proposal to heal our common misunderstanding and most difficulties to be behind for a brighter and fruitful scientific relation for the future. We are favoring a smaller scale project than the one we talked about in October 1997 in Nairobi, because we feel that you are going to be convinced by your own experience, as were our Carrribean and West African colleagues over the years. Colleagues from the Boyarska forest experiment in Kiev have also brought recent priceless new data. We propose a three year programme with an evaluation after two years and a second one on 33 Professor, Department of Wood and Forest Science, Laval Univesity, Québec, Canada 34 Agronomist, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Sainte-Foy, Québec, Canada 35 Lemieux, G, Lachance, L. & Genest S. (1998) «Project to Introduce RCW Technology in Africa: Development and Research in Agroforestry Applied to Agriculture and Forestry» 17 pages ISBN 2-921728-34-6 (version anglaise) Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 85 the third. We propose an amount of money not less than a 100,000.00$ Can and not exceeding 200,000.00$ Can. We would be grateful for recieving from you a complete design for experimentations to be conducted under your capacities. The following proposal is closely related to the one 36 put to IDRC in early 1996 but never implemented. GOALS The following proposal is designed to reach and understand soil physics, soil structure, biochemical and biology enhancement by using chipped branches (RCW) of various Dicotyledon trees and some shrubs applied and mixed with the soil, to be transformed in humus and humic substances. This processus deals with lignin transformation where wood vessels are playing a key role, long term, for carbon release. We are not looking for a new agronomic way of fertilizing but to search and understand pedogenetic mechanisms wich have evolved under the forest canopy for over 300 000 000 years. Results obtained until now are most promissing with regard to this approach. Lignins depolymerization and soil energy availability are at stake. 1) The first objective is rather practical in order to understand, measure and count RCW transformation 37 results into a productive tellurian system. 2) The second one is to increase and maintain quality of yields while reducing chemical inputs and pest control. 3) The third one is to rehabilitate degraded non productive soils and turn them back to significant productive agriculture. 4) The fourth one is to renew and maintain the quality of the water table when ever possible (as stressed by experimentation in the Niayes region, east of Dakar, Sénégal). 5) The fifth objective, and the most important, is to allow scientists who has limited experience in biological and biochemical soil enhancement to see, understand in the basis of a serie of phenomenon taking place when unusual agricultural parameters are taken into account. Both yield increasing and soil structuration are at stake through an unusual forested perception of agriculture. MATERIAL AND METHOD Instead of heading directly for plant production through well known chemical pathways we have tried to induce and understand, or at least find a way to do so, how ignored nutrients could be released for a full, high quality plant nutrition. We ibelieved that forest has resolved this difficult equation by setting pedogenetic mechanisms taking into account all local parameters, chemical, biochemical. microclimatic, so on and so forth.... Chipping and crushing the richest part of the forest, the branches and twigs, have proven to be efficient, when spread and mixed with the first centimeters of top soil. Rapidly 36 Lemieux, G, & Lachance, L. (1996) «Essais d'utilisation du bois raméal fragmenté (BRF) pour la régénéraion des sols dans les cultures en couloir en milieu africain» Université Laval, 17 pages, ISBN 2-921728-14-1. 37 We disagree with the use of the term «decomposition» for a negative interpretation of a «positive enhancement phenomenon» Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 86 it appeared that Dicotyledon trees and shrubs where more efficient than coniferous trees and the Monocotyledon plant. This question imust prevail in order to find out the best species related to needs. The first results from a simple experimentation, have shown a very wide range of possibilities and mechanisms. These mechanisms can be triggered by the local conditions or not. We need to know more through a serie of hypothesis to be tested for a better understanding of the basic facts and conditions. Understanding the roles of lignins, polypenols and energy availability are the most important goals. Understand and controle the biological aspect of nitrogen and phosporus availability arethe next important ones. In fact we are looking towards a new concept which came out from the Rio Conference: sustainability. Turning back agricultural soils to forested soils without trees should lead to more sustainability, what is already measured in Canada, the Carribeans and West Africa. The first experiments were too short and simple and needed to be repeated on a broader scale. SPECIES TO BE USED The first conference on RCW 38 technology held at Pointe-au-Pic (Canada) in 1995 for the Club of Sahel members, has setted a number of goals and selection of tree species was the second most important. You could use a large number of tree and shrub species to implement your research and trials a) A first group of native species b) Among the native species, special attention shoud be paid to dominant forest ones. c) A mixture of different species expected to give better results. d) Introduced species, should also be tested. Leguminosae should be selected, but some of them are deleterious. (There is no relationship between N fixing role of the root nodules and their ability to positivelly contribute to upgrading pedogenesic processes. They may interfer with pedogenesis but could bring large benefits later on). On this respect , ICRAF and TSBF could play a major role troughout East Africa in both research and demonstration with emphasis on development by using different climatic zones and precipitation patterns which could enlight the actual views and knowledge and bring some new data. This could be an exceptionnal contribution by ICRAF and TSBF to build a comprehensive scientific base to be used worldwide to some extent CHIPPING OR CRUSHING Since a large part of technology is based on the transformation of RCWs by Basidiomycetes enzymatic systems, chipping branches is the key step for allowing mycelia to get to nutrients contained under the bark into the cambium. This also open the door for 38 Lemieux, G. (1995) «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel» Laval University and CIDA, 26 pages, ISBN 2-921728-13-3 Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 87 these Basidiomycetes fungi first, instead of lower fungi or bacteria. Reducing twigs and branches into chips is can be done with a chipping device but also by breaking the fibers with a hammer or a stone at a lower cost in Africa. This operation should be seen as a tellurian pedogenetic upgrading procedure instead of a degradation approach to nutrient release. It is obvious that the approach by hand chipping (machete) or crushing could be used making local people less dependent on machinery in the first place. Nevertheless, larger experiments at research stations or universities could count on a better mechanical organization with motorized chippers or crushers. Chips shall not be too fine nor too coarse; ranging from 2 to 10 cm long. VOLUME REQUIRED Experiments over the years in Canada and the Carribean have show that an optimum coat of 2 cm thick is sufficient. Higher or lower volumes have given lower results on short term, but just as good over a longer period of time for higher volume. Much has bo be experimented on this respect under tropical conditions. SOIL INCORPORATION Three different techniques need to be tested under tropical conditions and properly assessed: a) RCW to be used as a mulch. b) RCW to be incorporated to the first 10 cm of the top soil by harrowing (chisels) c) RCW to be coverd by 5 cm of the topsoil in order to prevent sterilization by UV rays. SETTING THE EXPERIMENTAL DESING We are using randomized blocks repeated four times with plots not exceeding 10 m 2 each, including checks. This could be modified with regard to local needs and means under tropical conditions with the help of statisticians of yours. TESTING PLANT TO BE USED We strongly suggest ti use maize as the test plant since it was used in Côte d'Ivoire and Dominican Republic. We also recommend to stick to one variety in every trial in order to best evaluate the impact of this technology on yield performance. NUMBER OF CROPS YEARLY If more than one crop is to be grown in one year, we also suggest to install a cover crop during the fallow. An annual clover would do best in order to keep active and alive a large number of soil organisims which would disappear otherwise, depending on living plants. SOIL ORGANISMS FROM THE FOREST Recent data from the Boyarska Forest experiments on RCW technology in Ukraine strongly suggest the value of forest soil biodiversity by introducing with RCWsinto10 grams of good forest soil per square meter. This could show significant results on crop yields and soil enhancement as in Kiev experiments with oat and rye. Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 88 HISTORY OF THE SITES For suggestions: a) Description of chosen sites b) Soils physic and chemical characteristics c) The natural potential of these soils. d) Local climate and precipitation features e) Chosen tree species for RCW production main characteristics f) Physical and chemical RCWs characteristic, with a special reference to both lignins and extractible contents. DATA TO BE COLLECTED On the soil before and after a) State of biological diversity (bacteria, fungus, protozoa, acarians insects at all stages of development earth worms..... b) humus rates c) Total energy from biological origin. d) Both alkaline and acid phosphatase e) Calcium, iron and zinc evolution with regard to test plots f) Quality of soil water resistant agregates g) Different types of clay and their saturation state h) Salinity evolution i) pH dynamics j) C/N ratio cyclic evolution On the plants during and after a) Growth b) colour c) Shape d) Parasite resistance (fungus and insects) e) Drought resistance Yields a) Stages at crop time b) Qualities: physical, Chemical and Organoleptic c) Volumes per surface units at crop time d) Economical value at local, regional, international levels as well as for industrial transformation. ANNUAL REPORT An annual report should be submitted to IDRC on ongoing research from ICRAF and TSBF and also from subsidiary institutions such as univetsities or colleges involved locallty in Eastern Africa Annexe n° 6 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-aoüt 1998) 89 A THREE YEAR PROGRAMME Dependable results cannot be expected before a three year experiment period since biological and biochemical characteristics are evolving over time. Progress reports should fill this gap in order to make our efforts known on the local and regional scene. A WEST AFRICA CONFERENCE IN 1999 With the help of CIDA we expect to set a french speaking countries including Madagascar conference on RCW technology and its forested approach to soil fertility. We expect you to attend and some observers of Eastern Africa. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 90 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC CANADA « Projet d'implantation de la technologie des BRF en Afrique : développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt » PROJET PROPOSÉ AU CRDI PAR LES Faculté de Foresterie et de Géomatique (Laval) Faculté des Sciences Sociales (Laval) Faculty of Agriculture and Environment Sciences (McGill) MARS 1998 Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 91 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Plan Objet de la présente demande au CRDI Présentation d'un résumé de projet Appréciation de la proposition Étude de pré-faisabilité Financement d'une mission sur place Ressources demandées Historique du projet Provenance de la demande d'assistance Les demandeurs du Sud – Universitaires – Politiques – Autres intervenants ONG / PME Les intervenants du Nord – L'engagement des uns et des autres – La complémentarité des équipes Pertinence en matière de développement – La problématique développementale – L'émergence de l'idée d'appliquer la technologie BRF – La valeur scientifique de la technologie BRF – Les conditions réelles d'implantation – Les résultats escomptés – Les populations visées – La durabilité des résultats – L'implication à long terme des nationaux africains L'évolution du projet – Les étapes déjà franchies – Les étapes à venir Une première mission – Date / Participants / Rôles – Budget – Objectifs / Résultats de la mission Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 92 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Objet de la présente demande au CRDI 1 • La présente a pour but la présentation au CRDI d'un résumé du « Projet d'implantation de la technologie des bois raméaux fragmentés - BRF en Afrique » afin d'obtenir une première appréciation de notre proposition. 2 • Une appréciation positive nous permettrait, grâce à un financement initial du CRDI, de procéder à une mission de pré-faisabilité de trois personnes sur place en Afrique. 3 • L'estimation de cette mission est de l'ordre de 30 683 $. La situation désirée 4 • La technologie proposée est basée sur la réintroduction de la forêt pleinement justifiée en terre d'Afrique. L'instauration d'une agriculture axée sur la forêt à la fois moderne et traditionnelle permet déjà de prédire des augmentations de rendements en volume et en qualité des récoltes. Pour ce faire, la forêt devra être reconstruite pour des fins agricoles, forestières et environnementales par les africains eux-mêmes dans le but de stabiliser à la fois l'économie nationale des pays intéressés, et l'économie des familles basée sur la circulation de nouveaux capitaux pouvant être investis dans les concepts de durabilité et de stabilité. 5 • Pour amorcer et maintenir l'apport de bois raméal fragmenté (BRF), il est essentiel d'utiliser des techniques de reboisement et des essences prometteuses. Tous les aspects seront intimement liés à la production et au maintien des arbres dans un contexte forestier. Ces activités devront se poursuivre dans un horizon de 10 années avec des étapes sujettes à l'évaluation internationale. Historique du projet Provenance de la demande d'assistance 6 • La présente demande nous a été formulée par le Sénégal et la Côte d'Ivoire dans la cadre de la recherche d'une solution aux problèmes de sécurité alimentaire et de la dégradation des écosystèmes pour une production agricole et forestière durable. Les intervenants du Sud 7 • Les institutions universitaires et de recherche visées sont l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar (Sénégal), celle d'Abidjan (Côte d'Ivoire) en coopération avec l'Institut des Savanes de Bouaké. L'ICRAF de Nairobi ainsi que le Soil Biology and Fertility Laboratory du Kenya ont déjà été approchés. L'ORSTOM de Dakar au Sénégal se montre intéressée. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 93 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 8 • Il faut également s'assurer de la compréhension et de l'intérêt des autorités politiques du Sénégal et de la Côte d'Ivoire au niveau des ministères de l'Agriculture et des Forêts de même que des institutions de recherche et de développement qui y sont attachées. Une première sensibilisation a été faite en 1995 par un exposé devant les 12 pays faisant partie du Club du Sahel. 9 • Des demandes d'ONG de Madagascar nous ont également été faites et plusieurs ONG nationales africaines ont été sensibilisées lors de l'Atelier de Nairobi de juin 1997 sur la recapitalisation de la fertilité. Des ONG canadiennes et européennes oeuvrant en Afrique devraient être sensibilisées comme CARE International et le Comité Jean Pain de Madagascar. Les intervenants du Nord 10 • Le Centre de Recherche pour le Développement International dispose d'un personnel compétent et il peut assurer l'administration générale du projet. De plus, ses cadres recèlent de professionnels possédant des expériences et des connaissances pertinentes au projet destiné à l'Afrique. Il peut compter sur la participation active de deux grandes universités canadiennes. L'engagement et la complémentarité des équipes 11 • Les Universités Laval et McGill du Québec sont les initiatrices de la technologie proposée et agissent en réponse à la présente demande. Ces universités ont également au sein de leur personnel et dans leurs corps professoraux respectifs des personnes engagées dans la recherche sur les BRF et tout particulièrement Laval. D'autres universités canadiennes ont des intérêts dans ce champ scientifique comme celle d'Alberta d'Edmonton ainsi que celle du Manitoba de Winnipeg. 12 • À l'étranger, l'ICRAF (International Center of Research in Agroforestry) de Nairobi au Kenya, le TSBF (Tropical Soil Biology Laboratory) de l'UNESCO également de Nairobi ont montré un intérêt certain. Il en va de même de l'IITA (International Institute for Tropical Agriculture) d'Ibadan au Nigeria et de l'Université de d'Antananarivo de Madagascar. En Europe, ce sont, pour la Belgique, les universités de Gembloux et de Louvain-la-Neuve, pour la France, l'Université de Chambéry et le CÉMAGREF de Grenoble, et pour l'Ukraine, l'Université Agricole de Kiev. Enfin, deux universités tropicales des Antilles participent aux recherches la Universidad Pedro Henriquez Ureña de Santo- Domingo et celle de Santiago de los Caballeros en République Dominicaine. 13 • Le Centre de Recherche pour le Développement International peut aussi compter sur la contribution d'autres universités canadiennes et un grand nombre de partenaires dans les pays d'Afrique visés. Toutes ces ressources humaines sont certainement disposées à assumer, selon leurs compétences et leurs intérêts, des Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 94 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada responsabilités précises qui leur seraient confiées par la direction du CRDI et de l'ACDI. La maîtrise-d'oeuvre pouvant être dévolue à l'Université Laval. Pertinence en matière de développement La problématique développementale La situation actuelle 14 • Selon les notes échangées au cours des derniers mois, il est évident que les grandes préoccupations de l'ACDI et du CRDI sont : « food security », « environmental degradation », « sustainable agriculture and forestry ». 15 • L'évolution de l'agriculture africaine et son environnement est une préoccupation constante au Canada et dans la majorité des pays développés. Le recul de la forêt et la croissance de zones désertiques, la fertilité décroissante des sols suite aux cultures intensives pratiquées par l'agriculture moderne, tout cela remet en lumière le manque d'efficacité des moyens actuels grands consommateurs de techniques et de capitaux sans égard à la capacité des sols. 16 • La revivification de l'agriculture par les connaissances nouvelles de la science et compatibles à bien des égards avec la tradition africaine est une nécessité car il lui faut prendre en main sa sécurité alimentaire et comprendre les méthodes propres à lui assurer une indépendance alimentaire grâce à l'utilisation de ressources forestières locales et renouvelables. 17 • Les données concernant les besoins alimentaires sont disponibles depuis des décennies dans toutes les agences internationales concernées 39 . Les rencontres, séminaires, colloques, conférences et réunions ont confirmé l'urgence de corriger la situation, d'abord en Afrique, mais également dans toutes les parties du monde en mettant l'accent sur la production d'aliments et sur les cultures vivrières qui sont insuffisantes, limitées par la faiblesse des sols à produire et le manque de moyens scientifiques et techniques. 18 • Les rencontres et les échanges ont également mis en évidence la volonté ferme du CRDI d'intervenir grâce à un projet précis et bien articulé pour que des moyens efficaces et connus soient utilisés pour corriger le vrai problème qui est celui de la dégradation des sols, donc celui des milieux et partant, réhabiliter les sols et développer une agriculture durable. En 1996, le CRDI finança et demanda au Professeur Lemieux de faire un exposé devant les chercheurs de l'ICRAF et du TSBF de même que devant ceux de l'IITA d'Ibadan au Nigeria. En 1997, il finança une participation à l'atelier de l'ICRAF portant sur le rôle des ONG dans la restauration de la fertilité des sols dans le but avoué de faire la promotion de la 39 Kidd, C.V. & Pimentel, D.(1992) «Integrated Resource Management: Agroforestry for Development» Academic Press Inc. San Diego, USA 233 pages, ISBN 0-12-406410-8 Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 95 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada technologie des BRF. Finalement, c'est en octobre 97 que le CRDI finança un atelier sur la technologie des BRF à l'ICRAF de Nairobi ainsi que la participation de scientifiques du Canada, de la France, de la République Dominicaine, de la Côte d'Ivoire, du Sénégal, du Kenya, de la Tanzanie et de la Zambie. 19 • Les pays africains bien nantis dans le domaine forestier seront les fournisseurs primaires de BRF pour les pays ou régions dépourvus de forêts. Ceci nous permettrait à frais réduits d'utiliser les ressources forestières non utilisées dans les régions limitrophes de celles qui en ont besoin pour amorcer le cycle de reconstitution des sols tant agricoles que forestiers. Les régions les mieux nanties sont celles du sud du Sénégal, la ceinture littorale entre Dakar et Saint-Louis, de même que les régions de l'ouest et du sud de la Côte d'Ivoire. Plusieurs autres pays africains ont des ressources qui peuvent servir un commerce relativement important qui serait avant tout inter régional, mais également international, la ressource étant abondante localement et de haute qualité pour les fins que nous cherchons à atteindre. Ceci permettrait d'amorcer la formation de véritables sols sans quoi il sera impossible de reconstituer la fertilité tant agricole que forestière. L'émergence de l'idée d'appliquer la technologie BRF 20 • Cette technologie consiste à utiliser les plus petits rameaux des arbres et arbustes forestiers à les broyer et les incorporer au sol. Ainsi, les rameaux de moins de 7 cm donnent ce que nous avons convenu d'appeler des BRF ou Bois Raméal Fragmenté après broyage. Les résultats obtenus par la suite sont le fait de la lignine dépolymérisée par les systèmes enzymatiques des champignons Basidiomycetes et de ce fait nécessitent quelques précautions de départ. Cette technologie en plus d'augmenter les récoltes de manière spectaculaire, assure la régie de l'eau, des chaînes trophiques et de la structure du sol pendant plusieurs années. Elle permet aux paysans d'utiliser des produits issus de la forêt pour restructurer le sol et en augmenter la fertilité à long terme. Ces connaissances nouvelles nous confirment que l'introduction d'une technologie d'origine forestière est la base non seulement scientifique mais également historique du retour à l'autosuffisance alimentaire par des mécanismes que la nature a mis au point sous le couvert de la forêt pendant 50 millions d'années. C'est la clé de l'autosuffisance alimentaire et de la durabilité des conditions environnementales 21 • On comprend depuis peu que le sol est un milieu vivant au même titre que les plantes ou les animaux. Il peut donc se dégrader à la suite d'une gestion abusive ou inapropriée, mais également il peut être reconstitué, retrouver sa fertilité et sa stabilité et continuer à fournir les aliments nécessaires de manière durable. Réintroduire les chaînes de vie dans une matrice biochimique représentée par la chimie des polyphénols représente l'objectif à atteindre à moyen et long terme. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 96 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada La valeur scientifique de la technologie BRF 22 • Cette technologie nouvelle fait appel aux ressources de la forêt et propose l'utilisation d'une de ses composantes à laquelle la technique et la science ont fait appel, le bois raméal qui est compatible à des degrés divers avec les grandes traditions africaines relatives aux arbres. D'abord mise au point par les travaux du Professeur Lemieux de l'Université Laval, cette technologie été mise à l'essai dès 1992 au Sénégal (Université de Dakar) puis en Côte d'Ivoire (Institut des Savannes de Bouaké) et finalement par l'Université Pedro Henriquez Ureña de Santo- Domingo en République Dominicaine dans les Antilles. Que ce soit dans les Antilles ou en Afrique, les résultats sont toujours du même ordre et peuvent être prédits avec passablement de certitude. 23 • Le moyen maintenant connu, qui a fait ses preuves en Afrique comme en Amérique, et dont le Canada est à l'origine, a été retenu par les participants à la consultation de l'ICRAF en octobre 97, et ce sont les bois raméaux fragmentés (BRF). 40 Leur utilisation selon une technologie relativement simple a permis de multiplier les rendements de cultures vivrières en améliorant l'environnement et la qualité de la vie dans les milieux où ils furent mis à l'essais. La revue des travaux 24 • Après avoir cherché à augmenter les revenus des petits producteurs forestiers par l'utilisation des branches 41 de conifères pour l'extraction et la production d'huiles essentielles, Edgar Guay, alors sous-ministre au ministère des Forêts du Québec, crut possible l'utilisation des résidus de cette industrie évaluée à plusieurs milliers de tonnes annuellement à des fins agricoles. Les résultats furent rapides et publiés dans deux rapports techniques en 1982 42 . Cette approche fut ignorée car elle mettait en conflit les ministères des Forêts, de l'Agriculture et de l'Environnement. Seul le ministère des Forêts jusqu'à tout récemment a montré un intérêt certain. 25 • La publication en 1985 des résultats de 3 années 43 de recherches sur plus de trente parcelles et visant la régénération forestière, a remis le débat à l'ordre du jour 44 . En 1989, une étude statistique a confirmé l'influence des BRF sur la germination et la survie des semis naturels en milieux forestiers. Plusieurs travaux publiés en Europe et aux États-Unis à la fin de la décennie 80 apportent des lumières nouvelles et inattendues 45 . Il faut aussi mentionner les importants travaux de l'école de 40 En français BRF et en anglais RCWs (Ramial Chipped Wood). 41 Lapointe, R.A. (1979) «Les huiles essentielles et leur approvisionnement en branches» Ministère de l'Énergie et des Ressources, Service de l'Exploitation, 42 pages. 42 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 43 Lemieux, G. (1985) «Essais d'induction de la végétation forestière vasculaire par le bois raméal fragmenté» Département des Sciences Forestières, Université Laval, 109 pages, ISBN 2-550-21340-8. 44 Lemieux, G. (1986) «Compte-rendu du colloque d'évaluation sur les bois raméaux, Université Laval, Québec, 59 pages 45 Rayner, A.D.M. & Boddy, L. (1987) «Fungal decomposition of Wood» John Wiley & Sons 597 p. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 97 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Corvallis 46 et ceux des États Unis dans le cadre du Programme Biologique International (Borman, F.H., Likens, G.E., Gosz, J.R., Holmes,. R.T. ) etc. 26 • Des relations étroites ont été maintenues avec la société d'état REXFOR dans les régions de Québec et dans celle du Bas Saint-Laurent. Nous avons tenu, à deux reprises, des colloques régionaux sur les BRF soit dans la vallée de la Matapédia 47 et à l'Université Laval. C'est en 1993 que se tient le quatrième colloque international sur les BRF dans la vallée de la Matapédia et auquel participeront plusieurs chercheurs et scientifiques d'Europe, d'Afrique et du Québec 48 27 • En 1994, à Rome, la FAO est informée de la technologie des BRF 49 . En 1995, à l'invitation de l'ACDI, le Professeur Lemieux démontre le potentiel des BRF dans des projets de développement et ce, devant les 12 pays qui financent le développement du Sahel lors de la réunion de Pointe-au-Pic 50 . 28 • Il serait irréaliste et fastidieux de proposer ici plus de références bibliographiques et c'est la raison pour laquelle nous nous limitons à celles évoquées dans les lignes qui précèdent pour alléger le texte. Les conditions réelles d'implantation 29 • Dans le passé, de nombreux efforts et des sommes énormes ont été consenties à une pléiade de projets visant à combler les besoins alimentaires de plusieurs pays d’Afrique. Mais les transferts de technologies efficaces dans les pays industrialisés se sont heurtés à des difficultés pédo-climatiques, politiques et sociales dans les pays d’Afrique. 30 • Les problèmes d’ordre bureaucratique (v.g. les conflits de juridiction entre les ministères), politique (v.g. les rivalités entre groupes ethniques), juridique (v.g. les règles de propriété foncière), sans compter le fonctionnement des sociétés africaines axées sur les réseaux de parenté, constituent autant d’aspects qui peuvent Erikson, K.E.L. Blanchette, R.A. & Ander, P. (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components» Springer- Verlag, Berlin, 407 pages. Leisola, M.S.A. & Garcia, S. (1989) «The mechanisms of lignin degradation» In enzyme systems for lignocellulose degradation, Elesevier Applied Science pp 89-99. 46 Perry, D.A., Amarantus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainers, R.E. (1989) «Bootstrapping in Ecosystems» BioSciences 39 (4) pp 230-237. 47 Lemieux, G. (1992) «L'introduction des bois raméaux fragmentés dans le plan de relance de la Matapédia» Amqui, Université Laval, 13 pages, ISBN 2-550-22851-0. Lemieux, G. (1993) «Les actes du deuxième colloque régional sur les bois raméaux fragmentés» Amqui, vallée de la Matapédia, Université Laval Québec 39 pages. 48 Lemieux, G, & Tétreault, J.-P. (1994) «Les Actes du quatrième colloque international sur les Bois Raméaux fragmentés» Amqui, Québec, Université Laval 195 pages ISBN 2-550-28792-4. 49 Lemieux, G. (1993) «L'aggradation pédogénétique, un processus universel sous l'influence des BRF: les effets sur la biodiversité et la productivité» FAO, Rome, Université Laval, 6 pages ISBN 2-921728-04-4. Lemieux, G. (1993) «A universal upgrading processus: RCWs to enhance biodiversity and productivity» Université Laval Rome FAO 6 pages (traduction anglaise) 50 Lemieux, G (1995) «Les germes économiques et scientifiques de la révolution verte au Sahel» ACDI et Université Laval, Club du Sahel, rencontre de Pointe-au-Pic, 21 pages ISBN 2-921728--13-3. Lemieux, G, (1995) «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel» CIDA and Laval University 26 pages ISBN 2- 921728--13-3. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 98 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada entraîner quelques difficultés dans l’implantation du projet. Par contre, l’absence de problèmes de communication, étant donné l’usage courant du français (ou de l’anglais) est un atout dans le contexte africain. 31 • Il est donc important de mettre en place une structure opérationnelle responsable de la réalisation et du suivi scientifique, technique et financier du projet, pour en assurer la crédibilité et la réussite, sans avoir la prétention de tout prévoir à l’avance. 32 • Dans cette optique, le CRDI sera appelé à faciliter l’accès à des laboratoires, à des équipements spécialisés, à des moyens de transport, à des outils agricoles et forestiers, entre autres. Cet appui est nécessaire pour que les équipes qui vont réaliser les projets dans les pays visés agissent en partenaires engagés et encouragés. 33 • Dans chacun des pays impliqués, un périmètre de plusieurs hectares sera désigné comme le centre principal d’activités. Il devra refléter les caractéristiques des sols, de la végétation, des cultures. Sa localisation reposera sur l’accès aux voies de communication, aux plantations d’arbres ou aux forêts. La sélection du site tiendra compte des règles du régime foncier, des coutumes en matière d’environnement et de protection des arbres, des rapports entre les villages de la région choisie et des incidences politiques de ce choix. En d’autres termes, cette opération ne saurait réussir sans une attention suivie portée aux traditions et aux pratiques agricoles et forestières des populations concernées. 34 • Par ailleurs, ces centres d’activités ne sauraient être opérationnels s’ils ne sont pas dotés des équipements, des outils, des moyens de communication, de transport et des essences forestières nécessaires à la production des BRF. Matériaux et méthodes 35 • La priorité sera accordée à la forêt qui sera intégrée au développement d'une agriculture efficace et durable. 36 • Comme les matériaux de base sont d'origine forestière, il faut avoir accès à une source de bois raméal produit essentiellement soit par une forêt naturelle ou par une forêt artificiellement créée localement. Il n'est pas exclus de se procurer ces matériaux par voie de commerce dans les régions limitrophes comme le sud du Sénégal ou la région forestière de la Côte d'Ivoire qui sont bien nanties à ce chapitre. Le but ultime sera donc d'utiliser ce bois raméal après fragmentation pour la régénération et la réhabilitation des sols des centres désignés. 37 • Si le milieu dispose de plantations d'arbres, le prélèvement des rameaux destinés à la production de BRF se fera conformément aux protocoles qui auront été négociés et acceptés par les parties. Il faudra donc éventuellement, mettre à la disposition des responsables locaux des équipements spécialisés et former les utilisateurs. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 99 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 38 • Certaines essences forestières possèdent les qualités nécessaires à la production de BRF. Un inventaire sommaire devrait permettre de repérer ces essences et d'en évaluer le potentiel dans le cadre qui nous intéresse. Si le milieu désigné ne peut compter sur une récolte locale de BRF, il faudra dans un premier temps, lui fournir les moyens pour s'approvisionner ailleurs, car la réussite du projet repose sur la richesse et les vertus des BRF à régénérer les sols et à les rendre productifs d'une manière durable. 39 • La réticence montrée par les pays anglophones lors de l'atelier de Nairobi plaide en faveur d'un report de ce côté tout au moins tant que l'ICRAF n'aura accepté cette nouvelle technologie. Cette mission sera appuyée par le CRDI qui prendra les contacts et assurera la logistique en Afrique anglophone. Les résultats escomptés 40 • La technologie des BRF permet d’augmenter les rendements des cultures vivrières. 41 • Cette technologie favorise également la réintroduction de la forêt cultivée avec comme conséquences positives un meilleur accès au bois de chauffe et de menuiserie, mais aussi, et peut-être surtout, à l’utilisation des rameaux pour l’enrichissement du sol et la gestion de tous les facteurs chimiques, biochimiques, physico-chimiques et biologiques, dont de nombreuses enzymes sont responsables. 42 • Des retombées économiques évidentes sont attendues de la régénération des forêts et des sols et de l’accroissement des rendements des cultures pour les populations impliquées dans le projet. 43 • La technologie proposée favorisera la mise sur pied de petites entreprises, aussi bien dans le domaine de la reforestation, que de l’accroissement et de la diversification des cultures vivrières, ou encore de la prise en charge de la production des BRF. Ces actions rejoindront spécifiquement plusieurs projets d’intervention en matière d’appui aux activités économiques et de crédit des femmes menés par le gouvernement canadien et diverses ONG du pays. 44 • L’expertise développée dans le cadre de ce projet bénéficiera en retour aux programmes de formation et de recherche universitaires au Canada, tant dans les domaines techniques que dans les sciences sociales. Les populations visées Les attentes 45 • Les attentes sont d'ordre social ce qui implique l'économie familiale, villageoise, régionale et surtout nationale. Des forêts seront reconstituées par des essences locales ou par la réintroduction d'essences qui ont déjà fait partie du patrimoine Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 100 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada forestier, et non par des arbres d'origine étrangère comme le veulent les pratiques actuelles. 46 • Si nous sommes assurés de nombreuses retombées scientifiques et technologiques nous sommes également persuadés d'apporter des changements profonds dans tous paliers de la société traditionnelle et moderne. Les premiers résultats seront perceptibles au niveau de l'économie des familles dont les femmes sont la clé. La diminution des intrants et l'augmentation des extrants en produisant plus et à meilleur compte d'une manière durable et compatible biologiquement avec l'évolution africaine devrait contribuer à augmenter le revenu per capita au niveau de la famille puis de susciter de petits commerces et finalement permettre l'accès à des technologies mécaniques inaccessibles à cause des faibles rendements actuels. C'est par la forestérisation de l'agriculture qu'il nous faut tendre non pas l'agriculturisation de la forêt comme maintenant. La durabilité des résultats 47 • L’expérience a démontré que les sols enrichis avec les BRF retrouvaient leur vitalité et leur stabilité. Ils constituent donc une garantie dans le maintien du rendement agricole, étant entendu que l’agriculture est soumise à une gestion rationnelle. 48 • Pour ce qui est de la méthodologie d'utilisation et de gestion des BRF, elle résulte de nombreux essais tant au Canada 51 , qu'en République Dominicaine 52 , au Sénégal 53 ainsi qu'en Côte d'Ivoire 54 . Plusieurs publications en langue française, allemande, anglaise, espagnole et ukrainienne ont décrit les matériaux, l'incorporation au sol, la préparation des lits de semence (agriculture) ou du milieu de plantation (forêt). 49 • Dès 1995, le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux a présenté dans deux publications 55 différentes, l'ensemble des paramètres à mesurer pour en arriver à établir des règles locales. 50 • Ainsi, pour les sols traités aux BRF et destinés à des productions agricoles diverses, les programmes de cultures, les modes d'intervention, les observations, 51 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 52 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, pages 25-8, ISBN 2921728-22-2. 53 Seck, M.A. (1994) «Essais de fertilisation organique avec les bois raméaux fragmentés de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal) In “Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés” Lemieux, G. & Tétreault, J.P. éditeurs ISBN 2-550-28792-4 pp 36-41 54 Aman, S. (1995) «Effects of chopped twig wood on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» sous presse dans Tropical Agriculture 20 pages 55 Lemieux, G. & Lachance L. (1995) «Essais d'utilisation du Bois Raméal Fragmenté (BRF) pour la régénération des sols dans les cultures en couloir en milieu africain» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, publication no. 57 16 pages ISBN 2-921728-14-1 Furlan, V. & Lemieux, G. (1996) «Méthode d'application et d'évaluation pour l'utilisation des Bois Raméaux Fragmentés» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, publication no.67, 8 pages ISBN 2-921728-21-4 Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 101 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada les prélèvements d'échantillons, la mesure des rendements, la qualité des productions, l'évaluation des coûts et surtout les aspects biologiques du sol, sont le point central du projet. 51 • Sans crainte de nous tromper, nous sommes en mesure d'utiliser l'histoire et la stabilité de la forêt africaine comme modèle de schéma à utiliser pour établir les règles de la durabilité. Longtemps les populations africaines ont été dépendantes de la forêt pour vivre mais la disparition de cette dernière ne laisse aucun autre choix que l'utilisation des technologies apportées par le monde industriel occidental. Ces technologies se montrent impuissantes à réprimer les tendances à la régression et la dégradation des sols. Nous pensons que la technologie que nous proposons est capable d'obvier positivement aux tendances du siècle qui s'achève. 52 • La réintroduction de la forêt dans la vie sociale et économique des sociétés africaines pour ses besoins alimentaires comme le veut la tradition, mais par une technologie bien différente, devrait garantir le succès de l'entreprise. En permettant de mettre la forêt de l'avant, nous comblons toutes les attentes, allant de la modification des climats locaux en passant par la régie de l'eau, de la production de bois de feu, de la production de bois industriels et surtout de BRF permettant le maintien de la fertilité et de la productivité accrue des sols devenus moins vulnérables. 53 • Aucune autre technologie permet de combler autant d'attentes pleinement justifiées en terre d'Afrique. De la promotion de moyens de transports inter régionaux et internationaux, nous suscitons l'apparition de sociétés de transports et de production de BRF à échelle humaine pouvant évoluer autrement par la suite. L'augmentation des rendements et la stabilisation des sols permettra une augmentation des revenus familiaux puis d'une économie locale basée sur une certaine circulation de ces nouveaux capitaux qui à leur tour seront investis dans l'éducation, puis la petite industrie et finalement, à la stabilisation des populations jusqu'ici fragiles et instables. Partout le concept de durabilité et de stabilité est inscrit. 54 • La formation des formateurs accompagnant le transfert de la technologie des BRF est au fondement d’une prise en charge à long terme efficace par les autorités politiques (nationales et locales). 55 • Le transfert de la technique des BRF devra convaincre les populations, particulièrement les femmes, de l’utilité de la technique des BRF sur la régénération des sols, des effets sur leur production agricole et des retombées économiques pour elles et leur famille. 56 • La durabilité des résultats de ce transfert technologique ne sera assurée que si les populations sont convaincues de ses avantages à court et à moyen termes. Et pour ce faire, elles devront être impliquées au départ du projet. Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 102 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada L'implication à long terme des nationaux africains 57 • Dans le cas de milieux qu'il faut retourner à la forêt pour respecter les exigences du projet, les apports de BRF dès le départ sont essentiels. Quant aux techniques de reboisement, elles seront décrites tout comme les essences les plus prometteuses, la gestion des plantations, leur entretien, les observations, les échantillonnages, les prélèvements, l'évaluation des coûts et surtout les mesures reliées à la croissance et au développement des arbres. Toutes ces activités devront se poursuivre pendant plus de dix ans pour éviter que la ou les nouvelles forêts ne soient la proie de prédateurs connus... 58 • Dans le cas de reboisement et de régénération des sols et de gestion, etc., des protocoles devront être rédigés et surtout respectés par les partenaires et artisans des pays engagés. Aucun laisser aller ne doit être permis car les interventions projetées sont à la base de la chaîne alimentaire, de l'amélioration des milieux et surtout d'une agriculture durable. L'évolution du projet Les étapes déjà franchies 59 • En 1996, à la demande du CRDI et devant l'ICRAF de Nairobi (Kenya) un important exposé a toutefois été reçu avec quelques réticences 56 . 60 • En 1996, le Professeur Lemieux est retourné en République Dominicaine pour mettre en place plusieurs essais avec différentes cultures. Plus tard il a rencontré le Prof. Chably de l'Académie des Sciences Agricoles d'Ukraine et avec l'aide du CRDI un projet de recherche était établi dans la région de Kiev 57 . 61 • En 1997, le Professeur Lemieux a participé à l'atelier d'ICRAF portant sur la contribution des ONG au rétablissement de la fertilité des sols en Afrique 58 C'est à la suite de cette mission et lors de deux réunions consécutives que l'initiative canadienne fera l'objet d'un atelier sur la question des BRF à Nairobi, les 20-22 octobre 1997 59 . Les étapes à venir du projet Les objectifs à long terme 56 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Université Laval-CRDI, 51 pages ISBN 2-921728-15-X. Lemieux, G. (1996) «The hidden world that feeds us: the living soil» 49 pages (traduction anglaise) ISBN 2-921728-17-6. 57 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, 284 pages ISBN 2921728-22-2. 58 Lemieux, G. (1997) «Rapport de mission à l'ICRAF- L'approche des organisations non gouvernementales (ONG); une perspective sur le rétablissement de la fertilité des sols en Afrique et au Moyen-Orient» CRDI-Université Laval 26 pages (première partie). 59 Lemieux, G. (1997) «Réunions concernant les suites à donner à celle de l'ICRAF de juin 1997 pour la mise sur pied d'un réseau de recherche et de mise en application des BRF en Afrique» Université Laval - CRDI/ACDI 5 pages. Peden, D, & Smith, O.(1997) «L'amélioration des sols en Afrique: le rôle potentiel du bois raméal fragmenté (Atelier de planification) Esquisse conceptuelle -Concept Paper CRDI-Université Laval 10 pages Annexe n° 7 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) Projet d'implantation...... Lemieux, G., Lachance, L. & Genest, S. mars 1998 103 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 62 • Objectifs préliminaires a) Repérer les principales caractéristiques sociales et économiques de chaque milieu visé (v.g. données de base sur la démographie, l'organisation communautaire, la structure économique et politique locale, les besoins alimentaires). b) Identifier les partenaires, les informer et les former. c) Recueillir auprès des groupes ou entreprises intéressés les données relatives à la qualité des sols, aux diverses cultures végétales, aux pratiques agricoles ainsi qu'aux outils de travail. d) Choisir des milieux et en dresser une description complète de la couverture végétale et des sols. 63 • Objectifs principaux a) Implanter sur des sites bien choisis et représentatifs, des forêts composées d'essences variées et destinées en partie à fournir les rameaux essentiels à la régénération des sols. b) Mettre en place des parcelles de démonstration après inventaire des caractéristiques des sols, pour initier les milieux visés à la technologie des BRF. c) Effectuer des essais destinés à établir la valeur comparative de la production des BRF à partir d'essences forestières locales ou importées, et permettre de mesurer l'évolution biologique des BRF prometteurs. d) Favoriser la formation technique dans les milieux visés et prévoir un encadrement local et extérieur de longue durée afin d'intégrer la nouvelle technologie aux traditions agricoles locales. e) Aider les entreprises locales à trouver le support financier à l'acquisition des rameaux nécessaires à la réhabilitation des sols et à accroître leur expertise en matière de production et de gestion. 64 • Objectif final S'assurer que les divers milieux ont bien intégré les connaissances nouvelles : – les techniques liées à la reforestation, – à la réhabilitation des sols, – là la production des cultures, – aux moyens efficaces de suffire à leurs besoins alimentaires, – propres à organiser la répartition et la commercialisation de toutes les productions végétales possibles. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° ISBN 2-921728-33-8 Dépôt légal: Bibliothèque nationale du Québec, mars 1998 Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 104 UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC CANADA «Project to Introduce RCW Technology in Africa: Development and Research in Agroforestry Applied to Agriculture and Forestry » PROJECT PROPOSAL TO IDRC BY Faculté de Foresterie et de Géomatique (Laval) Faculté des Sciences Sociales (Laval) Faculty of Agriculture and Environmental Sciences (McGill) MARCH 1998 Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 105 Contents Purpose of Application to IDRC Project Summary Proposal Assessment Pre-feasibility Study Financing for On-site Mission Resources Requested Project History Origin of Request for Assistance Requests from the South - University Staff - Politicians - Other NGO/SME participants Response from the North - Individual Commitments - Complementary Teams Relevance to Development - Development Issues - Emergence of RCW Technology Application - Scientific Value of RCW Technology - Actual Implementation Conditions - Expected Results - Target Populations Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 106 - Sustainable Results - Long-term Involvement of African Nationals Project Development - Completed Phases - Future Phases Initial Mission - Date/Participants/Roles - Budget - Objectives/Mission Results Purpose of Application to IDRC 1 • The purpose of this application is to present IDRC with a summary of the “Project to introduce ramial chipped wood (RCW) technology in Africa” to obtain an initial assessment of our proposal. 2 • A positive assessment would enable us to proceed, with initial funding from IDRC, with a three-person on-site pre-feasibility mission to Africa. 3 • The estimated cost of this mission is approximately $30,683. Desired Situation 4 • The proposed technology is based on the documented need for reforestation in Africa. The introduction of both modern and traditional forest-based agriculture already allows us to predict improved crop yields in terms of quality and volume. To that end, forest must be regrown for agricultural, forestry, and environmental purposes by the Africans themselves, to stabilize the national economies of the countries involved and family economies, based on the circulation of new capital that can be invested in sustainability and stability. 5 • To begin to develop and maintain the supply of ramial chipped wood (RCW), it is essential to use reforestation techniques and promising species. All aspects will be closely related to the production and maintenance of trees in a forest context. These activities will have to be continued over a ten-year period, with phases subject to international assessment. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 107 Project History Origin of request for assistance 6 • This request was made to us by Senegal and the Ivory Coast as part of the search for a solution to problems of food security and ecosystem degradation with a view to sustainable agriculture and forest production. Southern stakeholders 7 • The target university and research institutions are the Cheikh Anta Diop university in Dakar (Senegal), and Abidjan university (Ivory Coast) in co-operation with the savannas institute in Bouaké. The ICRAF in Nairobi and the Soil Biology and Fertility Laboratory in Kenya have already been approached. The ORSTOM in Dakar, Senegal has indicated an interest. 8 • It is important also to grain the understanding and interest of political authorities in Senegal and the Ivory Coast in the departments of Agriculture and Forests, as well as associated research and development facilities. The subject was first discussed in 1995 at a presentation to twelve member countries of the Club of the Sahel. 9 • We also received requests from NGOs in Madagascar, and a number of African national NGOs were made aware of this technology at the Nairobi workshop on recapitalizing fertility in June 1997. Canadian and European NGOs working in Africa, such as CARE International and the Jean Pain committee in Madagascar, should be made aware of the project. Northern stakeholders 10 • The International Development Research Centre has skilled staff and can provide overall administration for the project. In addition, its managers include professionals with experience and knowledge relevant to the Africa project. IDRC can count on active participation by two major Canadian universities. Team Commitment and Complementarity 11 • Laval and McGill universities in Quebec are the originators of the proposed technology and are responding to the current request. Among their respective staff members and professors, these universities also have individuals involved in RCW research, particularly Laval. Other Canadian universities have an interest in this scientific field, such as the University of Alberta in Edmonton and the University of Manitoba in Winnipeg. 12 • In other countries, the International Center of Research in Agroforestry (ICRAF) in Nairobi, Kenya, and the UNESCO Tropical Soil Biology Laboratory (TSBF), also in Nairobi, have shown definite interest. The same is true for the International Institute for Tropical Agriculture (IITA) in Ibadan, Nigeria, and the university at Antananarivo in Madagascar. In Europe, the universities at Gembloux and Louvain-la-Neuve in Belgium, the university at Chambéry and the CÉMAGREF in Grenoble in France, and the agricultural university in Kiev in the Ukraine are involved. Finally, two tropical universities in the West Indies are participating in Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 108 the research: the Universidad Pedro Henriquez Ureña in Santo Domingo and Santiago de los Caballeros university in the Dominican Republic. 13 • The International Development Research Centre can also count on contributions from other Canadian universities and a large number of partners in the target African countries. All of these human resources are definitely willing to assume specific responsibilities consistent with their skills and interests assigned to them by IDRC and CIDA management. Supervision of the project can be assigned to Université Laval. Relevance to Development Development Issues Current situation 14 • Based on correspondence exchanged over the last few months, it is evident that the major concerns of CIDA and IDRC are food security, environmental degradation, and sustainable agriculture and forestry. 15 • African agricultural and environmental development is an ongoing concern in Canada and the majority of developed countries. Forest loss, the growth of desert zones, and decreasing soil fertility as a result of intensive, modern crop production practices, all highlight the lack of effectiveness of current methods that are technology- and labour-intensive, but disregard soil capability. 16 • Agricultural renewal through new scientific knowledge that is compatible in many respects with African tradition is a necessity; Africans must take control of their food security and learn appropriate methods for ensuring an independent food supply through the use of local, renewable forestry resources. 17 • Data on food requirements have been available for decades in all the international agencies involved. Workshops, seminars, symposiums, conferences, and meetings have confirmed the urgent need to correct the situation, first in Africa, but also in all parts of the world, by focussing on food production and on inadequate food crops with limited production due to weak soil and the lack of scientific and technical methods. 18 • Meetings and exchanges have also shown IDRC’s firm desire to intervene through a specific and clearly articulated project to allow effective known methods to be used to correct the real problem, which is soil degradation and therefore environmental degradation, and consequently, the need to rehabilitate the soil and develop sustainable agriculture. In 1996, IDRC asked Professor Lemieux, and provided the necessary funding, to give a presentation to ICRAF and TSBF researchers, as well as to IITA researchers in Ibadan, Nigeria. In 1997, IDRC funded participation in the ICRAF workshop on the role of NGOs in restoring soil fertility, with the express purpose of promoting RCW technology. Finally, in October 1997, IDRC funded a workshop on RCW technology at ICRAF in Nairobi, as well as the participation of scientists from Canada, France, the Dominican Republic, the Ivory Coast, Senegal, Kenya, Tanzania, and Zambia. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 109 19 • African countries with large forests will be the primary suppliers of RCW to countries or regions without forests. This will make possible the low-cost use of unused forest resources in neighbouring regions that need such resources to start both the agricultural and forestry soil restoration cycle. The regions with the best supply are southern Senegal, the coastal belt between Dakar and Saint-Louis, and the western and southern regions of the Ivory Coast. Many other African countries have resources that can serve a relatively large market, primarily inter-regional but also international, with abundant, high-quality local resources for our purposes. This would allow the creation of real soil to start; otherwise, it will be impossible to restore agricultural and forest fertility. Emergence of RCW Technology Application 20 • This technology consists in using the smallest branches of trees and bushes in forests, chipping and incorporating them into the soil. Branches of less than 7 cm provide what we call RCW, ramial chipped wood, after chipping. The subsequent results are produced by lignin depolymerized by the enzymatic systems of Basidiomycetes mushrooms, and thus require some initial precautions. In addition to spectacular increases in crop production, this technology helps to control water, food chains, and soil structure for many years. It allows peasant farmers to use products from the forest to rebuild the soil and increase its long-term fertility. The new knowledge confirms that the introduction of a forest-based technology is not only the scientific but also the historic basis for a return to food self-sufficiency through mechanisms developed by nature under the forest canopy over a period of 50 million years. It is the key to food self-sufficiency and sustainable environmental conditions. 21 • We have recently learned that soil is a living environment, just as plants and animals are. Soil can therefore be degraded by abusive or inappropriate management, but can also be restored to renewed fertility and stability and continue to provide necessary food sustainably. Reintroducing life chains in a biochemical matrix represented by polyphenol chemistry is the medium- and long- term goal. Scientific Value of RCW Technology 22 • This new technology makes use of forest resources, specifically a resource component which has been the focus of S&T interest, ramial wood, which is consistent to varying degrees with long-standing African forestry traditions. First developed by the work of Professor Lemieux at Université Laval, the technology was tested in 1992 in Senegal (university at Dakar), then in the Ivory Coast (savannas institute at Bouaké), and finally by the Universidad Pedro Henriquez Ureña in Santo Domingo in the Dominican Republic in the West Indies. In both the West Indies and Africa, the results have been consistent and can be predicted with a fair degree of accuracy. 23 • The currently known method involving the use of ramial chipped wood (RCW), which originated in Canada, has been proven in Africa and America, and was selected by participants in the ICRAF consultation in October 1997. Its use, with relatively simple technology, has made it possible to increase food-crop Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 110 production while improving the environment and quality of life in areas where it was tested. Review of Work to Date 24 • After trying to increase the revenue of small forestry producers through the use of conifer branches for the extraction and production of essential oils, Edgar Guay, then Deputy Minister of the Department of Forests in Quebec, thought it might be possible to use the residue from this industry, estimated at several thousand tonnes annually, for agricultural purposes. Results followed quickly and were published in two technical reports in 1982. The approach was ignored because it was a source of conflict between the departments of Forests, Agriculture and the Environment. Only the Department of Forests showed any interest until recently. 25 • The publication in 1985 of the results of three years of research in forest regeneration on over thirty plots reactivated the debate. In 1989, a statistical study confirmed the effect of RCW on the germination and survival of natural seedlings in forest environments. Several works published in Europe and the United States at the end of the eighties shed new and unexpected light on the subject. The significant work done by the Corvallis school and in the United States through the International Biological Program (Borman, F.H.; Likens, G.E.; Gosz, J.R.; Holmes, R.T.; etc.) should also be mentioned. 26 • Close relations were maintained with the Crown Corporation REXFOR in the regions of Quebec City and the Lower St. Lawrence. We held two regional seminars on RCW, in the Matapedia Valley and at Université Laval. In 1993, the fourth international conference on RCW was held in the Matapedia Valley; it was attended by a number of researchers and scientists from Europe, Africa and Quebec. 27 • In Rome in 1994, the FAO was informed about RCW technology. In 1995, at the invitation of CIDA, Professor Lemieux demonstrated the potential of RCW for development projects in a presentation to the twelve countries funding development of the Sahel, at a meeting in Pointe-au-Pic. 28 • It would be unrealistic and time-consuming to provide any further bibliographic references here; therefore, we are limiting ourselves to the references already mentioned, to avoid unduly lengthening this proposal. Actual Implementation Conditions 29 • In the past, a great deal of effort and significant amounts of money were granted to an array of projects intended to meet the food requirements of many African countries. Transfers of technology that was effective in industrialized countries encountered soil-climate, political, and social obstacles in African countries. 30 • Bureaucratic (e.g., jurisdiction conflicts between departments), political (e.g., ethnic group rivalries), and legal (e.g., land ownership regulation) problems, not to mention African societies operating on the basis of kinship, are some areas that can lead to difficulties in project implementation. However, the absence of communication problems, given the common use of French (or English) is an asset in the African context. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 111 31 • It is important to establish an operating organization responsible for the scientific, technical, and financial management and follow-up of the project, to ensure credibility and success, without claiming to know everything in advance. 32 • Accordingly, IDRC will be called upon to facilitate access to laboratories, specialized equipment, transportation methods, and agricultural and forestry tools, among other things. This support is needed for the teams running projects in the target countries so they can operate as committed, encouraged partners. 33 • In each of the countries involved, an area of several hectares will be designated as the main activity centre. It must be representative of the soil characteristics, vegetation, and crops. Its location will be based on access to communication routes and tree plantations or forests. Site selection will take into consideration land ownership regulations, local environmental and tree-protection practices, the relationship between villages in the selected region, and the political impact of the site selection. In other words, the operation cannot succeed without constant attention to the agricultural and forestry traditions and practices of the population affected. 34 • Activity centres cannot operate without the equipment, tools, communication and transportation methods, and forest species required for RCW production. Materials and Methods 35 • Priority will be given to the forest, which will be integrated into the development of effective and sustainable agriculture. 36 • The basic materials are of forest origin; therefore, we must have access to a source of ramial wood essentially produced by a natural forest or a local planted forest. There is a possibility of obtaining materials commercially in bordering areas, such as southern Senegal or the forested region of the Ivory Coast, which have a good supply of such material. The ultimate goal will therefore be to use ramial wood, after chipping, for the regeneration and rehabilitation of soils in the designated centres. 37 • If the area has tree plantations, the harvesting of twigs for RCW production will be done according to protocols negotiated and accepted by the parties. We will therefore potentially have to supply the local people in charge with specialized equipment and train its users. 38 • Specific forest species possess the characteristics required for RCW production. A brief inventory should allow us to identify these species and assess their potential for our purposes. If the designated area cannot count on a local RCW crop, we will initially have to provide the means to obtain the supply elsewhere, because the project’s success depends on the richness and quality of the RCW and its ability to regenerate the soil and make it sustainably productive. 39 • The reticence shown by the English-speaking countries at the Nairobi workshop argues in favour of deferring the project there at least until ICRAF accepts the new technology. This mission will be supported by IDRC, which will make contacts and look after logistics in English-speaking Africa. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 112 Anticipated Results 40 • RCW technology will allow an increase in food-crop yield. 41 • The technology also facilitates the re-introduction of cultivated forest with the positive consequences of better access to wood for fuel and carpentry, but also, and perhaps most importantly, the use of small branches and twigs to enrich the soil and the management of all chemical, biochemical, physico-chemical, and biological factors, for which numerous enzymes are responsible. 42 • Obvious economic benefits are expected from forest and soil regeneration and the increase in crop production for the populations involved in the project. 43 • The proposed technology will foster the establishment of small businesses, in the fields of reforestation, food-crop growth and diversification, and control over RCW production. These activities are specifically related to several intervention projects in support of economic and credit activities for women led by the Canadian government and various NGOs in the country. 44 • The expertise developed in the project will, in return, benefit university training and research programs in Canada, both in technical fields and in the social sciences. Target Populations Expectations 45 • Expectations of a social nature involve the family, village, regional, and particularly the national economies. Forests will be restored with local species or by the re-introduction of species that were already part of the forest heritage, not with trees of foreign origin, as is current practice. 46 • Although we are guaranteed numerous scientific and technological benefits, we are also convinced that profound changes will arise at all levels of traditional and modern society. The first results will be felt in the family economy, to which women are the key. Reduced input and increased output while producing more at lower cost and in a sustainable manner that is biologically compatible with African development should contribute to increased revenue per capita at the family level, then encourage small business, and finally allow access to mechanical technology inaccessible with current low productivity. We must aim toward agricultural development through forestry, rather than agricultural development of the forest, as is currently the case. Sustainable Results 47 • Experience has shown that soils enriched with RCW have renewed vitality and stability, thus guaranteeing the maintenance of agricultural production, as long as agriculture is rationally managed. 48 • Methodology for RCW use and management is the result of numerous pilot projects in Canada, the Dominican Republic, Senegal, and the Ivory Coast. A Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 113 number of publications in French, German, English, Spanish, and Ukrainian have described the materials, their incorporation into the soil, and the preparation of seedbeds (agriculture) or planting areas (forestry). 49 • Since 1995, the ramial wood co-ordination group has explained all the measurement parameters for the establishment of local procedures in two different publications. 50 • For soils treated with RCW and intended for various kinds of agricultural production, the crop programs, intervention methods, observations, sample selections, yield measurements, production quality, cost assessment, and, most importantly, biological soil properties, are central to the project. 51 • Without fear of error, we are in a position to use the history and stability of the African forest as a model for plotting sustainable procedures. African populations were dependent on the forest for their livelihood for a long time, but the disappearance of the forest left no other choice but to use technologies supplied by the western industrial world. These technologies turned out to be powerless to control dieback and soil degradation trends. We think the technology we are proposing is capable of positively counteracting the trends of the century now coming to an end. 52 • The re-introduction of the forest in the social and economic life of African societies to meet food requirements, as it did traditionally, but with very different technology, should guarantee the project’s success. Making the forest the priority will allow us to meet every expectation, from changes in local climate to water control, from the production of wood for fuel to the production of industrial wood and, most importantly, RCW production, which will allow the maintenance of fertility and increased productivity of soils that then become less fragile. 53 • No other technology allows as many justifiable expectations to be met in Africa. By promoting inter-regional and international transportation methods, we are encouraging the creation of transportation and RCW production companies on a human scale that can then evolve otherwise. Increased yield and soil stabilization will lead to an increase in family income, then to a local economy based on circulation of new capital, which in turn can be invested in education, small business, and the stabilization of heretofore unstable and fragile populations. The concepts of sustainability and stability are omnipresent. 54 • Training trainers to accompany the transfer of RCW technology is the foundation for the effective long-term takeover of control by political (national and local) authorities. 55 • The transfer of RCW technology must convince the people, especially women, of the usefulness of RCW for soil regeneration, its effects on agricultural production, and the economic benefits for themselves and their families. 56 • The sustainability of the results of the technology transfer will only be ensured if the people are convinced of its short- and medium-term advantages. For this objective to be achieved, they must be involved in the project from the outset. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 114 Long-term Involvement of African Nationals 57 • For areas that need to be returned to forest to meet project requirements, initial supplies of RCW are essential. Reforestation techniques will be prescribed, as will the most promising species, management and maintenance of plantings, observations, sampling, selections, cost assessments, and, in particular tree-growth and development measures. All these activities will have to be continued for more than ten years to avoid the new forest(s) falling prey to known predators. 59 • For reforestation, soil regeneration and management, and so on, protocols will have to be developed and, in particular, followed by partners and workers in the countries involved. No latitude can be allowed, because the interventions planned are basic to the food chain, environmental improvement, and, most importantly, sustainable agriculture. Project Development Completed phases 59 • In 1996, at the request of IDRC, a major presentation was made to ICRAF in Nairobi, Kenya, but it was received with some reticence. 60 • In 1996, Professor Lemieux returned to the Dominican Republic to establish several pilot projects with various crops. He subsequently met Professor Chably of the Academy of Agricultural Sciences in the Ukraine, and, with assistance from lDRC, a research project was established in the Kiev region. 61 • In 1997, Professor Lemieux participated in the ICRAF workshop on the contribution of NGOs to the restoration of soil fertility in Africa. As a result of this mission and two subsequent meetings, it was decided that the Canadian initiative would be the topic of a workshop on the RCW issue in Nairobi on October 20-22, 1997. Future Project Phases Long-term objectives 62 • Preliminary objectives (a) To identify the main social and economic characteristics of each target site (e.g., base data on demography, community organization, economic structure, local politics, and food requirements). (b) To select, inform, and train partners. (c) To gather, from the groups and companies involved, data on soil quality, various plant crops, agricultural practices, and working tools. (d) To choose sites and prepare a complete description of the plant cover and soils. Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 115 To ensure the various sites have satisfactorily integrated new knowledge of: 63 • Main objectives (a) To plant forests of varied species on well-chosen and representative sites; these forests would be intended in part to supply the small branches and twigs essential for soil regeneration. (b) To establish demonstration plots following an inventory of soil characteristics, in order to introduce RCW technology at the target sites. (c) To conduct tests intended to determine the comparative value of RCW production based on local or imported forest species and provide measures of the biological development of promising RCW sources. (d) To facilitate technical training at the target sites and provide local and external long-term supervision of the integration of the new technology into local agricultural traditions. (e) To help local businesses find financial support for the purchase of the branches needed for soil rehabilitation and to increase their expertise in production and management. 64 • Final Objective - reforestation techniques; - soil rehabilitation; - crop production; - effective methods of meeting local food requirements; - suitable methods for organizing distribution and marketing of any potential plant crops. Initial Mission 65 • Although we are convinced of the accuracy of our experience and views, we must gain first-hand knowledge of the actual potential for co-operation with our African counterparts, to make certain we share a similar vision of what is to be done and the results to be achieved. Establishing facilities of this kind that affect many aspects of cultural, economic, and social life requires concrete, immediate action, the first of which will be an African mission to assess and promote the facilities, in university and political circles, in Senegal and the Ivory Coast, i.e., in Francophone Africa. Date 66 • We are proposing this mission to eliminate any doubts and establish solid relations. We propose that it be held May 27 to June 12, 1998, with a report produced for August 1, 1998. Participants/Roles 67 • The mission will involve at least three people, Professor Lemieux of the Faculté de Foresterie et de Géomatique at Université Laval, Professor Serge Genest of the Faculté des Annexe n° 8 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 116 Sciences Sociales at Université Laval, and Professor Chantal Hamel of the Faculty of Agriculture and Environmental Sciences at McGill University. Mission Objectives 68 • This mission will be only to the countries where the experimental results obtained justify an effort at significant penetration with the support of local researchers. A second mission will have to take place the following year, this time to English-speaking countries and to Madagascar, where the technology has been introduced and it will be possible to obtain financial support from private industry. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 117 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada Rencontre du Centre de développement horticole (CDH) de Cambérène, Sénégal 30 juillet 1998, à 10 h 30 Gilles Lemieux 1• Je vous remercie bien de nous accueillir afin de vous présenter un projet sur lequel nous travaillons depuis plusieurs années et que l'ACDI et le CRDI nous engagent à poursuivre Un projet sur la fertilité d'origine biologique 2• Il s'agit d'un projet à la fois agricole et forestier dont la base repose sur la dépolymérisation de la lignine par les champignons Basidiomycètes ce qui a pour effet de structurer le sol et surtout de refaire les chaînes trophiques. Il en résulte une bien meilleure nutrition minérale par l'activité microbiologique responsable du débloquage des nutriments non accessibles autrement. L'un des exemples est la production de phosphatase alcaline et acide permettant de mettre en circuit le phosphore stocké sous forme d'apatite ou de composés ferro- phosphatés. Les enzymes, des protéines très particulières, ne sont qu'un des multiples exemples de l'activité biologique suscitée par cette technologie, dite des BRF. Les rameaux bases de la pédogénèse et de la fertilité 3• Cette technologie a été mise au point après plusieurs années de recherches et après avoir compris que les rameaux des arbres étaient composés de celluloses d'hémicelluloses, de protéines, de lignines, de polyphénols et d'un grand nombre de sucres et de polyholosides. Nous avons également compris que les arbres ont une très grande capacité de stocker les nutriments dans leur ramure. Avec mon collègue Guay, nous est venu l'idée d'utiliser les rameaux, presque toujours rejetés, et de les introduire dans le sol après les avoir fragmentés. Ainsi, rapidement nous avons obtenu des augmentations de rendements considérables avec, ce que la majorité de gens considèrent comme non utilisable même dans les pays les plus pauvres, c'est à dire les arbustes et toutes les branches d'élaguage ou résultant de l'abattage des tiges. Les BRF une ressource exceptionnelle non utilisée 4• Un calcul rapide nous a montré que nous étions en présence d'une ressource qui n'avait jamais été utilisée dans aucun pays du monde mais dont la production est, de toute évidence, de l'ordre de plusieurs milliards de tonnes par année. Même les pays les Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 118 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada plus pauvres n'utilisent pas ce riche matériel. Nous avons noté à plusieurs reprises l'abondance de ce matériel au Sénégal comme dans les Antilles. La lutte à la dégradation des sols et à la désertification 5• Ceci nous a mis sur la piste de cette «mine» de nutriments disponibles pour des fins agricoles. Cependant, dans beaucoup de pays, et particulièrement dans les régions tropicales, la production forestière est en forte baisse et la désertification galopante. Si ce n'est la désertification c'est tout au moins la dégradation des sols agricoles et une baisse importante de leur fertilité et de leur productivité qui sont en cause. Un projet de l'Université Laval, Québec, Canada 6• Le projet que l'Université Laval a soumis au CRDI et à l'ACDI 60 est basé sur des prémices agricoles pour augmenter la productivité par l'amélioration des sols sur une période de 3 à 5 années. Quant aux prémices forestières elles sont à l'effet de produire les rameaux nécessaires dans le but d'amener les paysans à percevoir les plantations d'abres comme un bénéfice pour l'agriculture. 7• Il y a beaucoup de contraintes intermédiaires auxquelles nous sommes particulièrement sensibles comme l'appropriation de la technologie par les paysans, la mécanisation (fragmentation) le transport des BRF etc... Une implication des sciences sociales 8• Un membre de cette mission est actuellement au CODESRIA 61 pour des rencontres portant sur la question sociale afin d'établir des liens de coopération avec les gens des sciences sociales. Il est évident que si nous ne parvenons pas à mettre cette technologie à la portée des paysans et à l'intégrer à leur culture et à leur commerce, notre intervention est inutile Une implication canadienne au financement 9• C'est à partir de ces prémices soumises au CRDI et à l'ACDI, que la mission actuelle a été financée par le CRDI dans le but de venir vous exposer le projet, établir les contacts nécessaires et que des fonds soient disponibles pour que le projet démarre dès 1999. La technologie basée sur la dépolymérisaion de la lignine 10• La technologie repose sur une série de composés biochimiques que l'on nomme les polyphénols dont les tanins qui ont des effets à la fois positifs et négatifs. 60 Lemieux, G, Lachance, L. et Genest S. (1998) «Projet d'implantaion de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt». Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada. publication n° 84, ISBN 2-921728-33-8 61 Council for the Development of Social Science Research in Africa. Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 119 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada Lorsqu'on utilise les petits rameaux où la lignine est moins polymérisée, les effets positifs l'emportent sur les négatifs. Si on utilise des sciures ou des copeaux de rabottage de même que des écorces, en les appliquant au sol les effets sont nettement négatifs en particulier au niveau de l'azote utilisable. Les effets mesurés 11• M. Seck vous parlera plus tard de l'effet «nématicide» des BRF, de la conservation de l'eau, de l'amélioration de la strucuture, de la fertilité en général ainsi que des effets marqués sur le pH et la salinité, en résumé beaucoup d'effets stabilisants. 12• Ces effets sont moins marqués en climat tempéré mais non moins importants. À partir des années 1990 étant donné les effets remarqués, nous avons pris la décision d'expérimenter la technologie en climat tropical. Un premier essai a été tenté ici au Sénégal avec le concours du Dr Seck de l'ENSUT de l'époque, puis un second test avec le Dr Marcano de l'Universidad Nacional Pedro Henriques Ureña de Santo-Domingo en République Dominicaine dans les Antilles, et un troisième avec le Dr Aman de l'IDESSA à Bouaké en Côte d'Ivoire. Le maïs comme culture de référence 13• En Côte d'Ivoire et en République Dominicaine, nous avons pris comme base de référence le maïs. Dans les deux pays le taux d'augmentation de la productivité a été de 4 fois supérieure exprimé en matière sèche. Tout ceci fait avec les rameaux qui se perdent autour des champs ou lors des traitements sylvicoles des forêts de la région. En pays tempérés 14• Cet effet multiplicateur des rendements est d'importance car il souligne l'universalité de son origine que nous soyons en pays tempérés ou tropicaux. Les rendements obtenus avec le seigle en Ukraine sont du même ordre que ceux obtenus au Québec, soit de 30% à 40% supplémentaires, mais dix fois moins qu'en pays tropicaux à cause de la disponibilité de l'énergie radiante du soleil. Un processus universel 15• Si les rendements et les effets sont universels et portent sur la pédogénèse, il en va de même de la disponibilité de la ressource rameaux, qui l'est également; mais il faut passer par des stades intermédiaires de transformation. C'est ici qu'intervient la dimension sociale. Pour ce faire nous cherchons des appuis au niveau des facultés de sciences sociales donc au niveau des universités. Les sciences sociales et les transferts de technologie 16• L'une des grandes difficultés dans les transferts de technologie c'est d'y associer les chercheurs et leurs données techniques incontournables. Nous allons tenter Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 120 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada d'arrimer les gens de la sociologie à la réalité de la technique et des choses qui en découlent. Si nous réussissons ce pari nous allons franchir un pas majeur vers le développement et le transfert de technologie. Une expérience malgache: les latérites et les essences indigènes 17• Récemment nous recevions une délégation de collègues de Madagascar qui expérimentent les BRF depuis près de deux années et qui ont fait des observations très importantes. Les premières tiennent au fait qu'en appliquant des BRF sur des sols latéritiques ils ont obtenu une brunification de la latérite avec un retour à la vie d'un véritable sol. Si ce phénomène devait se révéler exact, nous aurions un outil très puissant de lutte à la désertification et à la dégradation des sols dans le monde. 18• Le deuxième essai important tenté par nos collègues malgaches, a été d'utiliser des BRF d'essences introduites à croissance rapide (Eucalyptus spp., Grevillea sp., Acacia auriculiformis, Casuarina equisetifolia.....etc) et de les comparer avec des essences indigènes dominantes. Après plusieurs mois, la végétation suscitée dans la première parcelle (essences introduites) a été beaucoup plus importante que dans la seconde, qui contenait des plantes adventices, plusieurs insectes nuisibles et de nombreuses maladies cryptogamiques. Dans la seconde, la croissance a été moins rapide et moins fulgurante, mais elle a suscité la pousse de plantes indigènes en très bonne santé dans une population plus stable et aussi productive, sinon plus, à moyen terme. Nous croyons qu'il s'agit d'un levier économique, tant du point de vue alimentaire que du point de vue environnemental. Un consortium d'universités canadiennes et africaines 19• Un autre volet à notre action est de tenter de relier plusieurs universités à ce projet, et de former un consortium. L'Université McGill et l'Université Laval sont déjà associées et pour la mission et pour la mise en oeuvre de ce projet. Nous tenons également à nous associer à des universités africaines comme celle du Cheikh Anta Diop de Dakar et éventuellement aux l'Universités de Cotonou au Bénin et d'Abidjan en Côte d'Ivoire. 20• Nous souhaitons vivement que ce modèle d'association s'inscrive dans la pratique des relations internationales dans le but de faire la promotion de la fertilité des sols basée sur la connaissance des polyphénols qui sont l'une des chevilles du projet. Un laboratoire sur la dynamique des polyphénols 21• À ce chapitre la connaissance de la dynamique des polyphénols nous montre des lacunes sientifiques importantes. Ainsi avons-nous le projet de monter un laboratoire et une équipe sous la responsabilité de la Professeure Dr Tatijana Stevanovic, responsable de l'enseignement de la chimie du bois au département des Sciences du Bois et de la Forêt de l'Université Laval. Elle est spécialiste de la lignine et possède une longue expérience qu'elle partage avec les universités et centres de recherche européens et canadiens. Ceci nous relie derechef à des institutions européennes et en particulier à Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 121 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada l'Université de Belgrade en Yougoslavie qui donne en août de cette année une «université d'été» sur l'humification des BRF à partir des résidus de pin après entraînement à la vapeur des huiles essentielles de Pinus nigra. Ce sera donc l'une des premières fois à ma connaissance, que le monde forestier s'attaque aux problèmes d'humification à partir de la forêt, sans relation à la question agricole ni au concept «agricole» de matière organique.. Une implication éventuelle de la Banque Mondiale 22• Un autre point important est celui de l'implication de la Banque Mondiale de Dévelppement. En mars dernier, les doyens des facultés de l'Université Laval ont été convoqué à Washington par M. Maurice Strong, fondateur du PNUD à Nairobi et chargé des réformes de l'ONU. Il s'agissait d'une rencontre avec les dirigeants de la Banque Mondiale. et le projet que nous vous soumettons leur a été remis et il a été très bien reçu. L'ICRAF et le TSBF de Nairobi 23• Nous maintenons des relations avec l'ICRAF et le TSBF de Nairobi où nous avons tenu un atelier en octobre dernier. MM Seck, Aman et Marcano sont venus exposer leurs résultats expérimentaux respectifs. Ceci a donné naissance au projet actuel. Les divergeances sur les ordres de grandeur, seront sans doute applanies au cours des mois qui viennent. Intégrer la forêt aux concepts agricoles par l'aggradation du sol! 24• Bien que les organismes soient très intéressés à la technologie, il semble que le concept n'entre pas facilement dans leur perception de l'agriculture en milieux tropicaux. J'ai l'impression que l'agriculture et la forêt ont toujours été des «ennemis» où la forêt a toujours été perdante. Il faut les réconcilier et reconnaître à la forêt son rôle de gestion de la fertilité. Ce concept est valable non seulement auprès des professionnels mais également et surtout au niveau des paysans. Une perception inverse de la forêt par rapport à l'agriculture 25• Pour une large partie de la population, ce que nous proposons est une présentation du «monde à l'envers» car nous croyons que la forêt aide plutôt qu'elle nuit aux hommes. Dans cette vision de la forêt nous suggérons qu'elle procure non seulement du bois de feu, mais aussi du bois charbon, du bois de sciage et du bois de rameaux. dans un concept équilibré. Ceci implique donc beaucoup de recherche fondamentale et appliquée tant au niveau des hommes que de la forêt et de l'agriculture. À la recheche de collaborations sociales scientifiques et économiques 26• Cet ensemble de préoccupations sociales et scientifiques rejoint très bien le point de vue économique et il doit faciliter l'adoption de ces concepts dans les cultures et les modes de vie quotitiens. C'est le but fondamental et ultime de la mission que je dirige. Nous cherchons à vous convaincre de la valeur des concepts que nous apportons et à Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 122 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada susciter des collaborations qui, à leur tour, apporteront le financement adéquat tant de la part du Canada que de la communauté internationale. La recherche pour le développement durable 27• Le projet, comme son nom l'indique, touche d'abord le développement et en second lieu la recherche venant en aide au développement. Ceci est reconnu à la fois par le CRDI et par l'ACDI Cette façon de voir les choses implique des changements de perception et de gestion de la part des chercheurs et des institutions. De fait nous nous inscrivons dans la suite de la conférence de Rio de Janiero, c'est à dire dans l'agriculture et la foresterie durables en favorisant le développement par les responsables des pays, en vue d'une sécurité alimentaire auto-générée plutôt que de la production alimentaire basée sur des techniques industrielles qui ignorent les contraintes et les habitudes locales. Sensibiliser la FAO 28• Il est important de souligner les aspects du financement international. J'ai eu l'occasion de me rendre au siège internatinal de la FAO à Rome et de rencontrer les responsables des questions forestières et agricoles. Ils se sont montrés à la fois surpris et intéressés par cet ensemble de concepts qui soutient la technologie des BRF, mais ils ne semblent pas savoir comment les insérer dans la dynamique internationale actuelle, y compris le financement 29• Nous sommes donc condamnés à faire la démonstration de cette technologie et de son importance dans la vie quotidienne de l'économie des familles comme dans celles des pays demandeurs. 30• Je cède donc la parole au Dr Chantal Hamel de l'Université McGill de Montréal qui dirige un excellent laboratoire de biologie du sol et qui vous fera part de ses préoccupations et de ses travaux. Chantal Hamel 31• Je travaille au niveau de la fertilié des sols et mon intérêt premier porte sur l'impact des micro-organismes du sol, non seulement sur la production d'acides organiques, de phosphatases, mais surtout sur l'activité biologique des micro-organismes portant sur la qualité des pools de nutriments servant à la croissance des plantes. L'un des éléments les plus importants est sans doute le phosphore organique et son comportement. En résumé mon intérêt principal est la recherche sur la fertilité des sols. Mamadou Seck Un accueil très favorable Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 123 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada 32• Toutes les personnalités que nous avons rencontrées à ce jour ont montré un degré de collaboration et d'intérêt très élevé, et nous avons reçu un accueil très favorable partout où nous somes passé au cours de cette mission. L'effet «nématicide» et le CDH 33• Dès que nous avons pris connaissance de l'effet nématicide des BRF, nous sommes entré en contact avec le CDH puis avec MM Tamba et M. Lo avec qui nous travaillons à la recherche forestière dans le cadre du projet ENERBA et de l'ACDI sur l'effet des BRF de Casuarina equisetifolia. Depuis lors les gens sont beaucoup plus sensibilisées à cette nouvelle technologie. Une collaboration entre univerités et centres de recherche 34• La nouvelle collaboration se fera d'université à université au niveau académique et au niveau des centres de recherche comme le Centre de Recherches Forestières, le Centre de Développement Horticole etc, en tant que partenaires privilégiés Ceci va de soi tant par la thématique même, que par l'encadrement des étudiants, par des conférences et des exposés. D'abord nourrir le sol 35• Le principe qui nous guide, surtout du point de vue ancrage, est de faire comprendre que nous nourrissons le sol et ce terme a toute sa valeur, qui à son tour nourrit la plante. Ainsi, nous allons nous intéresser à des thèmes pointus comme la chimie de la lignine. Il y a également tous les systèmes enzymatiques qui interviennent comme la lignoperoxidase, la microflore (Basidomycètes) et la microfaune telluriques. Il y a donc un ensemble de paramètres que nous voulons maîtriser. Nous réaffirmons notre volonté de collaborer 36• Le but de notre présence au CDH est de réaffirmer notre disponibilité de collaboration et de renforcer celle qui existe déjà. Nous voulons également souligner l'importance du projet que nous sommes à mettre en place au Sénégal, au Bénin et en Côte d'Ivoire. Alain M'BAYE. 62 Origine et buts du CDH 37• Je n'ai pas grand chose à dire, sinon que je suis très heureux de vous accueillir au CDH qui, comme son nom l'indique porte uniquement sur l'horticulture. Il a été créé en 1972 par la coopération belge et dont l'agent d'exécution a été la FAO dont le 62 Directeur du Centre de Développement Horticole de Cambérène, Dakar, Sénégal Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 124 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada but a été, dès le début, de rationnaliser le itinéraires culturaux sur les cultures maraîchères et l'arboriculture fruitière. Une notion de l'évolution du CDH 38• Cette institution a généré un certain nombre d'acquis qui nous a fait passer du semis à la volée à ce que nous appelons maintenant les pépinières en motte avec une gestion de la matière organique, des déchets organiques, des déchets d'abattoirs. Les mottes ainsi constituées servent à cultiver des plantes maraîchères. Une implication dans les Niayes 39• Ce centre a été intégré à l'ISRA 63 en 1979 et il a pour mission de développer des itinéraires qui soient mieux à même de répondre aux conditions climatiques de la région des Niayes qui va de Dakar à Saint-Louis. C'est dans cette région que se trouve plus de 80% de la production maraîchère du pays. Voilà pourquoi le CDH a une vocation régionale importante. 40• Cette longue bande côtière dit sols dunaires sableux, a tout naturellement des problèmes de fertilité, car cette zone est à 95% sableuse, la rendant très intéressante du point de vue maraîcher, mais très pauvre en matière organique. On a donc dû s'intéresser au remplacement de la matière organique en essayant d'utiliser toutes sortes de matières organiques disponibles. Nous essayons de tirer tout ce qui est possible de l'exploitation des déchets végétaux, comme ce qui est tiré de l'exploitation des filao pour améliorer et la texture et la fertilité des sols des exploitations. La technologie des BRF; un très grand intérêt 41• Ce que vous apportez nous intéresse au plus haut point et si on peut utiliser de manière rationnelle et efficace ces sous-produits de la forêt ce sera un grand pas en avant dans le système d'exploitation des Niayes qui est uniquement confronté à ce problème de fertilité. Les risques de la fertilisation chimique 42• Nous devons avoir un recours extraordinaire aux fertilisants chimiques; mais comme les sols sont très filtrants et que la productivité est très recherchée dans une zone comprenant 25% de la population sénégalaise, il y a d'énormes risques de pollution des nappes phréatiques. Il en va de même des intrusions d'eau salée. 43• Il nous faut donc des sols ayant une bonne capacité de rétention, bien structuré et avoir la matière organique nécessaire pour ce faire. Voilà pourquoi nous sommes très intéressé à l'utilisation du bois raméal fragmenté. 63 Institut Sénégalais de Recherches Agricoles Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 125 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada L'activité biologique un élément de conviction des paysans 44• L'exposé que vient de faire le professeur Lemieux me replonge un peu dans les aspects fondamentaux de nos reponsabilités, Je ne vois pas de difficultés même au niveau d'une institution qui fait de la recherche appliquée, à travailler à comprendre les conséquences de toute cette activité microbiologique qui va nous permettre de convaincre les populations de l'intérêt qu'il y a utiliser cette biomasse. Une grande ouverture des spécialistes 45• Nous sommes tout à fait ouvert et je crois que nos spécialistes de la forêt et de la matière organique sont capables de bien travailler dans cette voie nouvelle en permettant à toutes les compétences de rechercher toutes les complémentarités. Un domaine précaire. 46• Nous avons un domaine précaire et nous devons mettre à la disposition des producteurs les outils qui vont leur permettre de prendre les bonnes décisions et d'appliquer les bonnes stratégies. Ceci nous permet de ramener l'information la plus juste possible sur les systèmes que nous avons dans la région.Notre stratégie porte principalement sur l'utilisation des composts. À cet égard, l'université et particulièrement l'EST 64 est apte à piloter des actions de recherche. -Abdourahmane TAMBA ingénieur forestier 47• Je n'ai pas beaucoup à ajouter aux propos de monsieur le Directeur si ce n'est que cette technologie a beaucoup de potentiel dans la région des Niayes avec la mise en place des plantations de filao (Casuarina equisetifolia) où d'énormes problèmes de fertilité se posent. Intéresser les paysans à la gestion des plantations 48• Il est impérieux d'amener les populations à s'intéresser à la gestion des plantations pour qu'elles en tirent tous les avantages d'une saine gestion des plantations. Ceci devrait leur permettre de toucher des revenus suplémentaires de leurs productions. S'il nous est possible d'intéresser ces populations à améliorer leur système de production et de gestion des plantations, beaucoup aura été fait. 64 Ecole Supérieure de Technologie, Université Cheikh Anta Diop, Dakar, Sénégal Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 126 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada Lô Cheikh, ingénieur agronome L'agriculture péri-urbaine en Afrique 49• Par suite de l'offre du CRDI à financer un projet portant sur cette technologie des BRF il me faut dire que lors d'une récente réunion à Ougadougou (Burkina Faso) portant sur l'agriculture péri-urbaine 65 il a été démontré l'énorme compétition pour le sol entre l'agriculture et le développement domiciliaire. La question sociologique au coeur de la problématique 50• Il y a donc un énorme problème de maintien de la fertilité et d'utilisation des ressources en eau et en terre. Je pense que cette initiative de la technologie des BRF s'inscrit bien dans cette problématique. Il nous faut une prise en charge, intégrante et pluridisciplinaire, des espaces de production autour des villes. Il faut que les acteurs de cette activité soient partie prenante à cette approche donc avec un aspect sociologique très important. Les acteurs ne se reconnaissent pas dans la démarche que nous proposons et selon eux l'échec est assuré. C'est donc un aspect fondamental de tout projet comme celui- ci que nous discutons ici. Si le CRDI veut financer. il ne peut pas ignorer la question sociologique, car les acteurs sont partie prenante dès le départ de ce que nous voulons faire. Placer le tout dans une dynamique éco-régionale 51• Ceci permettra de nous placer dans une dynamique éco-régionale en association avec le Bénin et la Côte d'Ivoire si le projet prend forme. Il est certain que la ville d'Abidjan n'a pas les mêmes problèmes que la ville de Cotonou, mais elle en a certains avec la ville de Ougadougou du fait qu'elle est dans la même éco-région sahélienne. Des équipes spcialisées 52• Il est donc très important, que dans des pays comme le nôtre de constituer des équipes qui prennent en charge de manière très pointue tous les problèmes liés à la dynamique de la fertilité des sols et des grands systèmes de production. Gilles Lemieux La fertilité des sols établie sous le régime de la forêt 53• En apportant cette technologie nous voulons souligner avec force que toute la dynamique de la fertilité s'est établie sous le régime de la forêt et ceci depuis des centaines de millions d'années. Ce n'est pas parce que les forêts se sont mises à régresser sous l'emprise de l'activité humaine que les bases du système tellurien ont changées. Nous sommes donc condamnés à réintroduire de façon intelligente la dynamique de la fertilité. 65 La plupart des pays africain ont développé une agriculture autour des grandes ville Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 127 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada Quatre hectares de forêt par hectare de production agricole 54• Lors du passage à l'Université Laval de nos collègues de Madagascar ils nous ont fait remarquer. que, pour augmenter la production d'un hectare par un facteur de 5, il faut 4 hectares de forêt pour ce faire. L'entrée de la physique dans la compréhension 55• Comme vous le constatez le tout est parfaitement imbriqué et ce n'est pas une invention d'universitaires. Je vous invite donc à prendre connaissance de la publication no.88 66 de mon collègue Godron de France et de moi-même. Nous arrivons à des conclusions qui ne sont plus uniquement d'ordre chimique mais plutôt d'ordre physique en ce qui regarde la distribution de l'énergie, et de la physique des particules. L'énergie radiante et le capital biologique 56• En y regardant de près il est facile de constater que si l'énergie radiante est trop importante le capital biologique est consumé par voie enzymatique. Bien que les éléments chimiques soient en place, il manque la panoplie des éléments biologiques, comme les mycorhizes, responsables de la gestion du stockage, du transport et de la libération des nutriments. Lô Cheikh, ingénieur agronome Une coopération axée sur les mycorhizes 57• Comme le Dr Hamel, spécialisée dans le domaine des mycorhizes, nous avons ici un chercheur en productions végétales qui a passé toute sa carrière à l'ORSTOM dans ce domaine. Il serait intéressant que vous le rencontriez pour voir comment coopérer. M. Lô Cheikh, ingénieur agronome L'importance économique des nématodes 58• Au point de vue biologique, le problème des nématodes est des plus importants, causant parfois des pertes de production jusqu'à 100% dans la région des Niayes. Comme vous le savez les nématicides coûtent très chers et sont en plus très dangereux. 66 Godron, M, et Lemieux G. (1998) «Le bois des rameaux, un élément crucial de la biosphère» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, 32 pages, ISBN 2:921728-35-4. Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 128 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada Un texte du Dr Hamel 59• Je vous propose de prendre connaissance du travail du Dr Hamel, publication n° 93 67 , suite à un séminaire donné à l'INRA de Dijon en juin dernier. Les publications du Groupe de Coordination sur les BRF 60• Voici d'autres publications dont 90% sont en langue française et les 10% en espagnol, en anglais ou en allemand.. Une réunion des pays francophones à l'hiver 1999 61• Je vous rappelle que nous voudrions tenir une réunion des pays francophones à l'hiver 1999 pour faire essaimer la connaissance. Les publications à venir 62• En ce qui regarde les publications nous avons avec le concours du CRDI et de l'ACDI, l'intention d'en produire une série en français, en espagnol et en anglais sur la technologie des BRF. Elles seront soit d'ordre général, soient plus spécifiques sur certains points. Une association internationale....! 63• Nous avons l'intention d'aller sur le plan international à la demande du CRDI et d'intégrer dans une association tous les pays intéressés. Ce serait une occasion exceptionnelle de rassembler les pays du Nord et du Sud et de travailler sur un problème commun: la pédogénèse. L'entrée en scène du monde russophone 64• Notre projet en Ukraine nous a fait entrer dans le monde russophone et nous avons l'intention bien arrêtée d'avoir des publications et des traductions en russe. La synthèse de nos préoccupations scientifiques Je vous rappelle que notre intérêt et nos interventions dans les processus fondamentaux de la pédogénèse se font par le biais des mécanismes prenant naissance sous le couvert forestier. Nous intervenons dans la production de polyphénols par la dépolymérisation de la lignine par les champignons Basidiomycètes. Nous prenons pour acquis que le sol est composé d'une matrice polyphénolique dans laquelle se trouve la fraction minérale où les particules organo-minérales sont liées par des ciments de 67 Hamel, C. (1998) «Les champignons mycorhiziens à vésicules et arbuscules en écosystèmes agricoles» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada, publication no. 93, ISBN 2-921728-39-7 Annexe n° 9 (Rapport de mission au Sénégal et au Bénin juillet-août 1998) 129 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, canada polyholosides d'origine fongique. Ce sont la microfaune et la microflore qui sont responsables de la gestion des nutriments pour les plantes supérieures. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 130 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ NATIONALE DU BÉNIN Faculté des Science Agronomiques Département des Ressources Naturelles jeudi 6 août 1998 Rencontre avec les professeurs Exposé du Dr Brice Sinsin 1• L'université Nationale du Bénin (UNB) de Cotonou a été fondée en 1970. Elle a débuté avec le département des Ressources Végétales, puis le département des Productions Animales, et le département des Sciences Sociales et Économiques. 2• En 1990, nous avons reconnu la nécessité de créer deux nouveaux départements, celui des Technologies Alimentaires et le dernier, et celui de la Conservation des Ressources Naturelles. Le tout est sous la direction du Doyen de la Faculté. 3• Nous avons à notre disposition une ferme qui s'occupe surtout des plantes fouragères et qui maintient une banque génétique. Notre travail couvre tout le pays avec un accent particulier sur la démonstration en milieu paysan. Nous sommes également un centre de recherche sur les animaux monogastriques. Nous sommes en tout une cinquantaine de personnes affecté à ces activités 4• Des chercheurs sont affectés aux problèmes de gestion des plantations et à tout ce qui touche l'agroforesterie. Il y a également une dame qui a fait son doctorat à l'Université Laval (Département des Sciences du Bois et de la Forêt) qui s'occupe de foresterie sociale. Voici donc en quelques mots ce qu'est l'organisation de la faculté des Sciences Agronomiques 68 Professeur Gilles Lemieux 5• Je me permets, le plus brièvement possible, de vous résumer les buts et les raisons scientifiques qui animent, notre mission composée de membres de deux universités canadiennes et dont le financement est assuré par le CRDI d'Ottawa 69 . 6• Notre préoccupation est d'un ordre très spécifique et vise la pédogénèse, surtout les mécanismes qui ont pris naissance sous le couvert de la forêt, et sont responsables de l'humification et de la fertilité des sols. Ceci représente un problème majeur pour toute l'Afrique souvent traduit sous la forme de nutriments chimiques, alos que c'est plutôt un 68 Nous regrettons de ne pouvoir consigner tous les informations contenues dans l'exposé du Dr Sinsin, mais le bruit de fond causé par une ventilation forcée, un écho important à cause d'un mauvais acoustique et l'accent de nos interlocuteurs auquel notre oreille n'est pas habituée, rendent la transcription des bandes sonores quasi impossible au delà de ce qui est ici rédigé, 69 Centre de Recherche en Développement International Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 131 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada problème de fertilité intrinsèque au sol, à la biologie des chaînes trophiques et à la biochimie des polyphénols qui jouent un rôle majeur et fondamental et en assure la gestion. 7• Nous avons entrepris ces travaux dès 1974 et nos premiers résultats ont été obtenus dès 1980. En 1983 nous sommes passés directement à l'expérimentation forestière. Ainsi, nous avons établi plusieurs centaines de parcelles impliquant des dizaines d'essences forestières. Nous avons laissé la nature suivre son cours et obtenu des résultats qui nous ont étonnés à bien des égards. Nous avons observé que la germination de certaines espèces végétales se faisait après quoi elle devenait impossible. Les essences feuillues ont donné des résultats différents de ceux des conifères. 8• On a constaté que les BRF n'apportaient rien nous n'apportions rien ou très peu au niveau des nutriments, mais qu'ils favorisaient une restructuration physique, biochimique et biologique du sol. 9• Rien n'était évident au départ, mais à partir de 1989 deux chercheurs, le premier de Finlande et le second de France 70 ont démontré que les mécanismes de dépolymérisation de la lignine provenaient d'une enzyme spécifique, la lignoperoxidase, dépendante du manganèse. Cette enzyme est produite par les champignons Basidiomycètes, connus sous le nom de «white rot» qui transforment la lignine, (l'un des principaux composés du bois), en acide fulvique à faible poids moléculaire et en acide humique à haut poids moléculaire. 10• Ces molécules associées aux polyholosides libérés par la flore fongique sont responsables de la formation des agrégats comme l'ont démontré Tisdall et Oades 71 en Australie. Les polyholosides libérés par les champignons forment le ciment de base des agrégats entre la «matière organique» d'une part, la matière minérale de l'autre. 11• Ceci nous a amené à poser plusieurs questions sur le concept même de matière organique et à poursuivre de nombreuses réflexions sur le sujet. Nous parlons tous de «matière organique» sans définir le concept. Or tout ce qui n'est pas minéral est matière organique. C'est pourtant ce qui est efficace dans la pédogénèse ne tient pas à la matière organique elle-même mais plutôt à ses composantes et à ses résultantes. 12• C'est au début de la décennie 90 que nous avons commencé à faire migrer vers les tropiques nos idées et nos concepts à partir de nos découvertes faites au nord. Ce fut en République Dominicaine, un pays des Antilles dans l'Atlantique, puis au Sénégal. En Afrique, grâce à l'ACDI des collègues forestiers ont bel et bien compris que l'élément crucial dans le contexte sub-sahélien était la «matière organique». 13• Dès lors nous étions convaincus d'être en présence d'un comportement universel et que les résultats obtenus sous les tropiques avec les BRF devraient être comparable sinon supérieurs à ceux obtenus au Canada et en Europe. C'est exactement ce qui est arrivé. Le 70 Leisola, M & Garcia S (1989) «The mechanisms of lignin degradation» in Enzyme systems for lignocellulose degradation. Elsevier Applied Science p.37-42 71 Tisdall, J.M. & Oades, J.M. (1982) «Organic matter and water stable aggregates in soil». Journ, Soil. Sc. 32: 141-163 Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 132 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Dr Seck vous parlera des augmentations de rendements avec des BRF de filao (Casuarina equisetifolia). 14• Dans cette optique, une ancienne étudiante de Laval, M me Sylvie Despatie et le Dr Aman de Bouaké (Côte d'Ivoire) ont fait des essais avec des BRF 72 provenant de 5 différentes essences. Les rendements du maïs ont été comparables à ceux obtenus en République Dominicaine. Toutefois, les essences n'ont pas toutes répondu également la première année à l'exception d'Azadirachta indica . L'année d'après les autres essences se sont manifestées. Ce retard peut indiquer qu'une association d'essences pourrait servir à réguler de la fertilité en fonction du temps. 15• Nous croyons que la pédogénèse, c'est-à-dire la formation des sols est, avant tout, biologique et biochimique alors que l'utilisation des sols pour des fins strictement agricoles est basée sur une certaine dégradation basée sur l'utilisation et le prélèvement des nutriments chimiques. Dans ce domaine, il y a beaucoup à faire et surtout beaucoup à connaître. Comme la littérature scientifique le montre bien, personne à ce jour n'a pensé à un système d'aggradation par l'introduction de mécanismes d'origine forestière. 16• Il fallait donc examiner la valeur et la disponibilité du matériau de base, les BRF, aussi bien en Amérique qu'en Europe et en Afrique, aucun pays ni aucun système de production agricole n'utilisait les petits rameaux des arbres aux fins agricoles. La production potentielle des BRF peut se chiffrer annuellement à plusieurs milliards de tonnes de par le monde. Ce matériau, perçu comme un déchet, non utilisable comme bois de feucontenant des polyphénols qui rendent la digestion très difficile, sinon impossible par le bétail. 17• La technologie que nous avons mise au point permet après fragmentations, d'incorporer les rameaux au sol sans fermentation préalable ni compostage. Il s'ensuit des augmentations de rendements très appréciables dès la première année. Ces augmentations sont plus considérables au cours des deux années qui suivent. Forts de ces connaissances nouvelles et des résultats probants, nous avons informé le gouvernement canadien. 18• Je profite de l'occasion pour souligner que nous sommes de deux universités canadiennes qui, bien que financées par le CRDI pour cette mission, ne représentent ni le gouvernement canadien ni le CRDI. 19• Nous avons cru qu'il y avait ici une ouverture scientifique très importante à la compréhension des mécanismes de fertilité des sols et que la technologieserait facilement applicable et utilisable par les paysans. Voilà pourquoi le projet que nous proposons 73 compte un volet agricole et un volet forestier. 20• L'une des principales caractéristiques novatrices du volet forestier est de produire des rameaux en même temps que du bois de chauffe, de charbon de charpente et de sciage. La 72 Senna siamea, (Cassia siamea), Acacia auriculiformis, Tectona grandis Azadirachta indica. et Leucaena leucocephala. 73 Lemieux, G, Lachance, L. et Genest S. (1998) «Projet d'implantaion de la technologie des BRF en Afrique: développement et recherche en agroforesterie appliqués à l'agriculture et à la forêt». Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada. publication n° 84, ISBN 2-921728-33-8 Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 133 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada littérature ne cite que très peu d'expériences dans ce domaine, ce qui indique l'aspect novateur de notre approche scientifique. 21• J'attire votre attention sur la valeur de la production de «biomasse», terme dont je n'aime pas car trop générique, et sans référence aux qualités intrinsèques de ce matériau. Nous insistons pour que cet aspect de la production forestière ou arboricole, soit pris en compte. 22• Nous entrons ainsi dans une phase nouvelle et inédite de l'appropriation de la forêt par les hommes. Alors que traditionnellement la forêt est perçue plutôt comme un «ennemi» ou tout au moins comme unproduit commercial sans autre valeur ultérieure, nous intervenons pour que la forêt ne soit plus un lieu méprisé (l'obscurité, les animaux prédateurs, le froid...) et que le sol ne soit plus le lieux de disposer de tous nos déchets. 23• Le présent dilemme est à la fois religieux, philosophique, scientifique et social et il est de plus en plus urgent d'y répondre. 24• J'ai à mes côtés le Dr Hamel de l'Université McGill de Montréal. Elle dirige un laboratoire de biologie des sols orienté vers la fertilité d'origine biologique et auquel nous voulons contribuer. 25• Mon autre collègue est comme moi de l'Université Laval de Québec, mais de la Faculté des Sciences Sociales où il dirige le Département d'Anthropologie. Il a une longue expérience africaine dans ses aspects sociaux. Le projet que nous venons vous proposer est à la fois agricole, forestier, et social dans ses implications.. C'est un défi important mais jalonné de nombreuses difficultés auxquelles nous aurons à faire face 26• Nous souhaitons vous proposer une série de 2 à 5 sites expérimentaux dans lesquels seront associées production forestière, et production de bois et de rameaux 74 . Une production unique de rameaux permettrait d'apporter grâce à des techniques sylvicoles, une solution au problème typiquement africain à savoir le droit de propriété du sol par la plantation d'arbres. 27• Le projet que nous proposons ne vise pas qu'une seule année mais plutôt une période minimale de 5 années, renouvelable pour 5 années supplémentaires. Il a été proposé au CRDI et à l'ACDI sous le vocable de la stabilisation de la fertilité des sols à moyen et long terme. Nous avons les moyens techniques à condition que le tout soit perçu correctement par les utilisateurs visés. 28• Ce projet de développement n,est pas ordinaire car son objectif est d'arriver au développement en stabilisant la fertilité et en accroissant les connaissances pertinentes. 29• Cette stabilité sera acquise grâce à l'action des chaînes trophiques favorisant l'accessibilité aux nutriments, mais surtout grâce aux polyphénols dont la science reconnaît 74 Nos collègues de Madagascar nous ont fait mention d'essais de gestion de l'eucalyptus sous des formes buissonantes pour la production de rameaux à fragmenter uniquement. Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 134 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada plus de 3 000 000 de dérivés différents. Ils sont, en grande partie, issus d'une très grosse molécule dont l'une des principales est la lignine. La plupart des essences forestières sont très diversifiées au niveau de ces composés et de leur évolution. Pour ma part, je crois que les tissus ligneux utilisés en pharmacopée fournissent les polyphénols dont ils sont porteurs. 30• Il semble que les sols devraient être perçus comme une fraction minérale dans une matrice polyphénolique. Cette vision nouvelle diffère des perceptions issues du siècle passé. Ainsi, les polyphénols peuvent-ils réguler la vie, et tout autre processus biologique fondamental comme la perméabilité des membranes, l'assimilation et la transformation des sucres etc. Faute d'une telle action des polyphénols, le sol serait jonché de plusieurs mètres de champignons reposant sur des sables inertes. Ceci impliquerait que les mécanismes pédogénétiques seraient débridés, ce qui n'est pas le cas. Nous passons à un autre système qui est celui de la gestion pédogénétique que nous nous devons de regarder de très près. 31• Une autre raison pour regarder de près la forêt c'est la grande biodiversité que l'on retrouve dans la cime des arbres et qui contribue au prélèvement des nutriments. L'énergie produite par la phososynthèse est transformée en feuilles et bois de rameaux, stokant ainsi des nutriments d'origine biologique comme chimique, et nécessitant l'intervention d'autres niveaux de vie pour les cycler 32• Dans des forêts pérennes, ce cycle de stockage, avant le retour au sol, est relativement long et il peut se mesurer à l'échelle d'un siècle et plus. Nous proposons donc de court- circuiter ce cycle, en partie seulement, selon des techniques qu'il faudra introduire dans les us et coutumes des paysans pour que les rameaux servent à nourrir le sol, vrai gestionnaire de la fertilité et de la croissance des plantes. Nous avons un projet techniquement réalisable et qui, repose sur des bases scientifiques solides. Cette innovation avec l'appui du CRDI et de l'ACDI peut être confiée immédiatement à classe paysanne. Dr Sylvestre Aman 33• Les travaux que j'ai présenté n'ont pu l'être dans le détail des mécanismes. Je suis avant tout agroforestier et agropédologue de Bouaké en Côte d'Ivoire dans la zone de transition de la savane . 34• J'ai travaillé avec plusieurs essences sur le maïs dans une zone de 1200 mm de précipitation sur des sols ferrallitiques passablement dégradés. La norme de productivité du maïs chez-nous est de l'ordre de 1,5 tonne/ha alors que nous avons obtenu près de 4 tonnes/ha avec Azadirachta indica sans engrais, uniquement avec des BRF 35• Nous avons utilisé en plus d'Azadirachta indica, Leucæna leucocephala. Acacia auriculiformis, Tectona grandis et Senna siamea. La première année nous avons utilisé ces BRF à raison de 130m 3 /ha avec des doses d'engrais recommandés. Nous aurions dû faire une étude économique des doses optimales, mais pour l'instant nous nous sommes bornés à étudier les arrières effets mais nous croyons que cette technologie a un brillant avenir avec des résultats techniques très intéressants. Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 135 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 36• Nous croyons que nous devions nous rattacher à des plantations forestières, mais nous devons toujours attendre que l'exploitation se fasse d'abord pour pouvoir disposer des rameaux par la suite. Nous nous posons également la question de la fréquence de l'application des BRF. Dans la région de Man, nous avons procédé à l'installation de petite plantations pour pouvoir disposer du matériel nécessaire à toutes les deux années 37• Si un tel projet devait voir le jour, il faudrait une synergie entre les différents intervenants tant au niveau de la mise en place que de la recherche agronomique. Nous travaillons avec l'université le CNRA 75 etc. Dr Chantal Hamel 38• Mon intérêt touche la biologie de la fertilité des sols en ce qui regarde la nutrition des plantes. Si le présent projet ne peut prévoir de reboisement, il nous faudrait tout au moins avoir accès aux plantations déjà en place pour obtenir le matériel nécessaire. Dr Serge Genest 39• En tant que chercheur dans le domaine des Sciences Sociales je suis préoccupé de la question sociale et de ce fait je suis intéressé à la rencontre avec les personnes de cette discipline comme les sociologues, anthropologues ou tous ceux qui ont une formation dans ce domaine. Je serais intéressé à connaître le nombre d'étudiants dans cette université dans tous les aspects confondus des sciences sociales. 40• Je suis également très intéressé à connaître les personnes qui sont à faire des liens avec les populations. Il nous serait intéressant de connaître les réseaux des relations sur le plan scientifique dans le cadre de ce projet sur les BRF pour optimiser la capacité des populations à se mieux nourrir. Nous sommes particulièrement préoccupés de la condition des femmes et leur rapport à la terre. 41• Nous avons également le souci de nous lier à l'université dans le projet qui nous intéresse ici mais également au niveau de la formation des étudiants, non seulement dans le domaine de la sociologie mais également dans celui de la formation des sols, etc... Gilles Lemieux 42• Je profite de cette discussion sur la question sociale pour indiquer que nous devons passer par la technique et ce sont les techniques qui ont un impact sur la société. 43• La technologie que nous proposons est basée sur la fragmentation des rameaux par divers méthodes dont certaines sont plus efficaces que d'autres. Ces BRF doivent être incorporés au sol dans les 10 premiers centimètres où l'attaque par le mycélium des Basidiomycètes se fait. Il pénètre par les blessures puis s'infiltre dans le cambium où il va chercher les ressources des rameaux (azote, sucres, énergie.....) tout en dépolymérisant la 75 Centre National de la Recherche Agronomique Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 136 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada lignine. De ce fait la masse mycélienne se met à croître, devient sapide et permet l'alimentation de la microfaune, en particulier les acariens et collemboles mais également protozoaires bactéries et virus. 44• C'est par l'amorce de la microflore, puis de la microfaune que le cycle de la vie du sol débute. Ce sont les champignons Basidiomycètes qui sont les «maîtres du monde tellurien», étant capables de produire plus de 50 systèmes enzymatiques à l'extrémité du mycélium, répondant ainsi directement à la matière rencontrée. En plus, ces mycéliums ont la caractéristique de ne pas posséder de septa permettant la circulation de l'eau et des nutriments à l'intérieur de ce pipeline en assurant le transport à l'abri des interventions chimiques de la solution du sol. Ainsi le transport des nutriments est assuré vers les plantes ou vers les concentrations de la microfaune qui peut les isoler et les rendre plus tard lorsque la demande des plantes se fera sentir. 45• Parmi les systèmes enzymatiques importants, il y a la lignoperoxidase dépendante du manganèse, responsable de la dépolymérisation de la lignine, donnant ainsi les acides humiques et fulviques assurant alors les constituants physiques et énergétiques du sol par la formation des agrégats à partir des polyholosides extracellulaires sécrétés par les champignons du sol. Ces agrégats contribuent à la nourriture tout en faisant partie de la structure et des réserves énergétiques carbonées. 46• Le sol nécessite, en plus des nutriments chimiques, des apports énergétiques constants. Or ce que nous savons maintenant montre que les arbres envoient plus d'énergie au sol qu'ils n'en retiennent pour leurs besoins. Chez Pseudotsuga, près de 75% de l'énergie produite par la photosynthèse est envoyée directement au sol. Il n'y a que 25% de cette énergie qui est retenue pour la constitution du bois et du feuillage. 47• Cet aspect des choses met en lumière la raison pour laquelle, lorsque les arbres disparaissent, les sols deviennent à moyen terme quasi inertes.. Étant en présence d'un processus vital où les micro-organismes biotrophes stricts ou occasionnels. disparaissent 48• Nous sommes en face d'un modèle séculaire où la forêt est responsable de l'instauration des chaînes de vie dans lesquelles les mécanismes d'attribution et de sauvegarde des nutriments sont insérés. A ceci on observe un autre effet, cette fois microclimatique, causé et régi par la forêt instaurant de légères inversions de température et favorisant les précipitations comme un des éléments importants du cycle de l'eau. 49• Si nous ne pouvons qu'intervenir légèrement au niveau du cycle climatique local de l'eau, il en est autrement au niveau du sol où l'eau logée dans les systèmes mycéliens est soustraite aux pressions osmotiques négatives du sol et à l'évaporation, grâce aux membranes hémiperméables du réseau mycélien qui en plus permet le transport et la concentration de l'eau dans les parties les moins vulnérables du sol. 50• Dans son exposé le Dr Seck, vous a fait part de la disparition des nématodes dans les sols légers et un certain contrôle sur les sols lourds. De ce fait, 50% ou plus de la récolte est soustraite aux parasites. Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 137 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 51• Comme vous le constatez, les effets sont multiples et la patience est nécessaire pour comprendre les différents effets. Or la littérature scientifique est relativement pauvre à cet égard sinon sur la «nutrition» minérale, mais sur les aspects biologiques de la question, relativement peu a été dit ou écrit. Mamadou Seck 52• En ce qui regarde la mise en place des parcelles expérimentales, nous comptons sur vous ainsi que pour la désignation des personnes ressources pour la recherche et la formation. Gilles Lemieux 53• Ceci est très important pour que nous puissions déboucher sur des programmes de formation en particulier avec Mme Hamel de l'Université McGill où nous pensons devoir investir des fonds pour des thèses de doctorat et de maîtrise. Ces fonds seront attachés aux relations privilégiées d'université à université, permettant une association sanctionnée par les 3 universités en ce sens. 54• Ceci devrait permettre également le financement d'un laboratoire portant sur les polyphénols qui ne semble pas exister en ce qui touche la dynamique, mais uniquement en ce qui regarde la statique. À ma faculté, nous avons obtenu les services du Professeur Tatijana Stevanovic en chimie du bois et dont la spécialité est précisément la lignine et ses dérivés. Elle est sensibilisée aux processus d'humification à partir des lignines et elle travaille avec deux étudiantes gabonaises sur les extractibles du bois qui sont en grande partie la réponse à plusieurs phénomènes qui nous intéressent. 55• Je vous rappelle que cette question de la lignine de la pédogénèse et de l'humification est vieille de 300 000 000 d'années et, pour des raisons qui nous échappent, nous n'avons jamais porté attention à cette dimension des choses. Nous pensons être en mesure de l'attaquer; c'est un très gros morceau. 56• Nous venons demander votre aide en vous proposant la nôtre. Ceci devrait nous permettre de faire le lien entre l'agriculture durable et la «durabilité» des sols, l'instauration de la fertilité et son maintien. 57• Rien n'est plus important que de susciter d'abord l'acceptation par la société paysanne de nouvelles perceptions sute à nos découvertes et de relier le tout aux aspects économiques d'une société moderne. 58• La production de bois de feu à l'usage des familles est un problème important auquel il faut apporter des solutions, mais nous nous situons en dehors de ce problème et à l'intérieur même de la question alimentaire. Nous sommes en position d'innover du côté de la sécurité alimentaire avec un appui de la connaissance scientifique, un levier possible sur la Annexe n° 10 [Rapport de mission au Sénégal et au Bénin, juillet-août 1998) 138 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada condition sociologique et une source de financement réelle qui peut avoir des impacts importants à long terme. 59• Cet aspect de la source de financement, axée sur des projets concrets et novateurs est importante nous permettant d'étoffer les ententes entre les universités. Nous savons tous que si il n'y a pas de projet commun entre les universités, les meilleurs ententes-cadres ne résistent pas au temps et se dissipent dans la nature des bonnes volontés. Il faut donc qu'il y ait un flux d'argent, de responsabilités et d'intérêt, sinon ces ententes durent ce que durent les roses; l'espace d'un matin. 60• Une telle entente devrait forcer nos dirigeants à s'intéresser à la forme mais surtout au fond de la question qui nous a menés parmi vous. C'est par ces aspects sociaux que la technologie proposée aura le plus d'impact à long terme. Ce que nous faisons ici n'est qu'un aspect de la question sociale qu'est le lien entre le sol et la problématique sociale. 61• Si ce que nous proposons n'est perçu que comme un fardeau supplémentaire et que d'instaurer une nouvelle forêt est trop difficile, il faut mettre tous nos efforts pour à obvier cette difficulté de perception, si réelle soit elle. Tous nos efforts doivent porter sur des innovations techniques susceptibles d'être adoptées par les cultures locales des paysans, mais non pas sous la forme d'une imposition supplémentaire venant de l'extérieur. Dr Brice Sinsin 62• Les contraintes majeures des universitaires tiennent au fait qu'il leur faut assurer l'enseignement et la recherche. Il nous faut de l'aide au niveau des travaux sur le terrain dans la recherche et surtout dans la formation des étudiants. Il nous faut assurer la formation et la préparation pour des études post-universitaires, ce qui justifie amplement les efforts de maintien de contacts avec les grandes universités. 63• Les universitaires jouent beaucoup plus un rôle de supervision que de collecte de données. C'est un rôle essentiel, mais il n'est pas suffisant. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication n° 98 décembre 1998 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique UNIVERSITÉ LAVAL Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX (4128) 656-5262 tel (418) 656-2131 poste 2837 ISBN: 2-921728-45-1 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «UNE STRUCTURATION DE L'AGRICULTURE PAR RAPPORT À DE NOUVELLES CONNAISSANCES» par le Professeur Gilles Lemieux février 1999 Publication nº 102 http://forestgeomat.for.ulaval.ca/brf édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada INTRODUCTION Le court texte qui suit a pour but de tracer le contour de ce qui devrait être un réseau d'expérimentation des BRF à la ferme lors de la première réunion d'un comité à cet effet le 16 février 1999. Ce sont les premiers efforts pour tenter une approche soutenue techniquement et scientifiquement dans le but d'introduire dans l'agriculture québécoise la pédogénèse forestière. Nous savons que le fossé est grand entre l'agriculture et la foresterie, toutes nos démarches nous le souligne à tous les jours, quelque fois douloureusement, Néanmoins, les enjeux sont tels que nous ne pouvons nous soustraire en toute bonne foi, bien que les réticences soient profondes. Dans un temps second, il faudra faire le lien avec l'industrie forestière pour des approvisionnements de BRF considérables, nécessaires et permanents. Nous pensons qu'il y a des marchés importants à développer de par le monde et que l'industrie, tant agricole que forestière, n'est pas préparée à de telles aventures techniques, scientifiques et économiques. Nous espérons vivement que le texte ci-joint attirera l'attention dans la perspective d'une nouvelle évaluation réaliste de notre agriculture qui vacille sur des bases médiévales avec des techniques de l'an 2000. Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec Canada Proposition du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Professeur Gilles Lemieux, février 1999 UNE STRUCTURATION DE L'AGRICULTURE PAR RAPPORT À DE NOUVELLES CONNAISSANCES par le Professeur Gilles Lemieux 1 L'arrivée du bois raméal dans le monde de l'agriculture semble insolite pour plusieur. Pourtant c'est par cet apport que nous apprendrons les bases de l'agriculture. Ces quelques mots sont l'amorce d'un débat absolument nécessaire. Il doit se faire autour des connaissances fondamentales, mais non plus au niveau des techniques visant à augmenter le pécule de chacun. Lors de l'assemblée générale de 1992 la «MISSION» du CPVQ a été évoquée ainsi:«un large horizon privilégiant le maillage du transfert technologique», en outre, «la mission vise la productivité et la qualité des productions végétales en les adaptant aux besoins du marché de même que la saine gestion des ressources sol, air et eau». Enfin la mission de 1992 se terminait par ces commentaires «Cette définition favorise la formation de groupes multidisciplinaires et permet aux corporations professionnelles et aux assocations de jouer leur rôle respectif». Malgré une lecture attentive, nous n'avons pu relever aucun propos touchant les connaissances, comme si tout avait été découvert une fois pour toute et qu'il ne restait qu'à en tirer les fruits et les profits. Je n'ajouterai pas d'autres commentaires, laissant à chacun les réflexions qui s'imposent. Ce que j'apporte c'est une nouvelle vision et des connaissances utiles sur le sol, son origine, sa constitution, son rôle d'interface et une définition globale très éloignée de la tradition. LA PÉDOGÉNESE Pour bien introduire le bois raméal, il faut faire appel à sa contribution exceptionnelle à la pédogénèse. Ses effets se font sentir tant sur la structure, la stabilité, les contenus enzymatiques, la disponibilité des nutriments que par l'intermédiaire des chaînes trophiques, le rouage le plus important de la dynamique de ce système. Les sols agricoles dont tous les mécanismes de formation sont d'origine forestière, ont été formés sous le couvert de la forêt feuillue au cours des dernières 3 1 Professeur au Département des Sciences du Bois et de la Forêt, faculté de Forsterie et d Géomatique, Université Laval, Québec G1k 7P4 QUÉBEC, Canada Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Proposition du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Professeur Gilles Lemieux, février 1999 60 000 000 d'années. On doit considérer le sol comme étant composé de quatre éléments: le premier est minéral d'origine géologique, le second chimique labile, le troisième biochimique avec ses enzymes, ses molécules et ses agrégats, et le quatrième biologique avec ses chaînes trophiques animales (bactéries, protozoaires, etc.) et végétales (algues champignons, mycorhizes...) dans une matrice polyphénolique» Une telle description exclut tous les aspects statiques qui ont été à la base de l'utilisation agricole des sols pour des fins de productivité à l'exclusion de toutes les autres. Ce concept englobe avant tout l'ensemble des dynamiques qui ont comme résultat la «nutrition» minérale si chère à tous en cette fin de millénaire. UN RÉSEAU BASÉ SUR LA DYNAMIQUE AVANT TOUT L'introduction des BRF en agriculture tient, avant tout compte de l'humification stable à partir des polyphénols issus des lignines et de l'effet de ces molécules sur la biologie, responsables de la gestion des pools de nutriments. L'azote et le phosphore sont les plus impliqués par les activités enzymatiques issues de la biologie des microorgnismes phytotrophes comme des phosphatases Je propose que le nombre de fermes choisies devrait être restreint (de 4 à 6) et tenir compte de la qualité des gestionnaires en vue d'un élargissement au fil des ans. UN POINT DE VUE TECHNOLOGIQUE ET SOCIAL Une science additionnelle devra faire son entrée en agriculture, soit l'anthropologie qui permetta d'évaluer et de conceptualiser ce qu'est un TRANSFERT DE TECHNOLOGIE et d'en mesurer les effets pour en corriger les excès. C'est une innovation fondamentale qui ne saurait être mise de côté sans examen préalable. Ici il convient de souligner l'importance d'une équipe solidaire composée en plus d'un anthropologue, d'un agronome et d'un forestier. C'est par ce partenariat que le transfert de technologie prendra tout son sens et toute sa valeur. La qualité et la compétence de ces hommes permettront de mener à terme les projets gérés en commun. L'APPORT DE DEUX NOUVEAUX LABORATOIRES CELUI DE LA BIOGÉNÈSE DES SOLS (MCGILL) ET CELUI DES LIGNINES ET POLYPHÉNOLS (LAVAL) Deux laboratoires spécialisés seront à la base de la formation de nouveaux leaders scientifiques tant en chimie, en agriculture qu'en foresterie. Ils vont contribuer à la formation de doctorats et de maîtrises ainsi qu'à la formation technique qui fait cruellement défaut aussi bien au Québec qu'en Ukraine ou en Afrique où nous avons des travaux analogues. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 4 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Proposition du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Professeur Gilles Lemieux, février 1999 février 1999 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada publication n° 102 courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-2837 tel. 418-656-2131 poste 2837 5 Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL IacuIló do Ioroslorio ol do Góomaliquo Département des 5ciences du Bnis et de Ia Fnrêt Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux International Development Research Centre (Canada) National Agrarian University (Ukraine) Boyarska Forestry Research Station (Kiyv) Final Report phase I «Research project on RCW technology on rye (Secale cereale)» par Dr Anatolij Chervonyj Forêt Expérimentale de Boyarska Kiev UKRAINE avriI 1999 PubIicatinn n° 106 http://Inrestgenmat.Inr.uIavaI.ca/brI ódiló par Io Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada TABLE OF CONTENT Forward I Introduction 1 Rye grain sanitary condition on the experimental plots 1 Studies during plant growing 3 Pests and diseases in experimental rye crop 3 Scarabacidae, Elateridae and Noctuidae 5 Characteristics of experimental plots mesofauna 8 Harvesting and studying rye crops 11 Contents of absolutely dry substance in plants 16 Rye grain quality analysis 20 Analysis of RCW impact on soil of experimental plots 26 pH variations 30 The available hydrolysed nitrogen 30 Available phosphorus 31 Available potassium 32 Exchangeable manganese 33 Exchangeable calcium 34 Exchangeable magnesium 34 Salt concentration 35 Sanitary condition of the rye grain in the experimental plots 37 Biological diversity in the experimental plots 38 Mycorrhiza of winter rye treated with RCW 39 Total biological activity of the soil in the experimental plots 41 Analysis procedure 44 Conclusion 45 Literature 48 TABLES and FIGURES Table n°1 Rye grain damage caused by phytopathogenic fungi after harvesting (%) 2 Table n°2 Rye grain damage caused by micromycetes after storage 4 Fig. n°1 Distribution of experimental plots on device n°1 5 Fig. n°2 Distribution of experimental plots on device n°2 6 Table n°3 Average values of rye affected by pests and diseases of experimental device n°1 6 Table n°4 Average values of rye affected by pests and diseases of experimental device n°2 7 Table n°5 Species of soil mesofauna (September) 10 Table n°6 Species of invertebrates caught by Barber's trap 10 Table n°7 Rye crops in experimental plots 12 Table n°8 Rye straw yields in experimental plots 15 Table n°9 Number of plants (rye) on experimental plots 17 Table n°10 Contents of absolutely dry matter in the rye roots 18 Table n°11 Contents of absolutely dry matter in rye straw 19 Table n°12 Content of absolutely dry matter in rye grain 21 Table n°13 Weight of 1000 rye grain 23 Table n°14 Grain unit of rye 24 Table n°15 Protein content in rye grain 25 Table n°16 Humus content and soil acidity on device n°1 30 Table n°17 Humus content and soil acidity on device n°2 30 Table n°18 Content of hydrolyzed nitrogen, mobile phosphorus and potassium and exchangeable manganese on device n°1 31 Table n°19 Content of hydrolyzed nitrogen, mobile phosphorus and potassium and exchangeable manganese on device n°2 31 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Table n°20 Content of calcium and magnesium in the soil and total salt concentration in device n°1 35 Table n°21 Content of calcium and magnesium in the soil and total salt concentration in device n°2 36 Table n°22 Rye crops damage caused by micromycetes after harvesting, device n°1 38 Table n°23 Rye crops damage caused by micromycetes after harvesting, device n°2 38 Table n°24 Species of macromycetes on experimental device n°1 40 Table n°25 Species of macromycetes on experimental device n°2 41 Table n° 26 Number of micromycetes colonies isolated for he rhizosphere of rye on experimental device n°1 42 Table n°27 Number of micromycetes colonies isolated for the rhizosphere of rye on experimental device n°2 43 Table n°28 Dynamics of mycorrhizae-forming in winter rye in correlation with RCW types used 44 APPENDICES Appendix n°1 51 Soil classification by humus content (Tyurin) Types of soils by acidity and alkalinity Soil classificaion by slightly hydrolized nitrogen (Cornfield) Soil classification by the mobile phosphorus and potassium content (Kirsanov) Soil classification by exchangeable calcium and magnesium Soil classification by exchangeable manganese Appendix n°2 52 List of authors Appendix n°3 53 Acronyms Appendix n°4 54 Dynamics of rye growth on experimental devices n°1 and 2 Appendix n°5 55 RAMIAL CHIPPED WOOD EXPERIMENT IN UKRAINE - a proposal to IDRC. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Forward This report is the result of a long and fruitful collaboration with IDRC namely with the Office for Central & Eastern Europe Initiatives and Laval University. This has made possible a first project on RCW technology development in Ukraine, in the framework of the Canadian Environmental Development Program on the Dniepr river. The head of the Office for Central & Eastern Europe Initiatives, Jean H. Guilmette is responsible for this endeavour. This project, in fact got off the ground after discussion held with IDRC and CIDA officers in Ottawa, in November 1995 . A first research proposal was submitted to Jean H. Guilmette. In early May 1996, Professor Lemieux went to Kiev in order to dicuss a possible cooperation with Professor Ivan Shablyi of the Academy of Agricultural Sciences of Ukraine. From these dicussions, another proposal for close collaboration was put forward to Professor Shablyi. Further discussions took place with the Ministry of Environment and Nuclear Security of Ukraine and IDRC and the second proposal was accepted by both parties (appendix n°5). This agreement blazed the trail for a two-year project aiming at the definition of the impact of the application of the RWCs of several tree species, on biological and biochemical soil processes. The test plant first proposed for this study, potato, was finally changed for rye. This project was undertaken at the Boyarska Forest Experiment Station and implemented under the guidance of Dr Chervonyj who wrote a report on the later, in December 1997. The content of this report is included in the present document. Another project, the second phase of this research, in being prepared. In order to gain a good understanding of the impact of RWCs on soil processes, both soil and crop were evaluated. Rye was used as an indicator of the effect on soil of tree species indigenous of Ukraine, but also from North American ones such as Acer saccharum Marsh, Acer saccharinum L. Acer negundo, L. and Quercus rubra L. The data obtained indicate that RWCs have a strong influence on soil biological processes but no significant effect on soil available nutrient levels. RWCs with high syringyl contents are more effective Quercus robur L., Carpinus betulus L. and Robinia pseudoacacia L.), while pioneer tree species from the family of Betulaceae (Betula verrucosa Ehrh, Alnus glutinosa Gaertn.) and Salicaceae (Salix caprea, and Populus tremula L.), which possess lesser amounts of lignin, namely the syringyl one, produced RWCs with limited effect on soil fertility. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Almost all indicators were largely positively influenced by RWCs. Their influence was more pronounced when 10 g. per square meter of forest litter was added. This is in agreement with our previous observations, but in this case, statistical analyses confirmed the hypothesis underlying the experiment. The whole body of information accumulated over the years need to be reexamined in order to define the real potential of tree species for soil quality improvement and the interactions between their effects. Only then, will we reach the goal pursued during the last 20 years: the creation of a powerfull technology which can be adapted to the components of soil fertility of various agricultural and forest ecosystems. A new collaboration between Dr. Tatjana Stevanovic-Janezic whose competence in lignin synthesis is outstanding, and with others, such as Professor Senesi from Bari University (Italy), will allow significant progress in our scientific knowledge to be made. A new insight on the processes of humus synthesis and pedogenesis will certainly be brought from the new biochemical and biological approaches they propose. Professeur Gilles Lemieux Laval University April 1999 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 1 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada RESEARCH PROGRESS REPORT ON RCW TECHNOLOGY ON RYE (Secale cereale) FOR 1997-98 by Dr Anatolij Chervonyj Boyarska Forest Experimental Station Ukraine INTRODUCTION 1• The objective of the present study is the development of technology based on the use of ramial chipped wood (RCW), which prevents the degradation of soils and water pollution. It will become the first step in the new approach towards land management, replacement of the existing technologies, which have fully exhausted their potential in the course of the last decades. 2• During current period research has been done on the experimental plots located in the territory of Boyarska Forestry research station under the program proposed in the frame of Professor Lemieux’s project (Laval University, Quebec, Canada). 3• The major methodological aspects of scientific research work are the following: - systematising relevant data from local and foreign sources; - using tree branches not more than 7 cm in diameter for experiment; - using mostly the mixture of local species, in the ratio 80% hardwood and 20% - coniferous; - spreading RCW immediately after chipping; - carrying out the experiment in fall/winter and in summer time; - assessing the experiment through plant test and by soil condition; - complex research (microbilogical, agrochemical, phytopathological, entomological and other regular tests); - scientific construction and design. 4• In October and November last year (1997) we analysed the sanitary condition of the rye grain harvested in experimental plot. After long-term storage the studies on grain damage caused by phytopathogenic fungi were repeated. RYE GRAIN SANITARY CONDITION ON THE EXPERIMENTAL PLOTS 5• Rye grain sanitary condition was tested with the help of two methods: of pure culture and of humid chamber. In the first method the mycelium with fungi without any other microorganisms was the result. In order to obtain it the artificial nutrients were used, such as beer-wort agar of the following composition: agar - 20 g, non-hopped wort with 4% of sugar -1000g, citric acid (crystals) - 0.2 g. Other agarized nutrient environments (potato, glucose etc.) were also used for the experiment. The method of humid chamber was also used for the diagnostic purposes. This method is based on mycelium capacity to germinate from insidethe plants to the surface and bear fungi under the conditions of high moisture in substrate and surrounding air. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 6• The aforementioned methods are widely known (Dudka, Vasser, Ellanska and others,1982; Bilay, 1980 and others). The results of the analysis of the rye grain sanitary condition are shown in Table 1. Table 1. Rye grain damage caused by phytopathogenic fungi after harvesting (%) Experimental plots Fungi Blck A Block _______________________________________________________________________________________ _ Control Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 6.8 - Fusarium graminearum Schuabe 12,5 10,7 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 21,9 26,4 total 41,2 37,1 Quercus robur L. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 5,7 5,1 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 22,8 25,6 Total 28,5 30,7 Robonia pseudoacacia Fusarium graminearum Schuabe 20,8 - Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai - 18,8 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 29,7 6,2 Total 50,5 25.0 Acer platanoides Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 16,7 10,0 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 29,7 23,3 Total 46,4 33,3 Betula verrucasa Ehrh Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 16,0 - Fusarium graminearum Schuabe - 16,3 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 23,3 6,6 Total 39,9 22,9 Populus tremula L. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 14,8 13,6 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 20,6 13,5 Total 35,4 27.1 Tilia cordata Mill. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 28,0 - Fusarium graminearum Schuabe 26,4 23,1 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 16,7 16,9 Total 45,9 40,0 Salix caprea L. Fusarium graminearum Schuabe 15,0 29,2 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 35,3 8,5 Total 50,3 37,7 Corylus avellana L Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 26,9 - Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai - 17,5 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 15,4 10,0 T otal 42,3 27,5 ____________________________________________________________________________________________________________ 7• Table 1 shows, that rye grain has been affected by phytopathogenic fungi.It can be explained, first of all, by the summer time weather conditions, most favorable for the development of pathogens (long-lasting cold and humid periods) Alternaria alternata (Fr.) Keissl. turned out to be most widely spread. (It was found on all the experimental plots). When the fungus develops intensively the grain loses the similarity. It accumulates and transmits infection, affects the shoots of a plant; otherwise, the infection can remain on the root neck to become evident during blossoming and fruit-bearing, when the plant’s resistance is low. If conditions are unfavorable for the plant, infection can influence it before the ripeness stage. That fungus participated in the process of the plant residues cellulose decomposition in the soil and in humus formation. 8• The rye grain is damaged to a great extent by Fusarium, whose role is commonly known (Bilay, 1977). Fungus Fusarium sporotrichiella var. tricinctum (Corda) Bilai is one of the species Fusarium sporotrichiella, characterized by pear-shaped, lemon-shaped and mace-shaped microconidias alongside with the standard macroconidias in various quantitative proportions. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 9• This fungus is widely spread on grain and roots of cereals, on root rot of cereals and other plants, on fruit rot of stone-fruits and vegetables. In the grain affected by the toxic strain of fungus, the change of amino-acidic and protein composition was registered, i.e. aminoacids of aromatic group (thyrozine, tryptophane, phenilalanine, arginine, lyzine, treonine) are absent . 10• The fungus Fusarium graminearum Schuabe is considered to be the cereals parasite (causing the effect of “tipsy bread”), usually found on their ears, stems, roots, as well as on some wild cereals and plants of other families, in the soil. Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc. also occurs on various plant substrates. It has been found on more than 150 species of plants, among them cereals, root-crops and tubers., various fruits, vegetables, leguminous plants, decorative plants, shrubbery, hardwood and coniferous trees etc. 11• Comparing the micromycetes 1 damage of grain on block A 2 plots with the control plots, we didn’t register any substantial difference between the latter ones and the plots treated with RCW. The rye grain sanitary condition was somewhat better on the plot treated with oak RCW. Its level of damage amounted to 28.5%. The worst results were registered on the plots treated with Salix caprea L. and Robinia pseudoacacia L. RCW ( respectively 50.3%, and 50.5%). 12• Comparing the rye grain sanitary condition on block B 3 plots showed more substantial differences. On the majority of plots treated with RCW, the level of damage was lower than on control plots, where RCW was not used. The best results were registered on the plots treated with Betula verrucosa Ehrh. RCW (damage level amounts to 22.9%), whit Robinia pseudoacacia L.RCW ( damage level - 25.0%), Populus tremula L. RCW (27.1%). Therefore, we can confirm that small amount of added forest litter had beneficial effect on the rye grain sanitary condition. 13• Table 2 shows the results of rye grain sanitary condition analyses after long- term storage. 14• Table 2 shows that after long-term storage (more than 6 months) almost all the grain was affected by pathogenes. The variety of micromycetes grew substantially. Fusarium sporotrichiella Bilai var. tricinctum was not found among the micromycetes. On the other hand, a new species - Fusarium sporotrichiella var pone Bilai - was registered. This fungus is highly pathogenic and has broad specialization. 15• This pathogenic fungus is known to cause vascular mycoses in oaks. (Kouzmichev, 1983, 1986). It develops on grain and roots of various cereals, causes bulbs rotting in peach trees, apple trees, can be found in mushrooms, insects and in soil (Bilay, 1977). This fungus has considerable pectolytic and cellulosolytic activity and xylonose qualities; that’s why it adjusts so well to developing in the plant tissues, adapts so easily to parasiting in trees’ vascular parenchyma. It creates substantial amount of microconidias fit for moving inside the vessels (Kouzmichev, 1986) Mycelia sterilia, with no conidias or any other spores should be mentioned among other micromycetes. 1 Most being Ascomycetes 2 The first block to be established in March 1997 with 200m 3 /ha with no forest litter added 3 Second block established with 200m 3 /ha and whre 10g/m 2 of forest litter was added Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Nigrospora oryzae Petch. the fungus that damages corn-cobs, was found pretty often. The affected grain grows into weak underdeveloped plants. STUDIES DURING PLANTS GROWING 16• During 1998 experiments have been conducted on two plots (figure 1 and 2). The first one was founded in March 1997 (RCW with no foliage was used). and the second one - in September 1997 (RCW with foliage was used). Rye was planted on both plots. On October 8 the first shoots appeared in unison. Since then we started observations over the seedlings growth and sanitary condition. PESTS AND DISEASES IN EXPERIMENTAL RYE CROPS 17• It was established in the course of the study that phytosanitary condition of rye on all the plots was quite satisfactory. The plants were not damaged by pests or affected by diseases. The sowing grain was dipped, therefore the crops were not affected by Urocystis occulta Rab. nor by Tilletia secalis Kuchn.. Table 2. Rye grain damage caused by micromycetes - after storage. _________________________________________________________________________ Experimental plots Species of micromycetes Block A Block B__ Control Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 53,8 49,2 Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc 13,5 - Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 20,2 17,9 Acremoniella atra (Corda) Sacc. 9,5 - Mucor hiemalis Wehmer 3,0 - Fusarium sporotrichiniella - 20,8 Nigrospora oryzae Petch. - - Mycelia sterilia - 12,1 Total 100,0 100,0 Quercus robur L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 60,2 50,4 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 29,8 39,6 Mycelia sterilia (orange) 10,0 10,0 Total 100,0 100,0 Robinia pseudoacacia L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 80,4 65,4 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 19,6 27,2 Nigrospora oryzae Petch. - 7,4 Acer platanoides L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 70,3 90,2 Fusarium gramineum Schuabe 21,7 - Mycelia sterilia - 4,3 Total 92,0 94,5 Betula verrucosa Ehrh. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 49,4 38,6 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 37,5 - Cladosporium herbarum Link. 12,6 - Fusarium gramineum Schuabe - 2,2 Acremoniella atra (Corda) Sacc. -- 20,7 Total 99,5 71,5 Populus tremula L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 58,5 65,0 Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc 20,3 - Mycelia sterilia (orange) 4,8 5,5 Acremoniella atra (Corda) Sacc. 16,4 9,7 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai - 18,4 T Total 100,0 98,6 Tilia cordata Mill Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 60,5 68,5 (T. parviflora Ehrh.) Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai/ 21,8 31,5 Nigrospora oryzae Petch 17,7 - Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Total 100,0 100,0 Salis caprea L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 59,6 64,8 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 40,4 - Fusarium gramineum Schuabe - 15,2 Mycelia sterilia - 20,0 Total 100,0 100,0 Corylus avellana L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 73,2 35,3 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 24,3 29,6 Mycelia sterilia 2,515,0 Nigrospora oryzae Petch - 19,7 Total 100,0 99,6 _______________________________________________________________________________________ _ 18• Not a single plant disease has been registered before milk ripeness stage. Only after that stage individual plants were affected by yellow rust (Puccinia striiformis West) and santoriosis (Septoria sp.). However, these diseases were not widely spread, and, as they appeared in later stages (i.e. wax ripeness), they had no essential impact on the crops. 19• No cases of crops being affected by Erysiphe graminis DS. f. secalis Em. Marchal or Claviceps purpurea Tul. have been registered. 20• To examine the root system condition and its possible damage by root rots, 25 plants were dug out on each plot at the stage of early wax ripeness. The root systems were thoroughly washed and checked visually and under the binocular. It was established that plants’ roots were well developed and had whitish surface colour. No darkening or browning of the roots as a result of rotting process was observed. Neither have the roots been affected by pests, which is logical, because during the digs only in substantial number of cockchafers was found in soil. Scarabacidae, Elateridae and Noctuidae. 21• During the digs substantial amount of useful species was found, such as ground bugs larvae and sometimes bugs (Carabidae), Asilidae larvae and earth worms. Examining the crops in the course of their blossoming phase we found Epicometis hirta Pode bugs on isolated ears. With additional nutrition, they eat out the anthers. Lema melanopus L., Chrysomelidae damaging the leaves was found on rare occasions. In the phase of wax ripeness grain beetle (Anisoplia segetum Hbst) damaging the grain, was found in in substantial quantities on the rye ears (1 ear per 300 plants). 22• During laboratory analysis of the leaves, stems and ears of the plants Sitobion avenae F. and Schizaphis gramina Rond were discovered in insubstantial amounts. The predatory larvae of Syrphidae were also found on the same plants. They play important regulatory role as far as Sitobion avenae F. and Schizaphis gramina Rond are concerned. Coccidellidae and rarely Chrysopidae were also registered as predatory aphidophage. Among Syrphidae Syrphus ribesii L., Episyrphus balteatus Deg. and Sphaerophoria Scypta L. occurred most often. Perhaps it is due to the presence of aforementioned Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada entomophage on the plants that the quantity of Sitobion avenae F. and Schizaphis gramina Rond was insubstantial. Fig. 1. Distribution of experimental plots # 1. Those in italic are controls Block A Block B ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 2 3 4 5 Quercus robur 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Robinia pseudoacacia 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Acer platananoides 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Betula verrucosa 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Populus tremula 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Tilia cordata 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Salix caprea 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Corylus avellana 76 77 78 79 80 23• Besides, specific grain pests, Tripidae, namely Limpthrips denticornis Hal. and Haplothrips aculeautus Fabr. were found on the ears. The density of their population was about 25% of all plants, and those affected had only 1-2 pests each. On each second affected plant Aelothrips intermedius Bag was found. It is known to destroy the plant- eating Tripidae. 24• Besides the aforementioned pests, Cephus pygmaeus L. was found but rarely on the plants. Its larvae live in the rye straw cavities. The data on plants affected by pests are presented in the table 3 - for the plots treated with RCW in spring 1997 and in the table 4 - for the plots treated with RCW in fall 1997. 25• In order to facilitate orientation in the considerable number of experimental plots, the data in the tables 3 and 4 are presented for experimental and control plots in their natural sequence. Fig. 2. Distribution of experimental plots # 2. Those in italic are controls Block Block B ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 2 3 4 5 Quercus rubra 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Carpinus belutus 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Robinia pseudoacacia 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Corylus avellana 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Salix caprea 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Betula verrucosa 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Popuus tremula 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Alnus glutinosa 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 Tilia cordata 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 Quercus robur 96 97 98 99 100 101102 103 104 105Acer saccharum 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 Robinia pseudoacacia 116 117 118 119 120 121122 123 124 125Acer saccharinum 126 127 128 129 130 131132 133 134 135Acer platanoides 136 137 138 139 140 Table 3. Average values of rye affected by pests and diseases for the experimental plots treated with RCW in spring 1997 Type of RCW experimental plots Quantity of pests per one plant % of damages plants__ Limothrips Haplothrips Sitobion Puccinia Septoria sp Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada denticomis Hal. aculeatus Fabr avemae F. stiiformis West. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Control B 0,2 0,4 0,6 7,3 2,6 Quercus robur L, B 0,1 0,3 1,4 3,9 0,5 A 0,3 0,2 0,8 4,6 2,2 Control A 0,5 0,3 2,3 4,9 1,7 Control B 0,2 0,8 3,1 9,3 - Robinia pseudoacacia L., B 0,3 0,3 1,4 5,2 2,8 A 0,4 0,2 1,7 6,1 1,3 Control A 0,2 0,5 2,5 4,7 3,5 Control B 0,2 0,3 1,6 3,5 1,1 Acer platanoides L., B 0,1 0,2 1,9 8,2 0,9 A 0,4 0,6 2,1 2,4 1,6 Control A 0,3 0,4 0,4 5,2 3,3 Control B 0,5 0,1 0,8 4,1 2,1 Betula verrucosa Ehrh. B 0,4 0,2 0,7 3,9 0,7 A 0,3 0,2 l,3 4,3 - Control A 0,5 0,7 3,1 3,4 2,9 Control B 0,4 0,2 2,4 4,9 1,2 Populus tremula L. B 0,3 0,5 0,9 8,1 0,8 A 0,2 0,3 2,1 3,6 - Control A 0,4 0,2 3,3 6,2 2,2 Control B 0,1 0,6 1,7 7,4 - Tilia cordata Mill. B 0,4 0,3 2,8 4,3 1,2 A 0,3 0,7 3,0 3,1 2,7 Control A 0,5 0,3 2,6 5,8 3,0 Control B 0,2 0,4 3,1 4,9 0,8 Salix caprea L. B 0,1 0,4 2,2 10,8 1,7 A 0,3 0,2 1,5 6,7 1,3 Control A 0,5 0,1 2,5 5,1 2,2 Control B 0,2 0,4 1,9 4,3 0,4 Corylus avellana L. B 0,1 0,2 0,6 3,5 1,1 A 0,2 0,3 1,8 4,9 3,2 Control A 0,3 0,4 3,4 6,1 2,8 Table 4. Average values of rye affected by pests and diseases for the experimental plots treated with RCW in spring 1997 Type of RCW experimental plots Quantity of pests per one plant % of damages plants__ Limothrips Haplothrips Sitobion Puccinia Septoria sp denticomis Hal. aculeatus Fabr avemae F. stiiformis West. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Control B 0,5 0,5 1,1 4,2 3,5 Quercus rubra L. B 0,2 0,1 0,7 6,1 1,1 A 0,3 ---- 1,5 9,3 1,8 Control A 0,7 0,2 2,3 8,2 1,5 Control B 0,4 0,3 1,9 10,9 0,8 Carpinus belutus L. B 0,3 0,5 3,7 12,3 3,1 A 0,5 0,2 0,8 7,4 --- Control A 0,8 0,4 3,1 5,9 2,6 Control B 0,5 0,3 2,8 8,1 1,9 Robinia pseudoacacia L. B 0,2 0,2 4,4 4,8 3,3 A 0,4 0,1 3,5 6,1 2,4 Control A 0,6 0,4 5,1 10,3 --- Control B 0,7 --- 2,4 5,7 1,6 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Corylus avellana L. B 0,3 0,1 1,9 7,8 1,4 A 0,1 --- 2,6 12,1 2,1 Control A 05, 02, 5,7 9,2 3,3 Control B 0,8 0,5 4,2 6,7 --- Salix caprea L. B 04, 0,3 3,7 10,5 4,4 A 0,6 0,2 2,3 5,6 1,5 Control A 0,2 0,4 6,1 11,4 2,7 Control B 0,4 0,3 5,4 8,4 4,1 Betula verrucosa Ehrh. B 0,7 0,2 2,2 10,6 --- A 0,2 0,1 3,8 13,1 1,6 Control A 0,9 0,5 4,5 8,3 4,6 Control B 0,5 --- 2,9 5,9 2,1 Populus tremula L. A 0,4 0,3 3,4 7,4 3,3 B 0,6 0,2 1,9 6,6 2,9 Control A 0,8 0,4 7,2 8,1 3,8 Control B 0,2 0,3 3,2 10,8 1,7 Alnus glutinosa Gaertn B 0,1 --- 2,3 12,3 --- A 0,6 0,4 4,7 10,1 1,2 Control A 0,3 0,2 5,2 10,1 4,0 Control B 0,7 0,3 1,6 7,3 2,7 Tilia cordata Mill . B 0,4 0,2 2,9 9,2 1,8 A 0,2 0,4 4,4 8,4 1,3 Control A 0,5 0,3 1,3 11,4 3,4 Control B 0,3 0,5 5,6 12,7 4,1 Qercus robur L. B 0,1 0,1 3,0 7,1 --- A 0,3 0,2 2,4 6,6 3,9 Control A 0,5 0,3 4,3 9,4 1,3 Control B 0,4 0,5 3,3 10,6 2,1 Acer saccharinum L. B 0,2 0,3 2,6 12,2 3,3 A 0,5 0,2 1,8 9,1 4,2 Control A 0,8 0,4 3,9 10,3 --- Control B 0,5 --- 2,5 6,9 --- Acer negundo L, B 0,3 0,3 4,8 9,9 1,7 A 0,6 0,4 3,7 10,6 2,4 Control A 0,4 0,3 2,9 8,1 3,2 Control B 0,2 0,2 5,2 11,3 4,0 Acer platanoides L B 0,4 0,1 1,6 6.1 --- A 0,5 0,3 4,4 8,5 2,3 Control A 0,3 0,4 3,2 5,9 3,6|__ 26• However, though one can see that these data fluctuate in various experimental plots, there is no direct correlation between them and species used for RCW. The possible explanation is relatively small amount of pests in all the plots; and even this amount is considerably reduced by entomophagy. We refer specifically to Sitobion avenae F. and Schizaphis gramina Rond and Tripidae. The amount of Tripidae was somewhat smaller in the plots where Quercus robur L and Corylus avellana L. was introduced two years ago, and the amount of Sitobion avenae F. and Schizaphis gramina Rond - in the plots, where Betula verrucosa Ehrh. was applied. 27• It is noteworthy that weeds were found only in small amount among rye crops. It can be also the result of RCW use, as no herbicides were used. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada CHARACTERISTICS OF EXPERIMENTAL PLOTS MESOFAUNA 28• In the previous year report we mentioned already that the representatives of Insecta class are prevailing in mesofauna. As our research has, mostly, applied, i.e. practical value, we focused on mesofauna groups harmful for the plants and their zoophagy. The pests damaging the surface part of the plants in the rye crops and their entomophages were discussed in the previous section. Here we intend to discuss mesofauna group linked with soil. This group, though, is not homegeneous itself. Therefore, it makes sense to subdivide it into three groups: 1. Species that spend all their lives in the soil, e.g. earth worms. 2. Species that live in the soil during preimaginal phase and appear on the surface in imago phase to copulate, lay eggs and, sometimes, get additional nutrition. 3. Species only partly linked with soil, on chrysalis or larvae stages, e.g. Noctuidae. 29• These biological peculiarities of soil mesofauna determine the substantial differences in the methods of their exposure, examination and identification. The existing regulations and instructions recommend for soil examination the digging of a pit 0.5m x 0.5m (rarely 1.0m x 0.5m or 1m x 1 m). In the fields with the size up to 10 ha 8 pits are recommended. The depth of pits can vary, depending on soil composition, from 20-30 cm to 60 cm. Examination of nematodes requires the soil sample from upper horizons (to 30 cm), i.e. from rhyzosphere. In our conditions, we had to examine the soil in several dozens of experimental and control plots; therefore digging of 8 pits was neither necessary nor feasible. That’s why during the digs we applied methods customized to our reality, i.e. three pits 0.5 x 0.5 x 0.6 m in each plot. The soil was examined by layers, each layer 10 cm thick. The digs were carried out in the first decade of September, after former crops have been harvested. Three employees with two shovels worked on each pit. 30• They dug out the soil from each layer, put it on plywood sheet and examined thoroughly. The insects found were put into the jars filled with water (separate jar for each layer). The head of the group identified the species (or, if unknown - the family an insect belongs to) and recorded the quantitative data to a log. 31• However, this method was not applicable for rain worms, because they can penetrate the soil very quickly using their vertical corridors. To prevent it, the upper soil layer (20cm) should be removed very rapidly, therefore, we didn’t examine specifically the first layer of 0-5 cm. Two employees rapidly dug out the upper layer and put it on a plywood sheet, while second layer was put on a separate sheet. After that the soil was carefully examined, invertebrate earth worms were selected and put into formalin jar. The head of the group identified the families they belong to. 32• In practice, other method of soil diggings and mesofauna identification are also used, e.g. sieve screening of the soil. This procedure, however, takes very long, as the moist soil fills in the sieves’ cells. That’s why on sandy and sandy-loam soils manual screening is recommended. It allows for higher accuracy and quick performance. 33• In order to identify the surface non-flying species (e.g. some Carabidae, Tevebrionidae, Meloidae, Scarbaeidae), Barber’s traps were used. They are glass jars drowned in the soil so, that their necks are on the same level with the surface. To fix the Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada insects and other invertebrate trapped, 2% formalin solution was used. Every 5-7 days the caught invertebrate were taken out and identified, with the data entered into a log. 34• The Chloropidae eggs laid in soil were counted after removing the surface soil layer 1.5 deep with the narrow scoop and putting it on a sheet of black paper, so that the white eggs became visible. To catch the male Noctuidae, feromonious traps were used. 35• Table 5 provides the data on invertebrate species found during the diggings in the experimental plots. The analysis of the data leads us to the conclusion that the composition of soil mesofauna is rather scarce in species; it can be explained by low fertility of these local soils. Among the identified species, only Collembola, Anomala dubia Scop and Bembidion Sp. were present in considerable quantities; all the others were present insubstantially or as isolated species. 36• If we compare the plots treated with RCW in fall 1997 with those treated with RCW in spring 1997, we will notice that mesofauna composition of the latter is somewhat richer (it has 6 species more - they are marked with asterisk in the table 5). 37• Species of invertebrates in soil (excluding nematodes) in two experimental plot are presented in table 5. 38• Species of invertebrates caught by Barber’s trap are shown in table 6. As one may see the species structure is poor, however slightly diversified in comparison with the previous year especially due to useful invertebrates. 39• Phytonematodes in rye crops (in rhyzosphere zone) are represented by 34 species, four of which are predominant: Pratylenchus pratensis, Aerobiloides buichlii, Tylenchorichus dubins, Helicotylenchus denistera. The general density of phytonematodes population was 1400 insects per 100 cm 3 . The density of the most widely spread Pratylenchus pratensis population was 300 insects per 100 cm 3 . As far as phytonematodes are concerned, it is noteworthy that the rye was not affected by stem nematode Ditylenchus dipsaci Filipjev, which is known to have a rye-damaging variety 40• The first measurements of the plants’ height were taken on May 11; then they were repeated every 7 days till the end of vegetation period . Every week 30 plants from each plot were measured from the ground level to the top. Most intensive growth in all plants was registereded from May 18 to June 1; in some instances it amounted to 4.7 cm in 24 hours. Minimum average growth per day during this period amounted to 3.1 cm. Later, i.e. in June, the intensity of growth drastically slowed down (the growth amounted to 0.7-2.3 cm in 24 hours) and by the middle of the month the growth completely stopped. 41• In both units (blocks) of the first experimental plot better crops’ growth was registered in all spots where RCW was introduced (as compared to the control plots). Moreover, the best results were observed in the experimental plot with RCW on block B, where forest litter was introduced alongside with RCW. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Table 5. Species of soil mesofauna found on experimental plot in the first decade of September. (+++ often, ++ not often, +seldom) N Latin name Class Genus Family Occurence 1 Collembola Insecta Collembola no +++ 2 Carabus - Coleoptera Carabidae + 3 Harpalus sp. - - - + 4 Pterostichus sp. - - - + 5 Bembidion sp - - - +++ 6 Melolontha sp. - - Scarabae + 7 Amphimalus solstitialis L. - - - ++ 8 Anomala errans F. - - - + 9 Anomala dubia Scop. - - - +++ 10 Anisoplia segetum Hbst. - - - ++ 11 Epicometis hirta Poda. - - - ++ 12 Cetonia aurata L. - - - + 13 Malachius virdis F. - - Melyridae + 14 Melanotus brunnipes Gem. - - Elateridae + 15 Agriotes lineatus L. - - - + 16 Selatosomus acneus L. - - - ++ 17 Lacon murinus L. - - - + 18 Prostemon tessallatum L. - - - + 19 Opatrum sabulosum L. - - Tenebrionidae ++ 20 Pedins sp. - - - + 21 Scotia segetum Schiff. - Lepidoptera Noctuidae + 22 Scotia sp. - - - + 23 Asilidae - Diptera Asilidae + 24 Chloropidae - - Chloropidae + 25 Lumbricus sp. Oligochaete no Lumbricidae ++ 26 Dendrobaena sp. - no -- ++____ Table 6. Species of invertebrates caught by Barber’s trap. (+++ often, ++ not often, +seldom) N Latin name Class Genus Family Occurence 1 Bembidion lampros Latr. Insecta Coleoptera Carabidae + 2 Bembidion sp. - - - + 3 Pterostichus cupreus L. - - - + 4 Pteroscichus sericens F.W. - - - + 5 Ophonus rufipes Deg. - - - + 6 Harpalus distinquendus Dust. - - - + 7 Amara ovara F. - - - + 8 Cicindella hybrida L. - - - + 9 Epicometis hirta Poda. - - Scarabidae ++ 10 Amphimalus solstitialis L. - - - ++ 11 Aphodius fossor L. - - - + 12 Anisoplia segetum Herbst. - - - ++ 13 Cetonia aurata L. - - - + 14 Hoplia graminicola F. - - - + 15 Siliphidae - - Siliphidae + 16 Opatrum sabulosum L - - Tenebrionidae ++ 17 Lema melanopus L. - - Chrysomelidae + 18 Meloe sp. - - Meloidae + 19 Coccinella 5-puctata L. - - Coccinellidae + 20 Melachius sp. - - Melyridae + 21 Lycosidae Arachnidae Areneida Lycosidae +____ Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 42• The best results were registered with rye crops grown in the plots with Acer platanoides L. and Robinia pseudoacacia L. RCW, the poorest results - with crops grown in the plots with Corylus avellana L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. The height of the plants on other experimental plots varied insubstanitally between 108.0 cm (Salix caprea L. RCW) and 109.6 (Tilia cordata Mill. RCW) in block A, and between 115.9 cm (Salix caprea L. RCW) and 118.8 cm (Tilia cordata Mill. RCW) in block B. 43• The experimental device n°2, showed better results in both blocks in the sites where hardwood RCW was used (Quercus, robur L., Robinia, psudoacacia L. Carpinus betulus L. Acer platanoides L.); the use of Salix caprea L. Populus, tremula L. Alnus, glutinosa Gaertn, Corylus avellana L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW led to worst results ( there the RCW acted as an inhibitor). The height indices of rye in block B experimental plots were somewhat higher as compared to the similar plots in block A. There the forest litter was introduced alongside with RCW, with the exception of Acer platanoides L. RCW. In general, rye crops in the experimental plot 2, where RCW was introduced together with foliage in the fall of 1997, have shown slower rate of growth, as compared to experimental plants in the first experimental plot, where RCW was applied in spring 1997. These results can possibly be explained by the soil changes caused by long-term process of RCW decomposition. RCW should become more “useful” in the third year after application, when it is almost entirely decomposed. HARVESTING AND STUDYING RYE CROPS 44• The harvesting of rye took place on July 20-24. Table 7 reflects the data on the crops under study. 45• The data presented in the table 7 show that the results obtained in 1998 are much better than those obtained in the previous year. We refer, first of all, to the experimental plot No 1. The grain crops are better in both blocks, in all the experimental cases as compared to the control plots. The best results in block A were obtained in the plot where Acer RCW was applied. The difference in crops in this plot and control plot amounted to 5.0 hundred kg/ha. i.e. 33.3%. The plot with Robinia pseudoacacia L. RCW was second best. We harvested in this plot 4.5 hundred kg/ha more than in the control plot./ 34,9% .The plot with Quercus robur L. RCW rated third. Here the difference was 4.3 hundred kg/ha /33.3%/. The application of Tilia, cordata Mill.,Corylus avellana L., Populus tremula L. and other RCW led to somewhat worse results. The lowest results were obtained in the plots with Betula verrucosa Ehrh. and Salix caprea L. RCW. Only 2.0 hundred kg/ha /15.5%/ and 1.6 hundred kg/ha/12.4%/ more were harvested from these plots as compared to the control ones. 46• More or less similar results were observed in crops obtained from the block B of the first experimental plot. The best crops were harvested in the plot treated with RCW. The crops increase as compared to the control plot amounted to 5,6 hundred kg/ha /44,8%/. Second and third positions are occupied by the plots treated with Robinia pseudoacacia L. RCW and Quercus robur L. RCW. The increase of the crops grown in these plots as compared to the control ones amounted respectively to 5,4 hundred kg/ha / Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 43,2%/ and 5,1 hundred kg/ha / 40,8 %. Somewhat lower indices were registered in the other plots. The last position, similar to block A, is occupied by the plots treated with Betula verrucosa Ehrh. RCW and Salix caprea L. RCW. The crops increase in them as compared to the control plots amounts to only 2,7 hundred kg./ha /21,6%/ and 2,5 hundred kg/ha /20,0%/. Table 7. Rye crops in experimental plots ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- RCW species Number of M± s V,% P, % occurences 100kg ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- ______________________Plot n°1 Block A_____________________________________ Control 8 12,0 ± 0,17 0,5 3,6 1,3 Quercus rour L. 4 17,2 ± 0,35 0,7 4,1 2,1 Robinia pseudoacacia L. 4 17,4 ± 0,29 0,8 4,8 1,7 Acer platanoides L. 4 17,9 ± 0,36 0,7 4,1 2,0 Betula verrucosa Ehrh. 4 14,9 ± 0,29 0,6 0,4 2,0 Populus tremula L. 4 15,8 ± 0,33 0,7 4,2 2,1 Tilia cordata Mill. 4 16,7 ± 0,38 0,8 4,5 2,2 Salix caprea L. 4 14,5 ± 0,29 0,6 3,9 2,0 Corylus avellana 4 16,3 ± 0,30 0,6 3,6 1,8 Plot n°1 Block B___________________________________ Control 8 12,5 ± 0,19 0,5 4,2 1,5 Quercus robur L. 4 17,6 ± 0,34 0,7 3,8 1,9 Robinia pseudoacacia L. 4 17,9 ± 0,41 0,8 4,5 2,3 Acer platanoides L 4 18,1 ± 0,38 0,8 4,2 2,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 15,2 ± 0,34 0,7 4,4 2,2 Populus tremula L. 4 16,2 ± 0,26 0,5 3,2 1,6 Tilia cordata Mill. 4 17,3 ± 0,31 0,6 3,6 1,8 Salix caprea L. 4 15,0 ± 0,27 0,5 3,6 1,8 Corylus avellana L 4 16,7 ± 0,33 0,7 4,0 2,0 Plot 2 Bock A___________________________________ Control 14 11,1 ± 0,17 0,6 5,6 1,5 Quercus rubra L 4 11,7 ± 0,23 0,5 3,9 2,0 Carpinus betulus L. 4 12,4 ± 0,22 0,4 3,6 1,8 Robinia pseudoacacia L. 8 12,0 ± 0,16 0,5 3,8 1,4 Corylus avellana L. 4 7,4 ± 0,17 0,3 4,6 2,3 Salix caprea L. 4 4,4 ± 0,13 0,3 5,8 2,9 Betula verrucosa Ehrh. 4 8,3 ± 0,18 0,4 4,3 2,2 Populus tremula L 4 4,9 ± 0,14 0,3 5,8 2,9 Alnus glutinosa Ehrh. 4 8,9 ± 0,19 0,4 4,3 2,1 Tilia cordata MIill. 4 11,3 ± 0,21 0,4 3,8 1,9 Quercus robur L, 4 12,2 ± 0,26 0,5 4,3 2,2 Acer saccharum Marsh. 4 11,1 ± 0,21 0,4 3,8 1,9 Acer negundo L. 4 11,8 ± 0,23 0,5 4,0 2,0 Acer platanoides L. 4 11,0 ± 0,22 0,4 4,1 2,0 Plot 2 Block B___________________________________ Control 14 10,9 ± 0,11 0,4 3,9 1,0 Quercus rubra L. 4 11,9 ± 0,25 0,5 4,2 2,1 Carpinus betulus L. 4 12,1 ± 0,30 0,6 4,9 2,5 Robinia pseudoacacia L. 8 12,2 ± 0,15 0,4 3,4 1,2 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Corylus avellana L. 4 7,5 ± 0,17 0,3 4,4 2,2 Salix caprea L. 4 4,4 ± 0,14 0,3 6,5 3,2 Betula verrucosa Ehrh. 4 8,3 ± 0,15 03, 3,6 1,8 Populus tremula L. 4 5,1 ± 0,14 0,3 5,4 2,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 8,8 ± 0,22 0,4 5,1 2,5 Tilia cordata Mill. 4 11,2 ± 0,22 0,4 3,9 1,9 Quercus robur L. 4 12,5 ± 0,27 0,5 4,2 2,1 Acer saccharum Marsh. 4 11,4 ± 0,27 0,5 4,8 2,4 Acer negundo L. 4 11,3 ± 0,32 0,6 5,7 2,8 Acer platanoides L. 4 11,2 ± 0,25 0,5 4,5 2,3 47• Therefore, in 1998 the grain crops increase in the experimental plot 1 was more substantial than in the previous year, as compared to the control plots. The efficiency of RCW augments considerably in the second year. 48• Our data confirm the results obtained by professor Gilles Lemieux (1995,1996,1997) and other researchers. It is typical for both years, that the best results are obtained through the use of hardwood RCW (Quercus robur L., Robinia, pseudoacacia L., Acer platanoides L.). It is noteworthy that in the second year the influence of softwood 4 RCW on the crops increased substantially. The difference between crops indices harvested from the plots treated with RCW of various deciduous species decreased. The indices in the block B, where forest litter was applied, were somewhat higher. 49• Interesting data have been obtained in the second experimental plot, where RCW with foliage was applied in September 1997 (Table 7). It should be noted that during active vegetation, especially during its first half, the condition of the plants in one third of the experimental plots obviously deteriorated, as compared to the control plots. Again, the rye crops in the plots treated with hardwood RCW grew and developed better. In general, we, together with professor G. Lemieux, who visited the experimental plots in early June, established the negative influence of RCW with foliage on the crops in the first research stage; therefore we expected poor rye crops. Nevertheless, the actual crops, especially of grain, exceeded, to a certain extent, our expectations. It showed that in the majority of plots things are actually not that bad, as compared to the control plots. 50• Analyzing the rye crops harvested in experimental device n°2, we noticed that the crops in the control plots there are lower than those in the control plots of the device n° 1. It can be explained by the difference in the soil conditions of these two plots. It was typical for both blocks of the second experimental plot to have somewhat higher crops indices on several sites, as compared to the control sites.( Block A - on 6 sites, block B - on 8 sites). 51• The best results in the block A where obtained in the plots with Carpinus betulus L. RCW. The indices of the crops in those plots were 1.3 hundred kg/ha higher than in the control plots (11,7%).The second position is occupied by the indices from the plot with Quercus robur L. RCW. The increase in crops here amounts to 1.1 hundred kg/ha as 4 One should understand that «soft wood» is no applied to confifers but to most Betulaceae and Salicaceae tress species. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada compared to control plot (9,9%). Similar results were obtained in the plots with Robinia peudoacacia L., Acer rubrum L. and Quercus rubra L. RCW. The increase there amounted respectively to 0,9 hundred kg/ha (8,1%), 0,7 hundred kg/ha (6,3%), 0,6 hundred kg/ha(5,4 %) as compared to control plots. The indices for crops harvested from the plots treated with Acer sacharum, Marsh., Tilia cordata Mill., and Acer platanoides L. RCW, equaled to those from the control plots. In five sites the indices of the harvested crops were respectively lower than control figures: with Alnus glutinosa Gaertn. RCW- 3,5 hundred kg/ha (19,8%), birch RCW - 2,8 hundred kg/ha (25,2 %), Corylus avellana L. RCW - 3,7 hundred kg/ha (33,3%), Populus tremula L. - 6,2 hundred kg/ha (55,9%), Salix caprea L. - 6,7 hundred kg/ha (60,4%). Therefore, the worst results were registered in the plots treated with softwood RCW.. 52• Similar condition of the crops was observed in the sites treated with RCW in the block B of the second experimental plot. The best results again were registered in the sites treated with hardwood RCW, i.e. Quercus robur L., Robinia pesudoacacia L., Carpinus. betulus L, Quercus rubra L. RCW application led to similar results. The increase in crops in these plots varied from 1,0 to 1,6 hundred kg/ha (from 9,2 to 14,7%) as compared to the control plots. The indices for the crops harvested in the plots treated with various Acer spp. and Tilia cordata Mill. RCW are somewhat lower, close to those of the control plots. Similar indices (i.e. lower than in the control plots) were registered in the experimental sites treated with Alnus glutinosa Gaertn., Betula verrucosa Ehrh., Corylus avellana L. Populus tremula L. and Salix caprea L. RCW. The worst results again are found in the plots treated with Populus tremula L. and Salix caprea L. RCW. In general, the figures for the crops from the majority of spots treated with RCW in block B are a bit higher than respective figures for the block A. 53• Table n°8 reflects the data on straw yield in experimental plots. It is obvious that the general outline is similar to that of rye crop. The best results were obtained in the experimental device n° 1. Typically, gross figures for straw yield are substantially higher than those for rye yield in both experimental plots. The increase in straw crops in all RCW treated strips is lower than that of rye crops, as compared to control plots. 54• The richest straw yield on block A of experimental device n° l was obtained in the site treated with Acer platanoides L. RCW. It is 4.8 hundred kg/ha (17.3%) higher than in the control plots. Experimental plot treated with Robinia pseudoacacia L. RCW rates second. The increase of straw yield in this plot was 3.9 hundred kg/ha (14.0%) as compared to the control plot. Somewhat lower results were obtained in the other plots. The lowest results were registered at the plots treated with Corylus avellana L. RCW, Betula verrucosa Ehrh. RCW and Salix caprea L. RCW. The rye straw yield increase in this plots varied from 2,3 to 2,8 hundred kg/ha (from 8,3 to 10,1%) as compared to the control plots. 55• Similar results were obtained in the block B plots of experimental device n°1. The best results were registered in the same plots as in the block A, i.e. plots treated with Acer platnoides L. RCW, Robinia pseudoacacia L. RCW and Tilia cordata Mill. RCW. The poorest results were found in the plots treated with softwood RCW. Again, all the plots of the block B show somewhat better results in rye straw yield, as opposed to the similar plots of the block A. It is typical for both Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada block A and B that the yield difference in the plots treated with hardwood and softwood RCW is less considerable than in the previous year. 56• In the second experimental plot the straw yield was much poorer than in tdevice n°1. The straw yield increase in all RCW- treated plots was also much lower than grain increase. The best results in block A were shown in the Carpinus betulus L. RCW- treated plot. The straw yield increase there was 1.7 hundred kg/ha (7,1%). The second and third positions are occupied by Robinia pseudoacacia L. RCW-treated and Acer saccharinum L. RCW-treated plots, with small fluctuation in crops indices. The respective straw yield increase in those plots as compared to the control ones was respectively 1,5 hundred kg/ha (6,3%) and 1,3 hundred kg/ha (5,4%). The figures close to the control ones were registered in the plot treated with Quercus robur L. RCW. The crops harvested in the rest of the experimental RCW-treated plots were poorer than the crops in the control plots. Nevertheless, the results close to the control ones were obtained in the plots treated with Acer saccharum Marsh. RCW, Acer platanoides L. RCW, Quercus rubra L. RCW, Tilia cordata Mill. RCW. The lowest straw crops were registered in the plots treated with Salix caprea L. RCW, Populus tremula L. RCW, Corylus avellana L. RCW.They are lower than the control ones respectively by 15,7 hundred kg/ha (65,4%), 15,4 hundred kg/ha (64,2%), 10,8 hundred kg/ha (45,0%). 57• The crops indices in the majority of block B plots were somewhat higher than the respective indices in block A. Better results ( similarly to block A) were shown in the plots treated with hardwood (Carpinus betulus L., Robinia pseudoacacia L., Acer saccharinum L. Quercus robur L.) RCW. Again, the plots treated with Salix caprea L. RCW, Populus tremula L. RCW, Corylus avellana L. RCW, Betula verrucosa Ehrh. RCW, have shown the worst results. Table 8. Rye straw yield in experimental plots ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- RCW species Number of M± s V,% P, % occurences 100kg/ha ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- Plot n°1 Block A Control 8 27,8 ± 0,44 1,2 4,4 1,6 Quercus robur L. 4 80,8 ± 0,81 1,6 5,2 2,6 Robinia pseudoacacia L. 4 31,7 ± 0,72 1,4 4,5 2,3 Acer platanoides L. 4 32,6 ± 0,83 1,7 5,1 2,5 Betula verrucosa Ehrh. 4 30,4 ± 0,87 1,7 5,7 2,9 Populus tremula L 4 31,0 ± 0,73 1,5 4,7 2,4 Tilia cordata Mill. 4 31,3 ± 0,71 1,4 4,5 2,3 Salix caprea L. 4 30,6 ± 0,93 1,9 6,0 3,0 Corylus avellana L. 4 30,1 ± 0,78 1,6 5,2 2,6 Plot n°1 Block B________________________________________________________________________ Control 8 28,9 ± 0,46 1,3 4,5 1,6 Quercus robur L. 4 33,1 ± 0,84 1,7 5,0 2,5 Robinia pseudoacacia L. 4 34,2 ± 0,93 1,9 5,4 2,7 Acer platanoides L. 4 34,9 ± 0,82 1,7 4,7 2,4 Betula verrucosa Ehrh. 4 31,2 ± 0,85 1,7 5,5 2,7 Populus tremula L. 4 33,1 ± 0,84 1,7 5,1 2,5 Salix caprea L. 4 32,9 ± 0,95 1,9 5,8 2,9 Corylus avellana L. 4 32,0 ± 0,89 1,8 5,5 2,8 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Plot 2 Block A________________________________________________________________ Control 14 24,0 ± 0,25 0,9 3,9 Quercus rubra L. 4 23,5 ± 0,58 1,2 4,9 Carpinus betulus L. 4 25,7 ± 0,61 1,2 4,7 Robinia pseudoacacia L. 4 25,5 ± 0,37 1,1 4,1 Coryllus avellana 4 13,2 ± 0,36 0,7 5,5 Salix caprea L. 4 8,3 ± 0,21 0,4 5,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 14,8 ± 0,33 0,7 4,5 Populus tremula L. 4 8,6 ± 0,22 0,4 5,0 Alnus glutinosa Gaertn. 4 14,6 ± 0,34 0,7 4,7 Tilia cordata Mill. 4 22,5 ± 0,60 1,2 5,4 Qercus robur L. 4 24,7 ± 0,62 1,2 5,0 Acer saccharum Marsh. 4 23,0 ± 0,62 1,2 5,4 Acer negundo L. 4 25,3 ± 0,70 1,4 5,5 Acer platanoides L. 4 22,6 ± 0,55 1,1 4,9 Plot 2 Block B____________________________________________________________________________ Control 14 23,4 ± 0,25 0,9 4,0 1,1 Quercus rubra L. 4 23,4 ± 0,55 1,1 4,7 2,4 Carpinus betulus L. 4 26,2 ± 0,69 1,4 5,2 2,6 Robinia pseudoacacia L. 8 25,8 ± 0,37 1,0 4,0 1,4 Corylus avellana L. 4 13,5 ± 0,34 0,7 5,1 2,5 Salix caprea L. 4 8,1 ± 0,21 0,4 5,1 2,6 Betula verrucosa Gaertn. 4 14,6 ± 0,21 0,6 4,0 2,0 Populus tremula L. 4 8,8 ± 0,21 0,4 5,1 2,6 Alnus glutinosa Gaertn. 4 14,9 ± 0,41 0,8 5,5 2,7 Tilia cordata Mill. 4 22,7 ± 0,53 1,1 4,7 2,3 Quercus robur L. 4 25,0 ± 0,61 1,2 4,9 2,4 Acer saccharum Marsh. 4 23,0 ± 0,58 1,2 5,0 2,5 Acer negundo L 4 25,1 ± 0,64 1,3 5,1 2,5 Acer platanoides L. 4 23,1 ± 0,53 1,1 4,5 2,3__ 58• Therefore, analyzing the gross figures for rye crops in experimental plots, both for grain and straw, we should note their substantial increase. We are talking, first of all, about the experimental device n°1, with RCW without foliage introduced in March 1997. N°1 and n°2 deices crops have already been harvested in this plot. In the following sections of the report we shall try to analyze both the changes occurring in the soil after RCW application and their impact on the plants. 59• During harvesting we also took into account the number of plants per space unit.( See table 9). This figure varies insubstantially in various experimental plots. ( from 311,5 to 324,5 plants per 1 m 2 ). With reliability rate 95%, the difference between plots is thoroughly levelled. Therefore, the density of rye planting had no impact on yield results in different plots. CONTENTS OF ABSOLUTELY DRY SUBSTANCE IN PLANTS 60• In the current year we studied, among other things, the contents of absolutely dry matter in the rye. We explored the changes of this important index in the experimental plots (treated with various species RCW, with and without leaves). We used the method based on measuring mass decrease of the aerial-dry matter in the course of its drying in the drying chamber at the temperature 105 0 . (Horodniy, Kopelevich, Serdyuk et al., Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 1995). The results of the absolutely dry matter contents analysis are shown in the table 10. 61• Higher results were registered with rye in the first experimental plot. The highest contents of the absolutely dry matter in both blocks was found in the rye roots from Robinia pseudoacacia L. RCW-treated plot. The index there was 2,9% (block À) and 3,5% (block B) higher than the control figures. The second position is occupied by Acer platanoides L.RCW - treated plot: in the block A the contents of absolutely dry matter in the rye roots is 2.6% higher and in the block B -3.2% higher than the control figures. Somewhat lower results were registered at the plots treated with Quercus robur L. and Tilia cordata Mill. RCW. The results were even worse in the experimental plots where softwood RCW was used. On the other hand, it should be noted that the indicators in question varied insubstantially. The indices of absolutely dry matter contents of the roots in all the experimental plots were higher than those in the control plots. The results in the block B were somewhat better. 62• The second experimental plot provided somewhat lower results as far as the dry matter contents of the rye roots is concerned. In both experimental devices, the highest results were registered in the hardwood RCW-treated plots, i.e. Carpinus, betulus L., Robinia,pseudoacacia L., Quercus robur L. RCW. The content of the absolutely dry matter in the roots is somewhat lower in the Acer RCW-treated plots (Acer platanoides L. , Acer rsaccharinum L. , Acer saccharum Marsh.) and Quercus robur L., Tilia cordata Mil. and Corylus avellana L. RCW-treated plots. The content index here is close to the control figures. The indices lower than those in the control plots, were registered in the plots treated with Betula verrucosa Ehrh., Populus tremula L. and Salix caprea L. RCW. If one compares the blocks, better results will be observed in the block B. Table 11 reflects the data on the content of absolutely dry matter in the rye straw. It is obvious that this indicator varies insubstantially in different plots. Therefore, in the experimentaldevice n° 1 this index fluctuates between 90,6 and 91,3% (Block À) and between 90,8 and 91,6% (block B), and in device n°2- between 89,8 and 90,9% (Block A) and between 89,9 and 91,1 % ( Block B). 63• The highest index of absolutely dry matter content in the rye straw was registered in the plots of the experimental plot No 1 treated with Robinia pseudacacia L. RCW and Acer platanoides L RCW ( block A) Corylus avellana L. and Acer platanoides L. RCW (block B). The lowest indices in both blocks occurred in the Tilia cordata Mill. RCW-treated plot. In the second experimental plot the plots treated with Carpinus betulus L. and Corylus avellana L. RCW (block A) and Corylus avellana L. RCW ( block B) were characterized by the highest content of absolutely dry matter in the straw. The lowest result was observed in the plot treated with Acer saccharum Marsh. RCW (block A) and with Tilia cordata Mill. RCW (block B). Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 19 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Table 9. Number of plants (rye) on experimental plots RCW species Number of occurences, pieces M, plants s V, % P, % per m2_________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 8 318,0 2,3 5,7 1,3 0,6 Quercus robur L. 4 313,5 2,75 5,5 1,8 0,9 Robinia pseudoacacia L. 4 311,5 3,18 6,3 2,0 1,0 Acer platanoides L. 4 322,0 3,56 7,1 2,2 1,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 316,0 3,65 7,3 2,3 1,2 Populus tremula L. 4 319,3 2,02 4,0 1,3 0,6 Tilia cordata Mill. 4 315,0 2,08 4,2 1,3 0,7 Salix caprea L. 4 320,8 3,59 7,2 2,2 1,1 Corylus avellana L. 4 317,3 4,28 6,4 1,9 0,9___ Plot n°1 Block B__________________________________________________________________________ Control 8 320,5 22.2 4,4 1,4 0,7 Quercus robur L. 4 316,8 2.29 4.6 1,4 0,7 Robinia pseudoacacia L. 4 319,0 2,86 5,7 1,3 0,9 Acer platanoides L. 4 315,3 4,59 9,2 2,9 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 4 322,5 3,48 7,0 2,2 1,1 Populus tremula L. 4 317,8 3,88 7.8 2,4 1,2 Tilia cordata Mill. 4 315,2 4,09 8,2 2,5 1,3 Salix caprea L. 4 322,8 3,54 7,1 2,2 1,1 Corylus cornuta L. 4 312,5 3,33 6,7 2,1 1,1__ Plot n° 2 Block A__________________________________________________________________________ Control 14 323,2 1,72 6,4 2,0 0,5 Quercus rubra L. 4 320,0 3,54 7.1 2,2 1,1 Carpinus betulus L. 4 318,0 2,89 5,8 1.3 0.9 Robinia pseudoacacia L. 8 317,5 4,17 8,4 2,6 1,3 Corylus avellana L. 4 322,8 4,13 8,3 2,6 1,3 Salix caprea L. 4 320,5 4,13 8,3 2,6 1,3 Betula verrucosa Ehrh. 4 323,3 3,25 6,7 2.1 1,0 Populus tremula L. 4 324,5 5,58 11,2 3,4 1,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 319.3 3,20 6,4 2,0 1,0 Tilia cordata Mill. 4 322,0 2,55 5,1 1,6 0,8 Quercus robur L. 4 323,3 3,20 6,4 2,0 1,0 Acer saccharum Marsh. 4 320,3 2,18 4,4 1,4 0,7 Acer negundo L. 4 324,0 4,33 8,7 2,7 1,4 Acer platanoides L. 4 317,8 4,33 8,7 2,7 1,4___ Plot n° 2 Block B___________________________________________________________________________ Control 14 321,5 Quercus rubra L. 4 322,3 4,07 8,1 2,5 1,3 Carpinus betulus L. 4 329,5 4,50 9,0 2,8 1,4 Robinia pseudoacacia L. 8 324,0 4,93 9,9 3,0 1,5 Corylus avellana L. 4 318,3 1,65 3,3 1,0 0,5 Salix caprea L. 4 321,3 3,59 7,2 2,2 1,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 320,5 4,29 8,6 2,7 1,3 Populus tremula L. 4 317,5 2,22 4,4 1,4 0,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 322,3 5,04 10,1 3,1 1,6 Tilia cordata Mill. 4 319,3 2,29 4,8 1,5 0,8 Quercus robur L. 4 323,3 3,40 6,8 2,1 1,1 Acer saccharum Marsh. 4 321,0 2,94 5,9 1,8 0,9 Acer negundo L. 4 318,3 4,59 9,2 2,9 1,4 Acer platanoides L. 4 320,0 3,29 6,6 2,1 1,0__ 64• All the experimental plots of the block B of the first experimental plot (with the exception of Salix caprea L. and Quercus robur L. RCW) have shown the content of the absolutely dry matter in the straw higher than the respective plots in block A. As far as the Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 20 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada experimental plot is concerned no important variations between the two blocks were registered, although the majority of RCW-treated plots in block B has shown better results. Table 10. Contents of absolutely dry matter in the rye roots RCW species Number of occurences, M, % plants m s V, % P, % plants _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 16 91,4 0,19 0,8 0,8 0,2 Quercus robur L. 8 93,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 94,0 0,25 0,7 0,7 0,3 Acer platanoides L 8 93,8 0,22 0,6 0,7 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 92,6 0,20 0,6 0,6 0,2 Populus tremula L. 8 91,8 0,21 0,6 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 93,0 0,24 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 92,2 0,22 0,6 0,7 0,2 Corylus avellana L. 8 92,2 0,20 0,6 0,6 0,2__ Plot n°1 Block B__________________________________________________________________________ Control 16 91,2 0,16 0,7 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 93,6 0,25 0,7 0,7 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 94,4 0,22 0,6 0,6 0,2 Acer pltanoides L. 8 94,1 0,22 0,6 0,7 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 92,8 0,23 0,6 0,7 0,2 Populus tremula L. 8 92,4 0,17 0,5 0,5 0,2 Tilia cordata Mill. 8 93,6 0,24 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 92,4 0,32 0,9 0,1 0,3 Corylus avellana L. 8 92,7 0,24 0,7 0,7 0,3__ Plot n°2 Block A__________________________________________________________________________ Control 26 91,1 0,14 0,7 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 92,3 0,26 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,0 0,20 0,8 0,9 0,2 Corylus avellana L. 8 90,9 0,25 0,7 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 90,5 0,32 0,9 1,0 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,5 0,31 0,9 1,0 0,3 Populus tremula L. 8 90,3 0,31 0,9 1,0 0,4 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,6 0,34 1,0 1,1 0,4 Tilia cordata Mill. 8 91,2 0,33 0,9 1,0 0,4 Quercus robur L. 8 92,1 0,40 1,1 1,2 0,4 Acer saccharum Marsh. 8 91,4 0,32 0,9 1,0 0,4 Acer negundo L. 8 91,6 0,26 0,7 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,33 0,9 1,0 0,4__ Plot n°2 Block B__________________________________________________________________________ Control 26 91,1 0,15 0,8 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,6 0,23 0,7 0,7 0,3 Carpinus betulus L. 8 92,3 0,30 0,9 0,9 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,3 0,20 0,8 0,9 0,2 Corylus avellana L. 8 91,1 0,27 0,8 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 90,3 0,28 0,8 0,9 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,3 0,30 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,4 0,23 0,6 0,7 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,5 0,28 0,8 0,9 0,3 Tilia cordata Mill. 8 91,5 0,20 0,6 0,6 0,2 Quercus robur L. 8 92,0 0,31 0,9 0,9 0,3 Acer saccharum Marsh. 8 91,9 0,30 0,8 0,9 0,3 Acer negundo L. 8 92,0 0,27 0,8 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,4 0,23 0,6 0,7 0,3___ Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 21 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Table 11. Contents of absolutely dry matter in rye straw RCW species Number of occurences, M, % plants m s V, % P, % plants _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 16 90,5 0,22 0,9 1,0 0,2 Quercus robur L. 8 91,2 0,18 0,5 0,6 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 91,3 0,22 0,6 0,7 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,27 0,7 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,2 0,14 0,4 0,4 0,2 Populus tremula L. 8 91,0 0,29 0,8 0,9 0,3 Tilia cordata Mill. 8 90,6 0,24 0,7 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 91,2 0,15 0,4 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 91,2 0,23 0,6 0,7 0,3_ Plot n°1 Block B. ____ Control 16 90,7 0,26 1.1 1.2 0,3 Quercus robur L. 8 91,2 0,23 0,6 0,7 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 91,4 0,25 0,7 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,6 0,27 0,8 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,5 0,17 0,5 0,5 0,2 Populus tremula L. 8 91,3 0,18 0,5 0,6 0,2 TIilia cordata Mill. 8 90,8 0,16 0,4 0,5 0,2 Salix caprea L. 8 91,1 0,19 0,5 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 91,6 0,11 0,3 0,3 0,1__ Plot n: 2 Block A ____ Control 26 89,8 0,22 1,1 1,2 0,2 Quercus rubra L. 8 90,5 0,18 0,5 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 90,9 0,12 0,3 0,4 0,1 Robinia pseudoacacia L. 16 90,4 0,12 0,5 0,5 0,1 Corylus avellana L. 8 90,9 0,12 0,3 0,4 0,1 Salix caprea L. 8 90,3 0,11 0,3 0,4 0,1 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,6 0,13 0,4 0,4 0,1 Populus tremula L. 8 90,2 0,11 0,3 0,3 0,1 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,4 0,12 0,3 0,4 0,1 Tilia cordata Mill. 8 90,1 0,10 0,3 0,3 0,1 Quercus robur L. 8 90,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 89,8 0,16 0,5 0,5 0,2 Acer negundo L. 8 90,2 0,17 0,5 0,5 0,2 Acer platanoides L. 8 90,5 0,25 0,7 0,8 0,3__ 65• Table 12 provides the results of analysis of absolutely dry matter content in rye grain. The data show that this index varies insubstantially in different plots. Thus in the experimental plot No 1 it fluctuates between 91,3 and 92,4% (block A) and between 91,5 and 92,7% (block B), and in the plot 12 - between 90,4 and 92,2% (block A), and between 90,3 and 92,1% (Block B). The highest content of the absolutely dry matter in the grain was found in the hardwood RCW-treated plots of the experimental plot No 1,i.e. Robinia, pseudoacacia L., Acer plasanoides L., Quercus robur L. RCW. In the experimentaldevice n° 1 the highest results were registered in the Carpinus betulus L. RCW- treated plots and in Robinia pseudoacacia L. and Quercus- robur L. treated plots. Somewhat lower results were registered in the plots treated with Acer platanoides L. RCW, Tilia cordata Mill., Quercus rubra L. RCW and others. The worst results in both experimental devices were observed in the plots treated with Populus, tremula L. Salix caprea L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. All, without exception, experimental plots of the block B in the experimental device n°1 show higher content of absolutely dry matter as compared to the respective plots of the block A. The results in the majority of plots in block B of the second experimental plot are also somewhat better than the results in the block A. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 22 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 66• In general, the analysis of the absolutely dry matter content in the rye roots, straw and grain leads us to the conclusion that the results are better in RCW - treated plots. The best indices are registered in the plots with highest straw and grain yields. The results are not bad either in the experimental plots where small amount of forest litter was introduced alongside with deciduous species RCW (plots of the block B). RYE GRAIN QUALITY ANALYSIS 67• Rye grain quality at experimental plots was evaluated based on the following characteristics: weight of 1000 grains, grain unit and protein content. 68• Weight of 1000 rye grains was determined with the help of standardised techniques (Cereals, Leguminous Plants, Oil-Bearing Crops. Part 2, 1990). The results obtained are shown in Table 13. As is evident from them the best results were registered with RCW on the experimental device n°1. The highest weight of 1000 grains is observed at the experimental plot with Quercus robur L. RCW (at its both blocks). As compared to the control plot this result exceeds that of the control plot by 3.4 grams (16.3%) for A block, and by 3.7 grams (17.5%) for B block. Second- biggest and third-biggest weight in both blocks was registered at experimental plots with Acer platanoides L and Tillia cordata Mill. RCW, respectively. The smallest weight of 1000 grains in A block was found at the experimental plot with Betula verrucosa Ehrh. RCW, whereas in B block, it was observed at the plot with Salix caprea L. RCW. The bad results were also discovered at plots with Populus tremula L. (both blocks), Salix caprea L. (A block) and Betula verrucosa Ehrh. RCW (B block). 69• It should be noted that at all plots of the second experimental area with applied RCW weight of 1000 rye grains is also bigger (like at experimental plot #1) than that observed at control plots. In most plots under examination B block plots with RCW are characterized by somewhat better results than the respective A block plots. 70• We also determined grain unit of rye grain at experimental plots (i.e. weight of 1 liter of grain, determined in grams). As last year a 1 liter vessel with a falling load was used. The results obtained are shown in Table 14. 71• In general, as regards the experimental device n°1, the distinguishing feature is that all plots with RCW under examination exhibit a bigger weight of 1000 grains than that of control plots (without RCW). B block plots display somewhat better results as compared with respective A block plots. 72• The biggest weight of 1000 rye grains in both A and B blocks of the second experimental plot was registered in the plot with Carpinus betulus L. RCW. This result is greater than that achieved at control plots: by 2.5 grams (12.1%) for A block, and 2.5 grams (12.0%) for B block. The second-biggest weight in both blocks was registered at plots with Quercus robur L. RCW. Weight of 1000 grains registered at them exceeds that of the control plot by 2.3 grams (11.1%) for A block, and by 2.4 grams (11.5%) for B block. Slightly worst results were exhibited by plots with Robinia pseudoacacia L., Tilia cordata Mill., Acer saccharinum L., Acer negundo L., Acer Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 23 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada platanoides L and Quercus rubra L. RCW. The worst results in both blocks were obtained at plots with Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh. and Salix caprea L. RCW. Table 12. Content of absolutely dry matter in rye grain RCW species Number of occurences, M, % plants m s V, % P, % plants _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 16 91,3 0,15 0,6 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 92,1 0,25 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 92,4 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 92,3 0,37 1,1 1,1 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,3 0,25 0,7 0,8 0,3 Populus tremula L. 8 91,4 0,35 1,0 1,1 0,4 Tilia cordata Mill. 8 91,8 0,29 0,8 0,9 0,3 Salix caprea L. 8 91,5 0,20 0,6 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 91,9 0,27 0,8 0,8 0,_ Plot n°1 Block B _ Control 16 91,5 0,18 0,7 0,7 0,3 Quercus robur L. 8 92,3 0,15 0,4 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 92,7 0,21 0,6 0,6 0,2 Acer platanoides L. 8 92,7 0,29 0,8 0,9 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,5 0,23 0,7 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 91,6 0,25 0,7 0,8 0,3 Tilia cordata Mill. 8 92,0 0,22 0,6 0,7 0,2 Salix caprea L. 8 91,8 0,16 0,5 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 92,4 0,24 0,7 0,7 0,3 Plot n°2 Block A Control 26 91,1 0,16 0,8 0,9 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,28 0,8 0,9 0,3 Carpinus betulus L. 8 92,2 0,32 0,9 1,0 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 91,9 0,17 0,7 0,7 0,3 Corylus avellana L. 8 91,3 0,23 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 90,5 0,27 0,8 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,2 0,27 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,4 0,21 0,6 0,7 0,2 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,9 0,20 0,6 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 91,6 0,22 0,6 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 92,1 0,21 0,6 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 91,4 0,27 0,8 0,9 0,3 Acer negundo L. 8 91,7 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,25 0,7 0,8 0,3 Plot n°2 Block B Control 26 91,0 0,15 0,8 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,19 0,6 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 92,1 0,25 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,0 0,18 0,7 0,8 0,2 Corylus avellana L. 8 91,3 0,21 0,6 0,7 0,2 Salix caprea L. 8 90,3 0,16 0,5 0,5 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,3 0,28 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,3 0,30 0,9 0,9 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,8 0,22 0,6 0,7 0,2 Tilia cordata Mill. 8 91,8 0,24 0,7 0,7 0,3 Quercus robur L. 8 92,2 0,24 0,7 0,7 0,3 Acer saccharum Marsh. 8 91,6 0,32 0,9 1,0 0,4 Acer negundo L. 8 91,7 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 91,5 0,21 0,6 0,7 0,2 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 24 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 73• As is seen from the results the biggest grain unit in the first experimental plot was obtained at plots with hard deciduous trees RCW. As regards A block the best result was registered at the plot with Quercus robur L. RCW. It exceeds the control result by 40 grams (6.2%). The second biggest grain unit was displayed by the plot with Robinia pseudoacacia L. RCW. The result obtained here exceeds that of the control plot by 36 grams (5.6%). The grain unit at the plot with Acer platanoides L. RCW is only 2 grams less. As regards the best grain unit indicators, B block displays much the same results, the only difference being that the first-biggest grain unit was observed at plots with Acer platanoides L. RCW, the second-biggest grain unit, at plots with Quercus robur L. RCW, and the third-biggest grain unit, at plots with Robinia pseudoacacia L. RCW. The smallest grain unit in both blocks of experimentaldevice n°1 was registered at the plot with Salix caprea L. RCW. The result obtained here in A block exceeds that of the control plot by 20 grams (3.1%), while in B block, by 22 grams (3.4%). The worst results in both blocks were achieved at plots with Populus tremula L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. 74• In general, as to the grain unit of grain harvested from the experimental device n°1, it should be noted that at all plots under examination it is greater than that registered at control plots. Again, all plots with RCW of B block without exception showed slightly better results than the respective plots of A block. 75• Plots with RCW pertaining to the experimental device n° 2 exhibited worst results than those of the experimental device n°1. The experimentaldevice n°2 is also distinguished by the greatest grain unit of grain at plots with RCW of hard deciduous trees, that is, that of Robinia pseudoacacia L., Quercus robur L. and Carpinus betulus L. 76• The greatest grain unit in both blocks was registered at the plot with Robinia pseudoacacia L RCW. The result obtained here in A block exceeds that of the control plot by 27 grams (4.2%), while in B block, by 34 grams (5.3%). Almost the same results in terms of grain unit of grain were achieved at plots with Quercus robur L. RCW. It exceeded that of the control plot by 26 grams (4.0%) for A block, and by 31 grams (4.8%) for B block. Other plots with RCW, including those with RCW of hard deciduous trees, showed somewhat worse results. Once more the worst results were displayed by plots with Salix caprea L., Populus tremula L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. 77• Summarizing as a whole the grain unit of grain at the experimental deice n° 2 where RCW was applied with leaves in the autumn of 1997, it should be pointed out that in the majority of cases (eleven instances) it is greater than that at control plots. In nine cases (out of the total of 13) better results were observed at plots with RCW pertaining to the B block. 78• Protein content in rye grain was calculated according to State Standard 10846- 74. The method consists in turning nitrogen of albumen into ammonium salts by mineralyzing grain by sulfuric acid, subsequent alkalizing reaction products and eliminating ammonia released in the standard solution of sulfuric acid (Cereals, Leguminous Plants, Oil-Bearing Crops. Part 2, 1990). 79• The test results are shown in Table 15. It is evident from them that in most cases the application of RCW facilitated the growth of protein content in grain. Better results were achieved at RCW-treated plots of the experimental device n°1: all of Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 25 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada them displayed a higher protein content than that registered at the control plot. The best results in both blocks were registered at plots with RCW of hard deciduous trees (Acer platanoides L, Quercus robur L. and Robinia pseudoacacia L.). As for A block, the protein content in rye grain is from 10.8% to 13.7% higher than that achieved at control plots, and for B block this increase varies from 15.0% to 18.0%. The lowest protein content at the first experimental plot (both blocks) was observed at plots with Salix caprea L., Betula verrucosa Ehrh. and Populus tremula L. RCW. For A block it is from 5.9% to 7.8% higher than the control protein content and for B block the increase varies from 8.0% to 11.0%. At all B block plots (except for the plot with Betula verrucosa Ehrh. RCW) the protein content in rye grain was somewhat higher than that at the appropriate A block plots. Table 13. Weight of 1000 Rye Grains. RCW species Number of tests, M, grams m s V, % P, % _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 8 20,9 0,19 0,5 2,6 0,9 Quercus robur L. 4 24,3 0,23 0,5 1,9 1,0 Robinia pseudoacacia L. 4 23,3 0,41 0,8 3,5 1,8 Acer platanoides L. 4 23,8 0,34 0,7 2,8 1,4 Betula verrucosa Ehrh. 4 22,0 0,20 0,4 1,8 0,9 Populus tremula L. 4 22,7 0,51 1,0 4,5 2,3 Tilia cordata Mill. 4 23,4 0,57 1,1 4,9 2,4 Salix caprea L. 4 22,1 0,39 0,8 3,5 1,8 Corylus avellana L. 4 23,3 0,50 1,0 4,3 2,2 Plot n°1 Block B __ Control 8 21,1 0,18 0,5 2,6 0,9 Quercus robur L. 4 24,8 0,53 1,1 4,3 2,1 Robinia pseudoacacia L. 4 23,4 0,75 1,5 6,4 3,2 Acer platanoides L. 4 24,2 0,44 0,9 3,6 1,8 Betula verrucosa Ehrh. 4 22,2 0,47 1,0 4,2 2,1 Populus tremula L. 4 22,9 0,32 0,7 2,8 1,4 Tilia cordata Mill. 4 23,7 0,33 0,7 2,8 1,4 Salix caprea L. 4 22,1 0,28 0,6 2,5 1,3 Corylus avellana 4 23,5 0,35 0,7 3,0 1,5 Plot n°2 Block A __ Control 13 20,7 0,18 0,7 3,2 0,9 Quercus rubra L. 4 22,5 0,44 0,9 3,9 2,0 Carpinus betulus L. 4 23,2 0,36 0,7 3,1 1,5 Robinia pseudoacacia L. 8 22,9 0,29 0,8 3,6 1,3 Corylus avellana L. 4 21,5 0,33 0,7 3,0 1,5 Salix caprea L. 4 21,0 0,35 0,7 3,3 1,7 Betula verrucosa Ehrh. 4 21,1 0,32 0,6 3,0 1,5 Populus tremula L. 4 20,9 0,26 0,5 2,5 1,2 Alnus glutinosa Gaertn. 4 21,8 0,35 0,7 3,2 1,6 Tilia cordata Mill. 4 22,8 0,54 1,1 4,8 2,4 Quercus robur L. 4 23,0 0,38 0,8 3,3 1,6 Acer saccharum Marsh. 4 22,7 0,40 0,8 3,5 1,7 Acer negundo L. 4 22,6 0,56 1,1 4,9 2,5 Acer platanoides L. 4 22,5 0,49 1,0 4,4 2,2_ Plot n°2 Block B __ Control 13 20,8 0,20 0,7 3,5 1,0 Quercus rubra L. 4 22,7 0,24 0,5 2,1 1,0 Carpinus betulus L. 4 23,3 0,38 0,8 3,3 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 22,8 0,19 0,5 2,3 0,8 Corylus avellana L. 4 21,6 0,38 0,8 3,5 1,7 Salix caprea L. 4 21,1 0,23 0,5 2,2 1,1 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 26 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Betula verrucosa Ehrh. 4 21,0 0,17 0,3 1,6 0,8 Populus tremula L. 4 21,0 0,29 0,6 2,7 1,4 Alnus glutinosa Gaertn. 4 21,7 0,53 1,1 4,9 2,4 Tilia codata Mill. 4 23,1 0,33 0,7 2,9 1,4 Quercus robur L. 4 23,2 0,42 0,9 3,7 1,8 Acer saccharum Marsh. 4 22,7 0,53 1,1 4,7 2,3 Acer negundo L. 4 22,8 0,40 0,8 3,5 1,7 Acer platanoides L. 4 22,6 0,37 0,7 3.3 1,6__ Table 14. Grain unit of Rye. RCW species Number of tests, M, grams m s V, % P, % _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 16 648 1,25 5,0 0,8 0,2 Quercus robur L. 8 688 1,26 3,6 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 684 1,83 4,9 0,7 0,3 Acer platanoides L. 8 682 1,33 3,8 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 672 1,68 4,8 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 670 1,52 4,3 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 675 1,23 3,5 0,5 0,2 Salix caprea L. 8 668 1,12 3,2 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 676 1,71 4,9 0,7 0,3_ Plot n°1 Block B __ Control 16 651 1,39 5,6 0.9 0,2 Quercus robur L. 8 695 1,19 3,4 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 692 1,31 3,7 0,5 0,2 Acer platanoides L. 8 697 1,55 4,4 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 675 1,34 4,9 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 677 1,75 4,9 0,7 0,3 Tilia cordata Mill. 8 684 1,55 4,4 0,6 0,2 Salix caprea L. 8 673 1,32 3,8 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 689 1,28 3,6 0,5 0,2__ Plot n°2 Block A ___ Control 26 643 1,03 5,3 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 665 1,54 4,3 0,7 0,2 Carpinus betulus L. 8 667 1,23 3,5 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 16 670 0,98 3,9 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 647 1,64 4,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 633 1,36 3,9 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 644 1,14 3,2 0,5 0,2 Populus remula L. 8 636 1,64 4,7 0,7 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 649 1,46 4,1 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 660 1,86 5,3 0,8 0,3 Quercus robur L. 8 669 1,24 3,5 0,5 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 658 1,40 4,0 0,6 0,2 Acer negundo L. 8 663 1,52 4,3 0,7 0,2 Acer platanoides L. 8 656 1,25 3,5 0,5 0,2__ Plot n°2 Block B ___ Control 26 640 1,36 6,9 1,1 0,2 Quercus rubra L. 8 661 2,10 6,0 0,9 0,3 Carpinus betulus L. 8 665 1,51 4,3 0,6 0,2 Robinia pseudoacacia L. 16 667 1,60 6,4 1,0 0,2 Corylus avllana L. 8 650 1,80 5,1 0,8 0,3 Salix caprea L 8 630 2,26 6,4 1,0 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 647 1,61 4,6 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 637 1,97 5,6 0,9 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 650 2,22 6,3 1,0 0,3 Tilia cordata Mill. 8 663 2,24 6,3 1,0 0,3 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 27 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Quercus robur L. 8 671 1,47 4,1 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 665 1,96 5,5 0,8 0,3 Acer negundo L. 8 658 2,06 5,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 658 1,80 5,1 0,8 0,3__ Table 15. Protein Content in Rye Grain RCW species Number of tests, M, grams m s V, % P, % _______________________________________ Plot n°1 Block A__________________________________________________________________________ Control 8 10,2 0,13 0,4 3,6 1,3 Quercus robur L. 8 11,4 0,18 0,5 4,5 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 11,3 0,16 0,5 4,0 1,4 Acer platanoides L. 8 11,6 0,17 0,5 4,2 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 8 10,8 0,13 0,4 3,4 1,2 Populus tremula L. 8 11,0 0,19 0,5 4,8 1,7 Tilia cordata Mill. 8 11,1 0,18 0,5 4.5 1,6 Salix caprea L 8 10,8 0,16 0,5 4,3 1,5 Corylus avellana L. 8 11,1 0,15 0,4 3,9 1,4 Plot n°Block B __ Control 8 10,0 0,12 0,4 3,5 1,2 Quercus robur L. 8 11,7 0,19 0,5 4,6 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 11,5 0,19 0,6 4,8 1,7 Acer platanoides L. 8 11,8 0,16 0,5 3,9 1,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 10,8 0,14 0,4 3,6 1,3 Populus tremula L. 8 11,1 0,17 0,5 4,2 1,5 Tilia cordata Mill. 8 11,2 0,17 0,5 4,2 1,5 Salix caprea L. 8 10,9 0,15 0,4 3,9 1,4 Corylus avellana L. 8 11,4 0,19 0,5 4,7 1,6 Plot n°2 Block A __ Control 13 9,4 0,13 0,5 5,1 1,4 Quercus rubra L. 8 10,0 0,13 0,4 3,7 1,3 Carpinus betulus L. 8 10,5 0,13 0,4 3,4 1,2 Robinia pseudoacacia L 8 10,2 0,17 0,5 4,6 1,6 Corylus avellana L. 8 9,2 0,12 0,3 3,5 1,2 Salix caprea L. 8 8,2 o,12 0,4 4,2 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 8 8,6 0,13 0,4 4,6 1,6 Populus tremula L. 8 8,1 0,13 0,4 4,6 1,6 Alnus glutinosa Gaertn. 8 9,3 0,16 05, 4,7 1,7 Tilia cordata Mill. 8 9,9, 0,13 0,4 3,8 1,3 Quercus robur L. 8 10,3 0,14 0,4 3,8 1,3 Acer saccharum Marsh. 8 10,0 0,14 0,4 4,0 1,4 Acer negundo L. 8 9,7 0,16 0,4 4,5 1,6 Acer platanoides L. 8 9,8 0,16 0,4 4,4 1,7 Plot n°2 Block B. __ Control 13 9,6 0,14 0,5 5,3 1,5 Quercus rubra L. 8 10,2 0,15 0,4 4,3 1,5 Carpinus betulus L. 8 10,4 0,14 0,4 3,9 1,4 Robinia pseudoacacia L. 8 10,5 0,17 0,5 4,5 1,6 Corylus avellana L. 8 9,1 0,14 0,4 4,4 1,6 Salix caprea L. 8 8,4 0,14 0,4 4,6 1,6 Betula verrucosa Ehrh. 8 8,5 0,12 0,3 3,9 1,4 Populus tremula L. 8 8,3 0,12 0,4 4,2 1,5 Alnus glutinosa Gaertn. 8 9,2 0,13 0,4 4,1 1,4 Tilia cordata Mill. 8 9,9 0,15 0,4 4,3 1,5 Quercus robur L. 8 10,5 0,16 0,5 4,3 1,5 Acer saccharum Marsh. 8 10,1 0,12 0,3 3,3 1,2 Acer negundo L. 8 9,8 0,15 0,4 4,4 1,6 Acer platanoides L. 8 9,7 0,14 0,4 4,1 1,5 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 28 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 80• At the second experimental plot RCW had a slightly lesser impact on protein content in rye grain. This is a natural result as it was applied not long ago. At both blocks of this experimental plot the majority of plots (eight) displayed a higher protein content, if only slightly, than that registered at the control plot: by 3.2% to 11.7% (A block) and by 1.0% to 9.4% (B block). As at the experimental device n° 1 the highest protein content was observed in both blocks of plots with RCW of hard deciduous trees (Carpinus betulus L., Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., etc.). In both devices at five plots under examination the results were worst than those at the control plot, the decrease varied from 13.8% to 1.1% 9A block) and from 13.5% to 4.2% (B block). As at the experimental devaice n°1, the lowest protein content was registered at plots with Populus tremula L., Salix caprea L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. At six B block plots the result was higher than that at the respective A block plots, at five B block plots it was lower and at two of them it was the same as at the appropriate A block plots. 81• While analyzing the qualitative indicators of rye yield at experimental plots (weight of 1000 rye grains, grain unit and protein content) one can conclude that they somewhat improved after RCW had been applied. Better results were obtained at the second experimental plot where RCW started to decompose. The rye grain quality improved more at plots with RCW of hard deciduous trees (Robinia pseudoacacia L, Quercus robur L., Acer platanoides L, Carpinus betulus L., etc.) Mixing RCW with a small quantity of forest soil which introduces useful microorganisms into soil had a positive effect on qualitative indicators of the crop under examination. ANALYSIS OF RCW IMPACT ON SOIL OF EXPERIMENTAL PLOTS 82• In September of the reporting year we conducted the analysis of chemical and physical properties of soil sampled from the arable soil layer (0 — 20 cm). 83• The humus content of soil was calculated with the help of Tiurin’s method (4647- 76 sectoral standard) which consists in oxidizing soil humus by the solution of potassium dichromate in sulfuric acid with subsequent determination of trivalent chromium content which is equivalent to the humus content with the aid of a photocolorimeter. The gross organic substance content was identified according to State Standard 26714-85, while saline pH was determined according to State Standard 26483-85. 84• The hydrolyzed nitrogen content of soil was determined by Cornfield’s method. It consists in the alkaline hydrolysis of organic nitrogen-containing soil compounds when acted upon by the 1-normal solution of NaOH for two days at a temperature of 26°C. The ammonia released in the process is absorbed by boron acid and is determined by means of titration by sulfuric acid. The content of mobile phosphorus and potassium in soil was determined by Kirsanov’s method which consists in extracting mobile forms of these elements from soils using various extractants depending on their type. Phosphorus was determined photocolorimetrically using molybdenum blue, which was formed as a result of reaction of phosphoric acid with molybdic acid. Potassium was determined with the help of a flame photometer. 85• The exchanging manganese content of soil was determined by Vlasiuk and Leydenska’s method (State Standard 26486-85), which is based on the displacement of Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 29 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada exchanging manganese by a 0.1-normal solution of sulfuric acid at the soil-solution ratio of 1:10 and continuous one-hour shaking-up by the rotator. Manganese was oxidized by ammonia persulfate into permanganic acid given the availability of phosphoric acid and silver nitrate. The intensity of solution coloring was measured with the help of a photoelectrocolorimeter. 86• The content of exchanging calcium and exchanging magnesium in soil was determined by methods provided by State Standard 26487-85. The method of determining the exchanging calcium content consists in the complexonometric titration of calcium at a pH of 13 using fluorexon as an indicator. The impact of manganese was eliminated by reducing it by hydroxylamine, while the impact of copper was eliminated by combining it with diethyldithiocarbamate. Magnesium was determined by a complexonometric method on the basis of the difference between the (Ca 2+ + Mg 2+ ) and Ca 2+ content of the solution. 87• The sum of absorbed bases in the soil was measured by means of Bobko- Askinazi’s method as modified by Alioshyn. The method consists in displacing absorbed bases from the soil by a 0.1-normal solution of sulfuric acid. The total content of salts in soil was identified by a conductometric method. 88• Results of the soil analysis are shown in Tables 16 — 18. For comparison, the tables also contain last year results deciduous trees, of Robinia pseudoacacia L., Quercus robur L. and Carpinus betulus L. Table 16. Humus Content, Gross Organic Substance Content (GOSC) and Soil Acidity at Experimental Plot #1 RCW species Block 1998 1997 Humus% GOSC pH Humus % GOSC pH M M M m M M __ Control A 1,91 0,04 2,1 0,06 6,5 0,05 1,61 1,9 6,6 B 2,07 0,05 2,2 0,06 6,3 0,05 1,87 1,9 6,4 Quercus robur L. A 2,43 0,06 2,5 0,09 5,8 0,06 1,39 1,9 6,2 B 2,53 0,08 2,6 0,09 5,7 0,09 1,69 1,9 6,2 Robinia pseudoacacia L. A 2,56 0,08 2,6 0,08 6,1 0,08 1,57 2,3 6,5 B 2,82 0,08 2,9 0,06 6,0 0,06 2,18 2,6 6,5 Acer platanoides L. A 2,42 0,07 2,5 0,09 6,4 0,11 1,93 0,11 6,8 B 2,93 0,10 3,1 0,09 6,1 0,09 2,36 2,6 6,5 Betula verrucosa Ehrh. A 2,52 0,10 2,6 0,06 6,4 0,08 1,67 1,9 6,6 B 2,84 0,07 3,0 0,11 6,0 0,08 1,81 2,0 6,1 Populus tremula L. A 2,58 0,09 2,7 0,08 6,4 0,08 1,64 2,3 6,6 B 3,11 0,11 3,2 0,09 6,1 0,08 2,16 2,8 6,3 Tilia cordata Mill. A 2,35 0,09 2,6 0,10 6,2 0,09 1,72 2,3 6,4 B 2,95 0,09 3,3 0,11 5,9 0,11 2,76 3,1 6,2 Salix caprea L. A 2,82 0,08 3,0 0,11 6,3 0,08 1,60 2,6 6,5 B 3,12 0,11 3,2 0,09 6,1 0,06 2,28 3,0 6,2 Corylus avellana L. A 2,46 0,05 3,2 0,08 5,8 0,09 1,44 3,1 6,2 _____________________ B 2,73 0,05 3,2 0,08 5,8 0,09 1,57 3,1 6,2 89• As is obvious from results exemplified in Table 16 the humus content at all plots under examination is low or very low (in accordance with Tiurin’s soil classification based on humus content, see Appendix 2). Better results were Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 30 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada obtained at plots with RCW pertaining to the experimentaldevice n° 1 where the second yield of the crop was gathered in. Compared to the last year results the humus content increased considerably at most of the plots. In A block the biggest increase in humus content occurred at plots with Salix caprea L. (by 76.3%), Quercus robur L. (74.8%), Corylus avellana L. (70.8%) and Robinia pseudoacacia L. (63.1%) RCW. At certain plots the humus content increase was not so large, notably at plots with Acer platanoides L. RCW (by 25.4%), Tilia cordata Mill RCW (by 36.6%) RCW, etc. As to B block, the humus content increased most considerably at plots with Corylus avellana L. RCW (by 73.9%) and the least, at plots with Tillia cordata Mill. RCW (only by 6.9%). 90• According to the above-mentioned soil classification on the basis of humus content, at all plots under examination pertaining to the first experimental plot the humus content was low whereas at the control plot it was very low. Thus, the following year after it had been applied, as a result of its decomposition RCW began to enrich soil with humus. It is interesting to note that the highest humus content in both blocks was observed at plots with RCW of soft deciduous trees 9 , that is Salix caprea L., Populus tremula L. and Betula verrucosa Ehrh. Higher humus content was typical of all B block plots without exception by comparison with appropriate A block plots. 91• Quite good results were also obtained at experimental plot #2 (See Table 17). At most of the plots with RCW the humus content is somewhat higher than that at the control plot. Only at plots with RCW of Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh., Corylus avellana L. (A block) and Acer negundo L. (B block) it was lower than the control one. The highest humus content in A block was registered at plots with Tillia cordata Mill. and Acer saccharinum L. RCW. It exceeded that at the control plot by 34.0% and 29.8% respectively. As regards B block, the highest humus content was observed at plots with Salix caprea L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. It exceeded that at the control plot by 72.8% and 58.5% respectively. Almost at all B block plots the humus content was higher than at the appropriate A block plots with RCW, which once more confirms the conclusion about the positive effect of forest soil on humus content. 92• Table 16 contains data on the gross organic substance content in the soil of the first experimental plot. The data indicate a slight increase of this indicator as compared to the last year figure: for A block the increase varied from 7.1% (plot with Corylus avellana L. RCW) to 17.4% (plot with Populus tremula L. RCW), whereas for B block it was within the range from 3.2% (plot with Corylus avellana L. RCW) to 50.0% (plot with Betula verrucosa Ehrh. RCW). Hence better results were again displayed by B block plots in comparison with appropriate A block plots. The highest gross organic substance content in A block was registered at plots with Salix caprea L. and Corylus avellana L. RCW. It was 42.9% higher than that at control plots. Somewhat worst results were obtained at other plots. The lowest gross organic substance content was recorded at plots with Quercus robur L. and Acer platanoides L. RCW. It was 19.1% higher than at the control plot. As to B block, the highest gross organic substance content was registered at the plot with Tillia cordata Mill RCW. It exceeded that at the control plot by 50.0%. Very much the same results were recorded at plots with Salix caprea L., Corylus avellana L. RCW and others. Once again as in A block the lowest content was registered at the plot with Quercus robur L. RCW. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 31 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 93• At experimental device n° 2 (See Table 17) the gross organic substance content varied within a broader range than it did at the first experimental plot, namely, for A block it was between 1.6% and 3.0% and for B block, between 1.8% and 3.6%. As to A block the highest result was registered at plot with Corylus avellana L. RCW. It was 66.7% higher than that at the control plot. The second- highest organic substance content was recorded at the plot with Carpinus betulus L. RCW. It exceeded that at the control plot by 55.6%. Slightly worse result was obtained at plots with Robinia pseudoacaciaL., Salix caprea L., Acer platanoides L. and Tilia cordata Mill. RCW (38.9% higher than those at the control plot). The lowest gross organic substance content was observed at the plot with Alnus glutinosa Gaertn It was 11.1% lower than that at the control plot. As to A block somewhat lower result (by 5.6%) in comparison with the control plot was also registered at the plot with Acer negundo L. RCW. The highest gross organic substance content in B block was registered at the plot with Corylus avellana L. RCW. It was 89.5% higher than that at control plots. Very close result was obtained at the plot with Salix caprea L. RCW (84.2% higher than that at the control plot). As in A block, the lowest gross organic substance content was recorded at the plot with Alnus glutinosa Gaerth RCW (5.3% less than at the control plot). 94• As regards blocks as a whole, in most cases B block exhibited better results as compared with A block. pH variations 95• Soil acidity (pH) at both experimental plots varied from 6.8 to 5.7 (Tables 16 and 17), which means that it had a neutral or near-neutral reaction (according to the soil classification based on acidity and alkalinity, See Appendix 2). 96• At all plots of the first experimental plot where RCW was applied in spring of 1997, a pH decrease, that is an increase in acidity level, against the control figure was recorded. At A block plots pH stood between 5.8 and 6.4. The highest acidity level was noticed at the plot with Quercus robur L. RCW, while the lowest one, at the plot with Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh. and Acer platanoides L. RCW. Soil at B block plots with RCW had slightly lower pH as compared to soil at A block plots. This varied in the range from 5.7 to 6.1. The highest acidity level here was again registered at the plot with Quercus robur L. RCW, whereas the lowest one, at the plots with Salix caprea L., Populus tremula L. and Acer platanoides L. RCW. At all B block plots without exception pH was lower than that registered at the appropriate A block plots. Hence, the addition of a small quantity of forest soil rich in useful microorganisms together with RCW contributed to the increase in soil acidity. A comparison between this year data and last year data showed some increase in acidity in the reporting year. pH decreased the most (by 0.5 or 8.1%) at the plot with Quercus robur L. RCW (B block), and the least (by 0.1 or 1.6%), at plots with Salix caprea L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW (both belong to B block). 97• At the second experimental plot (See Table 17) the situation with pH is somewhat different. As to A block it amounts to the following: at four plots with RCW of Carpinus Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 32 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada betulus L., Robinia pseudoacacia L., Acer platanoides L. and Quercus robur L.) soil acidity was higher, if only a little, than that at the control plot. At two plots with RCW (Quercus rubra L.. and Acer negundo L.) it was the same as at the control plot, and at the rest of plots with RCW (seven) it was lower than that at the control plot. As regards B block, more plots than in A block had a higher acidity level than that at the control plot. There were ten such plots (with RCW of Carpinus betulus L., Robinia pseudoacacia L. and other trees). Only at three plots with Salix caprea L., Betula verrucosa Ehrh. and Populus tremula L. RCW the acidity level was lower than that observed at the control plot. At most B block plots with RCW (eight) the acidity level was somewhat higher (by 0.1 to 0.2) than that registered at the appropriate A 5 block plots. The available hydrolyzed nitrogen 98• Tables 18 and 19 contain data on the content of nitrogen, phosphorus, potassium and manganese in experimental plots. 99• As is evident from Table 18, this year the content of hydrolyzed nitrogen at the experimental device n°1 slightly increased as compared to the last year. However, according to soil classification (Appendix 2) it remained very low. A comparison of variation of this indicator which was registered last year in the two blocks showed that at B block plots it increased more than at it did at the appropriate A block plots. In A block the greatest increase (by 24.0 mg/kg of soil or 38.6%) was observed at the plot with Corylus avellana L. RCW, whereas the least one (by 12.2 mg/kg of soil or 17.8%) was noticed at the plot with Betula verrucosa Ehrh. RCW. In B block the highest increase (by 24.0 mg/kg or 37.7%) in hydrolyzed nitrogen content in soil was registered at the plot with Populus tremula L. RCW, whereas the least increase (by 8.8 mg/kg or 4.3%) was recorded at the plot with Betula verrucosa Ehrh. RCW. Table 17. Humus Content, Gross Organic Substance Content and Soil Acidity at Experimental device n°2. RCW species Block Humus % GOSC pH_____ ______________________________ M m M m M M__ Control A 1,41 0,02 1,8 0,04 6,4 0,05 Quercus rubra L. A 1,68 0,05 2,1 0,06 6,4 0,09 B 1,47 0,02 1,9 0,04 6,6 0,06 Carpinus betulus L. A 1,55 0,07 2,8 0,09 5,9 0,08 B 1,96 0,07 2,6 0,09 5,9 0,09 Robinia pseudoacacia L. A 1,46 0,05 2,5 0,05 6,0 0,06 B 2,06 0,06 2,6 0,06 5,9 0,05 Corylus avellana L. A 1,25 0,05 3,0 0,09 6,5 0,11 B 1,99 0,55 3,6 0,13 6,3 0,10 Salix caprea L. A 1,69 0,06 2,5 0,10 6,7 0,08 B 2,54 0,04 3,5 0,11 6,7 0,10 Betula verrucosa Ehrh. A 1,23 0,04 2,1 0,06 6,6 0,09 B 2,33 0,05 3,0 0,09 6,7 0,08 Populus tremula L. A 1,21 0,04 2,4 0,09 6,8 0,11 B 1,83 0,05 2,2 0,09 6,7 0,09 Alnus glutinosa Gaertn. A 1,49 0,06 1,6 0,07 6,5 0,11 5 One can question the value of pH figures recorded above since it is a logarithmic expression of the dissociation of both H + and OH -- ions. Most recognized that a variation lower the 0,5 is not significant Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 33 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada B 1,62 0,05 1,8 0,06 6,4 0,09 Tilia cordata Mill. A 1,89 0,06 2,5 0,10 6,5 0,06 B 1,63 0,07 2,3 0,09 6,3 0,09 Quercus robur L. A 1,67 0,05 2,0 0,05 6,2 0,09 B 2,21 0,05 2,6 0,10 6,0 0,09 Acer saccharum Marsh. A 1,84 0,05 1,9 0,07 6,5 0,09 B 2,06 0,06 2,5 0,11 6,3 0,06 Acer negundo L. A 1,57 0,04 1,7 0,07 6,4 0,08 B 1,44 0,05 2,6 0,09 6,3 0,09 Acer platanoides L. A 1,55 0,08 2,5 0,09 6,2 0,06 B 1,69 0,06 2,3 0,09 6,4 0,11 Table 18. Content of Hydrolyzed Nitrogen, Mobile Phosphorus and Potassium and Exchanging Manganese at Experimental Plot #1, mg/kg of soil. RCW species Block 1998 1997____ N P K Mn N P K Mn _____________________ M m M m M m M m ____________________ Control A 76,6 1,6 108,0 1,6 56,0 1,3 106,1 1,4 74,2 103,3 80,8 102,8 B 73,4 1,6 106,0 1,1 54,1 1,3 109,2 1,7 68.3 101,4 79,3 104,5 Quercus robur L. A 80,3 2,4 156,3 3,4 82,3 3,0 93,7 2,2 67,7 122,0 110,0 78,3 B 80,6 2,0 149,8 3,6 76,5 2,8 94,3 2,3 61,6 110,0 105,5 84,3 Robinia pseudoacacia L. A 78,4 2,1 124,3 3,0 79,8 2,4 108,3 2,5 63,7 128,0 119,0 117,7 B 89,0 2,0 130,3 3,2 68,8 2,3 123,7 2,4 68,5 120,0 108,0 117,0 Acer platanoides L. A 94,6 1,8 138,0 3,4 73,5 2,9 119,6 2,0 79,1 118,5 88,8 110,0 B 94,9 2,3 130,3 3,0 79,3 2,9 133,3 2,5 71,4 107,8 101,5 109,0 Betula verrucosa Ehrh. A 80,8 2,4 117,8 3,1 55,8 2,3 127,8 2,5 68,6 107,8 73,5 123,0 B 86,5 2,0 120,0 3,4 64,5 3,5 127,2 2,4 77,7 105,5 99,5 114,0 Populus tremula L. A 77,9 2,4 118,3 3,6 64,0 2,7 114,6 2,6 63,0 109,3 87,5 109.0 B 87,7 1,6 114,8 3,3 67,0 3,2 123,5 2,6 63,7 98,3 90,8 118,3 Tilia cordata Mill. A 89,4 2,5 129,5 4,0 58,8 2,3 115,8 2,4 70,7 123,5 71,5 111,5 B 92,6 2,5 125,3 3,9 62,5 2,1 130,7 2,6 68,6 115,3 95,0 128,3 Salix caprea L. A 87,7 2,7 115,3 3,8 57,5 2,5 117,4 2,6 65,8 100,3 61,0 101,0 B 91,8 2,3 117,0 3,8 61,3 2,3 127,2 2,6 81,2 107,8 83,3 111,0 Corylus avellana L. A 89,1 2,2 97,8 2,8 45,0 1,8 112,1 2,4 64,3 86,5 56,0 107,5 B 95,8 2,4 103,8 2,5 59,0 2,0 122,7 2,4 77,7 87,3 73,5 118,3 100• When compared with control plots, the hydrolyzed nitrogen content at all plots both in A and B blocks was somewhat higher. The highest content in A block was noticed at the plot with Acer platanoides L. RCW (20.0 mg/kg of soil or 23.5% higher than the control one), while in B block the highest content was registered at the plot with Corylus avellana L. RCW (22.2 mg/kg of soil or 30.0% higher than the control one). Table 19. Content of Hydrolyzed Nitrogen, Mobile Phosphorus and Potassium and Exchanging Manganese at Experimental device n°2, mg/kg of soil. RCW species Block N P K Mn _ ___________________________ M m M m M m M m__ Control A 61,4 0,9 57,9 0,9 35.6 0,8 84,4 1,2 B 62,5 1,0 60,6 1,0 32,9 0,8 84,8 1,0 Quercus rubra L. A 61,1 2,0 44,5 1,7 56,0 2,3 95,8 4,5 B 70,7 2,2 64,8 1,9 54,8 2,2 91,4 2,3 Carpinus betulus L. A 61,8 2,4 60,3 1,8 80,8 3,4 91,4 2,4 B 61,6 2,1 70,3 1,9 74,3 2,8 103,2 2,3 Robinia pseudoacacia L. A 65,8 1,4 52,3 1,0 40,3 1,2 80,8 1,5 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 34 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada B 67,4 1,5 59,8 0,9 49,4 1,2 95,3 1,6 Corylus avllana L. A 58,8 2,0 62,0 1,7 50,0 2,3 85,1 2,9 B 66,9 2,3 102,5 2,5 64,5 2,5 99,7 2,4 Salix caprea L. A 58,9 1,8 67,5 1,8 59,3 1,9 87,3 2,2 B 69,0 1,8 91,8 2,1 69,3 2,4 101,6 2,6 Betula verrucosa Ehrh. A 56,7 2,4 59,5 2,2 45,3 1,7 91,1 2,5 B 67,0 2,3 90,0 2,3 66,8 2,9 97,5 3,1 Populus tremula L. A 64,4 2,3 70,0 2,1 46,3 2,1 90,5 2,1 B 69,3 1,8 64,5 1,7 38,3 1,8 103,4 2,1 Alnus glutinosa Gaertn. A 52,5 2,1 58,3 1,8 57,5 2,5 92,1 2.3 B 58,7 2,5 73,3 1,9 54,5 2,2 100,4 2,5 Tilia cordata Mill. A 65,8 2,4 51,0 1,5 44,3 2,1 86,2 2,3 B 74,2 2,4 66,3 1,7 55,0 2,1 91,0 2,4 Quercus robur L. A 4,4 2,0 52,3 1,5 41,0 1,9 80,2 2,2 B 68,6 1,8 84,3 1,8 47,8 2,3 88,4 2,5 Acer sacchaum Marsh. A 60,2 1,8 43,8 1,1 38,3 1,9 82,1 2,3 B 62,0 2,2 54,5 1,6 40,0 1,5 89,3 2,8 Acer negundo L. A 56,7 2,4 48,8 1,3 40,5 1,7 90,6 2,4 B 58,8 2,0 50,3 1,3 42,3 1,8 92,9 2,4 Acer platanoides L. A 56,7 2,4 51,8 1,5 17,0 1,9 98,6 2,7 _______________________ B 68,4 2,1 84,4 2.1 48,5 1,9 95,2 2,3 101• Plots with RCW pertaining to the second experimental plot were characterized by a considerably lower content of hydrolyzed nitrogen. Thus, in A block only five plots with RCW had a slightly higher hydrolyzed nitrogen content than that at the control plot (by 4.9 to 7.2%). At the rest of plots this indicator was lower than the control one. As to A block, the highest content of hydrolyzed nitrogen was recorded at plots with Robinia pseudoacacia L. and Tilia cordata Mill. RCW, whereas the lowest one at the plot with Alnus glutinosa Gaertn RCW. 102• As regards B block of the experimental device n° 2, the situation with the indicator analyzed was a little better. Nine plots with RCW had a higher hydrolyzed nitrogen content than that of the control plot. The highest content was noticed at the plot with Tilia cordata Mill. RCW (11.7 mg/kg of soil or 18.7 % higher than the control one). At four plots of this block the indicator analyzed was slightly lower than the control one (from 6.1% to 0.8%). Its lowest value was recorded at the plot with Alnus glutinosa Gaertn RCW. Almost at all B block plots with RCW (except for the plot with Carpinus betulus L. RCW) the content of hydrolyzed nitrogen exceeded that at the appropriate A block plots. Available phosphorus 103• The content of mobile phosphorus in experimental plots varied considerably (See Tables 18 and 19). According to the classification of soils based on the phosphorus content (See Appendux n° 2) soils in almost all plots of the first experimental plot were distinguished by higher than usual content of mobile phosphorus. The sole exception was the two A block plots: the plot with Corylus avellana L. RCW characterized by an average content of this element (9.4% less than the control one, which was the minimum value observed at device n°1), and the plot with Quercus robur L. RCW distinguished by a high content of mobile phosphorus which was the maximum value recorded at device n° 1 (44.7% higher than the control one). In B block the highest mobile phosphorus content was also observed at the plot with Quercus Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 35 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada robur L. RCW (41.3% higher than the control one). The second-highest content was noticed at the plot with Acer platanoides L. RCW (as in A block), while the lowest content was recorded at the plot with Corylus avellana L. RCW. There were no essential differences of the indicator analyzed between plots of both blocks. 104• Compared to the last year data the mobile phosphorus content of the first experimental plot increased except for the plot with Robinia pseudoacacia L RCW (A block), though in most cases it was only a minor increase. The biggest increase of this indicator was noticed at the plot with Quercus robur L. RCW (for A block it amounted to 28.1%, whereas for B block it was 36.2% as compared with the control one). 105• According to the soil classification (see Appendix n° 2) soils of the experimental device n° 2 possessed low and average content of mobile phosphorus (A block), and average one (B block), though in one case it was rather high. Thus, as regards this indicator, better results were registered at plots of the experimentaldevice n° 1 as opposed to those obtained at the experimental device n° 2. Higher values were observed in both blocks at plots with RCW of soft deciduous trees (Populus tremula L., Salix caprea L. and Corylus avellana L.). In A block the highest value was noticed at the plot with Populus tremula L. RCW (20.9% higher than the control one). At six plots of this block the indicator analyzed was higher and at seven plots it was lower than the control one. The lowest content was registered at plots with Acer saccharinum L. and Quercus rubra L. RCW. They were 24.3% and 23.1% lower than the control one, respectively. At all B block plots (except for the plot with Populus tremula L. RCW) the mobile phosphorus content was considerably higher than that at the appropriate A block plots. The highest content in B block was registered at the plot with Corylus avellana L. RCW (69.1% higher than the control one). Only at three plots of this block the indicator analyzed was considerably lower than the control one (by 17.0% to 1.3%). Available potassium 106• Over the past year at all plots with RCW as well as at control plots pertaining to the experimental device n° 1 the content of mobile potassium in soil considerably decreased (See Table 18). The minimum amount of potassium was observed at the plot with Robinia pseudoacacia L. (B block). In comparison with the control plot the mobile potassium content in it decreased by 39.2 mg/kg of soil (36.3%). A considerable decrease of mobile potassium also took place at plots with Betula verrucosa Ehrh. RCW (B block), Tilia cordata Mill. RCW (B block) and others. At the plot with Salix caprea L. RCW (A block) mobile potassium content changed the least. As compared with the control plot it decreased only by 3.5 mg/kg of soil (or 5.7%). 107• There might be two most important reasons for the decrease of mobile potassium content in the experimental plot: first, mobile potassium was washed out into lower horizons as a result of considerable amount of precipitation during the vegetation period, second, intense absorption of the analyzed element by rye. 108• A comparison between mobile potassium content at plots with RCW and that at control plots of the experimental device n° 1 showed some increase caused by the decomposition of RCW. The maximum content of it in A block was registered at the plot Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 36 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada with Quercus robur L. RCW (47.0% higher than that at the control plot). The second- highest content was recorded at the plot with Robinia pseudoacacia L. RCW (42.5% higher than that at the control plot). At the plot with Corylus avellana L. RCW (A block) the indicator analyzed was 19.6% lower than that at control plots. 109• As regards B block, all plots with RCW without exception had higher mobile potassium content than that at the control plot. As in A block the best results were registered at plots with RCW of hard deciduous trees (Acer platanoides L. and Quercus robur L.). They were 46.6% and 41.4% higher than those obtained at the control plot, respectively. At six B block plots the content of mobile potassium was higher than that at the appropriate A block plots. This result once again confirmed the advisability of mixing RCW with a small amount of forest soil. 110• Approximately the same mobile potassium content as that registered at the experimental device n°1 was observed at the second experimental plot. According to the soil classification based on the content of mobile potassium (see Appendix n° 2) these plots are characterized by low and very low content of mobile potassium. However, at most plots with RCW there was achieved a considerable increase in mobile potassium content as compared with control level, especially so in B block plots. In A block the highest value was noticed at the plot with Carpinus betulus L. RCW (127% higher than the control one), while the lowest content was registered at the plot with Acer sacchrinum L. RCW (7.6% higher than that at the control plot). In B block the highest value of the analyzed indicator was noticed at the plot with Carpinus betulus L. RCW (225.8% higher than the control one). Somewhat lower content was registered at plots with Salix caprea L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW. They were 110.6% and 103.0% higher than the control one, respectively. At nine B block plots with RCW the content of the analyzed element was higher than that at the appropriate A block plots. Exchangeable manganese 111• Soil at experimental plots is characterized by a very high content of exchanging manganese (from 80.2 to 133.3 mg/kg of soil). At plot #1 as compared to the last year this indicator increased by 1.9% to 22.3% and accounted for 93.7 to 127.8 mg/kg of soil. A 3.2% increase in manganese content was also observed at the control plot. In A block the application of Betula verrucosa Ehrh, Acer platanoides L. and Salix caprea L. RCW resulted in the highest increase of exchanging manganese (from 10.7% to 20.5%). The smallest increase was observed at plots with Robinia pseudoacacia L. and Corylus avellana L. RCW (by 2.1% and 5.7% respectively), while the application of Quercus robur L. RCW caused the decrease of 11.7% against the control figure. 112• In B block the highest increase of exchanging manganese took place at plots with Acer platanoides L. and Tilia cordata Mill. (by 21.1% and 19.7%), whereas the smallest increase was recorded at plots with Corylus avellana L. and Populus tremula L (12.4% and 13.1% respectively). At the same time the application of Quercus robur L. RCW caused the decrease of 13.4%. In most cases at experimental device n° 1 the application of RCW in combination with forest soil, and this is especially the case with Robinia pseudoacacia L., Tilia cordata Mill. and Acer platanoides L. RCW, increased the exchanging manganese content in the arable soil layer. Only in the case of Betula Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 37 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada verrucosa Ehrh. RCW the content of exchanging manganese in both blocks turned out to be practically the same. 113• At experimental device n°2 the quantity of exchanging manganese was found to be somewhat smaller than that at device n°1 and constituted from 82.1 to 103.4 mg/kg. The greatest increase in manganese content in A block amounted to 16.8% (Acer platanoides L. RCW), whereas the smallest one equaled 0.8% (Corylus avellana L. RCW). The application of Acer saccharinum L., Robinia pseudoacacia L. and Quercus robur L. RCW decreased the manganese content by 2.7% to 5.0% as compared with the control plot. The application of RCW in combination with forest soil (B block) resulted in the increase of manganese content at all plots from 4.2 – 7.3% (Quercus robur L, Acer saccharinum L., Tilia cordata Mill. RCW) to 19.8 – 22.8% (Carpinus betulus L. and Salix caprea L. RCW). The application of Quercus rubra L. and Acer platanoides L. was found to somewhat reduce the amount of this element in B block as compared to A block. Exhangeable calcium 114• The soil in the experimental plots falls, in accordance with the accepted classification, under the categories of very low ( less than 2.5 mg-eq/100 g of soil) and low ( from 2.6 to 5.0 mg-eq./100 g of soil) contents of exchangeable calcium ( Appendix 2). 115• In the experimental device n°2 it fluctuates between 2.0 and 4.4 mg-eq/100 g of soil ( table 20). In the block A the highest content of the element was registered in the site with Betula, verrucosa Ehrh. RCW and Acer platanoides L. RCW. it is respectively 10.0% and 3.3% higher than the indices of the control plots. When Populus tremula L. RCW was introduced into the soil, the content of exchangeable calcium did not change as compared with the control figures, while in the sites where other types of RCW were introduced it decreased by 10.0% (Salix caprea L. RCW) and by 33.3% (Quercus robur L. RCW). The best results as to the calcium content in the soil were obtained in the block B of the same device n° 2. The highest indicators of the element under analysis were registered at the experimental plots treated with Acer platanoides L., Populus tremula L., Robinia pseudoacacia L. and Tilia cordata Mill. RCW ( from 11.4% to 25.7% higher than control figures). In the site treated with Betula verrucosa Ehrh. RCW the content of calcium in the soil did not change as compared to the control figures, and in the sites where Salix caprea L., Corylus avellana L. and Quercus robur L. RCW was used this indicator decreased respectively by 2.9%, 5.7% and 14.3%. In all the plots without exception the better results were found in the unit B as opposed to the unit A. Comparing the previous year and current year data on exchangeable calcium, we found out that they have changed. In the control plots of both units the content of the analyzed element has increased by 25%. Certain growth was also observed in the five plots treated with Robinia pseudoacacia L., Acer, platanoides L. Betula verrucosa Ehrh., Populus tremula L. and Salix caprea L. RCW, i.e. by 8.0% and up to 20.0%. In the rest of the plots it has decreased (from 20.7% to 16.0%). Substantially higher results were registered in the block B. The figures were higher in all the plots without exception - by 7.1% (Quercus robur L. RCW) up to 78.3% (Robinia pseudoacacia L. RCW). Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 38 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Exchangeable magnesium 116• The soil in the experimental plots is characterized by very low content of exchangeable magnesium ( see soil classification, Appendix 2). 117• In the experimental device n° 1 this indicator fluctuates between 0.4 and 0.7 mg-eq/100 g of soil ( table 20). In the unit A the highest content of the element under analysis was found in the plot treated with Acer platanoides L. RCW - 0.2 mg-eq/100 g of soil (40%) higher than control figures. In three other plots of this unit treated respectively with Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW the content of the exchangeable magnesium in the soil was higher ( by 20.0%) than in the control plot. In the experimental plot, where Corylus avellana L. RCW was introduced, the analyzed indicator was lower ( by 20.0%) as compared to the control plot. In the unit B the best results were registered in the plots treated with Acer platanoides L. RCW and Betula verrucosa Ehrh. RCW - by 0.2mg-eq/100 g of soil (50%) higher as compared to the control figures. In five other plots of the unit B the content of the analyzed element in the ground was 25% higher than in the control plots; only in one plot, treated with Tilia cordata Mill. RCW, it was the same as in the control plot. 118• Comparing the data on magnesium content in the soil for the previous and the current year we can see that better results are registered again in the bnlock A plots. In the six sites substantial increase of the element in question was registered ( from 20.0% to 66.7%). The plot treated with Tilia cordata Mill. RCW is the best. In the four sites of the block B certain increase of magnesium content was registered ( by 20.0-25.0%); in the other four sites the indicator remained without changes. Table 20. Content of calcium and magnesium in the soil; total salt concentration in the experimental device n°1. RCW species Block 1998 1997_______ |Ca mg/ | Mg, mg/ |Total salt | Ca mg/ Mg mg/ total |100 g soil | 100 g soil |concentration% |100 g.soil |100 g soil Élect. M m M m M m _____M_______m____________________ Control A 3,0 0,06 0,5 0,02 0,021 0,0004 2,4 0,4 0,013 B 3,5 0,06 0,4 0,03 0,020 0,0004 2,8 0,4 0,013 Quercus robur L. A 2,0 0,09 o,6 0,03 0,017 0,0006 2,5 0,5 0,015 B 3,0 0,11 0,5 0,03 0,021 0,0006 2,8 0,4 0,014 Robinia pseudoacacia L. A 2,5 0,09 0,6 0,04 0,020 0,0008 2,3 0,5 0,016 B 4,1 0,09 0,5 0,03 0,022 0,0009 2,3 0,5 0,016 Acer platanoides L. A 3,1 0,09 0,7 0,03 0,025 0,0009 2,3 0,5 0,017 B 4,4 0,09 0,6 0,03 0,021 0,0006 2,8 0,5 0,015 Betula verrucosa Ehrh. A 3,3 0,11 0,6 0,03 0,025 0,0009 2,9 0,4 0,012 B 3,5 0,06 0,06 0,04 0,020 0,0006 2,8 0,5 0,011 Populus tremula L. A 3,0 0,09 0,5 0,03 0,017 0,0006 2,5 0,5 0,014 B 4,2 0,11 0,5 0,03 0,026 0,0011 3,1 0,5 0,013 Tilia cordata Mill. A 2,5 0,06 0,5 0,03 0,019 0,0009 2,8 0,3 0,013 B 3,9 0,09 0,4 0,03 0,020 0,0006 2,9 0,4 0,013 Salix caprea L. A 2,7 0,09 0,5 0,04 0,021 0,0009 2,5 0,5 0,013 B 3,4 0,06 0,5 0,04 0,021 0,0007 2,5 0,5 0,012 Corylus avellana L. A 2,1 0,06 0,4 0,03 0,016 0,0007 2,5 0,4 0,014 ___________________________ B 3,3 0,09 0,5 0,03 0,019 0,0009 2,9 0,04 0,014 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 39 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 119• In the experimental device n°2 the content of exchangeable magnesium in the ground was also insubstantial ( table 21), it varies from 0.3 mg-eq/100 g of soil ( plots treated with Acer saccharinum L., Acer, Quercus rubra L. and Betula verrucosa Ehrh. RCW in the block A) to 0.8 mg-eq /100 g of soil (Acer sacchcarinum L. RCW). In the unit A the highest result as to the analyzed element was registered in the plot treated with Carpinus betulus L. RCW. It is 50.0% higher than control figures. In the block B the highest content of magnesium in the soil was found in the plot treated with Acer saccharinum L. RCW ( 30.0% higher than control figures). In the three plots of the unit A 25% decrease was observed, as compared to the control plots, while in the block B similar tendency was noted in the four plots ( i.e. the decrease of the value by 20.0%). The comparison of the blocks showed that in the eight RCW-treated plots better results were obtained in the block B; three plots have shown equal results. Salt concentration 120• Gross salt concentration in the experimental plots was insubstantial. Its value fluctuates between 0.016% and 0.026% ( tables 20 and 21). 121• The data obtained from the experimental device n° 1 are noteworthy. The increase of the indicator reflecting gross salt concentration is typical as compared both with the previous year and with the control figures. In our view, it is a result of the secondary miniralization of the arable soil layer, i.e. of salt raising from lower, deep horizons to the upper ones. The process was caused by summer weather conditions, namely, by alternation of moist and cool season with very hot and dry periods. Table 21. Content of calcium and magnesium in the soil; general salt concentration in the experimental device n°2. RCW species Block Ca, mg/100 g soil Mg, mg/100 g. soil Total salt concentration % _________________________ M m M m M M________ Control A 2,1 0,03 0,4 0,02 0,020 0,0004 B 2,6 0,04 0,4 0,02 0,020 0,0005 Quercus rubra L. A 1,7 0,10 0,3 0,03 0,020 0,0006 B 2,6 0,08 0,5 0,03 0,025 0,0009 Carpinus betulus L. A 1,9 0,07 0,6 0,03 0,015 0,0007 B 2,1 0,06 0,5 0,04 0,020 0,0006 Robinia pseudoacacia L. A 1,9 0,05 0,4 0,03 0,020 0,0004 B 2,5 0,04 0,4 0,02 0,021 0,0004 Corylus avellana L. A 2,9 0,06 0,5 0,04 0,021 0,0006 B 3,0 0,08 0,6 0,03 0,025 0,0009 Salix caprea L. A 2,4 0,07 0,5 0,03 0,022 0,0009 B 2,8 0,06 0,7 0,06 0,026 0,0009 Betula verrucosa Ehrh. A 2,2 0,09 0,4 0,03 0,025 0,0009 B 3,2 0,09 0,6 0,03 0,025 0,0009 Populus tremula L. A 2,3 0,11 0,4 0,04 0,025 0,0011 B 3,3 0,10 0,4 0,04 0,026 0,0009 Alnus glutinosa Gaertn. A 1,9 0,09 0,4 0,03 0,020 0,0006 B 1,5 0,09 0,4 0,04 0,026 0,0011 Tilia cordata Mill. A 2,1 0,06 0,5 0,03 0,020 0,0007 B 2,4 0,06 0,4 0,03 0,023 0,0009 Quercus robur L. A 2,4 0,08 0,5 0,03 0,021 0,0009 B 2,0 0,11 0,4 0,03 0,023 0,0009 Acer saccharum Marsh. A 2,0 0,13 0,4 0,03 0,020 0,0006 B 3,0 0,11 0,7 0,03 0,021 0,0009 Acer negundo L. A 1,8 0,08 0,5 0,03 0,020 0,0006 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 40 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada B 2,4 0,10 0,4 0,04 0,019 0,0007 Acer platanoides L. A 1,7 0,09 0,3 0,03 0,022 0,0009 ________________________ B 2,5 0,10 0,5 0,03 0,025 0,0009 122• The soil miniralization is most obvious in the Betula verrucosa Ehrh RCW- treated plots ( in both units) and in Populus tremula L. RCW-treated plots (block B). As compared to the previous year the gross salt concentration indicator has increased respectively by 108.3% and by 81.8%. The salt concentration has also increased 1.5 times in the control plots. The lowest increase of the aforesaid indicator was registered in the plots of block A treated with Corylus avellana L. RCW ( only by 7.1%), Quercus robur L. RCW ( 13.3%), Robinia pseudoacacia L RCW ( 25%). 123• Comparing the gross salt concentration content in various experimental and control plots of the experimental device n°1, we’ll arrive at the following results: in the unit A the highest values are registered in the two plots, treated with Acer platanoides L. RCW and Betula verrucosa Ehrh. RCW. They are 19.1% higher than respective control figures. The highest soil miniralization was noted in the experimental plot of the block B where Populus tremula L. RCW was introduced. The indicator here is 30.0% higher than control figure. In the five plots of the block A (treated with Corylus cavellana L, Quercus robur L., Tilia cordata Mill. and Robinia pseudacacia L. RCW) soil miniralization is lower than control figures by 23.8% - 4.8%. In the unit B only the plot treated with Corylus avellana L. RCW has shown the value of the analyzed indicator lower than the control figure by 5.0%. In the five plots of block A the salt concentration is somewhat lower than in the respective block B. 124• The experimental device n°2 shows more or less similar results as far as gross salt concentration content is concerned, i.e. between 0.015% and 0.026%. The control plots of both experimental devices show almost the same results. The highest miniralization in the block A is registered in the plots treated with Betula verrucosa Ehrh RCW and Populus tremula L RCW (0.025%), the lowest - in the plot treated with Carpinus betulus L. RCW (0.015% ). in the block B the highest salt concentration is observed in the plots treated with Salix caprea L. RCW, Populus tremula L. and Alnus glutinosa Gaertn. RCW (0.026%). The lowest indicator under analysis was registered, similarly to the block A, in the Carpinus betulus L. RCW-treated plot, and Acer platanoides L. RCW-treated plot (0.020%). It is interesting to mention that eleven experimental plots of the block A show somewhat lower indicator for salt concentration as compared to the similar plots of the block B. Therefore, the introduction of the small portion of forest litter contributed to the insubstantial increase of soil miniralization, the fact which is also typical for the experimental device n°1. 125• Generally, analysing the RCW influence on soil conditions of the experimental plots, one can arrive at the conclusion that these conditions have substantially improved. As envisaged, the best results were obtained in the experimental device n°1 where RCW was introduced intensively. It means that the content of humus, organic matter, hydrolysed nitrogen, moveable phosphorus, exchangeable calcium and magnesium etc. has increased substantially in this plot. For the majority of indicators better results were registered in the RCW-treated plots of the unit B as compared to the similar plots of the unit A. This fact confirms Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 41 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada the expediency of adding small portions of forest litter to RCW. We registered insubstantial increase of content of isolated elements in the soil, e.g. exchangeable mang anese. It is significant that substantial decrease of manganese content in the soil treated with Quercus robur L. RCW was registered both in the current and in the previous year. 126• The improvement of soil conditions became more evident also in the experimental device n°2, although, to a lesser extent than in the experimental device n°1. It can be explained, first of all, by insufficient time period from the moment when RCW was introduced. By the end of the next year we expect significant improvement in all analyzed soil characteristics. SANITARY CONDITION OF THE RYE GRAIN IN THE EXPERIMENTAL PLOTS 128• After harvesting the rye crops we analysed its sanitary condition. The methodology of our examination was given in the previous sections, therefore we do not refer to it. Let’s consider the results of the analysis (table 22, 23). 129• The data given in the tables 22 and 23 show that almost all the grain is affected by phytopathogenic fungi. It is appropriate to mention here that many oblasts in Ukraine face the same problem with the majority of grain crops ( after the research carried out by seed-farms and Institute of microbiology and virusology of National Academy of Sciences of Ukraine). This situation is caused, first of all, by climate conditions of the vegetation period, most favorable for the development of pathogenic fungi (long-term cold and very damp periods). 130• In both experimental devices phytopathogenic fungi Fusarium sporotrichiella var. Poae Bilai and Aternaria alternata (Fr.) Keissl. are most widely spread. Their biological and environmental characteristics are given in the previous sections of the report. In the experimental device n°2 a fungus Mycelia sterilia (orange) is also widely spread. The range of species in the experimental device n° 1 is more scarce than in experimental device n°2. In the latter, alongside with the species already familiar from the earlier studies, four more pathogens were identified. They are Ttrichothecium roseum Link ex Fries, Fusarium sambucinum var. Poae, Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem., Geotrichum candidum. However, these micromycetes occur only in the specific types of RCW; usually the grain is not seriously damaged by them. Table 22. Rye crops damage by micromycetes after harvesting in the experimental device n°1(%). (I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) N Micromycetes Bock I II III IV V VI VII VIII Control 1 Fusarium sporotriche Ila A 22,1 40,0 52,0 50,3 40,5 25,0 0,20 36,0 var. Poae Bilai B 27,7 45,0 40.0 45.0 32.0 30,0 45,0 33,0 2 Alternaria alternata (Fr.) A 42,5 30,0 75,0 36,0 37,0 10,0 15,0 80,0 12,0 Keissl. B 43,5 45.0 70,0 52,0 23,3 13,0 15,0 55,0 20,0 3 Acremonielle atra A 12,7 11,5 (Corda) Saccardo B 31,7 17,0 ____ 4 Cladosporium A 15,0 8,0 12.0 herbarum Link. B 0,5 11,0 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 42 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 5 Mycelia sterilia A 35,3 10,0 4,0 55,0 (orange) B 27,7 10,0 8,0 55,0_____________ 6 Fusarium A 25,0 26,0 graminearum Schuabe B 30,0 14,0___________________ 7 Mucor sp. A 12,0 40,0 ______________________ B 10,0 36,0 8 Total A 100,0 95,0 100,0 100,0 100,0 100,0 95,0 100,0 100,0 B 98,9 100,0 100,0 100,0 100,0 95,5 100,0 100,0 100,0 Table 23. Rye grain damage by micromycetes after harvesting in the second experimental plot (%). (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Querqus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L.) Bock I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII Control Fusarium sporotrichieella A 26,5 35,0 20,0 13,6 20,0 15,0 17,4 10,0 25,4 40,0 18,2 25,5 50,0 Var. Poae Bilai B 22,4 30,0 15,0 9,1 20,0 20,5 13,1 15,0 20,9 45,0 13,7 30,0 60,0 Alternaria alternata A 25,0 40,0 61,8 46,0 60,0 42,4 43,5 55,0 53,7 40,0 42,7 30,0 50,0 ((Fr.) Feissl B 20,3 30,0 59,0 20,0 40,0 35,0 56,3 52,0 51,0 40,0 27,2 30,0 40,0 Acremoniella atra A 10,2 25,0 4,5 24,0 20,0 20,0 (Corda) Saccardo B 8,5 20,04,5 16,0 18,0 13,7 25,0 Mycelia sterilia A 5,0 15,0 18,1 8.0 10,0 16,2 17,4 3,5 20,9 20,0 13,6 25,0 0range) B 18,0 15,5 10,0 27,2 16,0 10,0 21.2 21,7 2,5 18,1 15.0 13,4 15,0 ____ Trichotecium roseum A 7,7 19,0 15,5 Link. (ex Fries) B 15,0 28,0 15,0 9,4 ____ Fusarium sambucinum A 15,5 30,0 var Poae B 10,0 10,0 35,0 ____ BIipolaris A 20.0 10,3 25.4 sorokiniana Saccardo B 25,0 5,4 31,7-____________ Mucor sp. A 10,4 21,7 B 12,3 8,7 ____ Geotricchum A 6,4 3,5 candidum B 5,3 5,0 ____ TOTAL A 95,3 100,0 79,0 98,0 98,0 100,0 100,0 100,0 97,8 100,0 100,0 99,0 100,0 B 91,5 100,0 70,0 100,0 100,0 100,0 99,8 99,8 92,0 90,0 100,0 99,7 1000.0____ BIOLOGICAL DIVERSITY IN THE EXPERIMENTAL PLOTS 131• In the current year we paid special attention to the studies of biological diversity because its development is essential for the soil improvement. We presented some results of our investigation in the former sections of the report, i.e. in mesofauna, therefore we will not discuss them here. In this section we focused majorly on mycological studies. First and foremost, we identified the macromycetes which appeared in the experimental plots and developed during summer and fall. Doing this, we made broad use of generally known methods of mycological studies and renowned fungi catalogues (Dudka, Wasser, 1987; Wasser, 1980; Wasser, 1982; Wasser, 1977; Gorlenko, 1980; Dudka, 1982; Zhyzn’rasteniy( Life of plants) V.2. Fungi, 1975; Zerova, 1970; Zerova, Sosin, Rozhenko, 1979; Methods of experimental mycology, 1982; Lebedeva, 1949). 132• As expected, almost all macromycetes developed in the experimental plots, are basydial fungi. According to Prof. G. Lemieux and other researches (1995- 1998), these fungi are most important in the process of RCW decomposition. The results of macromycetes research are given in the tables n°24 and 25. 133• In the first experimental device 26 species of macromycetes were found; among those 21 were identified. Thus, as compared to the previous year, the fungi diversity has broadened; no doubt, it has intensified the RCW decomposition process, Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 43 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada affected positively soil conditions, growth and development of plants under research. The fruiters of basydiomycetes Ciatus Olla, most widely spread, were among the first to be found in the experimental plots. 134• In the second experimental plot 15 species of macromycetes were found and identified. Basydiomycetes Ciatus Olla were to be found among the first, as well as in the first experimental plot. They were also most common as compared to the other fungi. We haven’t yet found any direct correlation between spreading of specific macromycetes and type of hardwood RCW used ( it relates also to the first experimental device). It is typical for both experimental sites that the overwhelming majority of macromycetes belongs to the class of basydiomycetes. Therefore, these fungi were the first to settle in RCW and direct the process in the desired trend. 135• We also studied the micromycetes from the arable layer of soil ( table 26 and 27), using generally recognized methods of mycological research ( Methods of experimental mycology, 1982) as well as fungi catalogues ( Kyrilenko, 1978; Kyrilenko, 1977; Litvinov, 1967). 136• Micromycetes were isolated from the soil as pure culture, their cultural and morphological characteristics were described, their species identified. Altogether 30 species of the latter were identified; 26 among those - in the first experimental plot, 28 - in in the second one. In general, great diversity of the fungi is noteworthy. As to the number of colonies, we didn’t find any substantial differences in various types of research. The only significant difference was that in the control plots of the first experimental site colonies were more numerous than in the experimental plots. MYCORRHIZA OF WINTER RYE TREATED WITH RCW 137• The methodology of anatomic and morphological research was as follows. To identify mycorrhiza in the root system the roots were dug out, washed thoroughly and then dried on filter paper. Then they were cut into pieces 1 cm long, then boiled in 15% KOH solution for 1.5 hours. After that roots were thoroughly washed again and put into aniline dye for 0.5 hour. Then they were rinsed once more and put into 1% solution of the milk acid. Then they were washed again and put into glycerin for conservation. The root s were scrutinized under microscope to identify mycorrhiza. All the calculations were done in 10 fields for each plant. The average number of mycorrhizae was estimated for all the fields. The results of the analysis were given in per cents and in points. We divided the analyzed plants into three groups based on mycotrophic characteristics, i.e. low mycotrophic, average mycotrophic and high mycotrophic. The plants with mycorrhiza estimated at 1-2 points ( roots with mycorrhiza make up for 1-30%) fall under the category of low mycotrophic; those with 3-point mycorrhiza (roots with mycorrhiza make up for 30- 45%)- under the category of average mycotrophic, and those with 4 and 5- points mycorrhizae ( 45-60% and more) - high mycotrophic. 138• The research has shown that mycorrhiza in winter rye appears in spring in the phase of bush-forming. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 44 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 139• The microscopic studies proved that there are two ways of fungus penetration from the soil into the plant: through the root vascular system and through epidermic cells. The affected roots measure 140-395 mc in diameter. The external and internal hyphs are dimorphous. The fungus hyphs in rye root tissues measure 3.5 and 7 mc in diameter. Arbuscules are ephemeral and very difficult to identify. 140• In the ear-forming phase the hyphs develop rapidly moving from cell to cell. Mycorrhizae-forming fungi settle in the cells of the first and second mesoderm layers adjacent to endoderm. Hyphs decompose in isolated cells, fat drops are visible. At this time vesicles appear in the rye plants. Their size varies from 25 to 105 mc. Inside the vesicles fat drops or granules are visible. The old vesicles have thickened membrane. In the milk ripeness phase the number of vesicles increases. In the sites where fungus lysis is active, one can see fat drops and residual non-digested hyphs. 141• Because of the large work load in the current year, so far we studied only mycorrhiza development in the first experimental plot. The results of the research are given in the table 28. Table 24. Species of macromycetes in the first experimental plot. (I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) Fungus Block A Block B I II III IV V VI VII VIII | I II III IV V VI VII VIII Caprinus atramentharius ++ ++ ++ + ++ + ++ + | + ++ ++ ++ + ++ + ++ Caprinus mIcaceus (Fr,) Bull + + ++ + + + ++ | + ++ + + + + + ++ Cyathus olla Pers. + + ++ + + + + | + ++ ++ + + + + + Hypholoma fasciculare + + + + + + | + + + + (Huds.,Fr.)Bull. | Caprinus cinereus (Fr.) ++ + + ++ + + + ++ | + + ++ + ++ ++ + + S.F. Gran. | Marasmus oreades + + + | + + + + + (Bolt.:Fr) Fr | Hypholoma candoleanum + + + | + + + + (Fr.) Quel. | Lepista nuda (Bull.:Fr.) Cke. + + + | + + + + Trycholoma focale + + | + + + + (Fr.) Ricken | Collybia butiyacea + + + | + + + (Bul.:Fr.) Quel. | Helvella atra König. + + + + | + + + + + + Peziza badia Mer. + + + | + + + + + Peziza rufescens R. Sant. + + + + + | + + + + + Otidea onotica (Pers.) Fuck, + + | + + + Clitocybe geotrop (Bull.:Am.) + + | + + + Agaricus silvaticus Schaeff. + + | + + + + Inocybe fastigiata Schaeff. + + + + + | + + + Entoloma serriceum + + + | + + (Bull,:Mer.) Quel. | Amanitopsis vaginata + + | + + + + (Bull.:Fr.) Roze | Hevella elasttica Bull. + + | + + + Inocybe geohylla (Sow.:Fr.) + + | + + |__________________________________ Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 45 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 142• The data provided in the table 28 show that the rye in the experimental plot falls, according to the aforementioned classification, under the category of high mycotrophic plants. In the unit A, the difference in mycotrophity between RCW-treated plots and control plots is insignificant. It applies also to the three plots of the block B, i.e. treated with Quercus robur L. RCW, Robinia pseudoacacia L. RCW and Salix caprea L. RCW. In five other plots of the same unit the level of rye mycorrhization is much higher as compared to the control figures - by 14.0% ( Tilia cordata Mill.) and up to 48.2% ( Betula verrucosa Ehrh.). 143• Therefore, it’s too early to arrive at any conclusions based on the data obtained. Further thorough research is needed. In general the issue of mycotrophity is very complicated. Despite numerous studies, many problems remained unresolved, and the opinions are often contradictory. The influence of mycorrhiza on growth and yield of grain crops, rye included, requires further investigation; the RCW impact on intensity of mycorrhiza development in agricultural crops also should be studied thoroughly. TOTAL BIOLOGICAL ACTIVITY OF THE SOIL IN THE EXPERIMENTAL PLOTS 144• The general trend of the processes occurring in the soil can be described after analyzing the condition of separate micro-organism groups, their physiological characteristics and isolated species. We tried to do that in the previous sections of the report. However, the generalized indicators reflecting the intensity of soil biodynamics would be useful for the studies of soil. The data on soil breathing, its nitrification capacity and dehydrogenasic activity can be regarded as such indicators. (Gorodniy, Koylevich, Serdyuk et al., 1995; Mineev, 1989). Table 25. Species of macromycetes in the second experimental plot. (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Querqus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L.) Fungus Block I II II IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII Cyathus olla Pers. A ++ + ++ ++ + ++ + + ++ ++ + ++ ++ _______________ B + ++ ++ ++ ++ + ++ + ++ + ++ + ++_ Caprinus micaceus A + + ++ + + + ++ + ++ ++ + ++ + (Fr.) Bull. B + + + ++ + + + + ++ ++ + + +__ Caprinus cinereus A + + ++ + + + + + + + + (Fr.) S. F. Gran B + + + + + + + + ___ Caprinus A ++ + ++ + + + + + + + + + ++ atramentharius Fr. B + ++ + ++ + + ++ + + ++ + + +__ Hypholoma fasciculare A + + + + + + + + + (Huds.:Fr.) Kumm. B + + + + + + + + + + Peziza badia Mer. A + + + + + + B + + + + + + + + Peziza rufescens A + + + + ++ + ++ R. Sant. B + + + + + Lepista nuda A + + + + + + (Bull.:Fr.) Cke B + + + + + + + + Trycholoma focale A + + + + + (Fr.) Ricken B + + + + + __ Entoloma sericeum A + + + (Bull.:Mer.)Quel. B + + __ Inocybe geophylla A + + Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 46 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada (Sow.:Fr.) Kumm. B + + +_____ Agaricus silvaticus A + + + + Schaeff. B + + + + __ Pleurotus ostreatus A + + + (Jacq.:Fr.) Kumm B + + __ Marasmus oreades A + + + (Botl.:Fr.) Fr B + + + + __ Clitocybe geotropa A + + + (Bull.:St-Am.) Quel. B + + + + ++ Table 26. Number of micromycetes colonies isolated from the soil of rye rhizosphere in the first experimental plot, thousand /ha. (C-control, I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) Fungus Block A Bock B_____________ C I II III IV V VI VII VIII C I II III IV V VI VII VIII Cunninghamella 2 1 1 1 2 3 2 Lendner ____ Mortierella alpina 3 3 1 3 2 2 2 Peyronel. ____ Rhizopus arrhizus 1 1 1 1 1 1 Fiuscher ____ Fusarium gibbosum 4 5 5 3 6 App. Et. Wr. ____ Trichoderma 2 1 1 1 aureoviridae Rifai ____ Penicillium sp. 12 8 7 5 10 7 6 6 9 6 7 6 4 5 6 7___ Fusarium solani 5 5 5 6 5 8 5 3 8 6 4 8 2 (Mart.) App. Et. Wr. ____ Trichoderma 2 2 2 2 2 koningi Ouden ____ Acremonium 3 3 4 2 3 strictum Gans. ____ Absidia coerulea 1 6 1 Brain ____ Zygorhynchus 1 1 1 moelleri Vuill. ____ Trichoderma album 1 1 1 2 ____ Mortierella nana 4 1 2 2 1 1 Linnem ____ Trichoderma 1 1 2 1 2 2 3 viride Pers. Grau. ____ Acremonium murorum 3 1 (Corda) W, Gans. ____ Rhizopus oryzae 1 1 1 1 2 Went: Prins ____ Mucor hiemalis 1 1 2 Wehmer ____ Alternaria alternata 2 3 2 3 (Fr.) Keissl. ____ Absidia spinosa 1 2 1 1 Lender ____ Cladosporium herbarum 1 3 7 1 3 (Pers.) Kk i Grau. ____ Cunninghamella 4 1 1 2 1 echinatula ____ Fusarium 1 6 sporotrichiella ____ Cladosporium 1 1 1 1 1 6 2 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 47 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada cladosporioides ____ Mucor racemosus 1 1 1 1 1 Fres. ____ Aspergillus niger 1 1 1 1 V.Tiegh. ____ Fusarium oxysporum 1 1 Schl. ____ TOTAL 30 23 23 17 20 23 22 24 19 27 24 21 21 24 20 16 22 16__ Table 27. Number of micromycetes colonies isolated from the soil of rye rhizosphere in the second experimental plot, thousand /ha. (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Querqus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L., C-control) RCW species Block I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII C Rhyzopus oryzae A 1 1 1 1 1 Went.:Prins B 2 1 1 ___ Cunninghamella A 1 1 1 1 1 1 2 1 1 elegans Lendner B 1 2 1 ___ Acremonium A 4 1 5 5 3 strictum Gans. B 2 2 5 2 ___ Fusarium gibbosum A 1 2 5 3 2 5 1 App.Et. Wr. B 1 3 1 ___ Trichoderma A 2 4 2 2 2 Koningi Ouden B 3 2 1 1 ___ Penicilium sp. A 1 2 3 7 3 3 6 6 8 B 3 3 5 3 4 5 6 6 8 5 5 2 4 6__ Alternaria alternata A 2 3 (Fr.) Keissl. B 5 4 ___ Fusarium solani A 3 5 2 3 3 1 (Mart.) app. Et. Wr. B 2 1 3 2 3 4 3 3__ Trichoderma A 1 3 2 2 aureoviride Rifai B 2 2 ___ Mucor racemosus A 1 2 2 2 Fres. B 1 1 1 ___ Rhizopus arrhzus A 1 1 2 1 Fischer B 1 1 1 1 ___ Absidia soinosa A 2 Lendner B 2 ___ Acremonium murorum A 3 2 3 5 (Corda) W, Gans. B 1 1 2 1 3 4 3 1 ___ Fusarium oxysporus A 1 2 Schl. B 4 1 3 ___ Mortierella alpina A 1 2 2 1 Peyronel. B 1 2 1 1 1__ Rhizopus sp. A 1 1 B 1 1 ___ Trichoderma A 2 2 1 1 viride Pers. Grau. B 2 2__ Gliocladium A 3 varians B 3 5 ___ Mucor hiemalis A 1 1 1 1 Wehmer B 1 ______ Fusarium A 2 2 avenaceum B 1 ___ Absidia coerulea A 1 1 Bain. B 1 2 2 2__ Absidia glauca A 1 B 2 1 2 1 2 ___ Mortierella nana A 1 1 Linnem B 1 1 2 2 1__ Trichoderma A 3 1 1 1 2 1 album B 2 1 2 2 ___ Cunninghamella A 1 1 2 echinulata B 1 1 1 2 ___ Trichoderma sp. A 2 1 1 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 48 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada B 1 2 2 1 ___ Mortierella longicollis A 1 1 1 Dixon-Steward B 1 2 2 __ Trichoderma A 2 2 polysporum B 1 1 1 2 ___ TOTAL A 16 13 18 25 20 14 14 14 12 21 17 13 15 19 B 18 17 16 14 16 13 18 21 18 19 19 18 17 15_ Table 28. Dynamics of mycorrhizae-forming in winter rye in correlation with RCW types used. Block Tillering stage, infected roots Milk ripeness stage_ % point % point____ Control A 8,7 0,58 52,3 3,49 B 8,5 0,57 55,2 3,68 Quercus robur L. A 7,8 0,52 55,4 3,69 B 7,5 0,50 58,3 3,89 Robinia pseudoacacia L. A 9,4 0,63 57,8 3,85 B 10,2 0,68 55,1 3,67 Acer platanoides L. A 10,4 0,69 53,4 3,56 B 9,3 0,62 69,3 4,62 Betula verrucosa Ehrh. A 8,6 0,57 56,1 3,74 B 9,7 0,65 81,8 5,45 Populus tremula L. A 10,3 0,69 54,7 3,65 B 9,4 0,63 69,5 4,65 Tilia cordata Mill. A 6,5 0,43 49,8 4,13 B 11,6 0,77 62,9 4,19 Salix caprea L. A 5,8 0,39 50,6 3,37 B 6,2 0,41 58,6 3,91 Corylus avellana L. A 7,6 0,51 58,9 3,93 B 6,2 0,41 71,7 4,78____ 145• Lately, biological activity of the soil has been described by the amount of aminoacids synthesized on a linen cloth placed in the soil. The more aminoacids are created in a given period of time, the more active soil microflora is. The formation of aminoacids (and proteins) takes place as a result of metabolism of cellulose-splitting micro-organisms and saprophytic micrflora. The presence of aminoacids is established with the help of chromatographic developers. ( nynhydrine, bromine phenol etc.), while their amount - with the help of colorimetry; it enables us to express the soil activity in quantitative terms. This method for establishing the biological activity of the soil was also used in the present research. ANALYSIS PROCEDURE 146• The glass plates 10x30 cm carefully washed in the chrome mixture were covered with white cambric. Then they were put into the ground in a vertical position, so that the tissue would fit closely to the ground dug 30 cm deep. The other side of the plate was covered with soil (all the preparatory operations were performed in rubber gloves). After 10 days the plates were removed from the ground, the tissue was taken of off them, and the portion adjacent to the ground wall cut out. This piece of tissue with the soil on it was carefully dried in the open air, and, after that, the soil was brushed off it. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 49 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada 147• Dried and cleaned tissue was sprayed with 5% nynhydrine solution in the acetone and then dried in the room temperature for 24 hours. After that spots of aminoacids appeared on the tissue, enabling us to make conclusions about microbiological activity of isolated soil samples. 148• To get better idea about the intensity of coloring in various linen layers, developed by nynhydrine, the colorimetric method was used. The tissue was cut into ribbons, which were treated with 75% ethanol up to thorough decoloration. The extract was dissolved to the full volume, and then relative intensity of extract coloring taken from the same ribbons was defined. 149• The results of the total biological soil activity research in the plots are given in the table 29. 150• As expected, this indicator was higher than the control figure in all the plots without exception. It as typical for both experimental plots that indicators’ values are higher in the plots of the block B as compared to the plots of the unit A. Only two plots from the second experimental site were exceptions to this general tendency (treated with Robinia pseudoacacia L. RCW and Tilia cordata Mill. RCW). 151• In the first experimental device the highest indicator of the total biological activity of the soil in the block A was registered in the plot treated with Populus tremula L. RCW. Somewhat lower value was observed in the plots with Quercus robur L. RCW and Salix caprea L. RCW. In the block B of the same plot the best results were obtained in the sites treated with Acer platanoides L. RCW, Salix caprea L. RCW and Populus tremula L .RCW. The lowest value of the analyzed indicator was shown in the plots with Betula verrucosa Ehrh. RCW in both units. 152• Certain plots of the second experimental device have shown more or less the same value of the total biological activity of the soil as the plots of the first site. In some plots it was lower. The highest values of the second plot indicators are much higher than respective values of the first plot. In the unit A the highest indicator of the biological activity of the soil was registered in the plot with Betula verrucasa Ehrh. RCW. The indicator from the plot with Carpinus betulus L. RCW is insignificantly different. in the rest of the experimental plots this indicator is somewhat lower. In the unit B of the second experimental plot the highest indicator was observed in the plot treated with Carpinus betulus L. RCW. The less significant increase in biological activity was registered in the plot with Acer saccharinum L. RCW in the unit A, and in the plot with Alnus glutinosa Gaertn. RCW - in the block B. 153• Therefore, the total biological activity of the soil has increased substantially in the experimental plots after treating them with RCW. It is a natural phenomenon, preconditioned, as shown above, by the increase in composition and number of macromycetes, micromycetes, other microbes, mesofauna etc. It resulted in a significant improvement of the soil characteristics and its fertility as confirmed by the crops harvested in the experimental plots. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 50 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada CONCLUSION 154• Under the program in the frame of Gilles Lemieux’s project (Forestry Department, Laval University, Québec, Canada), in the current year the research has been carried out in the two experimental plots of Boyarska forest experimental Station. The first plot was founded in March 1997 (RCW without foliage was introduced into the soil), the second - in September same year (RCW with foliage was used). In the first plot RCW of 8 hardwood species was studied, in the second - RCW of 13 species. The results of the experiment were evaluated with the help of plant test (winter rye was grown in the plot during the current year) and by the soil condition. 155• Observations of growth, development and sanitary condition of rye crops were started on May 11 and repeated every 7 days till the end of vegetation period. It was established that rye crops in the first experimental plot have shown better results in their growth and development. Obviously, it happened because of the improvement of soil conditions due to RCW decomposition. The plants were the tallest in the experimental plots treated with hardwood RCW (Acer platanoides L., Robinia pseudoacacia L. Quercus robur L.). Better results were obtained in the plots of the block B where small portions of forest litter were introduced alongside with RCW. We obtained much poorer results in the second experimental plot, which is only natural, because too little time was available since introducing RCW. In the first half of vegetation period some plants were affected negatively by RCW of certain species with foliage 9 about 1/3). Later on, the situation somewhat improved and quiet good results were obtained. Table 29. Total biological activity of the soil in the experimental plots (M). Experimental plot 1. Analysis (N) Block A Block B M % to control M % to control Control 4 0,95 -- 0,101 --- Quercus robur L. 2 0,134 141,4 0,157 155,5 Robinia pseudocacia L. 2 1,129 135,8 0,148 146,5 Acer platanoides L. 2 0,125 131,6 0,167 165,4 Betula verrucosa Ehrh. 2 0,118 124,2 0,136 134,7 Populus tremula L. 2 0,139 146,3 0,161 159,4 Tilia cordata Mill. 2 0,124 130,5 0,145 146,5 Salix caprea L. 2 0,132 139,0 0,164 162,4 Corylus avellana L. 2 0,128 134,7 0,142 140,6__ Experimental plot 2 Analysis (N) Block A Block B M % to control M % to control Control 6 0,086 -- 0,090 --- Quercus rubra L. 2 0,119 138,4 0,137 152,2 Carpinus betulus L. 2 0,162 188,4 0,198 220,0 Robonia pseudoacacia L. 2 0,166 193,0 0,149 165,6 Corylus avellana L. 2 0,135 157,0 0,156 173,3 Salix caprea L. 2 0,110 127,9 0,125 138,9 Betula verrucosa Ehrh. 2 0,145 144,2 0,139 154,4 Populus tremula L. 2 0,117 136,1 0,130 144,4 Alnus glutinosa Gaertn. 2 0,105 122,1 0,116 128,9 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 51 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Tilia cordata Mill. 2 0,143 166,3 0,129 143,3 Quercus robur L. 2 0,119 184,4 0,134 148,9 Acer saccharum Marsh. 2 0,108 125,6 0,125 138,9 Acer negundo L. 2 0,104 120,9 0,133 147,8 Acer platanoides L. 2 0,111 129,1 0,127 141,1__ 156• Phytosanitary condition of rye crops in all the experimental plots was, in general, satisfactory. No considerable damage of plants by pests or pathogenic organisms was recorded. The use of correct agrotechnical methods in plant-growing, and, in particular, timely and proper care, contributed to the fact. That’s why it was not feasible to trace the correlation between the sanitary condition of the crops in various plots and use of RCW. Specific composition of mesofauna in experimental plots, soil mesofauna included, is relatively poor, which can be explained by low soil fertility. Comparison of mesofauna in specific plots has shown that in the first experimental site the intensive decomposition of RCW, improvement of soil conditions, the specific composition has somewhat increased as compared to the previous year. 157• The analysis of the rye crops harvested in the experimental plots has provided the best proof of the efficient impact of RCW on the soil fertility. It applies, first of all, to the experimental device n° 1. The results obtained this year were much better than those obtained in the previous year. The grain crops were by 45.0% larger as compared to the control plot, and straw crops - by 17.5%. It is typical for the two years of experiment that better results in both units are obtained in the plots treated with hardwood RCW. The results registered in the block B are somewhat higher than those in the unit A. positive tendencies as to the amount of test plant crops were also recorded in the second experimental plot. 158• Administering RCW contributed to the increase of the amount of absolutely dry matter in various parts of the studied plants, i.e. in the roots, straw and grain. It is typical that highest values occur in RCW-treated plots with the best straw and grain crops. Once again, somewhat better results were noted in the experimental plots, where small portions of fertile forest litter from the upper layer were introduced alongside with deciduous RCW. 159• The analysis of qualitative indicators of rye crops (mass of 1000 grains, grain unit, protein content) has shown that they have considerably improved after introducing RCW. Better results were obtained in experimental device n°1, where RCW started to decompose intensively. The quality of the test plant grain was also better in the plots treated with hardwood species. Small addition of forest soil (plots of unit B) had also positive impact on the quality. Thus, RCW caused the improvement of both qualitative and quantitative characteristics of the crops. 160• Under the RCW influence chemical and physical characteristics of the soil have improved significantly, especially in the experimental device n° 1. Thus, the content of humus, organic matter, hydrolyzed nitrogen, moveable phosphorus, exchangeable calcium, magnesium etc. in the soil has increased considerably. The majority of indicators have shown better values in the RCW-treated plots of the unit B as compared to the similar plots in the unit A. Certain improvement of Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 52 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada agrochemical characteristics of the soil was also registered in the majority of plots in the experimental device n°2. 161• The sanitary condition of the rye crops in the experimental devices is unsatisfactory. Same applies to the majority of crops in many oblast’s of Ukraine. Phytopathogenic fungi affect almost all the grain. It is caused, first of all, by the weather conditions during vegetation period. They happen to be most favourable for the development of pathogens. The situation with the sanitary condition of the grain was more or less the same in the previous year. It prevented us from analysing RCW impact on grain damage caused by micromycetes. 162• In the course of our research, we paid special attention to the increase of biological diversity as the essential factor of soil improvement. As expected, RCW contributed to the increase of fungi diversity, first of all, in experimental device n°1, where active RCW decomposition started. It is typical for both devices, that the overwhelming majority of the macromycetes belong to the class of basydial fungi. They, as the “first settlers” in RCW, direct the process in the desired trend. The arable layer of soil is also rich in specific composition of micromycetes. 163• The winter rye in the first experimental plot evaluated by the level of mycorrhization, belong to the group of high mycotrophic plants. The data obtained on mycorrhiza in the current year, are not sufficient to draw any conclusions. Further profound studies of this issue, and, in particular, of RCW influence on the intensity of mycorrhizae development in the crops, are needed. 164• The intensity of soil biodynamics in the experimental plots is in general characterized by the indicator of the total biological activity of the soil. It is quite natural that this indicator is higher than control figures in all RCW-treated plots without exception. It is typical for both sites, that the indicators in the unit B plots are higher than those in the unit A. 165• Therefore, generalising the data concerning RCW impact on soil fertility for the current year, we can draw a preliminary conclusion as to the efficiency of the developed technology. The final conclusions will become possible only after the completion of the whole experiment in the years to come. LITERATURE Anonymous (1975) Ennemies of Agricultural Crops and Trees Plantations (Edited by V.P.Vasilev). — Kyiv: Urozshaj, 1973-1975. Vol. 1-3. Anonymous (1976) «Life of Plants». Vol.2. Mushrooms. —Moscow: Prosveshenie, 479p. Anonymous (1979) «Atlas of Soils of Ukrainian USSR (Edited by N.K.Krupskij and N.I.Polupan). — Kyiv: Urozshaj,. — 160 p. Anonymous (1982) «Methods of Experimental Mycology». Edited by Bilaj V.I.: Reference book Kyiv: Naukova Dumka, 1982 551p. 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Soil classification by humus content (after Tyurin) Humus content Colour in the cartogram Indicators Very low red 0-20 Low orange 2,1-4,0 Avererage yellow 4,1-6,0 Hightened green 6,1-8,0 High light blue 8,1-10,0 Very high blue > 10,0___ Table 2. Type of soils by acidity and alkalinity Level of acidity or alkalinity Colour in the cartogram Values___ Very high acid dark green <4,0 High acid dark red 4,1-4,5 Average acid red 4,6-5,0 Low acid orange 5,1-5,5 Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 57 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Close to neutral yellow 5,6-6,0 Neutral light green 6,1-7,0 Low alkaline blue 7,1-7,5 Average alkaline dark blue 7,5-8,0 High alkaline brown > 8,5_____ Table 3. Soil classification by slightly hydrolyzed nitrogen after Cornfield (mg/kg of soil) Nitrogen content Values____________________ Very low less tha n 100 Low 101-150 Average 151-200 Hightened more than 200_______________ Table 4. Soil classification by the mobile phosphorus and potassium content after Kirsanov (mg/kg of soil) Element content Phosphorus Potassium______ Very low less than 20 less than 40 Low 21-50 41-80 Average 51-100 81-120 Hightened 101-150 121-170 High 151-250 171-250 Very high more than 250 more than 250___ Table 5. Soil classification by exchangeable calcium and magnesium content (Mg-eq/100 g of soil) Element content Ca++ Mg++__________ Very low 0-2,5 0-0,5 Low 2,6-5,0 0,6-1,0 Average 5,1-10,0 1,1-2,0 Hightened 10,1-15,0 2,1-3,0 High 15,1-20,0 3,1-4,0 Very high more than 20,0 more tha 4,0_____ Table 6. Soil classification by exchangeable manganese and sum of adsorbed bases Element content Mn, mg/kg of soil Sum of absorbed bases, Mg-eq/100 g soil Very low Less than 15 Less than 5 Low 16-20 5,1-10,0 Average 21-30 10,1-15.0 Heightened 31-45 15,1-20,0 High 46-75 20,1-30,0 Very high 76-100 more than 30___________ APPENDIX N° 2 LIST OF AUTHORS _______________________________________________________________ 1 Chervonyj Project manager, head participated in all stages of A. Ye of laboratory in research, processed the data Boyarska Forestry Syation compled the annual report Cand. of Biology Sci _________________________________________________________________________ 2 Fouchilo Senior research assoc. worked on sections: rye crops Ya. D. Boyarska Forestry growth analysis. mesofauna in Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 58 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Station Cand. of Agric. Sci. experimental plots, rye crops research analysis of soil conditions ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 Radchuk M.F Senior research assoc., worked on sections: pests and and Boyarska Forestry diseases of rye crops, mesofauna Station Cand of Agric. studies, rye crops research Sci. analysis of soil conditions ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 Grinchenko Senior research assoc. participated in the project Boyarska Forestry Station implementation: equipment and Cand,. of Agric. Sci. experimental plants supply agrochemical soils studies _________________________________________________________________________ 5 Rybak, V.O. Senior research assosc. participated in the project Boyarska Forestry implementation: equipment and Station, Cand.of Agric. Sci. experimental plants supply forestry issues. _________________________________________________________________________ 6 Ellanska, I.O. leading research assoc. participated in microbiological Institute of Microbiology research. viz. macromycetes and Virology, National micromycetes, mycorhiza, and Academy of Sci. Cand of sanitary condition of grain. Biological Science ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7. Padiy Leading research assoc. participated in research rye crops National Agrarian University crops sanitary condition mesofauna University Professor studies ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------- 8. Svyridenko, V. I. Research assoc. participated in fied research Boyarska Forestry during plant's gowth period, i.e. studies Station on pests, rye crops diseases, mesofauna, rye yields _________________________________________________________________________ 10 .Dushar, B.I. Senior research assoc. Agrochemical soil investigations Boyarska Forestry microbiological analysis Station investigation of sanitary rye conditions _________________________________________________________________________ 11. Sosnovskij E.V. Junior research assoc. Plant growing observations. Pests Boyarska Forestry diseases research. Quantitative and Stations qualitative yield analysis. _________________________________________________________________________ 12. Lyannykh Senior lab. assistant participated in all stages of the research Boyarska Forestry Station _________________________________________________________________________ APPENDIX N° 3 ACRONYMS RCW Ramial Chipped Wood M Mean value of random variable = Valeur moyene d'une variable aléatoire Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 59 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada m Error of mean value= l'erreur de la valeur moyene s Mean square deviation =Déviation standard V Variation factor =Facteur de variation P Precision of mean value =Précision de la valeur moyenne °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° APPENDIX N°4 _Dynamics of rye growth on experimental device n°1________________________________ _____________________________________Block A______________________________ _____________________May 5 May 18 May 25 June 1 June 8 June 15___ Control 32,22 43.3 69,11 94,75 101,94 101.94 Quercus robur L. 39,51 50,81 76,44 102,32 108,81 108,81 Robinia pseudoacacia L. 41,93 54,3 78,9 104,32 112,09 112,09 Acer platanoides L. 44,93 57,43 86,21 110,2 114,78 114,78____ _____________________________________________Block B______________________________ Betula verrucosa Ehrh 35,75 49,26 73,41 98,94 101,64 106,64 Populus tremula L. 37,75 48,28 73,77 101,63 109,24 109,24 Tilia cordata Mill. 37,06 47,03 73,33 100,68 109,62 209,62 Salix caprea L. 34,56 46,3 71,07 98,03 107,96 107,96 Corylus avellana L. 30,5 42,06 70,59 96,78 103,17 103,17 Control 33,21 44,62 72,02 97,06 104,11 104,11 Quercus robur L. 42,08 57.04 78,96 102,48 118,21 118,21 Robinia pseudoacacia L. 40,3 54,36 81,8 104,36 119,5 119,5_____ ___________________Dynamics of rye growth on experimental device n°2________________ _____________________________________Block A______________________________ May 5 May 18 May 25 June 1 June 8 June 15____ Control 31,75 42,01 66,79 91,09 97,98 97,98 Quercus rubra L. 28,09 31,97 51,78 83,14 91,27 91,27 Robinia pseudoacacia L. 33,7 45,09 68,95 96,02 101.17 101,17 Corylus avellana L. 25,7 30,32 41,21 70,06 76,22 76,22 Salix caprea L. 23,32 29,51 41,68 71,13 78,66 78,66 Betula verrucosa Ehrh. 26,53 32,61 49,21 80,32 90,34 90,34 Populus tremula L. 24,4 28,49 38,8 73,21 81,3 81,3 Alnus glutinosa Gaertn. 28,78 33,79 46,88 75,81 81,7 81,7 Tilia cordata Mill. 26,74 34,77 50,11 81,32 87,66 87,66 Quercus robur L. 32.86 43.9 73,34 98.08 103,65 103,65 Acer saccharinum L. 29,5 36,7 58,61 89,39 96,00 96,00_____ ____________________________________________Block B______________________________ Control 32,04 44,10 69,89 93,88 100,09 100,09 Acer negundo L 30,04 40,49 71,85 94,10 99,49 99,49 Acer platanoides L. 35,55 43,14 64,05 93,13 98,81 98,81 Quercus rubra L. 33,54 45,12 69,06 98,64 109,63 109,63 Robinia pseudoacacia L. 35,48 51,49 76,81 102,11 112,11 112,11 Corylus avellana L 30,68 39,95 55,44 90,33 94,92 94,92 Salix caprea L. 23,26 30,15 46,00 78,16 84,14 84,14 Betula verrucosa Ehrh. 25,92 32,11 51,30 88,04 93,21 93,21 Populus tremula L. 24,05 31,20 47,93 80,64 85,91 85,91 Alnus glotinosa Gaertn. 25,51 33,70 49,60 84,33 91,28 91,28 Tilia cordata Mill. 27,20 40,34 65,47 91,32 96,76 96.76 Quercus robur L. 30,04 42,38 65,43 101,21 111,26 111,26____ Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 60 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada APPENDIX N° 5 -A proposdal to IDRC- Ramial chipped wood experiment in Ukraine Kiev, May 1996 Introduction This project deals with the enhancement of soil in the framework of a sound ecological and economical managemenmt of the environment, namely agricultural, with relation to the forest will be helped by IDRC financial and scientific assistance from Laval University, Québec, Canada. As defined by: «The hidden world that feeds us: the living soil» 6 and IDRC ukrainian translation of «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel» 7 , this project will deal with the utilization of ramial wood from branches having less than 7 centimeters in diameter, chipped and added to soil for upgrading purposes, in order to achieve permanent forest soil without trees for agriculture needs. The following text defines the guidelines by which this project achieves goals which both have recognized. The guidelines shall not be percieved as formal constraints but wether as ways to achieve a clear understanding on mechanisms involved that will support a clear scientific understanding of the whole process. In a few word, the method of using RCWs for soil enhancement is based on depolymerization of native lignin closely associated with numerous chemical nutrients of branches, where on wich, photosynthesis is taking place. Chipped and mixed with the first 10 cm of the soil, these RCWs are completely metabolized and incorporated into the trophic web, the base for fertility and productivity, through the soil structuration processus and maintenance. During negociations, both parties have recognized that the type of lignin of Dicotyledonous plants, namely trees, is best suited for soil structure and fertility enhancement. 6 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Université Laval», publication no. 59. March 1996, 55, pages, ISBN 2- 921728-15-X and its english language translation: «The hidden world that feeds us: the living soil» IDRC and Laval University. 49 pages ISBN 2-921728-17-6. 7 Laval University and the Canadian International Development Agency (CIDA), October 1995, 26 pages ISBN: 2-921728-13-3. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 61 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada A- Tree species to be used as RCWs The following species have reached a concensus upon their use as RCWs. It was impossible to make a complete survey of forests in Ukraine, therefore, the following species are recommended to be used as chipping material. a) Linden (basswood) )Tilia sp, T. europaea, T. platyphyllos) b) Acacia (Robinia pseudo-acacia) c) Poplar (Populus tremula) d) Birch (Betula verrucosa) e) Oak (Quercus pedunculata) f) Maples (Acer platanoides, A. negundo, A. saccharinum) g) Horse Chestnut (Aesculus hippocastanum) h) Pine (Pinus silvestris) B- Chipping techniques Branches of species to be used as listed must have less than 7 centimeters in diameter. Automn and early winter trials will take place with branches only, leaves having been shed. If a springtime experiment is to take place, leaves should remain and shredded with the twigs. Chips must not be longer than 10 cm long. Two types of chippers can be envisaged. The first one is a wood chipper using many rotative knives or two attached to a large flywheel. The second type called hammer mill deals with hammers and an appropriate sieve without any knives. Chipps from this device are more uniform but rather smaller 8 . The smaller are the chipps, the more attention should be paid to prevent rapid fermentation that will deplete the quality of RCWs. C- Immediate transportation and spreading In order to avoid loss of quality of RCWs, immediate spreading on soil surface should be favored. It is important for Basidiomycetes to colonize in the first place, not bacteria, making lignin depolymerization possible. If chipping is taking place during the fall or the winter time, bacterial fermentation is less likely to occur, leaves having been shed and mean temperatures lower. 8 In the Domincan Republic we are using an hammer mill chipper built in Italy One has been purchassed for about 1000.00$ from BCS America Inc. P.O. Box 1739, Matthews, North Carolina 28105, USA, tel. 1-800-873-1913. It is the Free-Standing-BIO 100 with a 8 HP Briggs and Stratton motor. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 62 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada D- Site outline and surface The agreed on experimental site is less than one hectare wide. Since we deal with a no tilling practice. This surface will be properly chesel harrowed. This site was not identified on the field, but it will be in the Kiev vicinity. It will be divided in groups of four plots as described below. E- Plots size and characters. Each RCW species to be tested will be given four 15m 2 (3x5) plots.All required observations and measurements should take place on the central four square metres in order to avoid border effects. The amount of RCWs to be spread over each plot, should not exceed 2 centimeters thick. Plot A - It will recieve on top of RCWs 150 grams of good forest top soil in order to assure the presence of Basidiomycetes and some other microbiologic forms of life, Plot B - Only 2 centimeters of RCWs to be spread over. Plot C - Only 2 centimeters of RCWs to be spread over. Plot D - Check plot. F- Preparation of plots Fresh RCWs will spread under the form of a layer not exceeding 2 centimeters thick as stated earlier. It will be immediately mixed with the 10 top centimeteers of the soil. This mixing process is to ensure proper "infection" of RCWs by Basidiomycetes necessairy for the enhancing process to take place. For each tree species to be tested, 2 cubic meters of RCWs will be required in order to cover the three 15m 2 plots excluding the control plot. G- Using a test plant for assessment In order to understand the processus of enhancement, parameters have to be obedrved and measured. Since results will appear on various variables of both plant and soil, a cultivated species must be used to assess results on the short run while long term modifications will be noted on the soil itself. Since this type of experiment is to enhance the quantity and the quality of crops with regard to a sound economy and quality of the environement one cultivated species is likely to be used in order to understand and get figures from yields and crops. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 63 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada We have agreed upon the choice of potato (Solanum tuberosum) as the test plant for this set of experiments. Tubers should be planted immediately after RCWs application. It is very important not to apply any nitrogen fertilizer even if foliage turn yellowish for a shord period. This temporary shortage will corrected by the soil itself and will not be harmful to the plants 9 Some pesticides ar likely to be needed in order to control potato beetle. H- Assessment of plots during the growing period Most observations will be made at different stages in the growth cycle of the potatoes. They should be expressed by date after plantation time. 1) One of the parameters to be measured regularly will be the height of plants, every week. 2) Notation of vigor or weakness of plants should be noted as well as changes in foliage color. 3) Presence or total absence of a parasites is also to be taken into account carfully as well as fungus diseases like mildew. 4) Measuring the size of stems at the cropping time is a good sign of vigor that can be corellated to tuber production as we already noticed time and again. 5) Together these data will help assessing the growth pattern in both, test and check plots as well as assessing the quality of health of the plants. I- Cropping At this time data is collected which shows the success or failure of the experiment: a) On every plot, leaves and stems will be collected and dried, in order to get their dry matter content. b)The number of tubers by plant is to be counted and weighted. c) Sanitary conditions of tubers are to be assessed d) Root system is also to be assessed. It will be collected for dry weight measurement. Great care should be paid to recognize possible root parasites such as nematodes. e) Sclerotia of Sclerodermia sclerotinum should be carefully counted on the potato tubers. f) If possible, an evaluation of storage life should take place on the long term, in order to compare different RCWs' tree species action. g) Flavor should be tested to characterize the enhancement of organoleptic characteristics. 9 Guay, E., Lachance, L. & Lapointe A. ((1982) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère des Terres et Forêts du Québec, 77 pages ISBN 2-550-21339-4 pub. nº ER89-1212. Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 64 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada J- Microfauna and microflora first assessment From soil samples, microfauna should be evaluated with the method of using light and funnels directed to alcohol trap. Identification of groups if not species should be made. Most important groups are Lumbricidae, Acarians, Collembolans, etc. Basidiomycetes 10 being the most important and active biological element. identification of species involved is of some concern to enhancement mecanisms of soil. Nevertheless, some problems can occur when other fungus groups are involved in the first place such as Actinomycete, and Ascomycetes. A clear interpretation of results will be eased by proper identifications. One of the most important source of nitrogen, if not the most important is from a non symbiotic source due to some bacteria enzymatic activity. These bacterias should be assessed and identified in the roolets vicinity as well as around the mycelium of mychorizae or not. This has to be in relation with mychorizae which also have to be assessed many species being Basidiomycetes themselves. With regard to mesofauna, some special attention has to paid to earthworms 11 population and species involved. They are of a prime importance for breaking the tanin-protein complex and other polyphenolic compounds 12 K- Chemical soil analysis Since soil chemistry is well known to Ukraine for a long time, there not very much to say about but to remind that differences will be appear between different RCWs. Nevertheless, this need should be emphasized with regard to C/N ratio, available phosphorus and potassium and Ca, Al, Fe, Mn, Zn, and Cu 13 L- Physical characteristics The organic matter content of soil shoud be measured carefully evnent if its interpretation can mean many things we hardly undersatand untill now. It has some relation with lignin depolymerization and the kind of polyphenols involved at the time being. It reflects the kind of pedogenetic processus we are dealing with. 10 Dommergue, S.Y et Mangenot, F. (1970) «Écologie microbienne du sol» - Eriksson, K.E., Blanchette, R.A. & Anderson, O, (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components» - Kirk, T.K. & Fenn, P. (1982) «Formation and action of the ligninolitic system in basidiomycetes». - Rayner, A.D.M. & Boddy, L. (1988) «Fungal decomposition of wood: its biology and ecology. 12 Davies, R.L. (1971) « Relation of polyphenols to decomposition of organic matter and to pedogenetic processes» - Harborne, J.B (1995) «Plant polypenols and their role in plant defence mechanisms» - Haslam, E. (1995) «Complexation and oxidative transformation of polyphenols». 13 Lemieux, G. & Furlan, V. (1996) «Protocole d'essais pour l'utilisation des bois raméaux fragmentés» Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 65 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Much attention should be paid in the change of soil color. It should turn to dark brown, darker than 14 the check plot. Turning into a black color, means a bad evolution of carbon towards peat. It leads to lower productivity levels. Water stable soil aggregates should improve. A first evaluation should be made at the end of the first season in order to compare with the non water stable ones. If irrigation has to take place, great attention should be given to differences apparearing between treated and non treated plots (check plots) Using large amount of water may cause a temporary lack of oxygen stopping completely the depolymerizing processus and therefore, the whole pedogenetic one. Comparative observations should be made with regard to soil texture and structure. In both cases whether soil being too heavy or too light texture and structure should improve rapidly. Variations of soil salt solution must be monitored every month during the growing season for the two first years. M- Physico-chemichal characteristics At first, pH measurement should take place using standard pHmeters in soil and water. Samples have to be collected from the ten top centimeters of soil and every month during the growing season. Il will give some data upon the evolution of carbon, aluminum, iron and calcium. Treated and control plots must be measured simultaneously. COMMENTS Results to be expected are not likely to appear the first season. There will be some increase in yield that can vary greatly, depending on the kind of response to be given by fungus Basidiomycetes. The depolymerizing processus will give birth to different polyphenols. Nevertheless, important positive changes will take place the second year after when lignin oligomers will be broken into monomers. Action is due to a special enzyme called lignoperoxidase (Mn ++ ) 9 . It is responsible for the production of both fulvic and humic acids, the basis for pedogenesis in building soil aggregates associated with extra cellular polysaccharids (ECP) 10 , produced by soil fungus. 14 Leisola, M.S.A. & Garcia, S. (1989) «The mechanisms of lignin degradation» Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 66 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada EXPERIMENT TO BE REPEATED It is imperative that this experiment to be pursued the second year without adding more RCWs by planting an other crop of potatoes. Most RCWs nutrient will be then available, new soil structure, an increased productivity, and fundamental changes in the polyphenol kinds. The soil will be then a forest soil for agricultural purposes. Characteristics noticed the first year, will be greater and stable the second year. Nevertheless, we have experienced important impact for the first five years after treatment. Afterward, the influence decreases. For this reason, small quantities of RCW should be applied every two years at a rate varying from 25 to 50m 3 /ha. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Research Progress Report... Anatolij Chervonyj, Kyiv, Ukraine, 1998 67 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec, Canada Publication nº 106 April1999 Coordination Group on Ramial Wood LAVAL UNIVERSITY Department of Wood and Forestry Sciences Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA e.mail
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 local 2837 ISBN 2-921728-49-4 UNIVERSITÉ LAVAL IacuIló do Ioroslorio ol do Góomaliquo Département des 5ciences du Bnis et de Ia Fnrêt Conseil des des Ministres d'Ukraine Université Agricole Nationale d'Ukraine Station Forestière Expérimentale de Boyarska snus Ia cnmmandite Centre de Recherche en DéveInppement InternatinnaI Ottawa, Canada «Rapport d'étape sur la technologie des BRF, utilisant le seigle (Secale cereale) comme référence pour les années 1997-98» par le Dr. Anatoliy Yevhenovych Chervonyj Station Forestière Expérimentale de Boyarska Ukraine traduction et adaptation de l'anglais par le PROFESSEUR GILLES LEMIEUX avec la collaboration de Chantal Hamel, Lionel Lachance et R. Alban Lapointe mai 1999 PubIicatinn n° 107 2 IÊME éditinn mars 2002 ódiló par Io Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc, Quóboc G1K 7I4 Canada Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Table des matières Préambule Ι Introduction 1 Les conditions sanitaires des grains de seigle après entreposage 1 ENSEMLE DES ÉTUDES DURANT LA CROISSANCE DU SEIGLE 3 Insectes et maladies 4 Scarabidés, Élatéridés et Noctuidés 5 Les caractéristiques de la mésofaune des parcelles expérimentales 8 La récolte du seigle et son étude 10 Les contenus en matière sèche 15 L'analyse de la qualité des grains de seigle 18 L'ANALYSE DE L'IMPACT DES BRF SUR LE SOL 25 Les variations du pH 27 L'azote assimiable 28 Le phosphore assimilable 29 Le potassium assimilable 31 Le manganèse échangeable 32 Le calcium échangeable 32 Le magnésium échangeable 33 Les électrolytes 33 L'ÉTAT SANITAIRE DES GRAINS DE SEIGLE DANS LES PARCELLES 36 LA DIVERSITÉ BIOLOGIQUE DES DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX 36 Le micromycètes 38 Les mycorhizes du seigle d'hiver traité aux BRF 38 L'ACTIVITÉ BIOLOGIQUE TOTALE DANS LES PARCELLES EXPÉRIMENTALES 40 Le protocole d'analyse 42 CONCLUSIONS 44 BIBLIOGRAPHIE 45 LES TABLEAUX et figures Tableau n°1 Grains de seigle endommagés par des fungus pathogènes après la récolte évalués en % 2 Tableau n°2 Dommages causés aux grains de seigle après entreposage 4 Figure n°1 Distribution des parcelles du dispositif n°1 établi en mars 1997 5 Figure n°2 Distribution des parcelles du dispositif n°2 établi en septembre 1997 6 Tableau n°3 Valeurs moyennes du seigle affecté par les insectes et le maladies du dispositif n° 6 Tableau n°4 Valeurs moyennes du seige affecté par les insectes et les maladies du dispositif n°2 7 Tableau n°5 Les espèces de la faune du sol du dispositif n°2 10 Tableau n°6 Liste et fréquence des invertébrés des trappes de Barber 11 Tableau n°7 La récolte du seigle sur les deux dispositifs expérimentaux 13 Tableau n°8 Les rendements en pailles des dispositifs expérimentaux 14 Tableau n°9 Nombre de plants au m 2 des dispostitifs 1 et 2 16 Tableau n°10 Contenu en matière séche du système racinaire du seigle 17 Tableau n°11 Contenu en matière sèche de la paille 19 Tableau n°12 La teneur en matière sèche des grains de seigle 20 Tableau n°13 Le poids de 1000 grains de seigle 22 Tableau n°14 Le poids de grains de seigle en volume d'un litre 23 Tableau n°15 Le contenu en protéine des grains de seigle 24 Tableau n°16 Contenu total en substances humiques ainsi que le pH du dispositif n°1 26 Tableau n°17 Contenu total en substances humiques ainsi que le pH du dispositif n°2 28 Tableau n°18 Azote hydrolysé, potassium assimilable et manganèse échangeable du dispositif n°1 29 Tableau n°19 Azote hydrolysé, potassium assimilable et manganèse échangeable du dispositif n°2 30 Tableau n°20 Le calcium, le magnésium échangeable et les électrolytes totaux du dispositif n°1 34 Tableau n°21 Le calcium, le magnésium échangeable et les électrolytes totaux du dispositif n°2 34 Tableau n°22 Les pertes occasionnées par les micromycètes dans le dispositif n°1 36 Tableau n°23 Les pertes occasionnées par les micromycètes dans le dispositif n°2 37 Tableau n°24 Les macromycètes du dispositif n°1 38 Tableau n°25 Les macromycètes du dispositif n°2 39 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Tableau n°26 Colonies de micromycètes isolées de la rhizosphère du seigle du dispositif n°1 41 Tableau n°27 Colonies de micromycètes isolées de la rhizosphère du seigle du dispositif n°2 42 Tableau n°28 Dynamique de la mycorhization en corrélatation avec les BRF du dispositif n°1 43 Tableau n°29 L'activité biologique moyenne des parcelles du dispositif n° 45 ANNEXE N°1 PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL DESTINÉ À L'UKRAINE 49 Caractéristiques pédogénétiques du matériau 49 Sources et qualité 49 Mécanismes et fonctinnement du 49 Les résulats différés: mécanismes et raisons 50 Les paramètres qui seront modifiés 50 Cahier des charges: première option 51 L'approvisionnement en rameaux 51 Les parcelles 52 Préparation du 52 Période d'épandage 52 Les évaluations 52 Cahier des charges: seconde option 53 ANNEXE N°2 CLASSIFICATION DES MÉTHODES D'ÉVALUATION DES SOLS (STANDARDS URSS) 55 Tableau n°1 Le contenu en humus des sols 55 Tableau n°2 Le pH 55 Tableau n°3 L'azote hydrolysé 55 Tableau n°4 Le phosphore et le potassium assimilables 55 Tableau n°5 Le calcium et le magnésium échangeables 55 Tableau n°6 Le manganèse et la somme des bases échangeables 56 ANNEXE N°3 AUTEURS ET COLLABORATEURS 56 LES ACRONYMES 56 ANNEXE N° 4 DEUXIÈME PROPOSITION À L'UKRAINE POUR L'ÉTABLISSEMENT D'UNE SÉRIE D'EXPÉRIENCES SCIENTIFIQUES PORTANT SUR LES CARACTÉRISTIQUES PÉDOGÉNÉTIQUES DES BRF EN AGRICULTURE 57 Les essences suggérées 58 Les techniques de fragmentation 58 Transport et épandage immédiats 58 Sites et superficies nécessaires 58 Les parcelles et leurs caractéristiques 59 La préparation des parcelles 59 La nécessité d'une culture d'évaluation 59 Le suivi des parcelles durant la période de végétation 60 La récolte 60 Une première évaluation de la microfaune et de la microflore 60 Les analyses chimiques 61 Les caractéristiques physiques du sol 61 Les caractéristiques physico-chimiques du sol 62 Commentaires 62 Une expérimentation à être répétée 62 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 1 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada PRÉAMBULE Le présent rapport est le fruit d'une longue collaboration avec le CRDI et particulièrement avec le Bureau des Initiatives avec l'Europe Centrale et Orientale qui a assuré le financement du projet sur les BRF dans le bassin du Dniepr, partie d'un vaste programme financé par le Canada en Ukraine. Jean H. Guilmette a été notre principal interlocuteur dans cette «aventure» en tant que directeur de ce Bureau au sein du CRDI. C'est à la suite des discussions lors de la réunion de novembre 1995, dans les bureaux du CRDI à Ottawa 1 , que les bases de cette collaboration avec l'Ukraine ont été jetées. Au début de 1996, une première proposition ferme de recherhe a été adressée à M. H. Guilmette du CRDI (annexe n 1 au présent rapport). Dès mai 1996, le Professeur Lemieux se rendait à Kiev pour discuter d'une collaboration éventuelle avec le Professeur Ivan Shablyi de l'Académie des Sciences Agricoles d'Ukraine. Lors de ce séjour une seconde proposition de collaboration fut rédigée suite aux discussions avec le Professeur Shablyi 2 . Des discussions ultérieures se sont poursuivies avec le Ministère de l'Environnement et de la Sécurité Nucléaire d'Ukraine et le CRDI et la seconde proposition fut acceptée par les parties (annexe n°4). Cette entente permettait d'entreprendre des travaux établis sur deux années dans le but de comprendre les mécanismes et les effets conséquents aux applications de diverses essences forestières. Le choix de la culture a été fait en accord avec le Professeur Shablyi, soit celle de la pomme de terre, mais elle ne fut pas retenue et remplacée par celle du seigle. Le projet a été confié à la Station Forestière Expérimentale de Boyarska. Le Dr Chervonyj, dès décembre 1997 rédigea un premier document dont la substance est incluse dans le présent rapport d'étape. Un projet plus complexe est en gestation. Pour que les résultats de recherche puissent être interprétés correctement il était impérieux de tenir compte à la fois le sol et des récoltes obtenues car elles mettent en cause les mécanismes en cours d'évolution et d'origine forestière. L'utilisation du seigle comme indicateur a donc permis de mesurer différents paramètres tous basés sur l'apport de BRF de différentes essences dont quatre sont d'origine nord américaine (Acer saccharum March, Acer saccharinum L. Acer negundo L, et Quercus rubra L.) À ce stade, on peut conclure que les BRF agissent en fonction directe de l'activité biologique et non en fonction des nutriments qu'ils contiennent. D'autre 1 Lemieux, G. (1995) «Réunion exploratoire portant sur les mécanismes de pédogénèse à l'aide du bois raméal fragmenté» CRDI Ottawa 24 novembre 1995 publié par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, 21 pages 2 Lemieux G. (1996) « Discussions sur la proposition de projet utilisant les BRF pour l'Ukraine de la part du CRDI (Canada) publication no. 65 in "Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France et Belgique" Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, p. 97-135 Univertsité Laval, Québec, Canada, 284 pages ISBN 2-921728-22-2 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada part, il s emble bien que les essences ayant un taux de lignine syringyl élevé sont nettement plus efficaces (Quercus robur L., Carpinus betulus L. et Robinia pseudoacacia L.) alors que les essences, pionnières appartenant surtout aux familles des Betulacées (Betula verrucosa Ehrh., Alnus glutinosa Gaertn.) et des Salicacées (Salix caprea L. et Populus tremula L.) sont nettement moins riches en lignine et particulièrement en lignine syringyl, et elles sont moins efficaces en regard de la fertilité des sols. Presque tous les indices mesurés sont largement positifs, surtout lorsque de la litière forestière est ajoutée à raison de 10 g/m 2 . Ceci rejoint en grande partie nos observations de la décennie 1980-1990, mais l'étude statistique des différents paramètres vient le confirmer. Il reste donc à compiler toutes ces données, par essence pour en évaluer le potentiel réel et par la suite évaluer les interactions entre essences pour obtenir finalement ce que nous cherchons:,une technologie complexe et adaptable aux différents paramètres qui régissent la fertilité des sols tant forestiers qu'agricoles. La collaboration entre la Dr Stevanovic-Janezic, dont la compétence en matière de synthèse de la lignine est exceptionnelle et d'autres chercheurs européens comme le Dr Senesi de l'Université de Bari en Italie, va permettre la progression de nos connaissances scientifiques dans le domaine de la synthèse de l'humus et de la formation des sols, de la pédogènèse, à la fois par la biochimie et la biologie tellurienne. Professeur Gilles Lemieux Université Laval, Québec 28 mai 1999 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Rapport d'étape sur la technologie des BRF, utilisant le seigle (Secale cereale) comme référence pour les années 1997-98 par le Dr. Anatoliy Chervonyj Station Forestière Expérimentale de Boyarska Ukraine Introduction 1• Les objectifs poursuivis dans cette étude visaient à évaluer le potentiel de la technologie des BRF comme correcteur de la dégradation des sols tout en prévenant la pollution du Dniepr. Ce travail de recherche et d'évaluation est un premier pas dans la mise en place en Ukraine d'une nouvelle technologie de régie des sols. 2• À cet effet, les dispositifs expérimentaux ont été établis sur la Station Forestière Expérimentale de Boyarska, dans la région immédiate de Kiev, dans le cadre du projet du Professeur Lemieux de l'Université Laval, Québec, Canada. 3• Le travail scientifique a porté sur les aspects suivants: - un relevé systématique des données de sources étrangères - seuls des rameaux de moins de 7 cm de diamètre ont été utilisés - l'utiliation de diverses essences locales dont 80% feuilus et 20 de conifères. - épandage des BRF immédiatement après la fragmentation - poursuite de l'expérimntation en toutes saisons - évaluation devant se faire tant sur les rendements, les conditions sanitaires que sur les caractéristiques du sol - évaluation scientifique complexe portant sur les paramètres microbiologiques, phytopathologiques, entomologiques et un ensemble d'autres paramètres comme la biodiversité et l'activité biologique du sol... - mise en place de dispositifs expérimentaux 4• En octobre et novembre 97, nous avons procédé à une analyse phytosanitaire des grains provenant d'une récolte antérieure de seigle. Après une longue période de d'entreposage des grains, une étude des dommages causés par les fungus pathogènes a été répétée LES CONDITIONS SANITAIRES DES GRAINS DE SEIGLE APRÈS ENTREPOSAGE PROVENANT DES PARCELLES EXPÉRIMENTALES 5• Les conditions sanitaires des grains d'avoine ont été évaluées à l'aide de deux méthodes, en culture pure et dans une chambre humide. Avec la première méthode, les Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada mycéliums se sont développés sans contamination. Pour atteindre ce but, des nutriments ont été ajoutés comme de l'agar de mou de malt dont la composition est la suivante:agar, 20g, mou 4% - 1000g, acide citrique cristallisée 0,2g. D'autres milieux à base d'agar contenant du glucose, de la pomme de terre, etc. ont été utilisés. Pour ce qui est de la méthode en chambre humide, elle est basée sur la capacité du mycélium de germer à l'intérieur des grains de seigle et donner des fructifications dans l'air ambiant saturé de vapeur d'eau. 6• Les méthodes sus mentionnées sont largement connues (Dudka, Vasser, Ellanska et allii (1982), Bilai, 1980 et d'autres. Les résultats de ces analyses apparaissent au tableau n°1. Tableau 1. Grains de seigle endommagés par des fungus pathogènes après la récolte évalués en % Parcelles expérimentales Fungus Blcc A Bloc B _______________________________________________________________________________________ _ Control Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 6.8 - Fusarium graminearum Schuabe 12,5 10,7 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 21,9 26,4 total 41,2 37,1 Quercus robur L. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 5,7 5,1 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 22,8 25,6 Total 28,5 30,7 Robonia pseudoacacia L Fusarium graminearum Schuabe 20,8 - Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai - 18,8 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 29,7 6,2 Total 50,5 25.0 Acer platanoides L. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 16,7 10,0 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 29,7 23,3 Total 46,4 33,3 Betula verrucasa Ehrh. Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 16,0 - Fusarium graminearum Schuabe - 16,3 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 23,3 6,6 Total 39,9 22,9 Populus tremula L. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 14,8 13,6 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 20,6 13,5 Total 35,4 27.1 Tilia cordata Mill. Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai 28,0 - Fusarium graminearum Schuabe 26,4 23,1 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 16,7 16,9 Total 45,9 40,0 Salix caprea L. Fusarium graminearum Schuabe 15,0 29,2 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 35,3 8,5 Total 50,3 37,7 Corylus avellana L Fusarium avenaceum (Fr.) Sac. 26,9 - Fusarium sporotrichiella Bilai var tricinctum (Cord) Bilai - 17,5 Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 15,4 10,0 T otal 42,3 27,5 7• Le tableau n° 1 montre que le seigle a subi des dommages par les fungus pathogènes. Une première explication réside dans le fait que les conditions climatiques de l'été et de l'hiver ont été particulièrement favorables au développement de pathogènes comme Alternaria alternata (Fr, Keissl. qui se retrouvera dans toutes les parcelles expérimentales. Dans ces conditions, l'infection se transmet à la plante même Si les conditions d'infection ne sont pas propices, ce n'est qu'au stade de maturité qu'elle apparaîtra. À ce stade, le fungus participera à la décomposition de la cellulose dans le sol, ainsi qu'au processus d'humification. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 8• D'autre part le seigle subii de grands dommages par Fusarium sporotrichiella var, tricinctum (Corda) Bilai ( BIilai 1977). Ce dernier est caractérisé par ses microconidies (pyriformes, etc), en mélange variable avec des macroconidies. 9• Ce fungus (Fusarium sporotrichiella var, tricinctum (Corda) Bilai ) est présent sur les grains et les racines de diverses céréales, dans la pourriture des fruits à noyaux ainsi que sur les légumes. Une variété toxique se développe sur les grains où l'on observe un changement des acides aminés et des protéines. Ainsi les acides aminés du groupe aromatique comme la thyrosine, le tryptophane, la phénilalanine, l'arginine, la lysine et la tréonine sont absents 10• Pour sa part, Fusarium graminearum Schuabe est considéré comme un parasite des céreales se localisant tant sur les épis, les tiges et les racines tout comme chez les Graminées indigènes, ainsi qu'au niveau du sol. Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc. se retrouve également sur différentes plantes. On le retrouve sur les céréales, les légumes racines, les tubercules, différents fruits, plantes décoratives, arbres feuillus, conifères, etc. 11• Comparant les dommages causés par les micromycetes 3 sur les grains provenant du bloc A 4 . au regard des parcelles témoins, nous n'avons pas observé de diffrences significatives. Toutefois les conditions phytosanitaires des grains provenant des parcelles traitées avec Quercus robur L. étaient meilleures avec 28,5% des grains infectés. Le résultats les moins bons furent observés sur les parcelles traitées avec Salix caprea L. (50,3% de grains infectés) et Robinia pseudoacacia L. (50,5% de grains infectés). 12• Pour ce qui est du bloc B 5 , la différence entre les parcelles témoins et les parcelles traitées sont beaucoup plus importantes que dans le cas du bloc A. Dans la majorité des parcelles, les dommages ont été moins importants que dans les parcelles témoins. Les meilleurs résultats furent observés chez les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. (dommages de 22,9%) Robinia pseudoacacia L. (dommages de 25,0%) et Populus tremula L. (dommages de 27,1%). Ceci nous permet de confirmer, dès à présent, que de petites quantités de litière forestière ajoutées au sol ont eu un effet bénéfique sur l'état sanitaire du seigle à l'entreposage. 13• Le tableau n° 2 montre les résultats d'analyse des conditions sanitaires du seigle après une longue période d'entreposage. 14• Après plus de 6 mois d'entreposage, la presque totalité des grains étaient infectés par des pathogènes. Le nombre d'espèces de micromycètes s'était accru considérablement. Par contre, Fusarium sporotrichiella Bilai var. tricinctum (Corda) Bilai avait complètement disparu mais une autre variété, Fusarium sporotrichiella Bilai var pone 3 Terme qui comprend tous les fungus ne formant pas de chapeaux comme les Mixomycetes, etc.. considérés également comme des champignons imparfaits (Fungus imperfecti) 4 Premier bloc mis en place à Boyarska dès 1997 sur lequel divers parcelles on recu des BRF à raison de 200m 3 /ha mais sans recevoir de litière forestière . 5 Premier bloc mis en place à Boyarska dès 1998 sur lequel divers parcelles on recu des BRF à raison de 200m 3 /ha avec de la litière forestière à raison de 10g,/m 2. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Bilai était apparue. C'est un fungus hautement pathogène avec de vastes capacités de spécialisation. 15• Fusarium sporotrichiella Bilai var pone Bilai est reconnu pour envahir les vaisseaux du bois chez le genre Quercus (Kouzmichev1983, 1986). Il se développe sur le grains et les racines de diverses céréales , cause des pourritures sur les pêchers et les pommiers comme sur des champignons, des insectes et dans le sol. (Bilai 1977). Ce fungus a une action importante sur la pectine et la cellulose et sur la qualité des xyloses. C'est la raison pour laquelle il s'adapte si bien aux tissus végétaux et comme parasite des vaisseaux du parenchyme chez les arbres. Il a la possibilité de produire de grandes quantités de microconidies capables de circuler dans les vaisseaux du bois (Kouzmichev 1986). On se doit de noter que la présence de Mycelia sterilia ne montre aucune conidie ou spores parmi les autres micromycetes. Nigrospora oryzae Petch. reponsable du dommage des épis de maïs mal développés a été observé à plusieurs reprises. ENSEMBLE DES ÉTUDES DURANT LA CROISSANCE DU SEIGLE 16 • En 1998, les expériences ont été menées sur les blocs A et B. Le bloc A a été mis en place en mars 1997 avec des rameaux de bois d'hiver, sans la présence de feuilles à la fragmentation alors que la parcelle B a été mise en place en septembre 1997 avec la présence de feuilles lors de la fragmentation. Les deux blocs ont été ensemencés de seigle. Les premières pousses furent observées le 8 octobre de la même année simultanément. Dès lors les observations débutèrent portant sur les conditions sanitaires des plantules. Tableau 2. Dommages causés aux grains de seigle après entreposage _________________________________________________________________________ Parcelles expérimentales les espèces de micromycetes Bloc A Bloc B__ Control Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 53,8 49,2 Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc 13,5 - Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 20,2 17,9 Acremoniella atra (Corda) Sacc. 9,5 - Mucor hiemalis Wehmer 3,0 - Fusarium sporotrichiniella - 20,8 Nigrospora oryzae Petch. - - Mycelia sterilia - 12,1 Total 100,0 100,0 Quercus robur L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 60,2 50,4 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 29,8 39,6 Mycelia sterilia (orange) 10,0 10,0 Total 100,0 100,0 Robinia pseudoacacia L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 80,4 65,4 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 19,6 27,2 Nigrospora oryzae Petch. - 7,4 Acer platanoides L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 70,3 90,2 Fusarium gramineum Schuabe 21,7 - Mycelia sterilia - 4,3 Total 92,0 94,5 Betula verrucosa Ehrh. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 49,4 38,6 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 37,5 - Cladosporium herbarum Link. 12,6 - Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Fusarium gramineum Schuabe - 2,2 Acremoniella atra (Corda) Sacc. -- 20,7 Total 99,5 71,5 Populus tremula L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 58,5 65,0 Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc 20,3 - Mycelia sterilia (orange) 4,8 5,5 Acremoniella atra (Corda) Sacc. 16,4 9,7 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai - 18,4 Total 100,0 98,6 Tilia cordata Mill Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 60,5 68,5 (T. parviflora Ehrh.) Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai/ 21,8 31,5 Nigrospora oryzae Petch 17,7 - Total 100,0 100,0 Salis caprea L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 59,6 64,8 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 40,4 - Fusarium gramineum Schuabe - 15,2 Mycelia sterilia - 20,0 Total 100,0 100,0 Corylus avellana L. Alternaria alternata (Fr.) Keissl. 73,2 35,3 Fusarium sporotrichiella var. pone Bilai 24,3 29,6 Mycelia sterilia 2,515,0 Nigrospora oryzae Petch - 19,7 Total 100,0 99,6 _______________________________________________________________________________________ _ Insectes et maladies fongiques sur le seigle 17 • Nous avons pris pour acquis au cours de l'étude que les conditions sanitaires du seigle , sur toutes les parcelles, étaient satisfaisantes. Les grains de semences furent trempés, évitant ainsi les infections d'Urocystis occulta Rab. ou Tilletia secalis Kuchn. 18 • Aucune trace de maladie ne fut observée avant le stade laiteux du grain, Ce n'est qu'après ce stade que l'infection par Puccinia striitiformis West et Septoria sp. fut observée. Toutefois, ces pathologies n'ont pas créé d'invasion généralisée comme ce fut le cas plus tard (stage cireux) et n'eurent aucun impact sur la récolte. 19 • Aucun cas d'infection par Erysiphe graminis DS, f. secalis Em Marchal ou Claviceps purpurea Tul. n'a été rapporté. 20 • Dans le but d'observer le système racinaire et d'en évaluer les dommages par les pourridiés, 25 plantes ont été extraites au début du stade cireux sur chaque parcelle. Les racines ont été lavées et fait l'objet d'observations visuelles et sous le binoculaire. Nous en avons conclu que les systèmes racinaires étaient bien développés avec une teinte blanchâtre en surface. Aucune couleur brune n'a été observée, caractéristique de l'apparition de pourritures. De même nous n'avons noté aucune attaque d'insectes. Scarabidés, Élatéridés et Noctuidés 21 • Durant les fouilles, bon nombre d'espèces furent observées comme des larves et des adultes de Carabidés, ou des larves d'Astilidés. Nous avons également observé au cours de la période de croissance des Epicometis hirta Pode sur des épis isolés. D'autre part. Lema melanopus L, une Chrysomélidé se nourrisant du feuillage du seigle, fut Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada repérée à de rares occasions. Durant le stade cireux Anisoplia segetum Hbst un parasite des grains a été repéré que sur les épis de seigle au taux de 1 épis/300. 22 • Les examens de laboratoire portant sur les tiges, feuilles et épis révélèrent la présence de Sitobion avenae F. et Schizaphis gramina Rond. en quantités négligeables .Des larves de prédateurs de Syrphidés furent également repérées sur les mêmes plantes. Ces prédateurs jouent un rôle important dans le contrôle des populations de Sitobion avenae F. et de Schizaphis gramina Rond. Des Coccinellidés furent également identifiées, et rarement des Chrysopidés à titre de prédateurs. Parmi les Syrphidés les plus fréquents, notons Syrphus ribesii L., Episyrphus balteatus Deg, et Sphaerophoria Scypta L.. Nous pensons que la présence de ces entomophages a réduit l'impact et la présence de Sitobion avenae F. et Schizaphis gramina Rond. Fig. 1. Distribution des parcelles du dispositif expérimental n°1 établis en mars1997. Les numéros en italique et en caractères gras sont les parcelles témoins Bloc A Bloc B ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 2 3 4 5 Quercus robur 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Robinia pseudoacacia 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Acer platananoides 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Betula verrucosa 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Populus tremula 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Tilia cordata 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Salix caprea 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Corylus avellana 76 77 78 79 80 23 • Mis à part certains parasites du grain, des Tripidés comme Limpthrips denticornis Hal . et Haplothrips aculeatus Fabr. ont été repérés sur les épis soit 25% des plants de seigle. Les plants atteints ne l'étaient que par un à deux parasites. Un plant sur deux recelait Aelothrips intermedius Bag. connu pour sa prédation sur les Tripidés qui se nourrissent des tissus végétaux du seigle. 24 • Mentionnons en outre la présence de Cephus pygmaeus L. mais rarement sur les plants mêmes, car les larves se cachent dans les cavités de la paille du seigle. Les données relatives aux plantes affectées par les insectes sont présentées au tableau n°3 pour le bloc A et au tableau n°4 et pour le bloc B. Fig. 2. Distribution des parcelles du dispositif expérimental n°2 établis en septembre 1997. Les numéros en italique et en caractères gras sont les parcelles témoins Bloc A Bloc B ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 2 3 4 5 Quercus rubra 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Carpinus belutus 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Robinia pseudoacacia 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Corylus avellana 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Salix caprea 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 Betula verrucosa 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Popuus tremula 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Alnus glutinosa 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 Tilia cordata 86 87 88 89 90 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 91 92 93 94 95 Quercus robur 96 97 98 99 100 101102 103 104 105Acer saccharum 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 Robinia pseudoacacia 116 117 118 119 120 121122 123 124 125Acer saccharinum 126 127 128 129 130 131132 133 134 135Acer platanoides 136 137 138 139 140 Tableau 3. Valeurs moyennes du seigle affecté par les insectes et les maladies fongiques du dispositif n°1 (établi en mars 1997) Espèces de BRF Nombre d'insectes par plante % de plantes endommagées__ Limothrips Haplothrips Sitobion Puccinia Septoria sp denticomis Hal. aculeatus Fabr avemae F. stiiformis West. ___ Témoin B 0,2 0,4 0,6 7,3 2,6 Quercus robur L, B 0,1 0,3 1,4 3,9 0,5 A 0,3 0,2 0,8 4,6 2,2 Témin A 0,5 0,3 2,3 4,9 1,7 Témoin B 0,2 0,8 3,1 9,3 - Robinia pseudoacacia L., B 0,3 0,3 1,4 5,2 2,8 A 0,4 0,2 1,7 6,1 1,3 Témin A 0,2 0,5 2,5 4,7 3,5 Témoin B 0,2 0,3 1,6 3,5 1,1 Acer platanoides L., B 0,1 0,2 1,9 8,2 0,9 A 0,4 0,6 2,1 2,4 1,6 Témoin A 0,3 0,4 0,4 5,2 3,3 Témoin B 0,5 0,1 0,8 4,1 2,1 Betula verrucosa Ehrh. B 0,4 0,2 0,7 3,9 0,7 A 0,3 0,2 l,3 4,3 - Témoin A 0,5 0,7 3,1 3,4 2,9 Témoin B 0,4 0,2 2,4 4,9 1,2 Populus tremula L. B 0,3 0,5 0,9 8,1 0,8 A 0,2 0,3 2,1 3,6 - Témoin A 0,4 0,2 3,3 6,2 2,2 Témoin B 0,1 0,6 1,7 7,4 - Tilia cordata Mill. B 0,4 0,3 2,8 4,3 1,2 A 0,3 0,7 3,0 3,1 2,7 Témoin A 0,5 0,3 2,6 5,8 3,0 TémoinB 0,2 0,4 3,1 4,9 0,8 Salix caprea L. B 0,1 0,4 2,2 10,8 1,7 A 0,3 0,2 1,5 6,7 1,3 Témoin A 0,5 0,1 2,5 5,1 2,2 Témoin B 0,2 0,4 1,9 4,3 0,4 Corylus avellana L. B 0,1 0,2 0,6 3,5 1,1 A 0,2 0,3 1,8 4,9 3,2 Control A 0,3 0,4 3,4 6,1 2,8 Tableau n°4 Valeurs moyennes du seige affecté par des insectes ou des maladies fongiques du dispositif n°1 Essences de BRF Insectes par plante % de plantes endomagées Limothrips Haplothrips Sitobion Puccinia Septoria sp denticomis Hal. aculeatus Fabr avemae F. stiiformis West. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Témoins B 0,5 0,5 1,1 4,2 3,5 Quercus rubra L. B 0,2 0,1 0,7 6,1 1,1 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada A 0,3 ---- 1,5 9,3 1,8 Témoins A 0,7 0,2 2,3 8,2 1,5 Témins B 0,4 0,3 1,9 10,9 0,8 Carpinus belutus L. B 0,3 0,5 3,7 12,3 3,1 A 0,5 0,2 0,8 7,4 --- Témoins A 0,8 0,4 3,1 5,9 2,6 Témins B 0,5 0,3 2,8 8,1 1,9 Robinia pseudoacacia L. B 0,2 0,2 4,4 4,8 3,3 A 0,4 0,1 3,5 6,1 2,4 Témoins A 0,6 0,4 5,1 10,3 --- Témoins B 0,7 --- 2,4 5,7 1,6 Corylus avellana L. B 0,3 0,1 1,9 7,8 1,4 A 0,1 --- 2,6 12,1 2,1 Témoins A 05, 02, 5,7 9,2 3,3 Témoins B 0,8 0,5 4,2 6,7 --- Salix caprea L. B 04, 0,3 3,7 10,5 4,4 A 0,6 0,2 2,3 5,6 1,5 TémoinsA 0,2 0,4 6,1 11,4 2,7 Témoins B 0,4 0,3 5,4 8,4 4,1 Betula verrucosa Ehrh. B 0,7 0,2 2,2 10,6 --- A 0,2 0,1 3,8 13,1 1,6 Control A 0,9 0,5 4,5 8,3 4,6 Control B 0,5 --- 2,9 5,9 2,1 Populus tremula L. A 0,4 0,3 3,4 7,4 3,3 B 0,6 0,2 1,9 6,6 2,9 Témoins A 0,8 0,4 7,2 8,1 3,8 Témoins B 0,2 0,3 3,2 10,8 1,7 Alnus glutinosa Gaertn B 0,1 --- 2,3 12,3 --- A 0,6 0,4 4,7 10,1 1,2 Témoins A 0,3 0,2 5,2 10,1 4,0 Témoins B 0,7 0,3 1,6 7,3 2,7 Tilia cordata Mill . B 0,4 0,2 2,9 9,2 1,8 A 0,2 0,4 4,4 8,4 1,3 Témoins A 0,5 0,3 1,3 11,4 3,4 Témoins B 0,3 0,5 5,6 12,7 4,1 Qercus robur L. B 0,1 0,1 3,0 7,1 --- A 0,3 0,2 2,4 6,6 3,9 Témoins A 0,5 0,3 4,3 9,4 1,3 Témoins B 0,4 0,5 3,3 10,6 2,1 Acer saccharinum L. B 0,2 0,3 2,6 12,2 3,3 A 0,5 0,2 1,8 9,1 4,2 Témoins A 0,8 0,4 3,9 10,3 --- Témoins B 0,5 --- 2,5 6,9 --- Acer negundo L, B 0,3 0,3 4,8 9,9 1,7 A 0,6 0,4 3,7 10,6 2,4 Témoins A 0,4 0,3 2,9 8,1 3,2 TémoinsB 0,2 0,2 5,2 11,3 4,0 Acer platanoides L B 0,4 0,1 1,6 6.1 --- A 0,5 0,3 4,4 8,5 2,3 Témoins A 0,3 0,4 3,2 5,9 3,6|__ 25 • Pour faciliter l'accès aux tableaux n°3 et n°4, étant donné le grand nombre de parcelles, nous les avons placés en ordre et par séquences comme que sur le terrain. 26 • Il faut remarquer la fluctuation des données obtenues dans les diverses parcelles expérimentales puisqu'il n'y a pas de correlation entre les différentes Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada essences utilisées dans cette technologie. L'une des explications possibles serait les trop petites populations de parasites dans chaque parcelle, ces populations étant fortement réduites par la présence d'enthomophages. Nous pensons ici en particulier à la présence de Sitobion avenae F., Schizaphis gramina Rond et d'autres Tripidées. Les populations de Tripidées ont été faibles dans les parcelles de Quercus robur L. et Corylus avellana L.. Les populations de Sitobion avenae F et Schizaphis gramina Rond furent également moindres sur les parcelles où Betula verrucosa Ehrh. fut appliqué. 27 • Nous avons observé également que les populations de mauvaises herbes étaient fortement réduites dans les parcelles de seigle. Nous en déduisons que c'est l'effet des BRF puisque aucun herbicide n'a été appliqué. LES CARACTÉRISTIQUES DE LA MÉSOFAUNE DES PARCELLES EXPÉRIMENTALES 28 • Dans notre premier rapport d'étape (1997), nous avions souligné la présence prédominante de groupes d'insectes dans la mésofaune du sol. Dans cette perspective nous avons poursuivi notre travail en mettant l'accent sur les groupes nuisibles tant aux plantes qu'aux entomophages. Nous allons maintenant discuter de la mésofaune directement associée au sol. Toutefois, ce groupe n'est pas homogène et on se doit de le subdiviser en trois sous-groupes: • 1- Les espèces qui passent leur vie entière dans le sol (Lombricidés) • 2- Les espèces qui passent la période préimago dans le sol et en émergent en imago, se reproduisent et s'alimentent. • 3- Les espèces partiellement liées au sol sous la forme de chrysalide ou de larve comme les Noctuidés 29 • Ces particularités biiologiques de la mésofaune exigent par le fait même leur identification et l'examen de plusieurs paramètres lors de l'analyse de l'échantillon. La méthode généralement suivie consiste à creuser une fosse de 0,5m x 0,5m. , Huit fosses pour une superficie de 10 hectares sont recommandées. La profondeur des fosses va de 20-30 cm jusqu'à 60cm. Quant à l'évaluation des nématodes, un échantillonnage de l'horizon supérieur pouvant atteindre 30cm sera pratiqué, c'est-à-dire de la rhizosphère. Dans les conditions expérimentales qui sont les nôtres, nous avons dû nous plier à la réalité en creusant trois fosses de 0,5 x 0,05x 0,6m sur chaque bloc. Les analyses ont été effectués par tranche de 30 cm. d'épaisseur durant la première partie de septembre dès la fin de la récolte de seigle. 30 • Pour chaque fosse, la terre des différentes couches a été déposée sur du contre-plaqué pour être examinée. Les spécimens recueillis furent déposés dans des pots contenant de l'eau pour être identifiés au laboratoire pour en déterminer le genre et l'espèce sinon la famille. Les données quantitatives furent consignées dans un registre. 31 • Néanmoins, cette méthode n'était pas applicable aux Lombricidés car ils pouvaient s'échapper par leurs tunnels verticaux. À cet effet, les premiers 20cm ont été creusés rapidement, nous forçant à négliger les 5 premiers centimètres. Les invertébrés furent ainsi sélectionnés et conservés dans la formaline. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 32 • D'autres méthodes peuvent aussi être utilisées comme le tamisage mais comme le sol était humide, les mailles du tamis s'obstruaient. Ceci est valable pour les sols sableux ou sablo-limoneux donnant une meilleure précision rapidement. 33 • Pour identifier les espèces de surface ne volant pas (Tévébrionidés, Méloidés, Scarabidés) nous avons utilisé des trappes de Barber. Ce sont des pots enterrés dont le col est au ras de la surface du sol. Ces pots contiennent une solution de 2% de formaline. À toutes les semaines la trappe est retirée et les espèces identifiées, consignées au registre. 34 • Les oeufs de Chloropidés pondus dans le sol ont été comptés. Quant aux Noctuidées, une trappe aux féromones a été utilisée pour les comptages.. 35 • On trouve au tableau n°5 les données provenant des prélèvements dans les fosses portant sur les espèces d'invertébrés. Ceci nous permet de conclure que la mésofaune du sol est peu abondante au niveau des espèces et l'explication probable c'est le bas niveau de fertilité de ces sols. Parmi les espèces les plus abondantes étaient les collemboles, Anomala dubia Scop. et Bembidion sp. . Quant aux autres espèces elles étaient impondérables ou isolées. 36 • En comparant les bloc B (automne 1997) et A (printemps 1997) le premier comprend 6 espèces de plus et la mésofaune était plus abondante 37 • La liste des invertébrés dans le sol, excluant les nématodes, apparaît dans l'annexe n°1. 38 • La liste des invertébrés capturés par les trappes de Barber apparaît au tableau n°6. La liste des espèces est réduite mais quelque peu diversifiée en comparaison avec celle de l'année précédente grâce à la présence d'invertébrés. 39 • Les nématodes de la rhzosphère chez le seigle comptent 34 espèces dont quatre dominent nettement: Pratylenchus pratensis, Aerobiloides buichilii, Tylenchorichus dubins et Helicotylenchus denistra. La densité normale de la population de nématodes est de 1400 individus au cm 3 . La population la plus répandue de Pratylenchus pratensis a été de 300 individus au cm 3 . Les tiges n'ont pas été attaquées par Ditylenchus dispsaci Filipjev. connue pour causer des ravages dans les cultures de seigle. 40 • On a pris les premières mesures de la hauteur des plantes dès le 11 mai et elles furent reprises tous les 7 jours jusqu'à la fin de la période de végétation (voir les figures 3 à 6). À toutes les semaines, 30 plantes de chaque parcelle furent mesurées depuis le collet à l'extrémité. La période de croissance la plus intensive a été entre le 18 mai et le 1 er juin. Dans certains cas la croissance mesurée a été de 4,7 cm en 24 heures. La croissance minimum durant cette période a été de 3,1 cm en moyenne. Plus tard en juin, ce rythme s'est rapidement ralenti et il se limitait de 0,7 à 2,3 cm par 24 heures puis, à la mi-juin, toute la croissance en hauteur s'est arrêtée. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 41 • Dans les 2 blocs de la première expérience, la meilleure croissance a été obtenue dans les parcelles traitées aux BRF par rapport aux témoins. Plus encore, les résultats obtenus dans le bloc B, qui avait reçu de petites quantités de litière forestière avec les BRF, ceux-ci ont été supérieurs au bloc A et aux témoins. 42 • Les meilleurs résultats obtenus avec le seigle l'ont été sur les parcelles traitées avec des BRF Acer platanoides L. et Robinia pseudoacacia L. Les moins bons résultats l'ont été sur les parcelles traitées avec des BRF de Corylus avellana L. et de Betula verrucosa Ehrh. La hauteur des plantes dans les autres parcelles n'a montré que très peu de variations se situant entre 108,0 (Salix caprea L.) et 109,6 cm (Tilia cordata Mill.) dans le bloc A et entre 115,9 (Salix caprea L.) et 118,8 (Tilia cordata Mill.) dans le bloc B. Tableau 5. Les espèces de la faune du sol des parcelles expérimentales relevées en septembre 1997 (+++ fréquentes, ++ occasionnelles, + rares) N Espèces Classe Genres Familles Occurence 1 Collembola Insectes Collemboles no +++ 2 Carabus - Coléoptères Carabidés + 3 Harpalus sp.* - - - + 4 Pterostichus sp.* - - - + 5 Bembidion sp - - - +++ 6 Melolontha sp. - - Scarabidés + 7 Amphimalus solstitialis L. - - - ++ 8 Anomala errans F. - - - + 9 Anomala dubia Scop. - - - +++ 10 Anisoplia segetum Hbst. - - - ++ 11 Epicometis hirta Poda.* - - - ++ 12 Cetonia aurata L.* - - - + 13 Malachius virdis F. - - Meéyridés + 14 Melanotus brunnipes Gem.* - - Elatéidés + 15 Agriotes lineatus L. - - - + 16 Selatosomus acneus L. - - - ++ 17 Lacon murinus L. - - - + 18 Prostemon tessallatum L. - - - + 19 Opatrum sabulosum L. - - Ténébrionidés ++ 20 Pedins sp.* - - - + 21 Scotia segetum Schiff. - Lépidoptères Noctuidés + 22 Scotia sp. - - - + 23 Asilidae - Diptères Asilidés + 24 Chloropidae - - Chloropidés + 25 Lumbricus sp. Oligochètes nihil Lombricidés ++ 26 Dendrobaena sp. - nihil -- ++____ 43 • Dans le dispositif n° 2, les résultats furent encore supérieurs dans les deux blocs où des BRF de feuillus avaient été utilisés (Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L. Carpinus betulus L., et Acer platanoides L.). L'utilisation de BRF des essences suivantes a donné de moins bons résultats: Salix caprea L., Populus tremula L., Alnus glutinosa Gaertn., Corylus avellana L. et Betula verrucosa Ehrh. où les BRF ont joué le rôle d'inhibiteur. Les indices liés à la taille du seigle dans le bloc B ont été Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada supérieurs à ceux du bloc A. Ici la litière forestière a été introduite dans toutes les parcelles à l'exception de celle d'Acer platanoides L.. Dans l'ensemble, le seigle dans le dispositif n° 2 où les feuilles ont été fragmentées avec les rameaux à l'automne 1997 a eu une croissance plus lente comparée au bloc A (sans feuilles en mars 1997). Une explication possible résiderait dans le processus de décomposition qui agit à long terme. Les BRF seraient plus bénéfiques lors de la troisième année lorsqu'ils sont complètement décomposés. La récolte du seigle et son étude. 44 • La récolte du seigle a eu lieu du 20 au 24 juillet. Le tableau montre les données recueillies. Tableau 6. Liste et fréquence des invertébrés des trappes de Barber (+++ fréquentes, ++ occasionnelles, + rares) N Espèces Classe Genres Famililes Occurence 1 Bembidion lampros Latr. Insectes Coléoptères Carabidés + 2 Bembidion sp. - - - + 3 Pterostichus cupreus L. - - - + 4 Pteroscichus sericens F.W. - - - + 5 Ophonus rufipes Deg. - - - + 6 Harpalus distinquendus Dust. - - - + 7 Amara ovara F. - - - + 8 Cicindella hybrida L. - - - + 9 Epicometis hirta Poda. - - Scarabidés ++ 10 Amphimalus solstitialis L. - - - ++ 11 Aphodius fossor L. - - - + 12 Anisoplia segetum Herbst. - - - ++ 13 Cetonia aurata L. - - - + 14 Hoplia graminicola F. - - - + 15 Siliphidae - - Siliphidés + 16 Opatrum sabulosum L - - Ténébrionidés ++ 17 Lema melanopus L. - - Chrysomélidés + 18 Meloe sp. - - Méloidés + 19 Coccinella 5-punctata L. - - Coccinellidés + 20 Melachius sp. - - Méryidés + 21 Lycosidés Arachnidés Aréneidés Lycosidés +____ 45 • Les données présentées au tableau n° 7 montrent clairement que les résultats de 1998 ont été supérieurs à ceux obtenus en 1997. Nous nous référons d'abord au dispositif n°1. La la récolte a été meilleure dans les deux blocs et dans toutes les parcelles expérimentales à comparer aux parcelles témoins. Dans le bloc A, les meilleurs résultats se trouvaient dans les parcelles d'Acer platanoides L. La différence a été de 500 kg/ha soit de 33% supérieure. La deuxième a été celle qui avait reçu Robinia pseudoacacia L. avec ses 450 kg/ha, soit 34% de plus que la parcelle témoin. La parcelle traitée avec des BRF de Quercus robur L. a été la troisième avec 430 kg/ha, soit 33% de plus que la parcelle témoin. Les parcelles de Tilia cordata Mill., Corylus avellana L. et Populus tremula L., donnèrent des rendements inférieurs. Les rendements les plus faibles ont été obtenus dans les parcelles de Betula Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada verrucosa Ehrh. et de Salix caprea L. avec des rendements respectifs de 200 kg/ha soit 15,5% de plus que la parcelle témoin et de160 kg/ha ou 12,4% de plus que les parcelles témoins. 46 • Des résultats semblables ont été obtenus dans le bloc B dans du dispositif n°1 (printemps 1997). Les augmentations de rendements comparées aux témoins ont été de 560 kg/ha soit 44,8 % d'augmentation. Ce sont les parcelles de Robinia pseudoacacia L. et Quercus robur L. qui occupent respectivement la deuxième place avec une augmentation de 540 kg/ha soit 43,2% et la troisième avec une augmentation de 510 kg/ha ou 40,8%. Les essences les moins performantes furent Betula verrucosa Ehrh. avec 270 kg/ha ou 21,6% ainsi que Salix caprea L. avec 250 kg/ha ou 20,0% d'augmentations des rendements par rapport aux parcelles témoins. 47 • Ceci démontre une augmentation de la récolte dans le dispositif n°1 en 1998 supérieure à l'année précédente par rapport aux parcelles témoins. L'efficacité des BRF est nettement supérieure la seconde année. 48 • Nos résultats confirment ceux obtenus par le Professeur Lemieux (1995,1996 et 1997) ainsi que par d'autres chercheurs. Il est remarquable de constater que, durant les deux ans, les parcelles traitées aux BRF de feuillus (Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., Acer platanoides L.) ont donné les meilleurs résultas. Nous avons observé que la deuxième année les rendements des parcelles d'essences secondaires 6 (Populus tremula L., Salix caprea L, Betula verrucosa Ehrh. etc...) avaient augmenté de façon appréciable mais avec des écarts de rendements selon les feuillus. Le bloc B enrichi de litière forestière a donné de meilleurs rendements. 49 • Des données intéressantes ont été obtenues dans les parcelles où les feuilles étaient présentes sur les rameaux lors de la fragmentation en septembre 1997 (tableau n° 7). Nous devons indiquer que dans la première partie de l'année de végétation, les parcelles traitées étaient nettement moins productives que les parcelles témoins. Nous avons dû conclure avec le Professeur Lemieux que la présence de feuilles lors de la fragmentation avec les BRF avait un effet négatif dans les premiers stades de la recherche. De ce fait, nous n'espérions que des résultats médiocres à la récolte. Neamoins, ce ne fut pas le cas car les résultats ont été supérieurs sous certains aspects à ce que nous espérions. Il apparaît maintenant que les choses ne sont pas si mauvaises, comparées aux parcelles témoins. 50 • Une analyse plus serrée de la récolte provenant des dispositifs n° 1 et n° 2 révèle une diminution des rendements des parcelles témoins du dispositif n°2 par rapport au n°1. Une explication possible serait dans la différence des conditions du sol entre les deux dispositifs. Les blocs A et B ont eu des meilleurs indices de production la seconde année sur plusieurs parcelles par rapport aux parcelles témoins ( bloc A 8 parcelles et bloc B 8 parcelles) 6 Sous ce vocable nous entendons la majorité des essences de la famille des Bétulacées et des Salicacées. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 51 • Les meilleurs résultats du bloc A furent mesurés sur les parcelles traitées avec Carpinus betulus L.. Les indices de productivité furent de 130 kg/ha par rapport aux parcelles témoins soit 11,75 kg de plus En second lieu, ce sont les parcelles de Quercus robur L. avec 110 kg/ha et 9,9% de plus. Des résultats analogues furent obtenus sur les parcelles de Robinia pseudoacacia L, avec une augmentation de 0,90 kg/ha ou 8,1% pour Acer saccharinum L. 0,70 kg/ha ou 6,3% ainsi que Quercus rubra L. avec 60 kg/ha ou 5,4% d'augmentation. Dans les parcelles d'Acer saccharum, Marsh., Tilia cordata Mill. et Acer platanoides L. elles furent identiques aux parcelles témoins. Sur 5 parcelles les rendements de seigle furent inférieurs aux témoins soit -350 kg/ha (-19,8%) chez Alnus glutinosa Gaertn, -250kg/ha (-25,2%) chez Betula verrucosa Ehrh. , -370 kg/ha (-33,3%) chez Corylus avellana L., -620 kg/ha (-55,9) chez Populus tremula L. et -670 kg/ha (60,4%) chez Salix caprea L.,. Les plus mauvais résultats en terme de production furent enregistrés dans les parcelles d'essences secondaires. 52 • Les mêmes résultats ont été notés dans les parcelles du dispositif n° 2 du dispositif B . Encore une fois, ce sont les parcelles traitées avec des feuillus qui montrèrent les meilleures performances en terme d'augmentation de rendements en grain. Ce sont Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., Carpinus betulus L. et Quercus rubra L. Les augmentations de rendements enregistrées varient de 100 kg/ha à 160 kg/ha soit de 9,2% à 14,7% par rapport aux parcelles témoins. Les indices de rendement des parcelles d'Acer platanoides L., Acer saccharinum L. Acer negundo L. et Tilia cordata Mill. ont été légèrement inférieurs ou égaux aux parcelles témoins.. Des indices de rendement inférieurs aux parcelles témoins ont été notés dans les parcelles d'essences secondaires comme Alnus glutinosa Gaertn. Betula verrucoisa Ehrh., Corylus avellana L. et Salix caprea L. Dans l'ensemble les résultats obtenus dans le bloc B est légèrement supérieur au bloc A . Tableau 7. La récolte du seigle sur les parcelles expérimentales ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- Espèces de BRF nombre M± s V,% P, % d'échantillons occurences 100kg ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- ______________________ Dispositif n°1 Bloc A_____________________________________ Témoin 8 12,0 ± 0,17 0,5 3,6 1,3 Quercus rour L. 4 17,2 ± 0,35 0,7 4,1 2,1 Robinia pseudoacacia L. 4 17,4 ± 0,29 0,8 4,8 1,7 Acer platanoides L. 4 17,9 ± 0,36 0,7 4,1 2,0 Betula verrucosa Ehrh. 4 14,9 ± 0,29 0,6 0,4 2,0 Populus tremula L. 4 15,8 ± 0,33 0,7 4,2 2,1 Tilia cordata Mill. 4 16,7 ± 0,38 0,8 4,5 2,2 Salix caprea L. 4 14,5 ± 0,29 0,6 3,9 2,0 Corylus avellana 4 16,3 ± 0,30 0,6 3,6 1,8 Dispositif n°1 Bloc B___________________________________ Témoin 8 12,5 ± 0,19 0,5 4,2 1,5 Quercus robur L. 4 17,6 ± 0,34 0,7 3,8 1,9 Robinia pseudoacacia L. 4 17,9 ± 0,41 0,8 4,5 2,3 Acer platanoides L 4 18,1 ± 0,38 0,8 4,2 2,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 15,2 ± 0,34 0,7 4,4 2,2 Populus tremula L. 4 16,2 ± 0,26 0,5 3,2 1,6 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Tilia cordata Mill. 4 17,3 ± 0,31 0,6 3,6 1,8 Salix caprea L. 4 15,0 ± 0,27 0,5 3,6 1,8 Corylus avellana L 4 16,7 ± 0,33 0,7 4,0 2,0 Dispositif n°2 Boc A___________________________________ Témoin 14 11,1 ± 0,17 0,6 5,6 1,5 Quercus rubra L 4 11,7 ± 0,23 0,5 3,9 2,0 Carpinus betulus L. 4 12,4 ± 0,22 0,4 3,6 1,8 Robinia pseudoacacia L. 8 12,0 ± 0,16 0,5 3,8 1,4 Corylus avellana L. 4 7,4 ± 0,17 0,3 4,6 2,3 Salix caprea L. 4 4,4 ± 0,13 0,3 5,8 2,9 Betula verrucosa Ehrh. 4 8,3 ± 0,18 0,4 4,3 2,2 Populus tremula L 4 4,9 ± 0,14 0,3 5,8 2,9 Alnus glutinosa Ehrh. 4 8,9 ± 0,19 0,4 4,3 2,1 Tilia cordata MIill. 4 11,3 ± 0,21 0,4 3,8 1,9 Quercus robur L, 4 12,2 ± 0,26 0,5 4,3 2,2 Acer saccharum Marsh. 4 11,1 ± 0,21 0,4 3,8 1,9 Acer negundo L. 4 11,8 ± 0,23 0,5 4,0 2,0 Acer platanoides L. 4 11,0 ± 0,22 0,4 4,1 2,0 Dispositif n° 2 Bloc B___________________________________ Témoins 14 10,9 ± 0,11 0,4 3,9 1,0 Quercus rubra L. 4 11,9 ± 0,25 0,5 4,2 2,1 Carpinus betulus L. 4 12,1 ± 0,30 0,6 4,9 2,5 Robinia pseudoacacia L. 8 12,2 ± 0,15 0,4 3,4 1,2 Corylus avellana L. 4 7,5 ± 0,17 0,3 4,4 2,2 Salix caprea L. 4 4,4 ± 0,14 0,3 6,5 3,2 Betula verrucosa Ehrh. 4 8,3 ± 0,15 03, 3,6 1,8 Populus tremula L. 4 5,1 ± 0,14 0,3 5,4 2,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 8,8 ± 0,22 0,4 5,1 2,5 Tilia cordata Mill. 4 11,2 ± 0,22 0,4 3,9 1,9 Quercus robur L. 4 12,5 ± 0,27 0,5 4,2 2,1 Acer saccharum Marsh. 4 11,4 ± 0,27 0,5 4,8 2,4 Acer negundo L. 4 11,3 ± 0,32 0,6 5,7 2,8 Acer platanoides L. 4 11,2 ± 0,25 0,5 4,5 2,3 53 • Le tableau n°8 rapporte les rendements en paille des parcelles expérimentales. Dans l'ensemble, les résultats se comparent aux rendements en grain chez le seigle. Les meilleurs résultats sont apparus dans le dispositif n°1. Les chiffres montrent en gros que les rendements en paille sont plus élevés que ceux en seigle sur les deux dispositifs, mais toujours inférieurs aux parcelles témoins. Tableau 8. Les rendements des dispositifs en paille de seigle ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- Espèces de BRF nombre M± s V,% P, % d'échantillons 100kg/ha ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------- Plot n°1 Block A Témoin 8 27,8 ± 0,44 1,2 4,4 1,6 Quercus robur L. 4 80,8 ± 0,81 1,6 5,2 2,6 Robinia pseudoacacia L. 4 31,7 ± 0,72 1,4 4,5 2,3 Acer platanoides L. 4 32,6 ± 0,83 1,7 5,1 2,5 Betula verrucosa Ehrh. 4 30,4 ± 0,87 1,7 5,7 2,9 Populus tremula L 4 31,0 ± 0,73 1,5 4,7 2,4 Tilia cordata Mill. 4 31,3 ± 0,71 1,4 4,5 2,3 Salix caprea L. 4 30,6 ± 0,93 1,9 6,0 3,0 Corylus avellana L. 4 30,1 ± 0,78 1,6 5,2 2,6 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Plot n°1 Block B________________________________________________________________________ Témin 8 28,9 ± 0,46 1,3 4,5 1,6 Quercus robur L. 4 33,1 ± 0,84 1,7 5,0 2,5 Robinia pseudoacacia L. 4 34,2 ± 0,93 1,9 5,4 2,7 Acer platanoides L. 4 34,9 ± 0,82 1,7 4,7 2,4 Betula verrucosa Ehrh. 4 31,2 ± 0,85 1,7 5,5 2,7 Populus tremula L. 4 33,1 ± 0,84 1,7 5,1 2,5 Salix caprea L. 4 32,9 ± 0,95 1,9 5,8 2,9 Corylus avellana L. 4 32,0 ± 0,89 1,8 5,5 2,8 Plot 2 Block A________________________________________________________________ Témoin 14 24,0 ± 0,25 0,9 3,9 Quercus rubra L. 4 23,5 ± 0,58 1,2 4,9 Carpinus betulus L. 4 25,7 ± 0,61 1,2 4,7 Robinia pseudoacacia L. 4 25,5 ± 0,37 1,1 4,1 Coryllus avellana 4 13,2 ± 0,36 0,7 5,5 Salix caprea L. 4 8,3 ± 0,21 0,4 5,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 14,8 ± 0,33 0,7 4,5 Populus tremula L. 4 8,6 ± 0,22 0,4 5,0 Alnus glutinosa Gaertn. 4 14,6 ± 0,34 0,7 4,7 Tilia cordata Mill. 4 22,5 ± 0,60 1,2 5,4 Qercus robur L. 4 24,7 ± 0,62 1,2 5,0 Acer saccharum Marsh. 4 23,0 ± 0,62 1,2 5,4 Acer negundo L. 4 25,3 ± 0,70 1,4 5,5 Acer platanoides L. 4 22,6 ± 0,55 1,1 4,9 Plot 2 Block B____________________________________________________________________________ Témoin 14 23,4 ± 0,25 0,9 4,0 1,1 Quercus rubra L. 4 23,4 ± 0,55 1,1 4,7 2,4 Carpinus betulus L. 4 26,2 ± 0,69 1,4 5,2 2,6 Robinia pseudoacacia L. 8 25,8 ± 0,37 1,0 4,0 1,4 Corylus avellana L. 4 13,5 ± 0,34 0,7 5,1 2,5 Salix caprea L. 4 8,1 ± 0,21 0,4 5,1 2,6 Betula verrucosa Gaertn. 4 14,6 ± 0,21 0,6 4,0 2,0 Populus tremula L. 4 8,8 ± 0,21 0,4 5,1 2,6 Alnus glutinosa Gaertn. 4 14,9 ± 0,41 0,8 5,5 2,7 Tilia cordata Mill. 4 22,7 ± 0,53 1,1 4,7 2,3 Quercus robur L. 4 25,0 ± 0,61 1,2 4,9 2,4 Acer saccharum Marsh. 4 23,0 ± 0,58 1,2 5,0 2,5 Acer negundo L 4 25,1 ± 0,64 1,3 5,1 2,5 Acer platanoides L. 4 23,1 ± 0,53 1,1 4,5 2,3__ 54 • La parcelle d'Acer platanoides L. du bloc A du dispositif n°1 a donné les meilleurs rendements soit 480 kg/ha ou 17,3% supérieur aux parcelles témoins. La parcelle traitée avec Robinia pseudoacacia L. fut la seconde avec 390 kg/ha ou 14,0% de mieux que les parcelles témoins. Des résutats inférieurs furent obtenus dans les autres parcelles. À titre d'exemple montionnons celle de Corylus avellana L. soit 230/kg/ha ou 8,3% et Salix caprea L. avec 280 kg/ha ou 10,1% de plus que les rendements des parcelles témoins. 55 • Des résultats analogues furent mesurés dans le bloc B du dispositif n°1. Ce sont les mêmes essences qui ont donné les meilleurs résultats que dans le bloc A: soit Acer platanoides L. Robinia pseudoacacia L. et Tilia cordata Mill. en plus. Encore une fois ce sont les parcelles d'essences secondaires qui ont donné les moins bons rendements. Par contre, toutes les parcelles du bloc B ont donné des rendements supérieurs par comparaison au bloc A. Toutefois la différence entre les Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 19 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada feuillus et les essences secondaires des blocs A et B, est moindre que celle de l'année précédente. 56 • Le dispositif n°2 a donné des résultats nettement inférieurs à ceux du dispositif n°1. Fait remarquable, les rendements en paille furent bien inférieurs aux rendements en grain. Les meilleurs résultats du bloc sont apparus chez Carpinus betulus L. avec une augmentation de 170 kg/ha ou 7,1%. La deuxième position est occupée par Robinia pseudoacacia L. avec 150 kg/ha ou 6,3% d'augmentation ainsi que chez Acer saccharinum L. avec 130 kg/ha ou 5,4% d'augmentation. Pour sa part ,la parcelle traitée avec Quercus rubra L. a donné des résultats voisins de ceux des parcelles témoins. Toutes les autres parcelles ont donné des résultats inférieurs aux témoins. Les parcelles ayant donné des rendements équivalents aux témoins sont Acer saccharum Marsh., Acer platanoides L., Quercus rubra L. ainsi que Tilia cordata Mill. Les autres parcelles comme celles de Salix caprea L. (-1570 kg/ha ou -65,4%), Populus tremula L. (- 1540 kg/ha ou -64,2%) et Corylus avellana L. (-1080 kg/ha ou 45,0%) ont toutes donné des rendements inférieurs au témoins. 57 • Les indices de rendement de la majorité des parcelles du bloc B furent quelque peu supérieurs à ceux des parcelles du bloc A. Les meilleurs résultats dans le deux blocs furent toujours en faveur des feuillus (Carpinus betulus L., Robinia pseudoacacia L. Acer saccharinum L., et Quercus rubra L.). Encore une fois, les essences secondaires comme Salix caprea L., Populus tremula L. et Corylus avellana L. ont eu les performances les plus faibles. 58 • Dans une analyse comparative des données des deux dispositifs portant à la fois sur les rendements en grain et en paille, on doit en conclure à une augmentation notable. Nous pensons particulièrement au dispositif n°1 (printemps 97 sans feuilles). Deux récoltes ont été faites dans ce dispostif à ce jour. Nous tenterons d'analyser les changements survenus dans le sol après l'application des BRF et les impacts sur les plantes. 59 • À la récolte, nous avons également tenu compte de la densité des plants à l'unité de surface (tableau n° 9). Les chiffres sont très peu variables d'un dispositif à l'autre, passant de 311,5 à 324,5 plants/ m 2 . Avec un niveau de confiance de 95% la différence entre les parcelles est pratiquement nulle. Nous en concluons que la densité des plantes à l'unité de surface n'a eu aucun impact sur les résultats obtenus dans chaque parcelle. Les contenus en matière sèche. 60 • En 1998 nous avons étudié les teneurs en matière sèche des plants de seigle. Nous avons évalué cet important indice en uilisant une méthode qui se réfère à la diminution de masse des parties aériennes du seigle au cours du séchage dans une chambre calibrée à 105°C (Horodniy, Kopelevich, Serdyuk et all. 1995). Ces résultats apparaissent au tableau n°10. Tableau 9. Nombre de plants au m 2 sur chaque parcelle des dispositifs A et B (blocs A et B) Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 20 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Espèces de BRF nombre de plantes au m 2 M, plants s V, % P, % au m 2 _________________________ Dispositif n°1 blocA_______________________________________________________________________ Témoins 8 318,0 2,3 5,7 1,3 0,6 Quercus robur L. 4 313,5 2,75 5,5 1,8 0,9 Robinia pseudoacacia L. 4 311,5 3,18 6,3 2,0 1,0 Acer platanoides L. 4 322,0 3,56 7,1 2,2 1,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 316,0 3,65 7,3 2,3 1,2 Populus tremula L. 4 319,3 2,02 4,0 1,3 0,6 Tilia cordata Mill. 4 315,0 2,08 4,2 1,3 0,7 Salix caprea L. 4 320,8 3,59 7,2 2,2 1,1 Corylus avellana L. 4 317,3 4,28 6,4 1,9 0,9___ Dispositifn°1 Bloc B______________________________________________________________________ Témoins 8 320,5 22.2 4,4 1,4 0,7 Quercus robur L. 4 316,8 2.29 4.6 1,4 0,7 Robinia pseudoacacia L. 4 319,0 2,86 5,7 1,3 0,9 Acer platanoides L. 4 315,3 4,59 9,2 2,9 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 4 322,5 3,48 7,0 2,2 1,1 Populus tremula L. 4 317,8 3,88 7.8 2,4 1,2 Tilia cordata Mill. 4 315,2 4,09 8,2 2,5 1,3 Salix caprea L. 4 322,8 3,54 7,1 2,2 1,1 Corylus cornuta L. 4 312,5 3,33 6,7 2,1 1,1__ Dispositif n°2 bloc A_______________________________________________________________________ Témoins 14 323,2 1,72 6,4 2,0 0,5 Quercus rubra L. 4 320,0 3,54 7.1 2,2 1,1 Carpinus betulus L. 4 318,0 2,89 5,8 1.3 0.9 Robinia pseudoacacia L. 8 317,5 4,17 8,4 2,6 1,3 Corylus avellana L. 4 322,8 4,13 8,3 2,6 1,3 Salix caprea L. 4 320,5 4,13 8,3 2,6 1,3 Betula verrucosa Ehrh. 4 323,3 3,25 6,7 2.1 1,0 Populus tremula L. 4 324,5 5,58 11,2 3,4 1,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 319.3 3,20 6,4 2,0 1,0 Tilia cordata Mill. 4 322,0 2,55 5,1 1,6 0,8 Quercus robur L. 4 323,3 3,20 6,4 2,0 1,0 Acer saccharum Marsh. 4 320,3 2,18 4,4 1,4 0,7 Acer negundo L. 4 324,0 4,33 8,7 2,7 1,4 Acer platanoides L. 4 317,8 4,33 8,7 2,7 1,4___ Dispositif n°2 bloc B_______________________________________________________________________ Témoins 14 321,5 Quercus rubra L. 4 322,3 4,07 8,1 2,5 1,3 Carpinus betulus L. 4 329,5 4,50 9,0 2,8 1,4 Robinia pseudoacacia L. 8 324,0 4,93 9,9 3,0 1,5 Corylus avellana L. 4 318,3 1,65 3,3 1,0 0,5 Salix caprea L. 4 321,3 3,59 7,2 2,2 1,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 320,5 4,29 8,6 2,7 1,3 Populus tremula L. 4 317,5 2,22 4,4 1,4 0,7 Alnus glutinosa Gaertn. 4 322,3 5,04 10,1 3,1 1,6 Tilia cordata Mill. 4 319,3 2,29 4,8 1,5 0,8 Quercus robur L. 4 323,3 3,40 6,8 2,1 1,1 Acer saccharum Marsh. 4 321,0 2,94 5,9 1,8 0,9 Acer negundo L. 4 318,3 4,59 9,2 2,9 1,4 Acer platanoides L. 4 320,0 3,29 6,6 2,1 1,0__ Tableau 10. Contenus en matière sèche du systéme racinaire Espèces de BRF Nombre de plants, M, % de plants m s V,% Dispositif n°1 Bloc A______________________________________________________________________ Témoins 16 91,4 0,19 0,8 0,8 0,2 Quercus robur L. 8 93,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 21 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Robinia pseudoacacia L. 8 94,0 0,25 0,7 0,7 0,3 Acer platanoides L 8 93,8 0,22 0,6 0,7 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 92,6 0,20 0,6 0,6 0,2 Populus tremula L. 8 91,8 0,21 0,6 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 93,0 0,24 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 92,2 0,22 0,6 0,7 0,2 Corylus avellana L. 8 92,2 0,20 0,6 0,6 0,2__ Dispositif n°1 Bloc B______________________________________________________________________ Témoins 16 91,2 0,16 0,7 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 93,6 0,25 0,7 0,7 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 94,4 0,22 0,6 0,6 0,2 Acer pltanoides L. 8 94,1 0,22 0,6 0,7 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 92,8 0,23 0,6 0,7 0,2 Populus tremula L. 8 92,4 0,17 0,5 0,5 0,2 Tilia cordata Mill. 8 93,6 0,24 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 92,4 0,32 0,9 0,1 0,3 Corylus avellana L. 8 92,7 0,24 0,7 0,7 0,3__ Dispositif n°2 Bloc A______________________________________________________________________ Témoins 26 91,1 0,14 0,7 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 92,3 0,26 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,0 0,20 0,8 0,9 0,2 Corylus avellana L. 8 90,9 0,25 0,7 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 90,5 0,32 0,9 1,0 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,5 0,31 0,9 1,0 0,3 Populus tremula L. 8 90,3 0,31 0,9 1,0 0,4 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,6 0,34 1,0 1,1 0,4 Tilia cordata Mill. 8 91,2 0,33 0,9 1,0 0,4 Quercus robur L. 8 92,1 0,40 1,1 1,2 0,4 Acer saccharum Marsh. 8 91,4 0,32 0,9 1,0 0,4 Acer negundo L. 8 91,6 0,26 0,7 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,33 0,9 1,0 0,4__ Dispositif n°2 Bloc B_____________________________________________________________________ Témoins 26 91,1 0,15 0,8 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,6 0,23 0,7 0,7 0,3 Carpinus betulus L. 8 92,3 0,30 0,9 0,9 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,3 0,20 0,8 0,9 0,2 Corylus avellana L. 8 91,1 0,27 0,8 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 90,3 0,28 0,8 0,9 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,3 0,30 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,4 0,23 0,6 0,7 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,5 0,28 0,8 0,9 0,3 Tilia cordata Mill. 8 91,5 0,20 0,6 0,6 0,2 Quercus robur L. 8 92,0 0,31 0,9 0,9 0,3 Acer saccharum Marsh. 8 91,9 0,30 0,8 0,9 0,3 Acer negundo L. 8 92,0 0,27 0,8 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,4 0,23 0,6 0,7 0,3___ 61 • Les plus hauts résultats furent mesurés dans le dispositif n° 1 Les meilleurs résultats furent observés dans les blocs A et B sur les racines des parcelles de Robinia pseudoacacia L. avec un indice de 2,9% dans le bloc A et de 3,5% dans le block B par rapport aux témoins. En deuxième lieu, vient Acer platanoides L. dans le bloc A avec une augmentation de la matière sèche du système racinaire de 2,6% par rapport aux parcelles témoins. Les chiffres obtenus dans les parcelles de Quercus robur L. et de Tilia cordata Mill. furent inférieurs. Les parcelles d'essences secondaires donnèrent de moins bons résultats encore, mais les indicateurs ne montrèrent que peu de variation. Encore une fois, les chiffres nous Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 22 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada montrent que les contenus en matière sèche des systèmes racinaires furent plus élevés dans les parcelles traitées que dans les témoins et les résultats du bloc B ont été supérieurs à ceux du bloc A. 62 • Le dispositif n° 2 a donné des résultats inférieurs en terme de matière sèche du système racinaire. Dans les deux dispositifs, les milleurs résultats ont été mesurés dans les parcelles de feuillus comme Carpinus betulus L. Robinia pseudoacacia L. et Quercus robur L. Les résultats en matière sèche des systèmes racinaires ont été inférieurs dans les parcelles traitées avec Acer platanoides L., Acer saccharinum L., Acer saccharum Marsh.., Quercus rubra L., Tilia cordata Mill. ainsi que Corylus avellana L. . Pour leur part, les parcelles de Betula verrucosa Ehrh., Populus tremula L et Salix caprea L. ont donné des résultats inférieurs aux témoins. En comparant les bloc, les résultats du bloc B ont été supérieurs au bloc A. Le tableau 11 nous montre les contenus en matière sèche de la paille de seigle. Il est évident que les indicateurs varient très peu entre les différentes parcelles. Ainsi dans le dispositif n°1, l'indice fluctue entre 90,6% et 91,3% pour le bloc A et de 90,8% à 91,6% pour le bloc B, Dans le dispositif n°2 la fluctuation va de 89,8% à 90,9% pour le bloc A et de 89,9% à 91,1% pour le bloc B. 63 • La teneur en matière sèche de la paille de seigle la plus élevée a été mesurée dans le dispositif n°1 avec Robinia pseudoacacia L. et Acer platanoides L. du bloc A ainsi qu'avec Corylus avellana L. et Acer platanoides L. du bloc B. L'indice le plus faible dans les deux blocs a été mesuré chez Tilia cordata Mill. Dans le dispositif expérimental n°2, les parcelles traitées avec Carpinus betulus L. et Corylus avellana L. ont donné les meilleurs rendements dan le bloc B. Par contre, Acer saccharum Marsh. du bloc A et Tilia cordata Mill. du bloc B montrèrent les rendements les plus bas. 64 • Dans le bloc B, toutes les parcelles ont donné des rendements en paille plus élevés (en matière sèche) que celles du bloc A sauf celles traitées avec Salix caprea L. et Quercus robur L. Nous n'avons pas noté de variations importantes entre les blocs bien que la majorité des parcelles du bloc B ont fourni de meilleurs rendements. 65 • Nous pouvons constater au tableau 12 les teneurs en matière sèche des grains. Selon les données, il y a peu de variation entre les dispositifs. Le dispositif n°1 montre une différence variant de 91,3% à 92,4% pour le bloc A et de 91,5% à 92,7% pour le bloc B. Dans le dispositif n°2, la variation va de 90,4% à 92,2% pour le bloc A et de 90,3% à à 91,2% pour le bloc B. Les plus hauts taux de matière sèche des le grains de seigle se retrouvent dans les parcelles traitées avec des feuillus dans le dispositif n° 1 avec Robinia pseudoacacia L., Acer platanoides L. et Quercus robur L. Dans le dispositif n°2, les meilleurs résultats mesurés le furent sur la parcelle de Carpinus betulus L., Robinia pseudoacacia L. et Quercus robur L. Les résultats les moins bons furent obtenus dans les parcelles de Populus tremula L. et de Betula verrucosa Ehrh. Toutes les parcelles du dispositif n°1 du bloc B ont eu des performances supérieures. en comparaison avec le bloc A. Il en fut de même pour le bloc B du dispositif n°2. 66 • Dans l'ensemble les teneurs en matière sèche des racines, des pailles et des grains nous permettent de conclure que les résultats sont meilleurs dans les parcelles traitées aux BRF. Les meilleurs indices sont notés dans les parcelles qui ont fourni des rendements élevés en pailles et en grains. Il en va de même pour les parcelles du bloc B. ou de la litière forestière a été appliquée. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 23 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada L'analayse de la qualité des grains de seigle 67 • La qualité des grains de seigle a été évaluée selon les paramètres suivants: le poids de 1000 grains, le nombre de grains et la teneur en protéines. Tableau 11. Contenu en matière sèche de la paille RCW species échatilons M, % plants m s V, % P, % Dispositif n° 1 Bloc A_______________________________________________________________________ Témoins 16 90,5 0,22 0,9 1,0 0,2 Quercus robur L. 8 91,2 0,18 0,5 0,6 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 91,3 0,22 0,6 0,7 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,27 0,7 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,2 0,14 0,4 0,4 0,2 Populus tremula L. 8 91,0 0,29 0,8 0,9 0,3 Tilia cordata Mill. 8 90,6 0,24 0,7 0,8 0,3 Salix caprea L. 8 91,2 0,15 0,4 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 91,2 0,23 0,6 0,7 0,3_ Dispositif n°1 Bloc B. ______________________________ Témins 16 90,7 0,26 1.1 1.2 0,3 Quercus robur L. 8 91,2 0,23 0,6 0,7 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 91,4 0,25 0,7 0,8 0,3 Acer platanoides L. 8 91,6 0,27 0,8 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,5 0,17 0,5 0,5 0,2 Populus tremula L. 8 91,3 0,18 0,5 0,6 0,2 TIilia cordata Mill. 8 90,8 0,16 0,4 0,5 0,2 Salix caprea L. 8 91,1 0,19 0,5 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 91,6 0,11 0,3 0,3 0,1__ Dispositif n°2 Bloc A ____ Témoins 26 89,8 0,22 1,1 1,2 0,2 Quercus rubra L. 8 90,5 0,18 0,5 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 90,9 0,12 0,3 0,4 0,1 Robinia pseudoacacia L. 16 90,4 0,12 0,5 0,5 0,1 Corylus avellana L. 8 90,9 0,12 0,3 0,4 0,1 Salix caprea L. 8 90,3 0,11 0,3 0,4 0,1 Betula verrucosa Ehrh. 8 90,6 0,13 0,4 0,4 0,1 Populus tremula L. 8 90,2 0,11 0,3 0,3 0,1 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,4 0,12 0,3 0,4 0,1 Tilia cordata Mill. 8 90,1 0,10 0,3 0,3 0,1 Quercus robur L. 8 90,4 0,20 0,6 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 89,8 0,16 0,5 0,5 0,2 Acer negundo L. 8 90,2 0,17 0,5 0,5 0,2 Acer platanoides L. 8 90,5 0,25 0,7 0,8 0,3__ 68 • Le poids aux 1000 grains de seigle a été déterminé selon une technique standardisée dont le résultats apparaissent au tableau 13. Les meilleurs résultats se trouvent dans le dispositif n° 1 et c'est Quercus robur L. qui a eu les meilleures performances dans le blocs A avec 3,4 g. ou 16,3% et dans le bloc B avec 3,7 g. ou 17,5%. En second lieu, viennent les parcelles triatées avec Acer platanoides L. et Tilia cordata Mill. Les poids aux 1000 grains les plus faibles furent enregistrés dans le bloc A chez Betula verrucosa Ehrh. tandis que ce fut avec Salix caprea L. dans le bloc B. De mauvais résultats furent également observés chez Populus tremula L. dans les blocs A et B. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 24 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 69 • On se doit de noter que toutes les parcelles des dispositifs n° 1 et 2 donnèrent des résultats supérieurs aux parcelles témoins. Les parcelles du bloc B ont été supérieures aux parcelles du bloc A. 70 • Nous avons également déterminé la valeur en grammes par unité de volume soit le poids en gramme d'un litre de seigle et les résultats apparaissent au tableau 14. Tableau 12. La teneur en matière sèche des grains de seigle Essences de BRF Nombre de plants M, % plants m s V, % P, % Dispositif n°1 Bloc A_____________________________________________________________________ Témoins 16 91,3 0,15 0,6 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 92,1 0,25 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 8 92,4 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 92,3 0,37 1,1 1,1 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,3 0,25 0,7 0,8 0,3 Populus tremula L. 8 91,4 0,35 1,0 1,1 0,4 Tilia cordata Mill. 8 91,8 0,29 0,8 0,9 0,3 Salix caprea L. 8 91,5 0,20 0,6 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 91,9 0,27 0,8 0,8 0,_ Dispositif n°1 Bloc B ___ Témoins 16 91,5 0,18 0,7 0,7 0,3 Quercus robur L. 8 92,3 0,15 0,4 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 92,7 0,21 0,6 0,6 0,2 Acer platanoides L. 8 92,7 0,29 0,8 0,9 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,5 0,23 0,7 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 91,6 0,25 0,7 0,8 0,3 Tilia cordata Mill. 8 92,0 0,22 0,6 0,7 0,2 Salix caprea L. 8 91,8 0,16 0,5 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 92,4 0,24 0,7 0,7 0,3 Dispositif n°2 Bloc A ___ Témoins 26 91,1 0,16 0,8 0,9 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,28 0,8 0,9 0,3 Carpinus betulus L. 8 92,2 0,32 0,9 1,0 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 91,9 0,17 0,7 0,7 0,3 Corylus avellana L. 8 91,3 0,23 0,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 90,5 0,27 0,8 0,8 0,3 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,2 0,27 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,4 0,21 0,6 0,7 0,2 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,9 0,20 0,6 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 91,6 0,22 0,6 0,7 0,2 Quercus robur L. 8 92,1 0,21 0,6 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 91,4 0,27 0,8 0,9 0,3 Acer negundo L. 8 91,7 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 91,3 0,25 0,7 0,8 0,3 Dispositif n°2 Bloc B ___ Témoins 26 91,0 0,15 0,8 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 91,4 0,19 0,6 0,6 0,2 Carpinus betulus L. 8 92,1 0,25 0,7 0,8 0,3 Robinia pseudoacacia L. 16 92,0 0,18 0,7 0,8 0,2 Corylus avellana L. 8 91,3 0,21 0,6 0,7 0,2 Salix caprea L. 8 90,3 0,16 0,5 0,5 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 91,3 0,28 0,8 0,9 0,3 Populus tremula L. 8 90,3 0,30 0,9 0,9 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 90,8 0,22 0,6 0,7 0,2 Tilia cordata Mill. 8 91,8 0,24 0,7 0,7 0,3 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 25 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Quercus robur L. 8 92,2 0,24 0,7 0,7 0,3 Acer saccharum Marsh. 8 91,6 0,32 0,9 1,0 0,4 Acer negundo L. 8 91,7 0,28 0,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 91,5 0,21 0,6 0,7 0,2 71 • Ainsi le dispositif n° 1 montre que toutes le parcelles traitées ont un poids supérieur en 1000 grains à celui des parcelles témoins. Encore une fois, le bloc B montre des résultats meilleurs que le bloc A. 72 • Le poids aux 1000 grains le plus élevé s'est retrouvé dans les blocs A et B du dispositif n° 2 chez Carpinus betulus L. avec 2,5 g. ou 12,1% pour le bloc A et 2,5 g ou 12,0% pour le bloc B. Ensuite, ce fut avec Quercus robur L. et 2,3 g. ou 11,1% pour le bloc A et 2,4 g. ou 11,5% pour le bloc B. Les résultats ont été inférieurs dans les parcelles de Robinia pseudoacacia L., Tilia cordata Mill., Acer saccharinum L., Acer negundo L,. Acer platanoides L, et Quercus rubra L. Les résultats les plus faibles, encore une fois, se sont retrouvés chez les essences secondaires comme Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh. et Salix caprea L. 73 • Comme nous le montrent les résultats en volume du dispostif n° 1, ce sont toujours les BRF de feuillus qui donnent les meilleurs résultats. Dans le bloc A avec Quercus robur L., ils dépassent ceux des témoins par 40 g. ou 6,2%. En second lieu c'est avecRobinia pseudoacacia L. et 36 g. ou 5,6% alors que la parcelle traitée avec Acer platanoides L. n'a que 2 g. de moins. Les résultats du bloc B sont analogues à la parcelle d'Acer platanoides L. qui se montre la meilleure suivie dans l'ordre par Quercus robur L. et Robinia pseudoacacia L. Le plus petit rendement fut enregistré dans le dispositif n°1 des les blocs A et B pour Salix caprea L. Dans l'ensemble les rendements du bloc A ont été supérieurs de20 g ou 3,1% aux parcelles témoins alors que ceux du bloc B n'ont été que de 3,4 g. ou 3,4%. Les parcelles traitées par Populus tremula L. et Betula verrucosa Ehrh. ont eu les rendements les plus faibles. 74 • Quant aux mesures en volume de grains de seigle dans le dispositif n°1, toutes les parcelles ont donné des rendements supérieurs aux parcelles témoins. Encore une fois, les parcelles du bloc B ayant reçu des BRF de feuillus ont donné sans exception des rendements légèrement supérieurs à celles du bloc A. 75 • Les résultats du dispositif n°1 ont été meilleurs que ceux du dispositif n°2. car l'unité de volume a été plus grand dans les parcelles traitées avec des BRF de feuillus comme Robinia pseudoacacia L., Quercus robur L, et Carpinus betulus L. 76 • L'unité de grains en volume la plus élevée a été notée dans la parcelle du bloc A avec Robinia pseudoacacia L. et elle excédait les témoins par 27 g. ou 4,2% alors que la même essence a montré une augmentation de 34 g. ou 5,3% dans le bloc B. Des résultats quasi analogues ont été observés dans les parcelles de Quercus robur L. avec un gain de 26.0 g. ou 4,0% pour le bloc A et de 31,0 g. ou 4,8% pour le bloc B. Les autres parcelles ont donné des résultats inférieurs, tout particulièrement avec Salix caprea L., Populus tremula L. et Betula verrucosa Ehrh. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 26 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 77 • En résumé, les valeurs par unité de volume du dispositif n°2 où les BRF étaient fragmentés avec les feuilles ont été supérieures aux parcelles témoins dans 11 parcelles sur 13. Neuf parcelles sur un total de 13 appartiennent au bloc B. 78 • Les teneurs en protéines ont été déterminées selon la méthode standard de l'État ukrainien. Elle consiste à transformer l'azote de l'albumen en sels ammonium en minéralisant les grains à l'aide d'acide sulfurique puis par une réaction alcaline, on élimine l'ammonium dans une solution normale d'acide sulfurique. 79 • Les résultats des déterminations apparaissent au taleau n° 15. Il est évident que l'application de BRF induit l'augmentation du contenu protéique des grains. Les contenus protéiques furent plus élevés dans le dispositif n°1 par rapport aux témoins. Les meilleurs résultats dans les blocs A et B ont été obtenus avec Acer platanoides L., Quercus robur L. et Robinia pseudoacacia L. Les teneurs en protéines dans le seigle du bloc A ont varié de 10,8% à 13,7% par rapport aux témoins alors que les augmentations dans le bloc B ont été de 15,0% à 18,0%. Les plus faibles ont été notées dans le dispositif n° 1 pour les blocs ayant reçu des BRF de Salix caprea L., Betula verrucosa Ehrh. et Populus tremula L. Dans le bloc A, on a constaté une augmentation variant de 5,95% à 7,8% par rapport aux parcelles témoins alors que les variations étaient de l'ordre de 8% à 11% pour le bloc B. Dans les parcelles du bloc B, à l'exception de la parcelle de Betula verrucosa Ehrh., le contenu en protéines a été supérieur au bloc A. Tableau 13. Le poids de 1000 grains de seigle Espèces de BRF nombre d'échantillons M, grains m s V, % P, % Dispositif n°1 Bloc A_____________________________________________________________________ Témoins 8 20,9 0,19 0,5 2,6 0,9 Quercus robur L. 4 24,3 0,23 0,5 1,9 1,0 Robinia pseudoacacia L. 4 23,3 0,41 0,8 3,5 1,8 Acer platanoides L. 4 23,8 0,34 0,7 2,8 1,4 Betula verrucosa Ehrh. 4 22,0 0,20 0,4 1,8 0,9 Populus tremula L. 4 22,7 0,51 1,0 4,5 2,3 Tilia cordata Mill. 4 23,4 0,57 1,1 4,9 2,4 Salix caprea L. 4 22,1 0,39 0,8 3,5 1,8 Corylus avellana L. 4 23,3 0,50 1,0 4,3 2,2 Dispositif n°1 Bloc B ___________ Témoins 8 21,1 0,18 0,5 2,6 0,9 Quercus robur L. 4 24,8 0,53 1,1 4,3 2,1 Robinia pseudoacacia L. 4 23,4 0,75 1,5 6,4 3,2 Acer platanoides L. 4 24,2 0,44 0,9 3,6 1,8 Betula verrucosa Ehrh. 4 22,2 0,47 1,0 4,2 2,1 Populus tremula L. 4 22,9 0,32 0,7 2,8 1,4 Tilia cordata Mill. 4 23,7 0,33 0,7 2,8 1,4 Salix caprea L. 4 22,1 0,28 0,6 2,5 1,3 Corylus avellana 4 23,5 0,35 0,7 3,0 1,5 Dispositif n°2 Block A ___ Témoins 13 20,7 0,18 0,7 3,2 0,9 Quercus rubra L. 4 22,5 0,44 0,9 3,9 2,0 Carpinus betulus L. 4 23,2 0,36 0,7 3,1 1,5 Robinia pseudoacacia L. 8 22,9 0,29 0,8 3,6 1,3 Corylus avellana L. 4 21,5 0,33 0,7 3,0 1,5 Salix caprea L. 4 21,0 0,35 0,7 3,3 1,7 Betula verrucosa Ehrh. 4 21,1 0,32 0,6 3,0 1,5 Populus tremula L. 4 20,9 0,26 0,5 2,5 1,2 Alnus glutinosa Gaertn. 4 21,8 0,35 0,7 3,2 1,6 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 27 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Tilia cordata Mill. 4 22,8 0,54 1,1 4,8 2,4 Quercus robur L. 4 23,0 0,38 0,8 3,3 1,6 Acer saccharum Marsh. 4 22,7 0,40 0,8 3,5 1,7 Acer negundo L. 4 22,6 0,56 1,1 4,9 2,5 Acer platanoides L. 4 22,5 0,49 1,0 4,4 2,2_ Dispositif n°2 Bloc B ____ Témoins 13 20,8 0,20 0,7 3,5 1,0 Quercus rubra L. 4 22,7 0,24 0,5 2,1 1,0 Carpinus betulus L. 4 23,3 0,38 0,8 3,3 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 22,8 0,19 0,5 2,3 0,8 Corylus avellana L. 4 21,6 0,38 0,8 3,5 1,7 Salix caprea L. 4 21,1 0,23 0,5 2,2 1,1 Betula verrucosa Ehrh. 4 21,0 0,17 0,3 1,6 0,8 Populus tremula L. 4 21,0 0,29 0,6 2,7 1,4 Alnus glutinosa Gaertn. 4 21,7 0,53 1,1 4,9 2,4 Tilia codata Mill. 4 23,1 0,33 0,7 2,9 1,4 Quercus robur L. 4 23,2 0,42 0,9 3,7 1,8 Acer saccharum Marsh. 4 22,7 0,53 1,1 4,7 2,3 Acer negundo L. 4 22,8 0,40 0,8 3,5 1,7 Acer platanoides L. 4 22,6 0,37 0,7 3.3 1,6__ Tableau 14. Poids des grains de seigle par volume d'un litre Essences de BRF Nombre d'échantilons, M, grams m s V, % P, % _______________________________________ Dispositif n°1 Bloc A______________________________________________________________________ Témins 16 648 1,25 5,0 0,8 0,2 Quercus robur L. 8 688 1,26 3,6 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 684 1,83 4,9 0,7 0,3 Acer platanoides L. 8 682 1,33 3,8 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 672 1,68 4,8 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 670 1,52 4,3 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 675 1,23 3,5 0,5 0,2 Salix caprea L. 8 668 1,12 3,2 0,5 0,2 Corylus avellana L. 8 676 1,71 4,9 0,7 0,3_ Dispositif n°1 Bloc B ____ Témoins 16 651 1,39 5,6 0.9 0,2 Quercus robur L. 8 695 1,19 3,4 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 8 692 1,31 3,7 0,5 0,2 Acer platanoides L. 8 697 1,55 4,4 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 675 1,34 4,9 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 677 1,75 4,9 0,7 0,3 Tilia cordata Mill. 8 684 1,55 4,4 0,6 0,2 Salix caprea L. 8 673 1,32 3,8 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 689 1,28 3,6 0,5 0,2__ Disposif n°2 Bloc A _____ Témoins 26 643 1,03 5,3 0,8 0,2 Quercus rubra L. 8 665 1,54 4,3 0,7 0,2 Carpinus betulus L. 8 667 1,23 3,5 0,5 0,2 Robinia pseudoacacia L. 16 670 0,98 3,9 0,6 0,2 Corylus avellana L. 8 647 1,64 4,7 0,7 0,3 Salix caprea L. 8 633 1,36 3,9 0,6 0,2 Betula verrucosa Ehrh. 8 644 1,14 3,2 0,5 0,2 Populus remula L. 8 636 1,64 4,7 0,7 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 649 1,46 4,1 0,6 0,2 Tilia cordata Mill. 8 660 1,86 5,3 0,8 0,3 Quercus robur L. 8 669 1,24 3,5 0,5 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 658 1,40 4,0 0,6 0,2 Acer negundo L. 8 663 1,52 4,3 0,7 0,2 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 28 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Acer platanoides L. 8 656 1,25 3,5 0,5 0,2__ Dispositif n°2 Bloc B Témoins 26 640 1,36 6,9 1,1 0,2 Quercus rubra L. 8 661 2,10 6,0 0,9 0,3 Carpinus betulus L. 8 665 1,51 4,3 0,6 0,2 Robinia pseudoacacia L. 16 667 1,60 6,4 1,0 0,2 Corylus avllana L. 8 650 1,80 5,1 0,8 0,3 Salix caprea L 8 630 2,26 6,4 1,0 0,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 647 1,61 4,6 0,7 0,3 Populus tremula L. 8 637 1,97 5,6 0,9 0,3 Alnus glutinosa Gaertn. 8 650 2,22 6,3 1,0 0,3 Tilia cordata Mill. 8 663 2,24 6,3 1,0 0,3 Quercus robur L. 8 671 1,47 4,1 0,6 0,2 Acer saccharum Marsh. 8 665 1,96 5,5 0,8 0,3 Acer negundo L. 8 658 2,06 5,8 0,9 0,3 Acer platanoides L. 8 658 1,80 5,1 0,8 0,3__ Tableau 15. Le contenu en protéine des grains de seigle Essences de BRF Nombre d'échantillons, M, grams m s V, % P, % Dispositif n°1 Bloc A_____________________________________________________________________ Témoins 8 10,2 0,13 0,4 3,6 1,3 Quercus robur L. 8 11,4 0,18 0,5 4,5 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 11,3 0,16 0,5 4,0 1,4 Acer platanoides L. 8 11,6 0,17 0,5 4,2 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 8 10,8 0,13 0,4 3,4 1,2 Populus tremula L. 8 11,0 0,19 0,5 4,8 1,7 Tilia cordata Mill. 8 11,1 0,18 0,5 4.5 1,6 Salix caprea L 8 10,8 0,16 0,5 4,3 1,5 Corylus avellana L. 8 11,1 0,15 0,4 3,9 1,4 Dispositif n°1 Bloc B __________ Témoins 8 10,0 0,12 0,4 3,5 1,2 Quercus robur L. 8 11,7 0,19 0,5 4,6 1,6 Robinia pseudoacacia L. 8 11,5 0,19 0,6 4,8 1,7 Acer platanoides L. 8 11,8 0,16 0,5 3,9 1,4 Betula verrucosa Ehrh. 8 10,8 0,14 0,4 3,6 1,3 Populus tremula L. 8 11,1 0,17 0,5 4,2 1,5 Tilia cordata Mill. 8 11,2 0,17 0,5 4,2 1,5 Salix caprea L. 8 10,9 0,15 0,4 3,9 1,4 Corylus avellana L. 8 11,4 0,19 0,5 4,7 1,6 Dispositif n°2 Bloc A ___ Témoins 13 9,4 0,13 0,5 5,1 1,4 Quercus rubra L. 8 10,0 0,13 0,4 3,7 1,3 Carpinus betulus L. 8 10,5 0,13 0,4 3,4 1,2 Robinia pseudoacacia L 8 10,2 0,17 0,5 4,6 1,6 Corylus avellana L. 8 9,2 0,12 0,3 3,5 1,2 Salix caprea L. 8 8,2 o,12 0,4 4,2 1,5 Betula verrucosa Ehrh. 8 8,6 0,13 0,4 4,6 1,6 Populus tremula L. 8 8,1 0,13 0,4 4,6 1,6 Alnus glutinosa Gaertn. 8 9,3 0,16 05, 4,7 1,7 Tilia cordata Mill. 8 9,9, 0,13 0,4 3,8 1,3 Quercus robur L. 8 10,3 0,14 0,4 3,8 1,3 Acer saccharum Marsh. 8 10,0 0,14 0,4 4,0 1,4 Acer negundo L. 8 9,7 0,16 0,4 4,5 1,6 Acer platanoides L. 8 9,8 0,16 0,4 4,4 1,7 Dispositif n°2 Bloc B. ___ Témoins 13 9,6 0,14 0,5 5,3 1,5 Quercus rubra L. 8 10,2 0,15 0,4 4,3 1,5 Carpinus betulus L. 8 10,4 0,14 0,4 3,9 1,4 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 29 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Robinia pseudoacacia L. 8 10,5 0,17 0,5 4,5 1,6 Corylus avellana L. 8 9,1 0,14 0,4 4,4 1,6 Salix caprea L. 8 8,4 0,14 0,4 4,6 1,6 Betula verrucosa Ehrh. 8 8,5 0,12 0,3 3,9 1,4 Populus tremula L. 8 8,3 0,12 0,4 4,2 1,5 Alnus glutinosa Gaertn. 8 9,2 0,13 0,4 4,1 1,4 Tilia cordata Mill. 8 9,9 0,15 0,4 4,3 1,5 Quercus robur L. 8 10,5 0,16 0,5 4,3 1,5 Acer saccharum Marsh. 8 10,1 0,12 0,3 3,3 1,2 Acer negundo L. 8 9,8 0,15 0,4 4,4 1,6 Acer platanoides L. 8 9,7 0,14 0,4 4,1 1,5 80 • Le contenu protéique des grains du dispositif n° 2 a été légèrement moindre. Nous croyons que l'application des BRF était trop récente. Dans les deux blocs, 8 parcelles avaient des teneurs en protéines plus élevées par rapport aux parcelles témoins soit de 3,2% à 11,7% pour le bloc A et de 1,0% à 9,4% pour le bloc B. Comme précédemment le contenu protéique des grains a été plus élevé dans les parcelles de feuillus (Carpinus betulus L., Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., etc.) Dans les blocs A et B, 5 parcelles ont fourni des résultats négatifs avec une diminution de 13,8% à 1,0% pour le bloc A et de 13,5% à 4,2%. Comme dans le dispositif n°1, les résultats les moins bons ont été observés chez Populus tremula L. Salix caprea L. et Betula verrucosa Ehrh.. Six parcelles ont donné des résultats supérieurs dans le bloc B par rapport aux mêmes parcelles du bloc A. Par contre, 5 parcelles du bloc B donnèrent des résultats moindres que les mêmes du bloc A. 81 • À l'analyse, les indicateurs qualitatifs comme le poids aux 1000 grains, l'unité de volume et le contenu protéinique, on en arrive à la conclusion qu'il y a une augmentation dans les parcelles traitées aux BRF. Les meilleurs résultats apparaissent dans le dispositif n°2 alors que la transformation en matière humique débute. La qualité des grains est à son meilleur dans les parcelles de feuillus comme Robinia pseudoacacia L., Quercus robur L., Acer platanoides L., Carpinus betulus L., etc. auxquelles de petites quantités de litière forestière ont été ajoutées, apportant les microorganismes nécessaires au sol et favorisant un effet positif sur les indicateurs qualitatifs de la culture. L'ANALYSE DE L'IMPACT DES BRF SUR LE SOL. 82 • En septembre 1998, nous avons procédé à une série d'analyses chimiques et physiques sur la partie arable du sol, soit sur les 20 premiers centimètres. 83 • On a déterminé les contenus humiques à l'aide de la méthode de Tiurin qui consiste à oxyder l'humus par une solution de bichromate de potassium dans l'acide sulfurique à l'aide d'un colorimètre pour en déterminer le chrome trivalent qui correspond à la teneur humique. Ainsi, la matière humique totale fut déterminée en même temps que le pH et la salinité. 84 • La fraction azotée a été déterminée sous sa forme hydrolysable selon la méthode de Cornfield. C'est l'hydrolyse des composés azotés organiques du sol en milieu alcalin en faisant réagir l'échantillon dans une solution normale de NaOH durant 48 heures à 26°C. Ainsi, l'ammoniaque libéré par le processus est absorbé dans de l'acide borique Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 30 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada et déterminé par titration dans de l'acide sulfurique. Le phosphore et le potassium assimilables ont été déterminés par la méthode de Kirsanov basée sur les fractions extractibles par différents agents. Le phosphore a été déterminé par colorimétrie en utilisant le bleu de molybdène qui résulte de la réaction de l'acide phosphorique avec l'acide molybdénique. Pour sa part le potassium a été déterminé par un photomètre à flamme. 85 • Pour sa part ,le manganèse échangeable du sol a été déterminé par la méthode de Vlasiuk et Leydenska, consistant à déplacer le manganèse échangeable à l'aide d'une solution d'acide sulfurique 0,1 normale dans la solution du sol selon le ratio de 1:10 en agitant durant une heure. Le manganèse par la suite est oxydé par du persulfate d'ammoniaque en acide permanganique, étant donné la disponibiité de l'acide phosphorique et du nitrate d'argent. Le tout a été mesuré au colorimètre en fonction de la densité de la solution. 86 • Les teneurs en calcium et magnésium échangeables ont été déterminées par une titration à un pH de 13,0 et utilisant le fluoroxone comme indicateur. L'impact du manganèse est éliminé en le réduisant par de l'hydroxyalamine, tandis que celui du cuivre est éliminé en l'inactivant par le diéthyldithiocarbamate. Le magnésium a été déterminé par une méthode complexométrique basée sur la différence entre (Ca ++ Mg ++) et Ca ++ contenu dans la solution. 87 • La somme des bases saturées du sol a été mesurée à l'aide de la méthode de Bobko-Askinazi telle que modifiée par Alioshyn. Cette méthode consiste à déplacer les bases saturées par une solution 1,0 normale d'acide sulfurique. Le contenu des électrolytes totaux a été mesuré par conductimétrie. Tableau 16. Contenu total en substances organiques (CTSO) ainsi que le pH du dispositif n°1 Espèces de BRF Bloc 1998 1997 Humus% CTSO pH Humus % CTSO pH M m M m M m __ Témoins A 1,91 0,04 2,1 0,06 6,5 0,05 1,61 1,9 6,6 B 2,07 0,05 2,2 0,06 6,3 0,05 1,87 1,9 6,4 Quercus robur L. A 2,43 0,06 2,5 0,09 5,8 0,06 1,39 1,9 6,2 B 2,53 0,08 2,6 0,09 5,7 0,09 1,69 1,9 6,2 Robinia pseudoacacia L. A 2,56 0,08 2,6 0,08 6,1 0,08 1,57 2,3 6,5 B 2,82 0,08 2,9 0,06 6,0 0,06 2,18 2,6 6,5 Acer platanoides L. A 2,42 0,07 2,5 0,09 6,4 0,11 1,93 0,11 6,8 B 2,93 0,10 3,1 0,09 6,1 0,09 2,36 2,6 6,5 Betula verrucosa Ehrh. A 2,52 0,10 2,6 0,06 6,4 0,08 1,67 1,9 6,6 B 2,84 0,07 3,0 0,11 6,0 0,08 1,81 2,0 6,1 Populus tremula L. A 2,58 0,09 2,7 0,08 6,4 0,08 1,64 2,3 6,6 B 3,11 0,11 3,2 0,09 6,1 0,08 2,16 2,8 6,3 Tilia cordata Mill. A 2,35 0,09 2,6 0,10 6,2 0,09 1,72 2,3 6,4 B 2,95 0,09 3,3 0,11 5,9 0,11 2,76 3,1 6,2 Salix caprea L. A 2,82 0,08 3,0 0,11 6,3 0,08 1,60 2,6 6,5 B 3,12 0,11 3,2 0,09 6,1 0,06 2,28 3,0 6,2 Corylus avellana L. A 2,46 0,05 3,2 0,08 5,8 0,09 1,44 3,1 6,2 ______________________ B 2,73 0,05 3,2 0,08 5,8 0,09 1,57 3,1 6,2 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 31 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 88 • Les résultats des analyses de sol apparaissent dans les tableaux 16 à 18. Pour fin de comparaison, nous avons ajouté les résultats obtenus en 1997 avec Robinia pseudoacacia L. Quercus robur L., et Carpinus betulus L.. 89 • Comme le montre le tableau n°16, les contenus en humus de toutes les parcelles sont faibles ou très faibles d'après la classification de Tiurin (voir annexe 2). De meilleurs résultats ont été obtenus dans le dispositif n°1 après la deuxième récolte. Si l'on compare à l'année précédente, les teneurs en humus ont augmenté considérablement dans la majorité des parcelles. Dans le bloc A les plus grosses augmentations ont été enregistrées dans les parcelles de Salix caprea L. (74,8%), Corylus avellana L. (70,8%) et Robinia pseudoacacia L. (63,1%). Dans certaines parcelles l'augmentation des teneurs en humus fut moins spectaculaire En particulier chez Acer platanoides L. (25,4%) et Tilia cordata Mill. (36,6%). Dans le bloc B, les augmentations ont été plus considérables chez Corylus avellana L. (73,9%) et beaucoup moindres chez Tilia cordata Mill. avec une augmentation minime de 6,9% 90 • Selon la classification des sols retenue, les parcelles traitées ont eu un contenu faible en humus alors que les témoins étaient plus faibles. Cependant, dès la seconde année dans les parcelles traitées, les teneurs en humus ont augmenté car il y a eu transformation des BRF. Il faut noter que chez les essences secondaires, les teneurs en humus ont augmenté 7 . Notons que toutes les parcelles du bloc B ont eu une teneur en humus plus élevée que celles du bloc A. 91 • De très bons résultats ont été obtenus dans le dispositif n°2 comme le montre le taleau n° 17. Dans la plupart des parcelles, la teneur en humus est plus élevée que dans les parcelles témoins. Seules les parcelles de Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh. et Corylus avellana L. du bloc A, et Acer negundo L., du bloc B ont produit des résultats négatifs par rapport aux parcelles témoins. Les plus hauts taux d'humus du bloc A ont été obtenus avec Tilia cordata Mill. (+ 34,0%) et Acer saccharinum L. (+29,8%). Dans le bloc B ce sont Salix caprea L. (+72,8%) et Betula verrucosa Ehrh. (+58,5%). Dans la plupart des parcelles du bloc B, les taux d'humus furent plus élevés que dans les parcelles traitées du bloc A, ce qui, encore une fois, confirme les effets positifs des traitements aux BRF sur le contenu en humus du sol. 92 • Le tableau n° 16 rapporte les substances humiques totales du dispositif n° 1. Les données montrent une légère augmentation par rapport à l'année précédente. Pour le bloc A la parcelle de Corylus avellana L. montre une augmentation de 7,1% et de 17,4% pour Populus tremula L. . Pour le bloc B, cette variation se situe entre 3,2% pour Corylus avellana L. et 50,0% pour Betula verrucosa Ehrh.. Cependant, une fois encore, les meilleurs résultats apparaisent au bloc B par opposition au bloc A. Les contenus totaux en matière humique totale du bloc A furent enregistrés chez Salix caprea L. et Corylus avellana L. avec une augmentation de 42,9% pour les deux essences par rapport aux parcelles témoins. Des résultats inférieurs portant sur les substances humiques totales ont été notés chez Quercus robur L. et Acer platanoides L. avec une augmentation 7 Il y aurait ici une contradiction entre la présence plus élevée d'«humus» et le fait que les essences secondaires donnent partout de moins bons résultats. Il faut revoir la méthode de mesure utilisée et surtout regarder le pool de polyphénols puisque ces essences contiennent moins de lignines que celles qui donnent de bons rendements (Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L., etc) Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 32 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada que de 19,1% 8 par rapport aux parcelles témoins. Dans le bloc B, les meilleurs résultats furent mesurés dans la parcelle de Tilia cordata Mill. avec une augmentation de 50,0% par rapport aux parcelles témoins. Des résultats quasi analogues furent mesurés sur le parcelles de Salix caprea L. et Corylus avellana L. Les résultats de la parcelle de Quercus robur L. ont révélé le taux le plus bas comme dans le bloc A. 93 • Dans le dispositif n°2 (voir le tableau n°17), la matière humique totale a varié plus fortement que dans le dispositif n°1 soit de 1,6% à 3,0% pour le bloc A et de l,8% è 3,6% pour le bloc B. Pour le bloc A le contenu le plus élevé en matière humique a été noté dans la parcelle de Corylus avellana L. soit 66,7% de plus que dans les parcelles témoins. Elle est suivie de celle de Carpinus betulus L, avec une augmentation de 55,6%. Quant aux parcelles de Robinia pseudoacacia L. Salix caprea L., Acer platanoides L. et Tilia cordata Mill. avec leur augmentation n'a été que de 38,9% par rapport aux parcelles témoins. La plus faible teneur en substances humiques totales a été enregistrée dans la parcelle d'Alnus glutinosa Gaertn. avec 11,1%.par rapport aux parcelles témoins. Les résultats les moins bons ont été notés dans la parcelle d'Acer negundo L avec une contenu en matière humique totale de 5,6% par rapport aux parcelles témoins. Pour le bloc B, la meilleure performance a été mesurée dans la parcelle de Corylus avellana L. avec un taux supérieur de 89,5% par rapport aux parcelles témoins. Les résultats mesurés dans la parcelle de Salix caprea L. se sont chiffrés par une augmentation de 84,2% par rapport aux parcelles témoins. Comme dans le bloc A, c'est avec Alnus glutinosa Gaertn. que l'augmentation a été la plus faible avec 5,3% par rapport aux témoins, qui a donné les résultats les moins bons. 94 • Si on prend en compte les deux blocs du dispositif n°2, c'est le bloc B qui a donné les meilleurs résultats en terme de substances humiques totales par rapport au bloc A. Les variations du pH 95 • Quant au pH, il a varié de 5,7 à 6,8 soit près de la neutralité selon la classification (voir annexe 2) basée sur l'acidité et l'alcalinité. 96 • Dans les parcelles du dispositif n°1, les valeurs du pH par rapport aux parcelles témoins. ont chuté. Pou sa part, le bloc A montra les variations de pH qui ont été de 5,8 à 6,4. Le pH le plus bas a été mesuré dans la parcelle de Quercus robur L et le pH le plus élevé dans celles de Populus tremula L., Betula verrucosa Ehrh. et Acer platanoides L.. Quant au bloc B, les pH ont été légèrement inférieurs dans les parcelles témoins avec une variation de 5,7 à 6,1. Encore une fois, le pH le plus bas était dans la parcelle de Quercus robur L. et le plus élevé dans celles de Salix caprea L., Populus remula L. et Acer platanoides L. Dans toutes les parcelles du bloc B, le pH a été plus bas que dans celles du bloc A. L'apport de petites quantités de litière forestière contenant des microorganismes utiiles a contribué à maintenir un pH inférieur aux parcelles témoins. À titre de comparaison avec l'année précédente, le pH qui a chuté le plus était dans la 8 Ces observations nous incitent à penser que la méthode d'évaluation est inappropriée puisque ces essences ont donné les meilleurs performances de toutes. La confusion serait au niveau de la mesure de la «matière organique» et celle de l'humus. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 33 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada parcelle de Quercus robur L. avec une baisse de 0,5 dans le bloc B et de 0,1 dans les parcelles de Salix caprea L. et Betula verrucosa Ehrh. du même bloc. Tableau 17. Contenu en humus et en substances humiques totales (CTSO) et du pH du dispositif n°2. Espèces de BRF Bloc Humus % (CTSO) pH_____ ______________________________ M m M m M M__ Témoins A 1,41 0,02 1,8 0,04 6,4 0,05 Quercus rubra L. A 1,68 0,05 2,1 0,06 6,4 0,09 B 1,47 0,02 1,9 0,04 6,6 0,06 Carpinus betulus L. A 1,55 0,07 2,8 0,09 5,9 0,08 B 1,96 0,07 2,6 0,09 5,9 0,09 Robinia pseudoacacia L. A 1,46 0,05 2,5 0,05 6,0 0,06 B 2,06 0,06 2,6 0,06 5,9 0,05 Corylus avellana L. A 1,25 0,05 3,0 0,09 6,5 0,11 B 1,99 0,55 3,6 0,13 6,3 0,10 Salix caprea L. A 1,69 0,06 2,5 0,10 6,7 0,08 B 2,54 0,04 3,5 0,11 6,7 0,10 Betula verrucosa Ehrh. A 1,23 0,04 2,1 0,06 6,6 0,09 B 2,33 0,05 3,0 0,09 6,7 0,08 Populus tremula L. A 1,21 0,04 2,4 0,09 6,8 0,11 B 1,83 0,05 2,2 0,09 6,7 0,09 Alnus glutinosa Gaertn. A 1,49 0,06 1,6 0,07 6,5 0,11 B 1,62 0,05 1,8 0,06 6,4 0,09 Tilia cordata Mill. A 1,89 0,06 2,5 0,10 6,5 0,06 B 1,63 0,07 2,3 0,09 6,3 0,09 Quercus robur L. A 1,67 0,05 2,0 0,05 6,2 0,09 B 2,21 0,05 2,6 0,10 6,0 0,09 Acer saccharum Marsh. A 1,84 0,05 1,9 0,07 6,5 0,09 B 2,06 0,06 2,5 0,11 6,3 0,06 Acer negundo L. A 1,57 0,04 1,7 0,07 6,4 0,08 B 1,44 0,05 2,6 0,09 6,3 0,09 Acer platanoides L. A 1,55 0,08 2,5 0,09 6,2 0,06 B 1,69 0,06 2,3 0,09 6,4 0,11 97 • Il en va autrement des variations du pH du dispositif n° 2 (voir tableau 17). Dans le bloc A, les mesures ont révélé des sols plus acides pour les quatre parcelles de Carpinus betulus L, Robinia pseudoacacia L, Acer platanoides L. ainsi que Quercus robur L. mais légèrement moindres dans les parcelles témoins. Pour Quercus rubra L. et Acer negundo L. les valeurs ont été identiques à celles des parcelles témoins. Pour les sept autres parcelles, le pH a été inférieur aux parcelles témoins. Dans la plupart des parcelles du bloc B le pH fut plus acide de 0,1 à 0,2 par rapport au bloc A 9 . 98 • Les tableaux n°18 et 19 contiennentt les données portant sur le comportement de l'azote, du phosphore, du potassium et du manganèse des dispositifs expérimentaux. L'azote assimilable 9 On peut s'interroger sur la valeur réelle des chiffres produit ici, bien que nous ne doutons pas de la qualité des prises de données. Le pH étant une expression logarithmique de la dissociation des ions H + et OH - - plusieurs auteurs pensent que des variations égales ou inféieures à 0,5 ne sont pas significatives Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 34 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 99 • Comme le montre le tableau 18, l'azote hydrolysé dans le dispositif n°1 n'a que peu augmenté en comparaison de l'année 1997. Toutefois, il est demeuré très faible par rapport à la classification (annexe 2). Il faut noter que le bloc B a montré de meilleures performances que le bloc A à cet égard. Dans le bloc A, c'est la parcelle traitée avec Corylus avellana L. qui a montré le meilleur résultat avec une augmentation de 24,0 mg/kg de sol soit 38,6%, tandis que la plus faible fut mesurée chez Betula verrucosa Ehrh. avec 12,2 mg/kg de sol ou 17,8%. Dans le bloc B, c'est Populus tremula L. que la meilleure augmentation en azote hydrolysé a été observée avec 24,0 mg/kg de sol soit 37,7% alors que la plus faible augmentation a été de 8,8 mg/kg de sol ou 4,3% chez Betula verrucosa Ehrh.. Tableau 18. Les contenus en azote hydrolysé, phosphore et potassium assimilable ainsi que le manganèse échangeable du dispostif n°1, exprimé en mg/kg de sol. Essences de BRF Bloc 1998 1997____ N P K Mn N P K Mn _____________________ M m M m M m M m ____________________ Témoins A 76,6 1,6 108,0 1,6 56,0 1,3 106,1 1,4 74,2 103,3 80,8 102,8 B 73,4 1,6 106,0 1,1 54,1 1,3 109,2 1,7 68.3 101,4 79,3 104,5 Quercus robur L. A 80,3 2,4 156,3 3,4 82,3 3,0 93,7 2,2 67,7 122,0 110,0 78,3 B 80,6 2,0 149,8 3,6 76,5 2,8 94,3 2,3 61,6 110,0 105,5 84,3 Robinia pseudoacacia L. A 78,4 2,1 124,3 3,0 79,8 2,4 108,3 2,5 63,7 128,0 119,0 117,7 B 89,0 2,0 130,3 3,2 68,8 2,3 123,7 2,4 68,5 120,0 108,0 117,0 Acer platanoides L. A 94,6 1,8 138,0 3,4 73,5 2,9 119,6 2,0 79,1 118,5 88,8 110,0 B 94,9 2,3 130,3 3,0 79,3 2,9 133,3 2,5 71,4 107,8 101,5 109,0 Betula verrucosa Ehrh. A 80,8 2,4 117,8 3,1 55,8 2,3 127,8 2,5 68,6 107,8 73,5 123,0 B 86,5 2,0 120,0 3,4 64,5 3,5 127,2 2,4 77,7 105,5 99,5 114,0 Populus tremula L. A 77,9 2,4 118,3 3,6 64,0 2,7 114,6 2,6 63,0 109,3 87,5 109.0 B 87,7 1,6 114,8 3,3 67,0 3,2 123,5 2,6 63,7 98,3 90,8 118,3 Tilia cordata Mill. A 89,4 2,5 129,5 4,0 58,8 2,3 115,8 2,4 70,7 123,5 71,5 111,5 B 92,6 2,5 125,3 3,9 62,5 2,1 130,7 2,6 68,6 115,3 95,0 128,3 Salix caprea L. A 87,7 2,7 115,3 3,8 57,5 2,5 117,4 2,6 65,8 100,3 61,0 101,0 B 91,8 2,3 117,0 3,8 61,3 2,3 127,2 2,6 81,2 107,8 83,3 111,0 Corylus avellana L. A 89,1 2,2 97,8 2,8 45,0 1,8 112,1 2,4 64,3 86,5 56,0 107,5 B 95,8 2,4 103,8 2,5 59,0 2,0 122,7 2,4 77,7 87,3 73,5 118,3 100 • En comparaison avec les parcelles témoins, le contenu en azote hydrolysé des blocs A et B fut quelque peu supérieur. Dans le bloc A c'est Acer platanoides L. avec une augmentation de 20,0 mg/kg de sol ou 23,5% qui a été la meilleure, tandis que dans le bloc B ce fut Corylus avellana L. avec 22,2 mg/kg de sol ou 30,0% d'augmentation. 101 • Dans les parcelles du dispositif n° 2, les teneurs en azote hydrolysé ont été inférieures. Dans le bloc A, seules cinq parcelles eurent des teneurs légèrement supérieures variant de 4,9% à 7,2%. Dans toutes les autres parcelles, les teneurs ont été inférieures aux parcelles témoins. Les meilleures teneurs ont été chez Robinia pseudoacacia L. et Tilia cordata Mill. alors que la plus faible fut celle d'Alnus glutinosa Gaertn. 102 • Pour ce qui est des indicateurs dans le bloc B du dispositif n°2, les résultats avaient été quelque peu meilleurs. Dans neuf parcelles, les contenus en azote hydrolysé ont été supérieurs aux témoins. C'est la parcelle de Tilia cordata Mill. avec une Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 35 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada augmentation de 11,7 mg/kg de sol ou 18,7% qui a été la meilleure par rapport aux parcelles témoins. Dans quatre parcelles de ce bloc les taux d'azote hydrolysé ont été plus bas que dans les parcelles témoins allant de -6,1% à -0,8%. La valeur la plus faible fut encore une fois enregistrée dans la parcelle d'Alnus glutinosa Gaertn. Toutes les parcelles à l'exception de celle de Carpinus betulus L. ont montré des résultats supérieurs aux parcelles du bloc A. Tableau 19. Les contenus en azote hydrolysé, phosphore et potassium assimilable ainsi que le manganèse échangeable du dispostif n°2, exprimé en mg/kg de sol. Essences de BRF Bloc N P K Mn _ ___________________________ M m M m M m M m__ Témoins A 61,4 0,9 57,9 0,9 35.6 0,8 84,4 1,2 B 62,5 1,0 60,6 1,0 32,9 0,8 84,8 1,0 Quercus rubra L. A 61,1 2,0 44,5 1,7 56,0 2,3 95,8 4,5 B 70,7 2,2 64,8 1,9 54,8 2,2 91,4 2,3 Carpinus betulus L. A 61,8 2,4 60,3 1,8 80,8 3,4 91,4 2,4 B 61,6 2,1 70,3 1,9 74,3 2,8 103,2 2,3 Robinia pseudoacacia L. A 65,8 1,4 52,3 1,0 40,3 1,2 80,8 1,5 B 67,4 1,5 59,8 0,9 49,4 1,2 95,3 1,6 Corylus avllana L. A 58,8 2,0 62,0 1,7 50,0 2,3 85,1 2,9 B 66,9 2,3 102,5 2,5 64,5 2,5 99,7 2,4 Salix caprea L. A 58,9 1,8 67,5 1,8 59,3 1,9 87,3 2,2 B 69,0 1,8 91,8 2,1 69,3 2,4 101,6 2,6 Betula verrucosa Ehrh. A 56,7 2,4 59,5 2,2 45,3 1,7 91,1 2,5 B 67,0 2,3 90,0 2,3 66,8 2,9 97,5 3,1 Populus tremula L. A 64,4 2,3 70,0 2,1 46,3 2,1 90,5 2,1 B 69,3 1,8 64,5 1,7 38,3 1,8 103,4 2,1 Alnus glutinosa Gaertn. A 52,5 2,1 58,3 1,8 57,5 2,5 92,1 2.3 B 58,7 2,5 73,3 1,9 54,5 2,2 100,4 2,5 Tilia cordata Mill. A 65,8 2,4 51,0 1,5 44,3 2,1 86,2 2,3 B 74,2 2,4 66,3 1,7 55,0 2,1 91,0 2,4 Quercus robur L. A 4,4 2,0 52,3 1,5 41,0 1,9 80,2 2,2 B 68,6 1,8 84,3 1,8 47,8 2,3 88,4 2,5 Acer sacchaum Marsh. A 60,2 1,8 43,8 1,1 38,3 1,9 82,1 2,3 B 62,0 2,2 54,5 1,6 40,0 1,5 89,3 2,8 Acer negundo L. A 56,7 2,4 48,8 1,3 40,5 1,7 90,6 2,4 B 58,8 2,0 50,3 1,3 42,3 1,8 92,9 2,4 Acer platanoides L. A 56,7 2,4 51,8 1,5 17,0 1,9 98,6 2,7 _______________________ B 68,4 2,1 84,4 2.1 48,5 1,9 95,2 2,3 Le phosphore assimilable 103 • Les teneurs en phosphore assimilable ont varié considérablement (voir les tableaux 18 et 19). selon les dispositifs. Selon notre classification (voir annexe 2), le contenu en phosphore mobile du dispositif n° 1 a été plus élevé que la normale dans toutes les parcelles. Une seule exception a été observée dans deux parcelles du bloc A dont celle de Corylus avellana L. avec -9,4% par rapport aux parcelles témoins et elle était la valeur minimum dans le dispostif n°1, tandis que chez Quercus robur L. l'augmentation était de 44,7% plus élevée que les parcelles témoins, et ce fut la valeur maximale reconnue dans le dispositif n°1. Dans le bloc B, c'est également la parcelle de Quercus robur L. qui fut la meilleure avec une augmentation du Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 36 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada phosphore mobile de 41,3% par rapport aux parcelles témoins. La meilleure essence en second lieu fut celle d'Acer platanoides L. (comme dans le bloc A), tandis que la moins performante a été celle de Corylus avellana L. Il n'y a pas eu de différences significatives entre les parcelles des deux blocs. 104 • Par rapport à l'année précédente, le phosphore assimilable du dispositif n°1 a augmenté sauf dans la parcelle de Robinia pseudoacacia L. du bloc A mais ce fut dans des proportions modestes. Le plus haut indice a été mesuré dans la parcelle de Quercus robur L. avec une augmentation de 28,1% pour le bloc A et de 36,2% pour le bloc B par rapport aux parcelles témoins. 105 • Selon notre classification (annexe 2), le phosphore assimilable du dispositif n° 2 est bas dans le bloc A, et moyen dans le B, avec une exception à la hausse. Les indices sont meilleurs dans le dipositif n°1 par opposition au dispositif n°2. Dans les deux blocs des valeurs supérieures ont été observées dans les parcelles d'essences secondaires comme Populus tremula L. Salix caprea L. et Corylus avellana L. avec 20,9% supérieure aux parcelles témoins. Les contenus en phosphore assimilable furent plus faibles dans les parcelles d'Acer saccharinum L. avec -24,3% et de Quercus rubra L. -23,1% par rapport aux parcelles témoins. Toutes les parcelles du bloc B, à l'exception de Populus tremula L., ont eu des teneurs en phosphore mobile bien plus élevées que les parcelles du bloc A. Le meilleur contenu en phosphore assimilable a été obtenu dans la parcelle de Corylus avellana L. soit 69,9% de plus que dans les parcelles témoins. Seules trois parcelles du bloc A ont fourni des indices inférieurs aux parcelles témoins, soit de -1,3% à -17,0%. Le potassium assimilable 106 • L'année dernière dans toutes les parcelles du dispositif n°1 traitées aux BRF y compris les parcelles témoins, la disponibiité du potassium assimilable a diminué considérablement (voir le tableau n°18). Le minimum mesuré l'a été dans la parcelle de Robinia pseudoacacia L. du bloc B avec une diminution de 39,2 mg/kg de sol ou 36,3% par rapport aux parcelles témoins. Une chute notable du potassium assimilable a été observée dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. et Tilia cordata Mill . du bloc B. C'est dans la parcelle de Salix caprea L du bloc A que le potassium a le moins varié soit de 3,5 mg/kg de sol ou -5,7%. 107 • Il pourrait y avoir deux raisons importantes pour cette dimimution du potassium assimilable, la première serait dû à l'entraînement dans les horizons inférieurs du sol lors de fortes précipitations durant la période de végétation et la seconde, une utilisation intense de cet élément par le seigle lui-même. 108 • En comparant le potasium assimilable dans les parcelles traitées par rapport aux parcelles témoins du dispositif n° 1, on observe une augmentation résultant de l'apport des BRF. Le contenu en potassium assimilable mesuré dans la parcelle de Quercus robur L. du bloc A a été de 47,0% supérieur aux parcelles témoins. L'essence suivante a été Robinia pseudoacacia L. avec une augmentation de 42,5%. Par contre, la parcelle de Corylus avellana L. du bloc A a montré un déficit de -19,6% par rapport aux parcelles témoins. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 37 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 109 • Les parcelles du bloc B, sans exception, ont eu un contenu plus élevé en potassium assimilable que les parcelles témoins. Comme dans le bloc A les meilleurs teneurs ont été notées dans les parcelles de feuillus comme Acer platanoides L. avec une augmentation de 46 % et Quercus robur L. avec 41,4% de plus que les parcelles témoins. Dans 6 parcelles du bloc B, le potassium assimilable était plus élevé que dans les parcelles correspondantes du bloc A. Ces résultats confirment encore une fois, la pertinence d'ajouter de petites quantités de litière forestière. 110 • À peu de chose près, les mêmes teneurs en potassium assimilable ont été notées dans le dispositif n° 1 que dans le n° 2. Selon notre classification, ces parcelles sont considérées comme ayant une faible teneur en potassium assimilable ou une très faible. Néanmoins, une augmentation considérable du potassium assimilable a été observée par rapport aux parcelles témoins, tout particulièrement dans le bloc B. Dans le bloc A, la valeur la plus élevée a été mesurée chez Carpinus betulus L. avec une augmentation de 127% par rapport aux témoins alors que l'augmentation la plus faible a été observée chez Acer saccharinum L. avec 7,6% de plus que les parcelles témoins. Dans le bloc B, la plus forte augmentation a été observée chez Carpinus betulus L. avec +225% par rapport aux parcelles témoins. Des indices moindres on été mesurés chez Salix caprea L. avec une augmentation de 110,6%, et dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. avec une augmentation de 103,0% par rapport aux parcelles témoins. Le bloc B compte 9 parcelles avec un contenu en potassium assimilable plus élevé que dans le bloc A. Le manganèse échangeable 111 • Dans les parcelles expérimentales, le contenu très élevé en manganèse échangeable a varié de 80,2 à 133,3 mg/kg de sol. Si l'on compare les relevés de la première année à la seconde, dans le dispositif n° 1, les indicateurs ont augmenté de 1,9% à 22,3% passant de 93,7 à 127,8 mg/kg de sol. Une augmentation de 3,2% fut également mesurée dans les parcelles témoins Ce sont les parcelles traitées avec des BRF de Betula verrucosa Ehrh., Acer platanoides L. et Salix caprea L., qui montrèrent les plus fortes augmentations de manganèse échangeable allant de +10,7% à +20,5%. Les plus faibles augmentations ont été observées chez Robinia pseudoacacia L. avec +2,1% et chez Corylus avellana L. avec +5,7% par rapport aux parcelles témoins, alors que l'application de BRF de Quercus robur L. a montré une baisse de 11,7% du mangnèse échangeable 10 par rapport aux parcelles témoins. 112 • C'est dans le bloc B que la plus forte augmentation du manganèse échangeable a été notée dans les parcelles d 'Acer platanoides L. (+21,1%) et celle de Tilia cordata Mill. (+19,7%) alors que les augmentations les plus faibles ont été observées dans les parcelles traitées avec Corylus avellana L. (+12,4%) et Populus tremula L. (+13,1%). Dans le dispositif n° l, dans les parcelles de Quercus robur L. la 10 Nous savons depuis longtemps que le manganèse échangeable est responsable de plusieurs perturbations en particulier en tant qu'élément toxique pour la germination de plusieurs plantes tout en affectant le processus de nutrition de ces dernières. Il se complexe rapidement aux lignines et à leurs dérivés. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 38 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada diminution du manganèse échangeable a été de 13,4%. Seules les parcelles traitées avec Betula verrucosa Ehrh. dans les deux blocs A et B n'ont pas varié. 113 • Dans le dispositif n°2, les quantités de manganèse échangeable ont été plus réduites que dans le dispositif n° 1, allant de 82,1 à 103,4 mg/kg de sol. La plus forte teneur en manganèse échangeable a été mesurée dans la parcelle d'Acer platanoides L. du bloc A avec une augmentation de 16,8% alors que la plus faible augmentation l'a été chez Corylus avellana L. avec +0,8%. On observe une réduction du manganèse échangeable dans les parcelles d'Acer saccharinum L.. Robinia pseudoacacia L., et Quercus robur L. soit de 2,7% à 5,0% par rapport aux parcelles témoins. Pour sa part, les teneurs en manganèse échangeable du bloc B où de petites quantités de litière forestière a été appliquée ont augmenté systématiquement dans toutes les parcelles soit de 4,2% à 7,3%. comme dans les parcelles de Quercus robur L., Acer saccharinum L. et Tilia cordata Mill. alors que celles de Carpinus betulus L. et Salix caprea L. montraient une augmentation allant de 19,8% à 22,8%. Quant à Quercus rubra L. et Acer platanoides L., nous avons noté une diminution plus marquée dans le bloc B par rapport au bloc A. Le calcium échangeable 114 • Selon la classification retenue, les résultats situent le calcium échangeable dans la catégorie «très pauvre» c'est-à-dire, moins de 2,5 milléquivalents par 100 g. de sol, ou «pauvre» allant de 2,6 à 5,0 milliéquivalents par 100 g. de sol. (voir annexe n°2). 115 • Dans le dispositif n° 2, le calcium échangeable a fluctué entre 2,0 et 4,4 millieéquivalents par 100 g. de sol comme l'indique le tableau n° 20. Dans le bloc A, la plus haute teneur a été mesurée dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. avec +10% et Acer platanoides L. avec +3,3% par rapport aux parcelles témoins. Pour sa part, avec Populus tremula L. aucune modification n'a été notée par rapport aux parcelles témoins. Par contre, on a observé une diminution dans la parcelle de Salix caprea L. (-10,0%) et dans celle de Quercus robur L. (33,3%). Les teneurs en calcium échangeable ont été supérieures dans le bloc B et en particulier dans le cas des parcelles d'Acer platanoides L. , Populus tremula L., Robinia pseudoacacia L. et Tilia cordata Mill. où les teneurs en calcium échangeabe ont été supérieures aux parcelle témoins de 11,4% à 25,7%. Dans la parcelles traitées avec des BRF de Betula verrucosa Ehrh., il n'y a pas eu de différence avec les parcelles témoins. Par contre une diminution du calcium échangeale a été mesurée dans les parcelles de Salix caprea L. (-2,9%), Corylus avellana L. (-5,7%) et Quercus robur L. (-14,3%). Dans toutes les parcelles du bloc B, les résultats ont été meilleurs que dans le bloc A. Si l'on compare les deux années, il faut convenir que les données ont changé de façon notable. Les parcelles témoins des deux dispositifs ont augmenté de l'ordre de 25%. Dans cinq parcelles les teneurs les plus élevées en calcium échangeable ont été celles de Robinia pseudoacacia L., Acer platanoides L., Betula verrucaosa Ehrh., Populus tremula L. et Salix caprea L. allant de+8,0% à +20,0%. Dans les autres parcelles la diminution a été de -16,0% à -20,7%. De meilleurs résultats ont été mesurés dans le bloc B que dans le bloc A avec une augmentation de 7,1% pour Quercus robur L. et de 78,3% pour Robinia pseudoacacia L.. Le magnésium échangeable Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 39 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 116 • Dans les deux dispositifs, le contenu en magnésium échangeable a été très bas (voir la classification des sols, annexe n°2) 117 • Dans le dispositif n° 1, l'indice a fluctué entre 0,4 et 0.7 milliéquivalents par 100 g de sol (voir le tableau n°20). La meilleure teneur en magnésium échangeable du bloc A a été mesurée dans la parcelle d'Acer platanoides L.soit 0,2 milliéquivalents par 100 g de sol soit une augmentaion de 40% par rapport aux parcelles témoins. Dans les parcelles traitées avec des BRF de Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L. et Betula verrucosa Ehrh., le magnésium échangeable a été supérieur de 20% aux parcelles témoins. Par contre, dans la parcelle de Corylus avellana L. on a noté une diminution de 20% par rapport aux témoins. Dans le bloc B, les meilleures teneurs en magnésium échangeable l'on été sur les parcelles d'Acer platanoides L. et de Betula verrucosa Ehrh. (+ 50%) par rapport aux parcelles témoins. Dans cinq autres parcelles du bloc B, les teneurs ont été de 25% supérieures aux parcelles témoins, sauf chez Tilia cordata Mill. où les résultats ont été identiques aux parcelles témoins. 118 • En comparant les résultats de la première année avec la seconde, on constate une amélioration en 1998 dans le bloc A. Dans six parcelles les résultats ont été mesurés et les augmentations ont varié de 20,0% à 66,7% et la meilleure parcelle a été celle traitée avec des BRF de Tilia cordata Mill.. Dans quatre parcelles du bloc B, l'augmentation en magnésium échangeable a été de 20.0% à 25,0% tandis que dans les autres aucune variation n' été noté. 119 • Dans le dispositif n°2, le magnésium échangeable s'est amélioré. Ainsi, dans les parcelles traitées avec Acer saccharinum L., il y a eu 0,8 milliéquivalent /100 g. de sol et avec Quercus rubra L. et Betula verrucosa Ehrh. du bloc A , les teneurs ont été de 0,3 à 0,8 milliéquivalent/ 100 g. de sol. Les meilleurs résultats de ce bloc ont été enregistrés dans la parcelle de Carpinus betulus L. qui a été de 50% supérieure aux parcelles témoins. Dans le bloc B, c'est encore Acer saccharinum L. qui a donné les meilleurs résultats avec 30% de mieux que les parcelles témoins. On a observé une réduction de 25% du magnésium échangeable par rapport aux parcelles témoins dans trois parcelles du bloc A. La même tendance a été observée dans le bloc B avec une réduction de 20% inférieur aux parcelles témoins. En les comparant, on constate que les huit parcelles traitées ont donné de meilleurs résultats dans le bloc B alors que trois autres n'ont pas varié. Les électrolytes 120 • La concentration en électrolytes totaux n'a pas varié de façon significative soit de 0,016% à 0,026% (voir tableaux 20 et 21). Tableau 20. La teneur en calcium et magnésium assimilablesdans le sol ainsi que les électrolytes totaux du dipositif expérimental n °1 Essences de BRF Bloc 1998 1997_______ Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 40 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada |Ca mg/ | Mg, mg/ |Électr. | Ca mg/ Mg mg/ total |100 g sol | 100 g sol |concentration% |100 g.soi |100 g soi Élect. M m M m M m _____M_______m____________________ Témoins A 3,0 0,06 0,5 0,02 0,021 0,0004 2,4 0,4 0,013 B 3,5 0,06 0,4 0,03 0,020 0,0004 2,8 0,4 0,013 Quercus robur L. A 2,0 0,09 o,6 0,03 0,017 0,0006 2,5 0,5 0,015 B 3,0 0,11 0,5 0,03 0,021 0,0006 2,8 0,4 0,014 Robinia pseudoacacia L. A 2,5 0,09 0,6 0,04 0,020 0,0008 2,3 0,5 0,016 B 4,1 0,09 0,5 0,03 0,022 0,0009 2,3 0,5 0,016 Acer platanoides L. A 3,1 0,09 0,7 0,03 0,025 0,0009 2,3 0,5 0,017 B 4,4 0,09 0,6 0,03 0,021 0,0006 2,8 0,5 0,015 Betula verrucosa Ehrh. A 3,3 0,11 0,6 0,03 0,025 0,0009 2,9 0,4 0,012 B 3,5 0,06 0,06 0,04 0,020 0,0006 2,8 0,5 0,011 Populus tremula L. A 3,0 0,09 0,5 0,03 0,017 0,0006 2,5 0,5 0,014 B 4,2 0,11 0,5 0,03 0,026 0,0011 3,1 0,5 0,013 Tilia cordata Mill. A 2,5 0,06 0,5 0,03 0,019 0,0009 2,8 0,3 0,013 B 3,9 0,09 0,4 0,03 0,020 0,0006 2,9 0,4 0,013 Salix caprea L. A 2,7 0,09 0,5 0,04 0,021 0,0009 2,5 0,5 0,013 B 3,4 0,06 0,5 0,04 0,021 0,0007 2,5 0,5 0,012 Corylus avellana L. A 2,1 0,06 0,4 0,03 0,016 0,0007 2,5 0,4 0,014 ___________________________ B 3,3 0,09 0,5 0,03 0,019 0,0009 2,9 0,04 0,014 Tableau 21. La teneur en calcium et magnésium assimilablesdans le sol ainsi que les électrolytes totaux du dipositif expérimental n °2 Essences de BRF Bloc Ca, mg/100 g de sol Mg, mg/100 g. de sol Électrolytes totaux % _________________________ M m M m M M________ Témoins A 2,1 0,03 0,4 0,02 0,020 0,0004 B 2,6 0,04 0,4 0,02 0,020 0,0005 Quercus rubra L. A 1,7 0,10 0,3 0,03 0,020 0,0006 B 2,6 0,08 0,5 0,03 0,025 0,0009 Carpinus betulus L. A 1,9 0,07 0,6 0,03 0,015 0,0007 B 2,1 0,06 0,5 0,04 0,020 0,0006 Robinia pseudoacacia L. A 1,9 0,05 0,4 0,03 0,020 0,0004 B 2,5 0,04 0,4 0,02 0,021 0,0004 Corylus avellana L. A 2,9 0,06 0,5 0,04 0,021 0,0006 B 3,0 0,08 0,6 0,03 0,025 0,0009 Salix caprea L. A 2,4 0,07 0,5 0,03 0,022 0,0009 B 2,8 0,06 0,7 0,06 0,026 0,0009 Betula verrucosa Ehrh. A 2,2 0,09 0,4 0,03 0,025 0,0009 B 3,2 0,09 0,6 0,03 0,025 0,0009 Populus tremula L. A 2,3 0,11 0,4 0,04 0,025 0,0011 B 3,3 0,10 0,4 0,04 0,026 0,0009 Alnus glutinosa Gaertn. A 1,9 0,09 0,4 0,03 0,020 0,0006 B 1,5 0,09 0,4 0,04 0,026 0,0011 Tilia cordata Mill. A 2,1 0,06 0,5 0,03 0,020 0,0007 B 2,4 0,06 0,4 0,03 0,023 0,0009 Quercus robur L. A 2,4 0,08 0,5 0,03 0,021 0,0009 B 2,0 0,11 0,4 0,03 0,023 0,0009 Acer saccharum Marsh. A 2,0 0,13 0,4 0,03 0,020 0,0006 B 3,0 0,11 0,7 0,03 0,021 0,0009 Acer negundo L. A 1,8 0,08 0,5 0,03 0,020 0,0006 B 2,4 0,10 0,4 0,04 0,019 0,0007 Acer platanoides L. A 1,7 0,09 0,3 0,03 0,022 0,0009 ________________________ B 2,5 0,10 0,5 0,03 0,025 0,0009 121 • Les résultats du dispositif n° 1 sont remarquables. L'augmentation des indicateurs reflétant la concentration des électrolytes totaux, comparés à l'année précédente, sont caractéristiques également des parcelles témoins. À notre avis, cecla Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 41 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada été causé par une seconde minéralisation des couches arables par la montée des sels depuis les horizons inférieurs vers la surface. Les conditions climatiques de l'été en seraient la cause par l'alternance de conditions froides et humides avec des périodes chaudes et sèches. 122 • La minéralisation a été évidente dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. des blocs A et B avec une augmentation des électrolytes totaux de 108,3%. et de Populus tremula L. du bloc B, qui lui a augmenté de 81,8%. Les élecrolytes ont également augmenté de 1,5 fois dans les parcelles témoins. Les moindres augmentations ont été mesurées dans les parcelles de Corylus avellana L. (+7,1%), Quercus robur L. (+13.3%) et Robinia pseudoacacia L.(+25,0%). 123 • En comparant les concentrations en électrolytes totaux des parcelles expérimentales et des parcelles témoins, nous arrivons aux conclusions suivantes: dans le bloc A, les plus hautes valeurs ont été observées dans les parcelles d'Acer platanoides L. et de Betula verrucosa Ehrh. avec des concentrations supérieures de 19,1% aux parcelles témoins. Le plus haut taux de minéralisation a été observé dans la parcelle de Populus tremula L. du bloc B avec un indice supérieur de 30% aux parcelles témoins. Dans cinq parcelles du bloc A (Corylus avellana L, Quercus robur L., Tilia cordata Mill. et Robinia pseudoacacia L.), la minéralisation a été moindre que dans le parcelles témoins passant de -23.8% à -4,8%. Dans le bloc B, seul Corylus avellana L. montra un indice de minéralisation inférieur aux parcelles témoins avec -5,0% Le bloc A comptait 5 parcelles ayant des concentrations en électrolytes moindres que les mêmes du bloc B. 124 • Dans le dispostitif n°2, les résultats en électrolytes ont été presque analogues au dispositif n° 1. c'est-à-dire entre 0,015% et 0,026%. Il en fut de même pour les parcelles témoins. Le plus haut taux de minéralisation a été noté dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. et Populus tremula L. du bloc A, avec 0,025% alors que plus le bas le fut dans la parcelle de Carpinus betulus L. avec une concentration de 0,015% en électrolytes. Dans le bloc B les plus fortes concentrations en électrolytes ont été observées dans les parcelles traitées avec des BRF deSalix caprea L., Populus tremula L. et Alnus glutinosa Gaertn. avec 0,026%. Les concentrations en électrolytes les plus faibles, comme dans le bloc A, l'ont été avec Carpinus betulus L. et Acer platanoides L. avec 0,020%. Il est intéressant de noter que 11 parcelles du bloc A ont montré des concentrations en électrolytes inférieures aux mêmes parcelles du bloc B. Il faut en conclure que l'introduction de petites quantités de litière forestière n'a pas contribué à la minéralisation dans les bloc A et B également. 125 • En regardant de près l'influence des BRF, on arrive à la conclusion que les conditions du sol sont largement améliorées. Comme prévu, les meilleures conditions ont été obtenues dans le dispositif n°1 avec un contenu en humus, en «matière organique», en azote hydrolysé, en phosphore assimilable, en calcium et magnésium échangeables, etc. La majorité des indices ont été supérieurs dans le bloc B par rapport au bloc A. Ceci confirme la pertinence d'ajouter de petites quantités de litière forestière aux BRF. Nous avons mesuré de faibles augmentations non significatives d'éléments échangeables comme le manganèse. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 42 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Toutefois, la chute du manganèse échangeable dans les parcelles de Quercus robur L. a été mesurée pendant la première et la deuxième année. 126 • L'amélioration des conditions du sol ont été plus importantes dans le dispositif n°2. Ceci peut être exliqué par une application très récente des BRF dans le bloc 1. Dès la fin de l'an prochain, on pourra constater des améliorations significatives lors des analyses. L'ÉTAT SANITAIRE DES GRAINS DE SEIGLE DANS LES PARCELLES EXPÉRIMENTALES 127 • Dès la récolte du seigle terminée on a procédé à l'analyse de l'état sanitaire des grains selon la méthodologie décrite précédemment. Voyons maintenant les résultats apparaissant aux tableaux 22 et 23. 128 • La majorité des grains a été parasitée par des fungus pathogènes. Il en va de même dans toutes les régions d'Ukraine pour la majorité des cultures d'après les recherches menées par l'Institut de Microbiologie et de Virologie de l'Académie des Sciences d'Ukraine. La cause tient en grande partie aux conditions climatiques durant les périodes de végétation comme de longues périodes froides et humides favorisant le développement des fungus pathogènes. Tableau 22. Les pertes causées par les micromycètes 11 après la récolte dans le dispositif expérimental n°1 exprimées en pourcentage (I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) N Micromycetes Bloc I II III IV V VI VII VIII Témoins 1 Fusarium sporotriche Ila A 22,1 40,0 52,0 50,3 40,5 25,0 0,20 36,0 var. Poae Bilai B 27,7 45,0 40.0 45.0 32.0 30,0 45,0 33,0 2 Alternaria alternata (Fr.) A 42,5 30,0 75,0 36,0 37,0 10,0 15,0 80,0 12,0 Keissl. B 43,5 45.0 70,0 52,0 23,3 13,0 15,0 55,0 20,0 3 Acremonielle atra A 12,7 11,5 (Corda) Saccardo B 31,7 17,0 ____ 4 Cladosporium A 15,0 8,0 12.0 herbarum Link. B 0,5 11,0 5 Mycelia sterilia A 35,3 10,0 4,0 55,0 (orange) B 27,7 10,0 8,0 55,0_____________ 6 Fusarium A 25,0 26,0 graminearum Schuabe B 30,0 14,0___________________ 7 Mucor sp. A 12,0 40,0 ______________________ B 10,0 36,0 8 Total A 100,0 95,0 100,0 100,0 100,0 100,0 95,0 100,0 100,0 B 98,9 100,0 100,0 100,0 100,0 95,5 100,0 100,0 100,0 129 • Dans les deux dispositifs, Fusarium sporotrichiella var. Poae Bilai et Alternria alternata (Fr.) Keissl. étaient les plus répandus. Leurs caractristiques biologiques et environnementales ont déjà été données plus haut. Dans le relevé du dispositif n° 2, s'ajoute Mycelia sterilia (orange). Le nombre d'espèces recencées dans le dispositif n°1 11 Ceci correspond en gros aux Actinomycètes, ou champignons inférieurs Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 43 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada est plus faible que dans le deuxième. Dans le deuxième dspositif, quatre autres espèces de fungus s'ajoutentTrichothecium roseum Link ex Fries., Fusarium sambucinum var. Poae, Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem. et Geotrichum candidum. Il faut noter que ces fungus apparaissent dans certaines parcelles et certaines essences sans causer de dommanges appréciables. LA DIVERSITÉ BIOLOGIQUE DES DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX 130 • En 1998, nous avons porté une attention particulière à l'étude de la diversité biologique puisque son évolution est primordiale à l'amélioration du sol. Comme les données sur la mésofaune ont déjà été présentées, nous n'en traiterons pas ici. Les aspects mycologiques feront l'objet de notre attention. On a d'abord identifié les macromycètes 12 qui sont apparus dans les dispositifs au cours de l'été et de l'automne. Pour ce faire, on a utilisé des méthodes bien connues et les travaux mycologiques. (Dudka, Wasser, 1987; Wasser 1980; Wasser, 1982; Wasser, 1977, Gorlenko, 1980; Dudka 1982, Zhyzn'rasteniy (La vie de Plantes) vol. 2 les Fungus, 1975; Zerova 1970; Zerova, Sosin, Rozhenko, 1979; Les méthodes de la mycologie expérimentale, 1982; Lebedeva 1949). Tableau 23. Les pertes causées par les micromycètes après la récolte dans le dispositif expérimental n°1 exprimées en pourcentage (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Quercus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L.) Bock I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII Témoins Fusarium sporotrichieella A 26,5 35,0 20,0 13,6 20,0 15,0 17,4 10,0 25,4 40,0 18,2 25,5 50,0 Var. Poae Bilai B 22,4 30,0 15,0 9,1 20,0 20,5 13,1 15,0 20,9 45,0 13,7 30,0 60,0 Alternaria alternata A 25,0 40,0 61,8 46,0 60,0 42,4 43,5 55,0 53,7 40,0 42,7 30,0 50,0 ((Fr.) Feissl B 20,3 30,0 59,0 20,0 40,0 35,0 56,3 52,0 51,0 40,0 27,2 30,0 40,0 Acremoniella atra A 10,2 25,0 4,5 24,0 20,0 20,0 (Corda) Saccardo B 8,5 20,04,5 16,0 18,0 13,7 25,0 Mycelia sterilia A 5,0 15,0 18,1 8.0 10,0 16,2 17,4 3,5 20,9 20,0 13,6 25,0 0range) B 18,0 15,5 10,0 27,2 16,0 10,0 21.2 21,7 2,5 18,1 15.0 13,4 15,0 ____ Trichotecium roseum A 7,7 19,0 15,5 Link. (ex Fries) B 15,0 28,0 15,0 9,4 ____ Fusarium sambucinum A 15,5 30,0 var Poae B 10,0 10,0 35,0 ____ BIipolaris A 20.0 10,3 25.4 sorokiniana Saccardo B 25,0 5,4 31,7-____________ Mucor sp. A 10,4 21,7 B 12,3 8,7 ____ Geotricchum A 6,4 3,5 candidum B 5,3 5,0 ____ TOTAL A 95,3 100,0 79,0 98,0 98,0 100,0 100,0 100,0 97,8 100,0 100,0 99,0 100,0 B 91,5 100,0 70,0 100,0 100,0 100,0 99,8 99,8 92,0 90,0 100,0 99,7 1000.0____ 131 • Comme il était prévu, la grande majorité des champignons recensés appartenaient aux Basidiomycètes. Selon le Professeur G. Lemieux et d'autres chercheurs (1995-98) ces champignons sont d'une très grande importance dans le processus de transformation des BRF. Les résultats observés sont consignés dans les tableaux n°24 et 25. 12 Il s'agit de champignons ayant des carpophores compsés en majorité de Basidiomycètes mais également avec quelques Ascomycètes. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 44 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 132 • Dans le dispositif expérimental n° 1, 26 espèces de macromycètes ont été repérées dont 21 identifiées formellement. En comparaison avec l'année précédente, l'éventail des espèces s'est élargi considérablement. Nous ne doutons pas que ceci a contribué à la transformation des BRF tout en affectant de manière positive les conditions du sol de même que le développement et la croissance des plantes. Les carpophores de Ciatus Olla étaient les plus répandus et les premiers à apparaître dans les parcelles expérimentales. 133 • Dans le dispositif expérimental n° 2, 15 espèces de macromycètes ont été identifiées. Ciatus Olla, tout comme dans le dispositif n°1, a été le premier à apparaître et fut le plus commun de toutes les espèces. Nous n'avons pas établi de corrélation entre les espèces de champignons et les BRF de feuillus utilisés tout comme dans le dispositif n° 1. Il est tout à fait remarquable que la grande majorité des macromycète appartient à la classe de Basidiomycètes. Comme ils ont été les «premiers occupants», ils ont entraîné le processus dans la voie que nous désirions. 134 • Nous avons également étudié les micromycètes de la couche arable du sol (tableaux n° 26 et 27) en utilisant des méthodes reconnues en recherche mycologique (Méthode de Mycologie Expérimentale, 1982) tout comme les flores de (Kyrilenko, 1978: Kyrilenko 1977: Litvinov 1967). Tableau 24. Les espèces de macromycètes du dispositif expérimental n°1 (I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) Espèces Bloc A Bloc B I II III IV V VI VII VIII | I II III IV V VI VII VIII Caprinus atramentharius ++ ++ ++ + ++ + ++ + | + ++ ++ ++ + ++ + ++ Caprinus mIcaceus (Fr,) Bull + + ++ + + + ++ | + ++ + + + + + ++ Cyathus olla Pers. + + ++ + + + + | + ++ ++ + + + + + Hypholoma fasciculare + + + + + + | + + + + (Huds.,Fr.)Bull. | Caprinus cinereus (Fr.) ++ + + ++ + + + ++ | + + ++ + ++ ++ + + S.F. Gran. | Marasmus oreades + + + | + + + + + (Bolt.:Fr) Fr | Hypholoma candoleanum + + + | + + + + (Fr.) Quel. | Lepista nuda (Bull.:Fr.) Cke. + + + | + + + + Trycholoma focale + + | + + + + (Fr.) Ricken | Collybia butiyacea + + + | + + + (Bul.:Fr.) Quel. | Helvella atra König. + + + + | + + + + + + Peziza badia Mer. + + + | + + + + + Peziza rufescens R. Sant. + + + + + | + + + + + Otidea onotica (Pers.) Fuck, + + | + + + Clitocybe geotrop (Bull.:Am.) + + | + + + Agaricus silvaticus Schaeff. + + | + + + + Inocybe fastigiata Schaeff. + + + + + | + + + Entoloma serriceum + + + | + + (Bull,:Mer.) Quel. | Amanitopsis vaginata + + | + + + + (Bull.:Fr.) Roze | Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 45 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Hevella elasttica Bull. + + | + + + Inocybe geohylla (Sow.:Fr.) + + | + + |__________________________________ Les micromycètes 135 • Les micromycètes furent isolés sous la forme de cultures pures et on a décrit les modes de cultures et leurs caractéristiques morphologiques et on procéda à l'identification. Dans l'ensemble, 30 espèces ont été répertoriées, 26 dans le dispositif dans le dispositif n°1 et 28 dans le dispositif n°2. En général, une grande diversité est reconnue. Pour ce qui est du nombre de colonies, nous n'avons pas noté de différence appréciable dans les différentes recherches. Le seul constat significatif est à l'effet que les parcelles témoins du dispositif n°1 donnaient de plus nombreuses colonies que les parcelles traitées aux BRF. LES MYCORHIZES DU SEIGLE D'HIVER TRAITÉ AUX BRF 136 • Voici la méthodologie de recherche utilisée sur les aspects anatomiques et morphologiques. Pour identifier les mycorhizes, les racines ont été prélevées et lavées puis mises à sécher sur des papiers filtres. Par la suite, elle furent réduites en tronçons de 1 cm. et portées à ébullition dans une solution de KOH à 15% durant 90 minutes. Par la suite, les racines furent lavées une autre fois et trempées dans un colorant, l'aniline, durant 30 minutes. Elles furent lavées une fois de plus et déposées dans une solution a 1% d'acide lactique. Elles sont par la suite lavées une dernière fois et conservées dans de la glycérine. C'est sous le microscope que l'identification des mycorhises s'est effectuée. Les calculs de fréquence furent faits à partir de 10 préparations pour chaque plante. La moyenne des mycorhyzes a été estimée pour chaque préparation microscopique. Les résultats sont donnés en pourcentage et en points. Nous avons établi 3 groupes de plantes selon les caractéristiques mycotrophiques, basses, moyennes et hautes. Les plantes ayant 1 à 2 points (les racines mycorhizées vont de 1% à 30%) sont de basse mycotrophie, celles de 3 points (30% à 45%) de mycotrophie moyenne et celles de 4 et 5 points mycorhizés (45% à 60% et plus) sont de mycotrophie élevée. Tableau 25. Les espèces de macromycètes du dispositif expérimental n°2 (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Querqus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L.) Espèces Blocs I II II IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII Cyathus olla Pers. A ++ + ++ ++ + ++ + + ++ ++ + ++ ++ _______________ B + ++ ++ ++ ++ + ++ + ++ + ++ + ++_ Caprinus micaceus A + + ++ + + + ++ + ++ ++ + ++ + (Fr.) Bull. B + + + ++ + + + + ++ ++ + + +__ Caprinus cinereus A + + ++ + + + + + + + + (Fr.) S. F. Gran B + + + + + + + + ___ Caprinus A ++ + ++ + + + + + + + + + ++ atramentharius Fr. B + ++ + ++ + + ++ + + ++ + + +__ Hypholoma fasciculare A + + + + + + + + + (Huds.:Fr.) Kumm. B + + + + + + + + + + Peziza badia Mer. A + + + + + + B + + + + + + + + Peziza rufescens A + + + + ++ + ++ Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 46 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada R. Sant. B + + + + + Lepista nuda A + + + + + + (Bull.:Fr.) Cke B + + + + + + + + Trycholoma focale A + + + + + (Fr.) Ricken B + + + + + __ Entoloma sericeum A + + + (Bull.:Mer.)Quel. B + + __ Inocybe geophylla A + + (Sow.:Fr.) Kumm. B + + +_____ Agaricus silvaticus A + + + + Schaeff. B + + + + __ Pleurotus ostreatus A + + + (Jacq.:Fr.) Kumm B + + __ Marasmus oreades A + + + (Botl.:Fr.) Fr B + + + + __ Clitocybe geotropa A + + + (Bull.:St-Am.) Quel. B + + + + ++ 137 • La recherche a montré que les mycorhizes apparaissaient au printemps sur le seigle d'hiver sous la forme arbusculaire. 138 • Les études microscopiques montrent qu'il y a deux modes de pénétration depuis le sol vers la plante, par le système vasculaire des racines 13 ainsi que par les cellules épidermiques. Les racines en cause avaient un diamètre variant de 140 à 395 microns. Les hyphes externes et internes sont dimorphes. Les hyphes des fungus des tissus racinaires avaient entre 3,5 et 7 microns en diamètre. Les arbuscules sont éphémères et très difficiles à identifier. 139 • Dans la phase de formation en épis, les hyphes se développent rapidement et vont de cellules en cellules. Les fungus responsables de la mycorhization s'établissent dans les premières et secondes couches de cellules du mésoderme en contact avec l'endoderme Les hyphes se décomposent dans les cellules isolées donnant des gouttelettes de lipides. C'est à ce stade qu'apparaissent les mycorhizes sur les racines du seigle. Elles varient entre 25 et 105 microns. À l'intérieur des vésicules des gouttelettes de lipides et des granules apparaissent. Pour leurs part. le vésicules plus anciennes voient leurs parois s'épaissir. Durant la phase laiteuse du seigle, le nombre de vésicules augmente. Dans les sites où la fungolyse est active on aperçoit des gouttelletes de lipides et des hyphes résiduelles non digérées. 140 • À cause d'une charge de travail trop importante, on a étudié que le développement des mycorhizes du dispositif n°1. Les résultats sont consignés au tableau 28. 141 • Les données au tableau 28 montrent que dans les parcelles expérimentales le seigle s'est classé parmi les plantes fortement mycorhizées. Dans le bloc A, la différence de mycotrophie entre les parcelles traitées aux BRF et les parcelles témoins n'est pas significative . Ceci est également vrai de trois parcelles du bloc B comme celles de Quercus robur L., Robinia pseudoacacia L. et Salix caprea L. Dans 5 autres parcelles du même bloc, le niveau de mycorhization a été beaucoup plus élevé par 13 Il y a certainement confusion puis que les mycorhizes n'atteignement jamais le système vasculaire des racines. Il s'agirait tout au plus de l'invasion d'un parasite. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 47 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada rapport aux parcelles témoins allant de 14,% pour Tilia cordata Mill. à 48,2% pour Betula verrucosa Ehrh. 142 • Il est donc trop tôt pour tirer une conclusion à partir de nos données. Une recherche plus poussée est donc nécessaire. En fait ,les résultats de la mycotrophie sont difficiles d'interprétation. Malgré de nombreuses études, plusieurs problèmes doivent être résolus et les opinions sont souvent contradictoires à leurs sujets. L'influence des mycorhizes sur la croissance et les rendements en grains du seigle demande à être mieux connue. L'impact des BRF sur l'intensité et le développement de la mycorhization en agriculture demande également d'être étudié à fond. L'ACTIVITÉ BIOLOGIQUE TOTALE DU SOL DANS LES PARCELLES EXPÉRIMENTALES 143 • C'est en isolant les divers groupes microbiologiques que l'on arrive à évaluer les tendances générales des processus du sol et de leur intensité soient leurs caractéristiques physiologiques ainsi que les espèces déjà isolées dans une partie précédente de ce rapport (page ). Cependant, des indicateurs généraux seraient précieux et réfléteraient la biodynamique du sol. Ainsi, les données portant sur la respiration du sol, sa nitrification et sa déshydrogénation pourraient être de tels indicateurs (Gorodniy, Koylevich, Serdyuk 1995; Mineev, 1989). 144 • Récemment, on a évalué l'activité biologique du sol à l'aide de la synthèse d'acides aminés captés par une membrane. Plus le nombre d'acides aminés était élevé dans une période de temp donné, plus l'activité biologique était intense. La formation d'acides aminés, donc de protéines, est le reflet du métobolisme des microorgnismes effectuant la cellulolyse de même que de l'acitivité de la microflore. La présence de ces acides aminés est déterminée par chromatographie avec l'aide de produits tels la nynhydrine, le brominephénol. etc., tandis que leur importance est mesurée par colorimétrie. Ceci permet d'exprimer l'activité biologique en termes quantitatifs. On a utilisé cette méthode dans la présente recherche. Tableau 26. Nombre de colonies de micromycètes isolées à partir du sol de la rhizosphère du seigle exprimé en milliers à l'hectare du dispositif expérimental n°1 . (C-control, I - Quercus robur L., II - Robina pseudoacacia L., III - Acer platanoides L., IV - Betula verrucosa Ehrh., V - Populus tremula L., VI - Tilia cordata Mill., VII - Salix Caprea L., VIII - Corylus avellana L.) Espèce Bloc A Bloc B_____________ C I II III IV V VI VII VIII C I II III IV V VI VII VIII Cunninghamella 2 1 1 1 2 3 2 Lendner ____ Mortierella alpina 3 3 1 3 2 2 2 Peyronel. ____ Rhizopus arrhizus 1 1 1 1 1 1 Fiuscher ____ Fusarium gibbosum 4 5 5 3 6 App. Et. Wr. ____ Trichoderma 2 1 1 1 aureoviridae Rifai ____ Penicillium sp. 12 8 7 5 10 7 6 6 9 6 7 6 4 5 6 7___ Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 48 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Fusarium solani 5 5 5 6 5 8 5 3 8 6 4 8 2 (Mart.) App. Et. Wr. ____ Trichoderma 2 2 2 2 2 koningi Ouden ____ Acremonium 3 3 4 2 3 strictum Gans. ____ Absidia coerulea 1 6 1 Brain ____ Zygorhynchus 1 1 1 moelleri Vuill. ____ Trichoderma album 1 1 1 2 ____ Mortierella nana 4 1 2 2 1 1 Linnem ____ Trichoderma 1 1 2 1 2 2 3 viride Pers. Grau. ____ Acremonium murorum 3 1 (Corda) W, Gans. ____ Rhizopus oryzae 1 1 1 1 2 Went: Prins ____ Mucor hiemalis 1 1 2 Wehmer ____ Alternaria alternata 2 3 2 3 (Fr.) Keissl. ____ Absidia spinosa 1 2 1 1 Lender ____ Cladosporium herbarum 1 3 7 1 3 (Pers.) Kk i Grau. ____ Cunninghamella 4 1 1 2 1 echinatula ____ Fusarium 1 6 sporotrichiella ____ Cladosporium 1 1 1 1 1 6 2 cladosporioides ____ Mucor racemosus 1 1 1 1 1 Fres. ____ Aspergillus niger 1 1 1 1 V.Tiegh. ____ Fusarium oxysporum 1 1 Schl. ____ TOTAL 30 23 23 17 20 23 22 24 19 27 24 21 21 24 20 16 22 16__ Tableau 27. Nombre de colonies de micromycètes isolées à partir du sol de la rhizosphère du seigle exprimé en milliers à l'hectare du dispositif expérimental n°2 . (I- Quercus rubra L., II- Carpinus betulus L., III- Robina pseudoacacia L., IV- Corylus avellana L., V- Salix caprea L., VI- Betula verrucosa Ehrh., VII- Populus tremula L., VIII- Alnus glutinosa Gaertn., IX- Tilia cordata Mill., X- Querqus robur L., XI- Acer saccharum March., XII- Acer negundo L., XIII- Acer platanoides L., C-control) Espèces Blocs I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII C Rhyzopus oryzae A 1 1 1 1 1 Went.:Prins B 2 1 1 ___ Cunninghamella A 1 1 1 1 1 1 2 1 1 elegans Lendner B 1 2 1 ___ Acremonium A 4 1 5 5 3 strictum Gans. B 2 2 5 2 ___ Fusarium gibbosum A 1 2 5 3 2 5 1 App.Et. Wr. B 1 3 1 ___ Trichoderma A 2 4 2 2 2 Koningi Ouden B 3 2 1 1 ___ Penicilium sp. A 1 2 3 7 3 3 6 6 8 B 3 3 5 3 4 5 6 6 8 5 5 2 4 6__ Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 49 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Alternaria alternata A 2 3 (Fr.) Keissl. B 5 4 ___ Fusarium solani A 3 5 2 3 3 1 (Mart.) app. Et. Wr. B 2 1 3 2 3 4 3 3__ Trichoderma A 1 3 2 2 aureoviride Rifai B 2 2 ___ Mucor racemosus A 1 2 2 2 Fres. B 1 1 1 ___ Rhizopus arrhzus A 1 1 2 1 Fischer B 1 1 1 1 ___ Absidia soinosa A 2 Lendner B 2 ___ Acremonium murorum A 3 2 3 5 (Corda) W, Gans. B 1 1 2 1 3 4 3 1 ___ Fusarium oxysporus A 1 2 Schl. B 4 1 3 ___ Mortierella alpina A 1 2 2 1 Peyronel. B 1 2 1 1 1__ Rhizopus sp. A 1 1 B 1 1 ___ Trichoderma A 2 2 1 1 viride Pers. Grau. B 2 2__ Gliocladium A 3 varians B 3 5 ___ Mucor hiemalis A 1 1 1 1 Wehmer B 1 ______ Fusarium A 2 2 avenaceum B 1 ___ Absidia coerulea A 1 1 Bain. B 1 2 2 2__ Absidia glauca A 1 B 2 1 2 1 2 ___ Mortierella nana A 1 1 Linnem B 1 1 2 2 1__ Trichoderma A 3 1 1 1 2 1 album B 2 1 2 2 ___ Cunninghamella A 1 1 2 echinulata B 1 1 1 2 ___ Trichoderma sp. A 2 1 1 B 1 2 2 1 ___ Mortierella longicollis A 1 1 1 Dixon-Steward B 1 2 2 __ Trichoderma A 2 2 polysporum B 1 1 1 2 ___ TOTAL A 16 13 18 25 20 14 14 14 12 21 17 13 15 19 B 18 17 16 14 16 13 18 21 18 19 19 18 17 15_ Le protocole d'analyse 145 • Une plaque de verre de 10x30cm correctement lavée à l'acide chromique a été recouverte d'une membrane et déposée à la verticale dans le sol en s'assurant que le sol adhère correctement à cette dernière sur les 30 cm. Après 10 jours. les plaques ont été récupérées et la membrane retirée. La membrane a été par la suite séchée et l'excédant desol évacué. Tableau 28. Dynamique de la mycorhization sur le seigle d'hiver en corrélation avec les BRF utilisés dans le dispositif n°1 Essences de BRF Bloc Tallaison, racines infectées Stade laiteux_______ % points % points___ Control A 8,7 0,58 52,3 3,49 B 8,5 0,57 55,2 3,68 Quercus robur L. A 7,8 0,52 55,4 3,69 B 7,5 0,50 58,3 3,89 Robinia pseudoacacia L. A 9,4 0,63 57,8 3,85 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 50 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada B 10,2 0,68 55,1 3,67 Acer platanoides L. A 10,4 0,69 53,4 3,56 B 9,3 0,62 69,3 4,62 Betula verrucosa Ehrh. A 8,6 0,57 56,1 3,74 B 9,7 0,65 81,8 5,45 Populus tremula L. A 10,3 0,69 54,7 3,65 B 9,4 0,63 69,5 4,65 Tilia cordata Mill. A 6,5 0,43 49,8 4,13 B 11,6 0,77 62,9 4,19 Salix caprea L. A 5,8 0,39 50,6 3,37 B 6,2 0,41 58,6 3,91 Corylus avellana L. A 7,6 0,51 58,9 3,93 B 6,2 0,41 71,7 4,78____ 146 • Après ces opérations, la membrane fut aspergée d'une solution à 5% de nynhydrine dans de l'acétone et mise à sécher à la température de la pièce durant 24 heures.L'apparition des concentrations d'acides aminés rend possible l'évaluation de l'activité microbiologique dans les d'échantillons de sol. 147 • C'est par colorimétrie qu'il a été possible d'évaluer l'intensité. La membrane a été découpée en bandes et traitée à l'éthanol à 75% jusqu'à décoloration complète. Ainsi, l'extrait a été dissout entièrement et la concentration relative en acides aminés de chaque bande a été déterminée. 148 • Les résultats de l'activité biologique totale obtenus dans les parcelles apparaissent au tableau 29. 149 • Comme il était à prévoir, les indicateurs des parcelles traitées aux BRF ont été plus élevés sans exception par rapport aux parcelles témoins. Les valeurs les plus élevées étaient dans le bloc B comarées au bloc A. Seules deux parcelles ont fait exception, celles traitées avec Robinia pseudoacacia L. et Tilia cordata Mill.. 150 • Dans le dispositif n° 1, c'est Populus tremula L. qui a eu l'indice d'activité biologique totale le plus élevé du bloc A. Des valeurs légèrement inférieures ont été notées dans les parcelles de Quercus robur L. et Salix caprea L.. Dans le bloc B les valeurs les plus élevées ont été obtenues dans les parcelles de d'Acer platanoides L., Salix caprea L. et Populus tremula L. Les valeurs les plus faibles ont été notées dans les parcelles de Betula verrucosa Ehrh. des deux blocs. 151 • Les résultats de certaines parcelles du dispositif expérimental n° 2 ont été semblables à ceux du dispositif n°1, d'autres plus faibles. Toutefois, les valeurs notées dans le dispositif n° 2 ont atteint des niveaux beaucoup plus élevés que dans le dispositif n° 1 pour les parcelles correspondantes. Dans le bloc A, c'est Betula verrucosa Ehrh. qui a eu l'indice d'activité biologique le plus intense. Il n'y a pas eu de différence significative entre Betula verrucosa Ehrh. et Carpinus betulus L. alors que pour les autres les valeurs ont été inférieures. Dans le bloc B du dispositif n°2, c'est Carpinus betulus qui a eu les plus hautes valeurs. Des valeurs moindres ont été notées chez Acer saccharinum L. dans le bloc A, ainsi que pour Alnus glutinosa Gaertn. dans le bloc B. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 51 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 152 • L'augmentation de l'activité biologique totale du sol a été remarquable dans les parcelles traitées par rapport aux parcelles témoins. C'est un phénomène prévisible et naturel compte tenu de l'augmentation des macromycètes et des micromycètes de la mésofaune et d'autres microorganismes. Le résultat s'explique par l'amélioration des caractéristiques et de la fertilité du sol comme le démontrent les récoltes obtenues sur les diverses parcelles expérimentales. CONCLUSIONS 153 • Selon le programme de recherche du Professeur Lemieux de la Facuté de Foresterie de l'Université Laval (Québec, Canada), nos essais ont été réalisés en deux dispositifs dans la forêt expérimentale de Boyarska. Le premier dispositif a été mis en place en mars 1997 avec des BRF dépourvus de feuilles. Le dispositif n° 2 fut mis en place en septembre de la même année avec des BRF et leurs feuilles. Ils furent fragmentés et incorporés au sol. Dans le dispositif n° 1, 8 essences de Dicotylédones feuillues furent étudiées alors que le dispositif n°2 comptait 13 essences différentes. La culture choisie fut le seigle d'automne et les conditions du sol ont été évaluées en parallèle. 154 • Les observations se sont limitées aux stades de croissance et aux conditions phytosanitaires du seigle à partir du 11 mai et toutes les semaines jusqu'à la fin de la période de végétation. Le seigle du dispositif n°1 a donné de meilleurs résultats en terme de croissance et de dévelopement. Il est évident que les conditions du sol ont été améliorées par la transformation des BRF. Ainsi la paille de seigle des parcelles expérimentales étaient plus haute comme ce fut le cas pour les parcelles d'Acer platanoides L., Robinia pseudoacacia L. et Quercus robur L. du bloc A. De meilleurs résultats ont été obtenus dans le bloc B où de petites quantités de litière forestière ont été ajoutées aux BRF. De moins bons résultats ont été obtenus dans le dispositif n°2 à cause de la trop courte période de temps écoulée entre l'épandage des BRF et la récolte. Durant la première période de végétation, dans certaine parcelles on a obervé un retard là où le feuillage avait été introduit avec les BRF. Plus tard la situation s'est redressée positivement et de très bons résultats ont été obtenus. 155 • Les conditions phytosanitaires de tous les dispositifs expérimentaux ont été satisfaisantes. Nous n'avons pas noté de dommages considérables causés par les insectes ou les maladies. L'utilisation de techniques agricoles appropriées et bien synchronisées a contribué à cet état de choses. C'est la raison pour laquelle il nous a été impossible d'établir des corrélations entre les conditions sanitaires et la récolte sur les diverses parcelles expérimentales. La faible diversité et la densité de la mésofaune s'expliquent par une faible fertilité du sol. En comparant la mésofaune de diverses parcelles, on a observé que dans le dispositif n°1, la transformation intensive des BRF avait amélioré les conditions du sol et favorisé une augmentation du nombre d'espèces à comparer à l'année précédente. 156 • L'analyse serrée de la récolte de seigle a fourni les meilleures preuves de l'efficacité des BRF sur la fertilité du sol. Voyons d'abord les résultats du dispositif n° 1. Les résultats de la campagne 1998 ont largement été supérieurs à la récolte de Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 52 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada 1997. La production en grain a été de 45% supérieure comparé aux parcelles témoins et celle de la paille de 17,5%. On a constaté que les essences feuillues avaient donné les meilleurs résultats dans les deux dispositifs. Les résultats obtenus dans le bloc B ont été supérieurs au bloc A. Une tendance vers des résultats encore supérieurs a été notée dans le dispoitif n°2. 157 • L'apport de BRF s'est traduit par une augmentation de la matière sèche dans toutes les parties du seigle, c'est-à-dire les racines, la paille et les grains. Encore une fois, c'est dans le bloc B où des feuillus furent épandus, ainsi que de petites quantités de litière forestière que les meilleurs rendements furent obtenus. 158 • L'analyse des indicateurs de qualité tels le poids aux 1000 grains, le poids à l'unité de volume ainsi que le contenu protéinique révèlent des augmentations considérables après l'application des BRF. Les meilleurs résultats ont été atteints dans le dispositif n°1 où la transformation des BRF avait été la plus intense. La qualité des grains a été supérieure sur les parcelles traitées avec des BRF de feuillus. L'adjonction de petites quantités de litière forestière dans le bloc B s'est révélée positive. Tableau 29. L'activité biologique moyenne (M) des parcelles du dispositf n°1 Analyses (N) Bloc A Bloc B Dispositif n°1 M % contrôle M % contrôle Témoins 4 0,95 -- 0,101 --- Quercus robur L. 2 0,134 141,4 0,157 155,5 Robinia pseudocacia L. 2 1,129 135,8 0,148 146,5 Acer platanoides L. 2 0,125 131,6 0,167 165,4 Betula verrucosa Ehrh. 2 0,118 124,2 0,136 134,7 Populus tremula L. 2 0,139 146,3 0,161 159,4 Tilia cordata Mill. 2 0,124 130,5 0,145 146,5 Salix caprea L. 2 0,132 139,0 0,164 162,4 Corylus avellana L .2 0,128 134,7 0,142 140,6__ Dispositif n°2 _ Analyses (N) Bloc A Bloc B M % contrôle M % contrôle_ Témoins 6 0,086 -- 0,090 --- Quercus rubra L. 2 0,119 138,4 0,137 152,2 Carpinus betulus L. 2 0,162 188,4 0,198 220,0 Robonia pseudoacacia L. 2 0,166 193,0 0,149 165,6 Corylus avellana L. 2 0,135 157,0 0,156 173,3 Salix caprea L. 2 0,110 127,9 0,125 138,9 Betula verrucosa Ehrh. 2 0,145 144,2 0,139 154,4 Populus tremula L. 2 0,117 136,1 0,130 144,4 Alnus glutinosa Gaertn. 2 0,105 122,1 0,116 128,9 Tilia cordata Mill. 2 0,143 166,3 0,129 143,3 Quercus robur L. 2 0,119 184,4 0,134 148,9 Acer saccharum Marsh. 2 0,108 125,6 0,125 138,9 Acer negundo L. 2 0,104 120,9 0,133 147,8 Acer platanoides L. 2 0,111 129,1 0,127 141,1__ 159 • Sous l'influence des BRF, les propriétés physiques et chimiques des sols se sont grandement améliorées en particulier dans le dispositif n°1. Ainsi, les Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 53 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada teneurs en humus, matière organique, azote hydrolysé, phosphore assimilable, calcium et magnésium échangeables, ont augmenté de façon notoire. La majorité des indicateurs ont été plus élevés dans le bloc B par rapport au bloc A. Certains paramètres chimiques caractéristiques des sols agricoles ont été améliorés dans la majorité des parcelles du dispositif n°2. 160 • Les conditions phytosanitaires du seigle dans les deux dispositifs n'ont pas été satisfaisantes tout comme dans la majorité des régions ukrainiennes les grains ont été affectés à cause des conditions climatiques durant la période de croissance. Les grains ont été affectés par les micromycètes pathogènes sensiblement les mêmes, durant les deux saisons de croissance. 161 • Tout au cours de cette recherche, nous avons porté une attention particulière à l'augmentation de la biodiversité du sol en tant que facteur majeur d'amélioration des sols. Comme il était à prévoir, les BRF ont causé une augmentation des champignons et des fungus en particulier dans le dispositif n°1 où la transformation des BRF était plus avancée. Les deux dispositifs ont été colonisés en grande majorité par des Basidiomycètes. Ils sont les premiers «arrivants» qui orientent le processus de transformation tout comme sous le couvert forestier. Pour sa part, la couche arable du sol est largement colonisée par des micromycètes. 162 • Nous avons également évalué la mycorhization chez le seigle d'hiver du dispositif n°1 et le seigle était fortement mycorhizé. Toutefois, nos données de 1998 ne sont pas suffisantes pour en tirer une conclusion. Des études supplémentaires seront nécesaires pour connaître l'influence des BRF sur la mycorhization du seigle. 163 • L'intensité de la biodynamique du sol a été mesurée par des indicateurs portant sur l'activité biologique totale. De ce,fait, ces indicateurs sont supérieurs dans toutes les parcelles traitées par rapport aux parcelles témoins. Les indicateurs du bloc B ont été supérieurs à ceux du bloc A. 164 • Ceci nous autorise à conclure que la technologie des BRF est efficace. Ce n'est qu'en fin de 1999 que nous pourrons conclure de manière définitive sur la pertinence de cette technologie BIBLIOGRAPHIE Anonyme (1975) «Les ennemis des plantes et des arbres» (édité par V.P.Vasilev). — Kyiv: Urozshaj, 1973-1975. Vol. 1-3. Anonyme (1976) «La vie des Plantes». Vol.2. Les champignons. —Moscou: Prosveshenie, 479p. Anonyme (1979) «L'Atlas des sols d'Ukraine» URSS (édité par N.K.Krupskij & N.I.Polupan). — Kyiv: Urozshaj,. — 160 p. 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Toutefois, il s'avère qu'au point du vue biologique, c'est une partie qui contient tous les éléments précieux pour la croissance: celluloses, hémicelluloses, lignine, protéines, tous les types de sucres de même que les hormones de croissance. À ces produits de la photosynthèse, il faut joindre tous les éléments chimiques nécessaires à cette dernière ainsi qu'à la croissance (N0 3 -- , NH 4 ++ , P 2 O 5 , K + , Ca ++ , Mn ++ , Fe ++ , etc.). Dans toute la mesure du possible, ce matériau doit être retourné au sol immédiatement sans fermentation ou compostage. Mécanismes de fonctionnement sur le sol Pour que les BRF soient efficaces, il faut qu'ils entrent en contact avec le sol, soit sous la forme d'une nouvelle litière en forêt ou mélangés avec le sol agricole en agriculture, jardinage ou maraîchage. Si ces conditions simples de départ ne sont pas respectées, l'efficacité du processus est compromise. Si l'infection se fait par les bactéries ou Actinomycètes au départ, les Basidiomycètes seront repoussés et la dépolymérisation de la lignine sera aléatoire ou inhibée, introduisant ainsi des perturbations au niveau de la mise en disponibilité des nutriments puis dans la régie de l'eau. 14 Cette première proposition a été présenté au CRDI en 1995. Elle sera modifiée en mai 1996 à la suite des entretiens de Kiev avec le Dr Shabli. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 59 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Si les BRF ne sont pas en contact intime avec le sol, la colonisation se fera et les BRF seront métabolisés uniquement au profit des «colonisateurs» mais au détriment du sol. L'énergie que contiennent les BRF sera dissipée sans plus et les nutriments emportés dans l'eau de drainage ou par le vent selon les circonstances. Actuellement la métabolisation hors sol nous semble un don du ciel dans la perception «déchetaire» de notre univers (résultat direct de l'esprit de développement plutôt que de recherche). Les résultats différés: mécanismes et raisons Dans tous les cas les résultats sont décalés d'au moins une année à moins que l'application n'ait été faite au début de l'hiver. Les transferts énergétiques se faisant lentement par concentration des cycles benzéniques et la modification de la structure de la lignine, les nutriments doivent passer dans la biomasse microbienne composée en premier lieu du mycélium des Basidiomycètes puis par les individus de la microfaune fongivore emprisonnant ainsi tous les nutriments et l'énergie dans la biomasse microbienne. C'est ainsi après une première ingestion, les nutriments sont bloqués dans cette biomasse, mais non soumis aux lois de la chimie conventionnelle, d'où l'absence de pertes par lessivage dans la nappe phréatique. C'est l'activité de la biomasse microbienne qui sera responsable de la relaxation des nutriments dans la solution du sol pour la croissance des plantes, ce qui implique une utilisation optimale et des pertes minimales. C'est la raison principale des résultats obtenus soit des augmentations de rendement qui vont de 30% à 1000%. Pour cela il faut des nutriments, de l'énergie et une régie des deux en synchronisation avec les besoins des plantes. Voilà ce qu'apportent les BRF au sol avec des effets qui se font sentir fortement sur une période de 5 ans sous nos conditions de climat. C'est tellement élémentaire que peu en comprennent l'abc. Les paramètres qui seront modifiés Les paramètres modifiés seront nombreux tant du sol lui-même que des plantes qui y sont cultivées: a) la couleur du sol devient plus sombre (ce qui sera différent sur les tchernozem probablement) b) la structure réapparaîtra sous la forme d'agrégats stables à l'eau. Ceux-ci sont constitués de matières minérales et végétales, contenant les spores de champignons et les bactéries nécessaires à la décomposition des polyphénols. Le ciment est constitué des polysaccharides extracellulaires sécrétés par les Basidiomycètes en particulier. De ce fait, les agrégats deviennent des aliments à leur tour et sont détruits par la flore bactérienne en particulier, faisant ainsi partie du cycle énergétique. Il faut donc pourvoir au remplacement. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 60 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada c) c'est le mécanisme que nous venons de décrire qui sera le plus important dans la prévention de l'érosion qui cause des pertes de sol si importantes. Non seulement les agrégats permettent l'existence d'une atmosphère dans le sol mais permettent la gestion du CO 2 , de l'oxygène et de l'eau de la solution du sol. d) on doit passer sous silence toute la gestion et la production de polyphénols à partir de la lignine, responsables de la germination et de la stabilité de l'«édifice» sol. Ainsi avons nous noté la disparition de nématodes en milieux tropicaux et d'un contrôle important des pucerons en milieux tempérés. On soupçonne que le contrôle de la mouche blanche des fruits pourrait avoir comme origine la surabondance d'azote libre dans le sol. C'est à prouver. e) l'augmentation du contenu en matière sèche chez la pomme de terre est un phénomène imprévu mais qui a de nombreuses répercussions économiques. Il en va de même de l'élimination presque totale des sclérotes de Scleroderma solani. f) chez les graminées, la répartition des nutriments dans les pailles et les grains est très différente dans les champs traités aux BRF. Ici on note une augmentation de 30% du nombre de grains par épi accompagnée d'une augmentation du poids de chacun. g) en climat tropical, l'augmentation en matière sèche du maïs est de l'ordre de 400% en Côte d'Ivoire, mais les essences utilisées ont montré des variations importantes. h) il en va de même chez les maraîchers de la zone des Niayes à l'est de Dakar au Sénégal avec des augmentations de 400% chez la tomate, 300% chez la tomate amère (Solanum æthiopicum) et de 1000% chez l'aubergine par rapport aux témoins. Cahier des charges: première option Comme les conditions dans lesquelles la première expérimentation devra se faire me sont étrangères à ce point, il faudra établir un dispositif expérimental de petites parcelles à quatre répétitions avec témoins. Ceci aura pour but de rassurer les statisticiens et de permettre d'évaluer de visu les praticiens, surtout les paysans du canton. L'approvisionnement en rameaux Théoriquement, ces rameaux pourraient être importés de régions plus éloignées, mais en pratique il serait préférable que les gens du pays voient rapidement une source d'approvisionnement en relation avec les résultats escomptés. Je propose que l'on fragmente à l'aide d'une fourragère (les fragmenteuses forestières risquent d'être d'accès difficile) des rameaux d'essences connues provenant d'élagage de plantations en concomitance avec des rameaux de milieux forestiers naturels (toutes les espèces de feuillus en mélange) Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 61 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Les parcelles Elles auront un are chacune (10 mètres de côté) y compris les témoins avec ou sans engrais chimiques. On y plantera ou sèmera des espèces communes de la région: blé, maïs, tournesol, pomme de terre, tomates etc... Préparation du sol Après fragmentation, les BRF seront épandus à raison de 2cm d'épaisseur et intimement mélangés avec les 10 premiers cm du sol tout simplement à l'aide d'un râteau d'une herse de type «chisel» ou d'une bêcheuse rotative. Période d'épandage La première période d'épandage devrait se situer en décembre ou début janvier avec une seconde plus problématique en pleine saison de croissance. Dans la deuxième conjoncture, il faut prévoir un supplément azoté d'origine naturel si possible pour un équivalent de 500 gr de NO 3 par tonne verte de BRF. La présence de feuilles fermentescibles apportent toujours des difficultés par rapport à l'infection primaire par les Basidiomycètes. Les évaluations Toutes les parcelles doivent être évaluées en ce qui regarde un grand nombre de paramètres a) La végétation C'est en mesurant la taille et le poids des divers organes que nous obtenons les meilleurs évaluations 1) pour ce faire on pèse les fruits ou on compte le nombre de grains par épi chez les graminées. 2) on pèse les feuilles et les tiges. 3) on extrait et on fait sécher le système racinaire pour le peser, débarrassé de la terre qui s'y attache 4) durant toute la saison de croissance une mesure de l'accroissement en hauteur sera faite La végétation adventice Des observations locales comme en Afrique nous montre un changement considérable dans la flore adventice La composition d'une telle flore change et surtout son agressivité. Toutes les observations et mesures à ce chapitre sont intéressantes et permettent d'expliquer les augmentations de rendement. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 62 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Les paramètres sanitaires En même temps on procède aux observations sanitaires comme la présence de nématodes, de sclérotes de Scleroderma solani, chez la pomme de terre, etc... en comparant toujours les divers traitements par rapport aux témoins. Les analyses Il faut procéder à l'analyse des nutriments et à leur répartition dans la plante depuis les racines, la tige, les feuilles et les fruits. L'analyse du contenu en protéines, du rapport C/N et des contenus en fibres doit être faite selon les espèces. b) Le sol Il va de soi que la partie la plus importante sera le sol selon divers paramètres. 1) Comparaison de la couleur par rapport aux témoins 2) Concentration de la solution du sol en sels dissous 3) mesure du pH dans les 10 premiers cm. 4) mesure du rapport C/N 5) évaluation et comptage des agrégats stables à l'eau par gramme 6) évaluation et identification des champignons et des bactéries 7) évaluation et identification de la microfaune par la méthode de piégeage sous lumière. 8) évaluation de la phosphatase alcaline 9) évaluation des acides aminés libres dans le sol. 10) mesure de l'indice d'entraînement du fer et de l'aluminium 11) analyse de N, P. K. Mg, Fe, Mn, Al, Zn, Na etc... 12) piégeage à l'alcool des lombricidés et comptage des cocons si possible. Cahier des charges: seconde option Si il s'avère impossible de procéder avec minutie pour l'obtention de données fiables au point de vue scientifique, une seconde option plus pragmatique mais non moins percutante peut être proposée. Il s'agit de proposer la fragmentation de tous BRF disponibles, de les épandre sous la forme d'une couche de 2cm d'épaisseur et d'y planter ou semer Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 63 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada la plante disponible et de mesurer visuellement les résultats, sans autre forme de procès. Les différences observées à la récolte devraient susciter des réactions --------------------------------------------------- ANNEXE N°2 Tableau n°1. Classification des sols par leurs contenus en humus (d'après Tyurin) Contenu en humus Coloration Indicateurrs Très bas rouge 0-20 Bas orange 2,1-4,0 Moyen jaune 4,1-6,0 En hausse vert 6,1-8,0 Haut bleu pâle 8,1-10,0 Très haut bleu > 10,0___ Table 2.Les sols caractérisés par le pH Les niveux Coloration Valeurs___ Très acide vert foncé <4,0 Acide rouge foncé 4,1-4,5 Moyennement acide rouge 4,6-5,0 Basse acidité orange 5,1-5,5 Près de la neutralité jaune 5,6-6,0 Neutre vert pâle 6,1-7,0 Peu alcalin bleu 7,1-7,5 Alcalinité moyenne bleu foncé 7,5-8,0 Très alcalin brun > 8,5_____ Table 3. Contenu des sols en azote faiblement hydrolysé d'aprèsCornfield expimé en mg/kg de sol Contenu en azote Valeurs____________________ Très bas moins de 100 Bas 101-150 Moyen 151-200 Haut plus de 200_______________ Tableau 4. Contenu des sols en phosphore et potassium assimilables d'aprèsKirsanov exprimé en mg/kg de sol. Contenus Phosphore Potassium______ Très bas moins de 20 moins de 40 Bas 21-50 41-80 Moyen 51-100 81-120 En hausse 101-150 121-170 Haut 151-250 171-250 Très plus de 250 plus de 250___ Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 64 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Tableau 5. Contenu du sol en calcium et magnésium échangeable exprimé en miliéquivalents par 100 g . Contenus Ca++ Mg++__________ Très bas 0-2,5 0-0,5 Bas 2,6-5,0 0,6-1,0 Moyen 5,1-10,0 1,1-2,0 En hausse 10,1-15,0 2,1-3,0 Haut 15,1-20,0 3,1-4,0 Très haut plus de 20,0 plus de 4,0_____ Table 6. Le manganèse et la somme des bases échangeables Contenu Mn, mg/kg de sol Bases échangeables , Milliéquivalents/100 g de sol Très bas mins de 15 moins de 5 Bas 16-20 5,1-10,0 Moyen 21-30 10,1-15.0 En hausse 31-45 15,1-20,0 Haut 46-75 20,1-30,0 Très 76-100 plus de 30___________ ANNEXE N°3 LISTE DES AUTEURS ET DES PRINCIPAUX COLLABORATEURS Chervonyj, A. Ye. Directeur de projet et du laboratoire de la Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Fouchilo, Ya. D. Associé sénoir de recherhce en sciences agricoles de la station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Radchuk, M.F. Associé sénoir de recherhce en scences agricoles de la station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Grinchenko, M. Associé sénoir de recherhce en sciences agricoles de la station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Rydbak, V.O. Associé sénoir de recherhce en sciences agricoles de la station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Ellaska, I. O. Chercheure principale de l'Institut de Microbiologie et de Virologie de l'Académie Nationale des Sciences dd'Ukraine (microbioogie) Professeur Padiy M. Chercheur principal associé de l'Université Agricole Nationale (entomologie) Svyridenko, V.I. Chercheur associé Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Dushar, B.I. Associé sénoir de recherhce Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Sosnovskij, E.V. Associé junior de recherche Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. Lyannskh, M. Assistan sénior de laboraoire, Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Kiev. ACRONYMES BRF Bois Raméal Fragmenté M Valeur moyene d'une variable aléatoire m Erreur de la valeur moyene s Déviation standard V Facteur de variation P Précision de la valeur moyenne °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 65 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada ANNEXE N°4 Deuxième proposition à l'Ukraine pour l'établissement d'une série d'expériences scientifiques portant sur les caractéristiques pédogénétiques des BRF en agriculture 15 par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec Canada Cette proposition de recherche porte sur l'amélioratation des sols dans une optique à la fois écologique et économique de la gestion de l'environnement. C'est dans un cadre agricole en relation avec la forêt que cette proposition se situe et le CRDI est disposé à lui consentir une aide financière avec l'assistance scientifique de l'Université Laval, Québec, Canada. Tel que défini dans la publication portant le titre de :«Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» (Lemieux (1996) 16 et dans la version en langue ukrainienne effectuée par le CRDI «Les germes scienfitiques et économiques de la révolution verte au Sahel» [Lemieux 1995] 17 , le projet traite de l'utilisation du bois raméal provenant de branches ayant moins de 7 cm de diamètre. Elles sont fragmentées et incorporées au sol pour en faire l'aggradation et ainsi constituer une sol «forestier» sans la présence des arbres mais pour des besoins agricoles. Voici les lignes de l'entente conclue entre la Station forestière expérimentale de Boyarska et l'Université Laval. Ceci ne constitue pas un ensemble de contraintes formelles mais énoncent les moyens en vue d'enrichir les connaisances scientifiques de l'ensemble du processus. En quelques mots, la technologie qui utilise les BRF pour améliorer et réhabiliter les sols est axée sur la dépolymérisation de la lignine aux nutriments chimiques des rameaux sur lesquelles s'effectue la photosynthèse par les feuilles qu'ils supportent. Fragmentés, ces rameaux sont incorporés aux 10 premiers centimètres du sol où il se métabolisent complètement en contribuant à la 15 Ce texte a été proposé à la suite de la première rencontre de Kiev. Il n'a pas été respecté entièrement en particulier à cause du changement de culture passant de la pomme de terre au seigle. Ce fut le résultat d'une grande méfiance de nos collègues ukrainiens à l'endroit de notre proposition première 16 Lemieux, G. (1996) Publication n°59, 55 pages ISBN 2-921728-15-X Université Laval, Québec, Canada 17 Publication de l'Université Laval et de l'ACDI , octobre 1995 , 2 pages ISBN 2-921728-13-3. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 66 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada structuration des chaînes trophiques tout en maintenant la fertilité et la productivité du sol, sa structure et sa durabilité. Durant les pourparlers, les deux parties ont reconnu la pertinence du type de lignine des Dicotylédones, comme les arbres, pour l'amélioration de la structure et de la fertilité des sols. A- Les essences suggérées Comme il a été impossible de dresser une liste complète des essences disponibles en Ukraine, nous recommandons les essences suivantes comme matériel de base pour obtenir les BRF nécessaires aux expériences scientifiques: a) Tilleul (Tilia cordata, T. europaea, T. platiphlyllos) b) Robinier (Robinia pseudoacacia) c) Tremble (Populus tremula). d) Bouleau (Betula verrucosa) e) Chêne (Quercus robur [syn. Q. pedunculata]) f) Érables (Acer platanoides, A. negundo, A. saccharinum) g) Marronier d'Inde (Aesculus hippocastanum) h) Pin silvestre (Pinus silvestris) B- Les techniques de fragmentation Les rameaux des essences retenues doivent avoir moins de 7 cm de diamètre. Au tout début de l'hiver, les essais devraient débuter avec des rameaux dépourvus de feuilles. Au printemps, les essais continueront avec des parcelles qui recevront des BRF comprenant des feuilles. La fragmentation des BRF devrait se composer de fragments n'excéderant pas 10 cm. de longueur. Deux types de machines peuvent être utilisées pour la fragmentation. La première machine peut être une fragmenteuse à couteaux rotatifs ou montés sur un volant . Le second type est un broyeur à marteaux sans couteaux mais muni d'un tamis qui calibre les particules à la sortie. Les fragments obtenus seront plus petits mais également plus uniformes 18 . Plus les fragments sont petits, plus il faut surveiller la fermentation spontanée qui déprécie grandement les BRF. C- Transport et épandage immédiats Pour éviter des pertes de qualité, l'épandage doit être fait immédiatement après la fragmentation. Il est important que les BRF soient d'abord colonisés par les Basidiomycètes car une colonisation bactérienne empêcherait la dépolymérisation de la lignine, ne pouvant donner les acides humique et fulvique. 18 En république Dominicaine nous avons utilisé un broyeur à marteaux d'origine italienne avec un moteur Brigg & Stratton de 8 hp. 17 C'est finalement le seigle qui sera choici Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 67 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada La fragmentation automnale ou hivernale réduit les dangers de colonisation bactérienne tout comme les fermentations, car les feuilles sont tombées et les températures sont inférieures. D- Sites et superficies nécessaires. Les parties ont estimé que la superficie nécessaire serait de moins d'un hectare. Comme aucune labour ne sera pratiqué, le sol sera prépapré par un chisel et un hersage. Le site n'a pas été identifé sur le terrain mais le sera dans les environs de Kiev. Il sera divisé en quatre blocs. E- Les parcelles et leurs caractéristiques Chaque essence forestière dont les BRF feront l'objet de recherche occupera des parcelles de 15 m 2 (3 x 5m.). Toutes les mesures et les observations seront faites dans les 4 m 2 du centre de chaque parcelle pour éviter les effets de bordure. À l'épandage, la couche de BRF appliquée ne doit pas dépasser 2 cm d'épaisseur ou 200m 3 /ha. Le bloc A de chaque dispositif ne reçevra que les BRF. Le bloc B recevra en plus des BRF, 150 g. de litière forestière. Ces blocs seront répétés dans les deux dispositifs dont le premier sera établi tôt au printemps et le second en septembre de la même année. Une série de parcelles témoins sera distribuée au hasard dans les deux dispositifs. F- La préparation des parcelles La couche uniforme de BRF frais n'exédant pas 2 cm sera mélangée aux premiers 10 cm du sol Cette opération a pour but d'assurer la colonisation rapide par les Basidiomycètes pour s'assurer que le processus d'aggradation s'installe. G- La nécessité d'une culture d'évaluation Dans le but de mieux comprendre le processus d'aggradation, plusieurs paramètres doivent être observés et mesurés. Les résultats, selon des variables indépendantes et variées, vont réfléter les caractéristiques du sol et des plantes. On se doit d'utiliser une espèce qui va réagir à court terme alors que les modifications à long terme seront mesurées dans le sol même. Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 68 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Comme le but avoué de cette recherche est d'augmenter autant la quantité que la qualité des récoltes en fonction d'une saine économie et un environnement de qualité, on devrait utiliser une plante d'importance économique reconnue. La pomme de terre 19 sera la première culture témoin pour cette expérience. Les tubercules devront être plantés immédiatement après l'épandage des BRF. Il est important de ne pas appliquer de fertilisants azotés, même si les plantes en montrent une déficience momentanée. Cette carence temporaire sera corrigée par le sol lui-même et ne sera pas dommageable aux plantes 20 . Il sera nécessaire d'utiliser un insecticide pour contrôler les populations de doryphores. H- Le suivi des parcelles durant la période de végétation La plupart des observations se feront durant la période de végétation de la pomme de terre. Elles devront être consignées à partir dela plantation. •1) Un paramètre importante à mesurer sera la taille des plantes établies chaque semaine. •2) La vigueur ou le retard de la croissance des plantes devront être évalué tout comme la couleur du feuillage. •3) La présence ou l'absence d'insectes parasites tout comme la présence de maladies fongiques devront être soigneusement notées. •4) La mesure des tiges à la récolte est également un bon indice de la vigueur et peut être correlé au rendement en tubercules. •5) L'analyse de ces données permettra de comparer le mode de croissance aussi bien dans les parcelles expérimentales que dans les parcelles témoins. I- La récolte C'est à l'époque de la récolte que les succès ou les lacunes de la méthodologie suivie apparaîtront: •a) Pour chaque parcelle, les tiges et les feuilles seront récoltées et mises à sécher afin de mesurer leur teneur en matière sèche. •b) Tous les tubercules par plante seront comptés et pesés. •c) On procédera à l'évaluation de l'état sanitaire des tubercules. •d) Le système racinaire sera également évalué par la mesure de la teneur en matière sèche. On devra porter une attention particulière aux parasites des racines comme la présence de nématodes. •e) Les sclérotes de Sclerodermia sclerotinum devront faire l'objet d'un comptage minutieux sur les tubercules. 20 Guay, E. Lachance, L., et Lapointe A. (1982) « Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère des Terres et Forêts du Québec, 77 pages, ISBN 2-550-21339-4 Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 69 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada •f) Dans toute la mesure du possible, une évaluation du comportement des tubercules à l'entreposage devra être effectuée et sur une longue période dans le but de mesurer l'influence des différentes essences forestières sur la conservation. •g) Des appréciations gustatives devront être faites pour mesurer l'amélioration des propriétés organoleptiques des tubercules ainsi traités. J- Une première évaluation de la microfaune et de la micoflore Les échantillons de sol serviront à l'évaluation de la microfaune capturée en par des pièges lumineux et les spécimens récoltés dans de l'éthanol. On procédera par la suite à l'identification des groupes et des espèces. Les plus importants seront sans doute les lombrics, acariens, collemboles etc... Comme les Basidiomycètes 21 sont les organismes les plus importants et les plus actifs dans l'aggradation du sol, leur identification est essentielle. Toutefois des difficultés peuvent surgir si d'autres fungus comme le Actinomycètes colonisent en premier les BRF. Une identification rigoureuse permettra une meilleure interprétation des résultats. L'une des sources les plus importantes d'azote, sinon la plus importante en terme d'équilibre, provient de l'activité enzymatique des bactéries non symbiotiques. On devra procéder à la mesure de l'activité enzymatique de ces bactéries en les identifiant tant dans la rhizosphère des radicelles qu'autour des hyphes des mycorhizes. Tout ceci doit se faire en relation avec les mycorhizes qui, à leur tour, seront évaluées et pourront compter des Basidiomycètes mêmes. Quant à la mésofaune, une attention particulière sera portée aux lombrics et aux espèces qui en font partie. Ils sont d'un grande importance pour briser les liens du complexe tannins-protéines et d'autres composés polyphénoliques 22 . K- Les analyses chimiques Comme la chimie des sols est très bien développée en Ukraine et depuis fort longtemps, on pourra très bien détecter les différences entre les BRF provenant de différentes essences forestières. Toutefois, nous désirons souligner 21 Dommergue, S.Y & Mangenot, F. (1970) «Écologie microbienne du sol» Eriksson, K.E., Blanchette R.A. & Anderson, O. (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components» Kirk, T.K. & Fenn, P. (1982) «Formation and action on ligninolytic system in Basidiomycetes» Rayner, A.D.M & Boddy, L. (1988) «Fungal decomposition of wood:its biology and ecology» 22 Davies, R.L. (1971) «Relation of polyphenols to decomposition of organic matter and to pedogenetic processes» Harborne J.B. (1995) «Plant polyphenols and their role in plant defence mechanisms» Haslam, E. (1995) «Complexation and oxidative transformation of polyphenols» Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 70 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada l'importance des mesures liées au ratio C/N, au phosphore et au potassium assimilables ainsi qu'au Ca, Al, Fe, Mn, Zn, et Cu 23 . L- Les caractéristiques physiques du sol Le contenu en «matière organique» du sol doit être mesuré avec précision car ces mesures peuvent avoir plusieurs significations encore mal comprises. Il y a toutefois des liens entre la dépolymérisation de la lignine et les types de polyphénols du sol, dans une période donnée. Elle reflète le processus de la pédogénèse qui nous préoccupe. Une attention spéciale doit être portée aux changements de coloration du sol. La couleur devrait passer au brun foncé 24 soit une couleur plus intense que dans les parcelles témoins. Si la couleur du sol tourne au noir, elle indique une mauvaise évolution du carbone et va plutôt vers l'entourbement et vers des niveaux inférieurs de productivité. La quantité d'agrégats stables à l'eau devrait augmenter. Une première évaluation devrait être faite à la fin de la première saison. Si on devait irriguer, il faudrait porter une grande attention entre parcelles expérimentales et parcelles témoins. L'utilisation de grandes quantités d'eau peut causer un manque d'oxygène temporaire et arrêter ainsi complètement le processus de dépolymérisation de la lignine et du fait même, l'ensemble du processus de pédogénèse. Des observations comparatives seront nécessaires en ce qui a trait à la structure du sol. Que le sol soit lourd ou léger, la structure devrait s'améliorer rapidement. Les variations en électrolytes du sol devraient être mesurées chaque mois durant la période de végétation au cours des deux premières années. M-Les caractéristiques physico-chimiques du sol Le pH sera mesuré à l'aide d'un pHmètre conventionnel et pour le sol et dans l'eau. Les échantillons seront prélevés dans les 10 premiers centimètres du sol tous les mois durant la période de végétation. On obtiendra ainsi des données sur l'évolution du carbone, de l'aluminium, du fer et du calcium. Les parcelles expérimentales et les parcelles témoins seront échantillonnées et mesurées simultanément. Commentaires 23 Lemieux, G. & Furlan, V. (1996) « Protocole d'essais pour l'utilisation des bois raméaux framentée» 24 Leisola, M.S.A. & Garcia S. (1989) «The mechanisms of lignin degradation» Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 71 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Les résultats anticipés n'apparaîtront que partiellement la première année. On otera des augmentations de rendements variables beaucoup selon l'activité des Basidiomycètes. Le processus de dépolymérisation de la lignine devrait provoquer l'apparition de différents polyphénols. Toutetefois, au cours de la seconde année des changements positifs apparaîtront avec plus de clarté car la lignine oligomère sera sous la forme de monomères. Cette action est due à une enzyme particulière appelée lignoperoxydase (Mn ++ ). Elle est responsable de la production des acides fulvique et humique, les bases de la pédogénèse, et qui produisent les agrégats du sol en conjonction avec les polysaccharides extracellulaires (PEC) 25 produits par les fungus du sol. Une expérimentation a être répétée Cette expérience devrait se poursuivre pour une seconde année sans ajout de BRF.mais avec une autre culture de pomme de terre. Ainsi, la plupart des nutriments seront disponibles, la structure du sol changée, la productivité augmentée avec des changements fondamentaux des types de polyphénols présents. Le sol sera devenu forestier mais pour des fins agricoles. Les caractères apparaissant la première année seront exacerbés et plus stables la deuxième. L'expérience nous montre que des effets bénéfiques sont évidents au cours des 5 années suivant le traitement aux BRF, après quoi son l'influence diminue. Pour cette raison, de petites quantités de BRF, variant de 25 à 50 m 3 /ha, devraient être appliquées tous les deux ans à l'automne. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 25 Lynch, J.M. & Bragg, E. (1985) « Microorganisms and soil aggregate stability» Rapport d'étape, Kiev 1997-98 Chervonyj, A. 72 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Publication n°107 2 ième édition mars 2002 mai1999 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] http//forestgeomat.for.ulaval.ca/brf FAX 418-656-3177 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-50-8 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «Le sol, un système vivant avant tout» (Soil as a living system) Arnoldia, été 1999, p. 35-43 par Leslie Jones Sauer Architecte paysagiste traduction de l'anglais et commentaires par le PROFESSEUR GILLES LEMIEUX avec la collaboration de Lionel Lachance agronome janvier 2000 Publication n° 109 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 Le sol, un système vivant avant tout 1 par Leslie Jones Sauer 2 Traduction et commentaires par l e Professeur Gilles Lemieux Ce qui m'a le plus étonné, en tant qu'aménagiste de la forêt urbaine de Central Park de New York, lors d'une visite dans les Adirondacks, fut un sol si souple qu'on puisse y plonger sa main. Ce sol était visiblement vivant et tout à fait différent du sol inerte avec une consistance de béton de la forêt urbaine de Central Park. 1- C'est depuis la surface que l'on détecte et la qualité d'un sol et ses problèmes. Où il y a piétinements répétés, la décomposition de la litière est totale. Jusqu'à tout récemment les feuilles tombées au sol à l'automne dans Central Park ne pouvaient ni s'accumuler ni persister d'une année à l'autre. Sans litière, il devient impossible d'assurer la régénération de la forêt. 2- Il aura fallu une décennie pour refaire la litière de la forêt de Central Park dans sa partie nord. Depuis lors, le site se stabilise avec un bon contrôle de l'érosion et les espaces laissés à nu ont été plantés à nouveau. Les jeunes arbres et ceux d'origine spontanée, après élimination des essences exotiques, ont largement contribué à maintenir le sol en place. Durant le gel de l'hiver 1993-94, les feuilles tombées à l'automne ont persisté sous la couche de glace jusqu'au printemps. Ce fut un tournant majeur dans la vie de la forêt. L'hiver suivant fut plus clément que la normale et au printemps 95 une litière presque continue est apparue. 3- Avec le temps, la nouvelle litière va s'humifier et un nouvel horizon vivant apparaîtra. Cette matière organique est constamment en évolution vers ce 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 1 Article paru dans la revue «ARNOLDIA» été 1999 p. 35-43 de l'Université Harvard, Boston, USA et traduit de l'anglais par le professeur Gilles Lemieux 2 Leslie Sauer est le principal architecte paysagiste de la société Andropogon, dont la maison-mère est à Philadelphie, USA et professeur adjoint à l'Université de Pennsylvanie. Cet article est une adaptation de l'ouvrage «The Once and Future Forest: A Guide to Forest Restoration Strategies» qui a été mis au point par la société Andropogon et Associés. C'est une approche intégrant l'environnement, la protection et la restauration par le design architectural. Le travail de cette société sur les «NORTHERN WOODS» de Central Park à New York n'est que l'un de leurs nombreux projets de restauration forestière.«The Once and Future Forest...» est publié par Island Press (1-800-828-1302 ou www.islandpress.org). Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 que nous appelons humus et, au fil des mois et des ans, il se lie en partie aux substances minérales sous-jacentes pour ainsi constituer l'essentiel d'un sol 3 Le sol est la synthèse du climat, de la roche-mère, de la topographie, de la végétation; le tout intégré en fonction du temps. Les différents horizons d'un sol en disent plus long sur l'histoire récente que la roche-mère. 4- Les caractéristiques abiotiques d'un sol font généralement l'objet d'une évaluation conventionnelle. Nos connaissances du passé nous ont fait évaluer un sol comme «idéal» comme un équilibre entre le sable, le limon, l'argile, sa porosité, son taux d'humidité, son contenu en minéraux et en substances humiques ou non humifiées. Ces critères permettaient d'attribuer au sol la mention bonne ou pauvre. Si ces critères n'étaient pas atteints, des amendements étaient ajoutés pour en modifier la texture, l'acidité, la fertilité ou tout autre caractère. Beaucoup de travaux de correction, de stabilisation ou de restauration ont été la victime du syndrome de l'approche agro-horticole. À titre d'exemple, des spécifications standards exigent que le sol soit travaillé en surface puis fertilisé et chaulé, même si la majorité des sols perturbés sont moins acides que dans leurs conditions naturelles par l'apport continu de calcium, bétons et poussières urbaines. La plupart des règlements ayant trait au développement de sites comme les autoroutes, les sites d'enfouissement sanitaires et les mines abandonnées exigent un apport de terre de surface de 10 à 20cm avant l'installation d'une nouvelle végétation. Ce sol de surface provient d'un autre endroit, ce qui implique que la restauration d'un endroit nécessite la destruction d'un autre. Il nous faut plus de recherche pour trouver des alternatives à l'utilisation de sol de surface, en particulier pour ce qui a trait aux déchets industriels utilisés pour amender des sols et éviter des frais élevés en ce qui touche les fertilisants et les tourbes. Même lorsque le sol de surface a été mis en tas sur le site avant une construction, les organismes vivants qu'il contient meurent dans les jours qui suivent. Les chaînes trophiques du sol 5- Les chaînes trophiques forment une structure d'interrelations entre les différents organismes d'un écosystème basé sur leur alimentation et leurs besoins en nutriments. Les producteurs primaires utilisent l'eau, les minéraux, le bioxyde de carbone et quelques autres éléments propres à produire des substances organiques qui, à leur tour, seront utilisés par la presque totalité des organismes, et feront l'objet de prédation par d'autres et ainsi de suite. Certains de ces organismes ont des besoins très particuliers alors que d'autres sont omnivores. 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 6- Quant au sol et l'eau, ils sont des milieux où les plantes et les animaux croissent et vivent. Dans le sens véritable du mot, les deux génèrent des systèmes vivants. L'une des plus importantes contributions à l'aménagement des eaux a sans doute été celle de Ruth Patrick et ses collègues. Quand on perçoit l'eau 3 Ici l'auteur ne fait pas de nuance bien qu'il soit sur la bonne voie. Plus loin, il réfère aux sols de conifères de la même manière qu'à ceux des feuillus et sans distinction. Chaque horizon a sa fonction et l'horizon de surface ne peut être dissocié de l'ensemble du processus pédogénétique. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 comme un système vivant on peut en faire une évaluation qualitative, par la richesse de son habitat, plutôt que par des critères physiques ou chimiques, les dangers d'inondation ou la demande d'oxygène. La composition biologique devient une référence de base pour en évaluer la santé correspondant à un ensemble complexe de facteurs. Une révolution analogue survient dans notre perception des sols. 7- Voilà ce qu'écrit Ruth Patrick en 1968 à propos des chaînes trophiques aquatiques: "Les différentes avenues empruntées par les chaînes trophiques et le nombre élevé d'interrelations entre espèces l'une par rapport à l'autre, sont deux champs de recherche des plus prometteurs. La plupart des chaînes trophiques sont composées d'au moins quatre niveaux. Ils sont peu nombreux à cause des pertes énergétiques entre chacun. La diversité est exprimée par les nombreuses espèces pour former des étapes ou des niveaux dans la ou les chaînes trophiques. C'est la stratégie adoptée par plusieurs espèces à chacun des niveaux et qui semble donner la stabilité au système. Plusieurs chaînes trophiques existent à l'intérieur d'un groupe systématique donné , tout comme entre plusieurs groupes. On doit également souligner que la taille et le taux de reproduction varient énormément dans chacun des principaux groupes systématiques. Ce type de variabilité, comme la taille des organismes et leur reproduction en retour, protège chacun des stages trophiques de toute la communauté". 8- Il en va de même des écosystèmes telluriens. Tout comme les écosystèmes aquatiques, les écosystèmes telluriens ont une grande capacité à proliférer. Des écosystèmes, ayant des chaînes trophiques très simples, peuvent être fortement modifiées positivement ou négativement par la disparition d'une ou quelques espèces. Dans des systèmes plus complexes, il existe une multitude de moyens pour assurer le flux d'énergie à travers la chaîne trophique. Ainsi, plus les systèmes sont complexes et prolifiques, plus ils résistent aux changements causés par la disparition de quelques espèces de la chaîne trophique 4 Plusieurs composantes biologiques du sol peuvent être en dormance jusqu'à ce que des conditions favorables apparaissent. La structure complète du sol n'est pas nécessaire pour les fonctions de base que le sol doit assumer 5 . 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 4 Nous avons ici un ensemble d'arguments qui permettent d'entrevoir ce que sont les écosystèmes forestiers archaïques, composés de peu d'espèces mais ayant une grande capacité de résistance. À l'inverse, les écosystèmes forestiers d'Angiospermes sont composés d'une multitude d'espèces au niveau de l'écosystème hypogé comme de l'écosystème épigé et sont capables de résister à de très grandes perturbations sur de très longues périodes. 5 C'est là un comportement essentiel dicté par la diversité qui favorise la dynamique lors de déséquilibres biologiques et biochimiques passagers. Ceci permet à tous les stages de se réaliser en assurant une stabilité relative de l'ensemble du système sol-plante. C'est une réalité bien plus complexe chez les écosystèmes forestiers d'Angiospermes qui permet de créer et de maintenir le climax. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 9- Plutôt que de mettre l'emphase sur les aspects abiotiques des sols, la restauration se doit de réhabiliter ses composantes vivantes comme les bactéries, des fongus et la microfaune. Tout le processus d'humification prend naissance dans le sol au niveau des systèmes racinaires et de la vie animale qui, à leur tour, sont tributaires de la perméabilité des horizons supérieurs, du type de stratification et du taux de matière dite «organique». Il faut se rappeler que 5 cm 3 de sol productif contiennent plus de 3000 arthropodes. Une litière de 1 cm d'épaisseur répartie sur 1 m 2 contient plus de 10 000 km de fin mycélium fongique. 10- Les plantes sont les premiers producteurs de tissus végétaux 6 propres à l'écosystème du sol forestier. Les fourmis, comme un grand nombre d'invertébrés initient la transformation en fragmentant ces débris végétaux formant la litière. Ce processus de transformation appelé pédogénèse est du à l'action dans le temps et dans l'espace de nombreux microorganismes parmi lesquels les fongus (Basidiomycètes), les bactéries, les protozoaires et les Actinomycètes sont les plus actifs et les plus importants dans la conversion de ces tissus végétaux retournés au sol par les plantes en les associant à la fraction minérale du sol. En retour, des nutriments organiques et minéraux sont libérés et accessibles aux plantes pour leur croissance 7 . Dans les termes propres aux chaînes trophiques, ces organismes sont connus sous le nom de «consommateurs». Les consommateurs primaires comme les herbivores se nourrissent directement à partir des «producteurs» que sont les plantes. Les «consommateurs» secondaires et tertiaires sont des prédateurs ou des parasites. Ils se nourrissent les uns des autres tout comme des herbivores. Les chaînes trophiques sont également constituées d'autres types de décomposeurs qui se nourrissent de la litière comme les acariens, les lombrics, etc... Les forêts génèrent et maintiennent une plus grande diversité d'espèces que les sols de prairies. Les microorganismes du sol faisant partie de la diversité biologique, les forêts climaciques des climats tempérés ont une plus grande biodiversité que les forêts pluvieuses tropicales. 11- La première fonction du sol est assurée, par les chaînes trophiques, dont la tâche est de cycler l'énergie et les nutriments, dont l'azote, le soufre et le phosphore 8 . Les sols, à l'état naturel, sont très efficaces dans le recyclage des nutriments comme dans le cas de l'azote où 8% est retourné au système. Le cyclage de l'azote est intimement lié à celui du carbone qui est présent dans les 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 6 C'est volontairement que nous excluons le terme de «organic matter» employé si souvent par l'auteur. C'est un terme qui ne recouvre aucune réalité et est à la base des aberrations actuelles dans le monde des connaissances du sol. Temporairement, nous proposons d'utiliser le terme de substances végétales, substances humiques ou simplement tissus végétaux, permettant de percevoir ce stage comme la base des stages successifs où seront introduites des notions plus complexes comme la connaissance des lignines et des polyphénols, dans un complexe enzymatique où les Basidiomycètes sont les maîtres absolus. 7 Cet énoncé nous apparaît maintenant quelque peu simpliste, mais il a été le credo du siècle qui s'achève. Le rôle des lignines, tanins, tanins condensés et une énorme diversité de polyphénols entrent ici dans la caractérisation et la stabilisation des aspects nutritionnels des plantes. Cet aspect est complètement occulté dans le présent travail. 8 Encore une fois l'auteur se restreint au credo chimique de ce siècle, qui nous semble maintenant plutôt accessoire; car ces éléments sont toujours présents en grande quantité, en particulier l'azote de l'air, mais le plus souvent ils sont inaccessibles pour des raisons d'ordre biochimique et enzymatique. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 substances organiques résiduelles ou humifiées du sol. De ce fait, l'azote déterminera le taux de libération du carbone 9 . Bactéries et fongus s'approprient l'azote des substances végétales lors de leur décomposition et certains organismes fixent l'azote de l'air de manière non symbiotique. Cet azote supplémentaire est également introduit dans la solution du sol et il devient accessible aux plantes. Le processus connu sous le nom de «minéralisation de l'azote» est tout simplement la relaxation lente de l'azote organique sous forme d'azote minéral et accessible aux plantes. 12- L'ensemble microbien du sol exécute trois fonctions majeures: d'abord la conversion de l'azote organique sous des formes accessibles aux plantes comme l'azote ammoniacal, la nitrification qui consiste à transformer l'azote ammoniacal en nitrates et la dénitrification recyclant les formes d'azote en azote gazeux atmosphérique. Ce monde microbien contribue grandement à la stabilité du sol, une autre fonction vitale. Les hyphes fongiques relient les particules organiques ensemble, et assurent ainsi une stabilité physique à la litière et aux horizons supérieurs du sol 10 . 13- Toutes les chaînes trophiques ne sont pas les mêmes. Les chaînes trophiques forestières sont dominées par le monde fongique et particulièrement celui des Basidiomycètes, alors que les sols agricoles le sont par le monde des bactéries et des Actinomycètes. C'est ainsi qu'au fil du temps, les communautés biologiques changent au même rythme que celui des paysages 11 . Ainsi la nature de la végétation déterminera-t-elle les types et les volumes d'énergie et de nourriture accessibles aux organismes du sol. La litière des sols de prairie composée de plantes herbacées, se décompose relativement facilement; mais elle ne contribue que peu à la synthèse des substances organiques du sol. Toutefois, les systèmes racinaires des plantes dans les prairies constitue un apport important de résidus végétaux. Les systèmes racinaires des graminées 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 9 Voici un autre exemple un peu simpliste de l'appréciation des mécanismes du sol. Encore une fois, les seules références chimiques primaires qui n'apportent aucune compréhension véritable des enjeux sont invoquées. L'azote, dont il est ici question, est utilisé et stocké sous forme protéique et le plus souvent dans les corps microbiens. Comme tel, l'azote ne peut exister qu'à l'intérieur de molécules complexes dont le squelette est carboné, d'où l'intimité de la relation carbone- azote. Ce squelette est le plus souvent sous la forme d'un cycle benzénique sur lequel sont fixés les composés azotés les plus stables. d'où l'importance des polyphénols de tous les dérivés des lignines. C'est dans ces composés que se trouvent également les sources énergétiques auxquelles nous faisons allusion dans le fonctionnement des chaînes trophiques. Encore une fois, les sucres et celluloses sont facilement dégradables, mais non les composés phénoliques; d'où la stabilité des sols et la régulation des mécanismes de relaxation et de resynthèse des nutriments organiques. 10 Ceci n'est que l'aspect physique de la stabilité. La biodiversité est encore bien plus importante car elle assure la conservation et le maintien de la diversité biochimique et de l'énergie disponible au fonctionnement des chaînes trophiques. Nous commençons à évaluer l'importance des lignines dans le sol car elles assurent la vie des Basidiomycètes qui, grâce à leur aptitude à produire des systèmes enzymatiques, sont capables d'utiliser sélectivement les molécules organiques et permettre l'émergence de substances humiques et fulviques qui constituent la véritable base d'un sol stable, tout en étant dynamique. 11 Pour la première fois dans ls littérature, nous observons cette différence entre les mondes biologiques forestiers et agricoles. Par extension, on arrive à déduire que la forêt àalargement précédé l'agriculture qui n'arrive que tout récemment dans l'histoire de l'univers. Cette courte phrase devrait nous faire réfléchir sur nos actions et sur l'état des connaissances dans les domaines de l'agriculture et de la forêt. N'avons-nous pas tendance à appliquer les règles de productivité connues en agriculture aux systèmes forestiers de cette planète? Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 libèrent du carbone dans le sol sous la forme de sucres, d'acides aminés et de multiples autres substances qui nourrissent la flore fongique du sol et assurent la vie des bactéries et autres formes microbiennes 12 . 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 14- Plus l'écosystème prend de l'âge, plus la litière devient difficile à transformer et à évoluer. La litière des plantes herbacées est principalement constituée de cellulose, tandis que celle des écosystèmes forestiers l'est de lignines, les principales constituantes du bois. 13 Les feuilles des arbres contiennent plus de lignine que les plantes herbacées 14 et les feuilles des essences climaciques comme le hêtre (Fagus grandifolia), et les chênes (Quercus ssp.), ont un plus haut contenu en lignine que ceux des frênes (Fraxinus spp.), ou des tulipiers (Liriodendron tulipifera), faisant partie des essences de transition vers le climax après perturbation. Les forêts présentent une différence importante par rapport aux prairies, dont les tissus végétaux produits par les racines sont la première source constituant la litière. En forêt, ce sont les feuilles et les brindilles 12 Nous sommes d'avis que l'auteur situe bien les sols de prairie par rapport aux sols forestiers ou qui en sont dérivés. Nous n'avons pas encore abordé le thème des lignines, mais dès à présent, il nous faut souligner que les graminées possèdent un type de lignine qui lui est propre et dépouvu de groupements méthoxyls et c'est la lignine hydroxybenzoyle. De ce fait, il y a peu de production de molécules capables d'une grande stabilité et résistantes aux dégradations rapides et à la libération du carbone. Il faut noter que les prairies apparaissent dans des contextes continentaux particuliers où de faibles précipitations annuelles sont observées; nous pensons ici aux grandes Prairies américaines, aux steppes asiatiques, etc... 13 Cette phrase résume très bien ce que nous pensions être au cours des années 70. Les connaissances actuelles relatives aux écosystèmes permettent de comprendre la structure et les rôles respectifs de la physique, de la chimie, de la biochimie et surtout de la biologie. Tout comme le terme «matière organique», ceux de cellulose et de lignine cachent un monde extrêmement complexe. Ce sont les lignines et tous les composés polyphénoliques qui apporteront, à travers leurs dynamismes respectifs, toutes les réponses à nos interrogations séculaires sur le sol. Pour mieux comprendre, il faut se référer aux écosystèmes des Gymnospermes et les opposer à ceux des Angiospermes. Les plantes constituant les premiers sont très riches en lignine gaïacyl, c'est-à-dire celle ne possédant qu'un seul groupement méthoxyl (OCH 3 ) qui, sous l'attaque des enzymes comme la lignoperoxydase, donne des composés secondaires et des polyphénols contribuant à retenir sur place les nutriments pour qu'ils soient utilisables par les plantes. C'est un processus sélectif basé sur l'économie de ressources restreintes. Ce processus a pour conséquence d'éliminer les espèces concurrentes incapables de résister à un milieu si restrictif. et ainsi maintenir des populations oligospécifiques de quelques essences. À l'inverse, les Angiospermes ligneuses sont dotées en plus d'un autre type de lignine, la lignine syringyl possédant deux groupements méthoxyl symétriques qui a comme conséquence, sous l'action des mêmes enzymes de donner un milieu réceptif avec une abondante biodiversité. Cela permet de faire du sol un milieu tampon, riche en nutriments et en énergie et qui, sous l'action de la biologie synergétique. de stocker ou de relaxer des grandes quantités d'énergie et de nutriments à travers des chaînes trophiques aussi nombreuses que complexes. Le tout assure ainsi la stabilité du milieu édaphique et permet la croissance d'écosystèmes climaciques qui se renouvellent à perpétuité avec des variations minimales du milieu. Ainsi, les écosystèmes herbacés sont fragiles en fonction du temps à cause de la faiblesse de leur stabilité sans apport de lignines, mais uniquement en comptant sur les polyphénols dont l'action est actuellement connue sous le vocable d'allélopathie. Pour leur part, les écosystèmes forestiers de Gymnospermes ont des vies plutôt restreintes en terme de décennies puisque les nutriments sont immobilisés dans les tissus vivants comme dans ceux résiduels de la litière. Ces écosystèmes sont tributaires de catastrophes comme le feu pour un cyclage complet des nutriments et l'élimination des polyphénols allélopathiques qui inhibent tout renouvellement par voie biologique. Quant aux écosystèmes forestiers d'Angiospermes, c'est par la biodiversité que le climax s'établit avec comme source de stabilité un sol riche et complexe, mettant à profit la biologie et la minéralogie dans lesquelles s'inscrit l'énergie nécessaire aux chaînes trophiques. Ces dernières supportent à leur tour une grande diversité de plantes et en assurent la pérennité avec des stades intermédiaires de rajeunissement de la société des plantes en favorisant l'épanouissement des individus plutôt que de l'ensemble homogène d'une population oligospécifique à durée limitée dans le temps. 14 C'est une idée qui a un certain fondement mais qui ne tient pas compte de plusieurs autres facteurs comme le type de lignine et surtout les composés polyphénoliques contenus. À titre d'exemple, les essences dites climaciques et à longue vie comme les chênes, les hêtres, les érables, ont des contenus en lignine syringyl bien plus élevés que les essences intermédiaires qui apparaissent dans les écosystèmes forestiers perturbés, comme les trembles, les bouleaux, etc... Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 qui sont la principale source de tissus végétaux comme source de carbone, d'où l'importance de la qualité des lignines et de l'activité biologique et enzymatique dans la dynamique de l'écosystème. Il y a également de grandes quantités de grumes ou tiges au sol qui, associées aux rameaux et aux brindilles sont la source principale qui permet la vie des fongus; les bactéries étant incapables de dégrader la lignine 15 . Les mycéliums des champignons mycorhiziens peuvent atteindre les bois tombés et les racines des arbres et en extraire les nutriments valables. Les insectes peuvent également contribuer au recyclage des vieux bois, mais surtout d'une manière physique en la fragmentant et en favorisant une attaque enzymatique et bactérienne à partir des fèces. Les tiges en contact avec le sol ou encore debout sont des niches privilégiées pour un très grand nombre d'invertébrés de la forêt. 15- L'écosystème hypogé changera en fonction du temps tout comme l'épigé avec un ralentissement marqué du cyclage des nutriments 16 . Dans un peuplement climacique d'Angiospermes feuillus, l'humus de qualité persiste beaucoup plus longtemps, car les composés organiques mettent plus de temps à se dégrader 17 . C'est par ses aspects dynamiques que l'humus est important au point de vue chimique et physique bien plus que comme une réserve de nutriments. À titre d'exemple, l'humus augmente la capacité du sol à retenir l'eau 18 . 16- Les tiges et les troncs morts tombés au sol jouent un autre rôle important dans la régulation de l'eau en période de sécheresse en agissant comme réservoir. Les grosses tiges de plus de 30 cm de diamètre agissent comme des éponges et retiennent l'eau durant de longues périodes. Ces souches et ces billes jouent aussi un autre rôle important en permettant aux jeunes semis de survivre en périodes de disette d'eau. Il en va de même pour les populations de salamandres qui dépendent de ces niches humides. C'est probablement la raison pour laquelle les salamandres disparaissent après une exploitation forestière à blanc alors qu'il y a de 1 à 2 individus au m 2 dans les forêts climaciques en 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 15 Cette affirmation n'est pas exacte puisque les bactéries sont capables de dégrader lentement la lignine par une enzyme spéciale qui est la laccase, mais elles sont incapables de dépolymériser la lignine en fractions fulviques et humiques, donc incapables de participer aux fondements du processus pédogénétique. 16 C'est ce que nous observons dans les écosystèmes de Gymnospermes ou dans les peuplements artificiels de feuillus que sont les plantations mono ou oligospécifiques. Il en va autrement pour les écosystèmes d'Angiospermes feuillus, composés d'essences climaciques dominantes inéquiennes où les individus ont des âges et des tailles différents, assurant ainsi la diversité des âges et le remplacement alternatif des individus rémanents. Ainsi. les changements dans le sol se feront par rapport aux individus qui disparaissent, non pas au niveau de toute la population de l'écosystème. 17 Cela peut sembler exact du point de vue de l'architecte paysagiste, mais la réalité est différente; il faut faire appel à d'autres mécanismes dynamiques et réversibles, ce qui n'est pas évident au niveau de l'aménagement d'une forêt urbaine. 18 Voilà une autre croyance bien ancrée qui veut que les propriétés physiques de l'humus augmentent la capacité de rétention de l'eau du sol. C'est probablement à partir d'une telle conclusion que l'utilisation des tourbes oligotrophes en agriculture et en horticulture a connu une telle expansion. Il faut plutôt rechercher au niveau des corps microbiens, en particulier des hyphes de champignons, cette capacité de retenir des eaux non soumises aux lois de la chimie et de la physique du sol et, de ce fait, disponibles directement à la vie des plantes. L'application de BRF sur des sols tropicaux a réduit les besoins en eau de plus de 50% avec des augmentations de rendements de l'ordre de 300% à 900%. Nous savons également par la littérature, que les polyphénols jouent un rôle majeur dans la régulation de l'eau biologiquement active pour la croissance des plantes. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 équilibre. Ces tiges au sol augmentent la rétention des eaux de pluie en période de chutes abondantes tout en prévenant les inondations en absorbant l'eau sur place. 17- Les fongus en général prospèrent dans des acides, alors qu'à l'inverse, les bactéries peuvent augmenter l'alcalinité. Les bactéries et leurs prédateurs dans les sols de prairie, contribuent à maintenir un pH qui fera que l'azote et le taux de cyclage des nutriments seront disponibles aux graminées Dans les écosystèmes forestiers où le sol est dominé par les Basidiomycètes et où le pH du sol est voisin de la neutralité, l'azote est converti en ammonium et fortement retenu par le sol. Dans les sols dominés par la vie bactérienne, l'azote est converti en nitrates plutôt qu'en ammonium. Ainsi, les nitrates sont plus facilement lessivés que l'ammonium, mais les modes de croissance des herbacées s'accommode très bien de ce phénomène. Cependant, quand un sol forestier devient majoritairement colonisé par des bactéries, un lessivage des nitrates laisse un milieu appauvri pour la croissance des arbres climaciques tandis qu'un flot important de nutriments devient disponible pour les essences de remplacement à croissance rapide. Plusieurs essences sont plus sensibles que d'autres au point de vue nutritionnel; les Gymnospermes ne peuvent se développer sur des sols dominés par les bactéries et inversement l'agriculture ne peut se développer sur des sols dominés par les fongus 19 . En effet une forte biomasse bactérienne dans un sol forestier est un indice certain de dégradation (McDonnell, M.J., Pickett, S.T.A. & Pouyat, R.V. (1993) «Application on the ecological gradient to the study of urban effects» in Human as Componants of Ecosystems. The Ecology of Subtle Effects and Populated Areas» ed. G.E. Likens and W.J. Cronon [New York Springer Verlag pp. 175-189]). Ces facteurs dépendant des organismes du sol jouent un rôle bien plus important dans les successions végétales qu'on le croyait antérieurement. (Ingham, E.R. (1995) «Restoration of soil community structure and function in agriculture, grassland and forest ecosystems in the Pacific Northwest» Proceedings, Society for Ecological Restoration Conference [Seattle],31). Les écosystèmes édaphiques altérés 18- Les sols sont beaucoup plus fragiles que nous ne l'imaginions, mais ce problème est le plus souvent méconnu. Le cumul de toutes les pressions polluantes de l'environnement sur les écosystèmes forestiers, comme les pluies acides, les dépôts azotés, l'effet de serre, la réduction de la ceinture d'ozone, etc, laisse des sols profondément altérés et, de ce fait, modifie entièrement la 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 19 Voilà une affirmation bien téméraire et plutôt simpliste, L'apport de BRF augmente l'importance des fongus en agriculture et donne des résultats exceptionnels. Nous en concluons que les sols dominés par les bactéries sont artificiels et que l'absence de composés phénoliques et de dérivés de la lignine sont les principales causes de la dégradation des sols agricoles à cause de l'absence des basidiomycètes comme base des chaînes trophiques. Il semble bien que les sols dominés par les bactéries, y compris les sols naturels des prairies, soient très fragiles et ne peuvent supporter de fortes populations in situ à l'infini. C'est la transhumance qui a contribué à maintenir des grandes populations de mammifères dans les grandes prairies nord-américaines, mais avec une population humaine assez restreinte. Il en va de même aujourd'hui au Canada. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 constitution et le comportement des chaînes trophiques. Les conséquences et les corrections de telles perturbations sont toujours du domaine de l'inconnu. 19- Plusieurs de ces changements ont une telle ampleur que nous les prenons pour acquis. Le cas des lombrics est caractéristique car ils sont présents dans toutes les forêts urbaines mais ils sont d'origine étrangère. Ils ne font pas historiquement partie de la communauté biologique naturelle 20 des écosystèmes forestiers mais leur présence est typique dans les forêts perturbées ou dégradées. Les lombrics en général augmentent la fertilité du sol en permettant la transformation de la matière organique 21 et en créant tout un réseau de canaux qui facilite les échanges gazeux à travers la structure du sol tout en stimulant les bactéries à convertir les ions ammonium en nitrates. Une forte population de lombrics contribue à la nitrification en apportant l'oxygène nécessaire pour la conversion de l'ammonium en nitrates. C'est ainsi que nous avons un système édaphique perturbé par les apports d'azote, les lombrics peuvent surpasser le seuil normal en consommant la litière cinqu fois plus vite que le feraient les fongus et convertir les excès de matière organique en ammonium 22 . Un processus analogue de solidification du système peut être observé dans les systèmes aquatiques dominés par les algues (Nixon, W. [1995] «As the worm turns» American Forests 101 (9) 34-36.). Chaque changement dans le sol aura en retour des effets en cascade. Malheureusement dans des peuplements qui semblent avoir atteint la maturité à cause de la taille des arbres, on trouve des lacunes dans les successions biologiques des sols encore dominés par les lombrics et les bactéries mais appauvris quant aux types de fongus, d'invertébrés etc. et autres, qui sont plus efficaces à cycler les nutriments. Construire un écosystème édaphique 20- Le principal but de la restauration est de rétablir le cyclage des nutriments et le flux d'énergie caractéristiques du sol d'origine. En premier il faut protéger ce qui existe encore comme sol, tout en recherchant les techniques pour augmenter la biomasse et favoriser le développement de la flore naturelle et de la faune. 23 . 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 20 C'est une demi-vérité. Nous connaissons des espèces lombriciennes propres à l'Amérique mais qui, suite à la dernière glaciation, ne sont pas parvenues encore dans les systèmes forestiers au nord du 45° lat. N. Les lombrics que nous trouvons tant dans les sols forestiers de la grande forêt feuillue climacique (chênaie, érablière, hêtraie) que dans tous les sols agricoles fertiles au point de vue biologique sont toutes des espèces d'origine européenne et sont associées aux sols perturbés. 21 En réalité, c'est en retirant l'azote des tissus végétaux à partir des protéines qui sont fortement liées aux polyphénols. Cette opération a lieu dans le tube digestif des lombrics par des bactéries sous la forme de colonies sphériques et qui nécessitent la présence d'une fine couche d'argile pour ne pas être à leur tour digérées. Encore une fois, ce sont les polyphénols qui ont un effet inhibiteur sur la transformation incontrôlée des substances végétales et, de ce fait, ils jouent un rôle biologique important auprès des bactéries puis leurs enzymes (de structure protéique) dans le système d'humification et de libération des nutriments à la demande de la végétation. 22 Nous sommes d'avis que l'auteur a commis une erreur involontaire en disant que les fongus convertissent les substances organiques en nitrates alors que c'est plutôt en ammonium qu'ils le font. 23 Nos connaissance actuelles nous laissent à penser qu'un tel raisonnement par rapport à ce que nous savons de la complexité de la pédogénèse est plus qu'optimiste dans ses conclusions. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 Recommandations Identifier, protéger et surveiler des étendues de sols originaux peu ou pas perturbés. 21- Dans la plupart des sites, on peut identifier des endroits moins perturbés et qui présentent les conditions locales d'origine. L'étude de sols typiquement naturels et de méthodes de correction des paysasges endommagés va permettre d'établir des standards pour mesurer les succès des différentes approches. Ces sites naturels serviront également de milieu pour la propagation de souches de microorganismes adaptées aux conditions locales 24 . Réduire les sources locales de contamination du sol y compris les apports azotés. 22- Il est impératif d'évaluer les impacts de pollution en particulier les gaz d'échappement des voitures. L'élimination de routes quand c'est possible est d'une importance capitale particulièrement dans les aires naturelles. L'aménagement d'accès faciles est incompatible avec la croissance et la présence de la plupart des espèces. Il faut également rappeler au public l'impact de la pollution atmosphérique. Plusieurs autres pratiques comme l'utilisation de biocides affectent profondément tout le système tellurien. Le glyphosate, l'herbicide le plus utilisé pour contrôler la végétation adventice augmente la présence et l'activité bactérienne mais donne peu de résultats pour le développement de la flore fongique forestière. Ne pas oublier que l'utilsateur est inséparable de la solution 23- Aucun traitement du sol ne pourra éliminer la compaction, l'érosion et autres perturbations. Il faut se limiter dans la forêt et autres paysages naturels à des sentiers tracés afin de réduire la dégradation par la marche, les sabots des animaux et le passage de roues. L'interdiction de circuler ne suffit pas. Les usagers de la forêt se confineront aux sentiers dans la mesure où ces derniers leur apportent satisfaction dans ce qu'ils viennent chercher en forêt. La formation d'une litière naturelle et l'absence de sol nu hors seniers sont des indices évidents de succès. Réduire le travail du sol.au minimum 24-En dépit de nos connaissances sur les dommages causés à la vie du sol, on continue à trop le travailler. En plus des dommages causés à sa structure par le travail d'un sol lourd et gorgé d'eau, ou par l'érosion qui accompagne les perturbations, les microorganismes en place sont fortement affectés. À titre d'exemple, le labour ou toute autre perturbation mécanique auront comme 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 24 Ici aussi les conclusions sont pour le moins hâtives bien que n'étant pas dénuées d'une certaine rationalité. Nous savons maintenant que le sol est constamment en évolution biologique, chimique, biochimique, physique et physico-chimique et que la transplantation de microorganismes d'un sol en équilibre vers un sol perturbé n'apporte pas nécessairement les résultats espérés. Encore une fois, c'est sur la biochimie des polyphénols et la réaction des chaînes trophiques que toute la dynamique repose. Ce sont les BRF qui sont à la base du renouvellement de tous ces paramètres et nous avons observé qu'une période de 3 à 6 années est nécessaire. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 conséquence de favoriser le développement rapide de la flore bactérienne qui à son tour produira des polysaccharides qui, sous la pluie, vont causer l'affaissement de la structure du sol. D'autres substances durcissent le sol et le rende hydrophobe. La culture du sol est presque toujours une activité dommageable dans les sites naturels car elle perturbe sans cesse et favorise la dégradation plutôt que de contribuer à sa complexité, et sa stabilité de même qu'au développement de l'écosystème.. 25- Il faut donc utiliser de nouvelles techniques comme la plantation de jeunes semis sur les troncs tombés au sol ou les souches pour éviter la pertrubation des sols et augmenter les chances de reprise. Une autre technique consiste à ficher des rameaux verticalement dans le sol. Ces rameaux serviront à aérer le sol sans endommager les racines de la végétation existante tout en évitant de le bouleverser. De plus une telle technique favorise nettement le développement des fongus au lieu des bactéries car ils incorporent du bois dans le sol. 25 . Revoir le bien-fondé de l'empilement des sols de surface. 26- Dans leur travail, Harris, A., Birch, P, & Short, K.C. (1993) «The impact of storage of soils during opencast mining on the microbial community: a strategist theory interpretation» Restoration Ecology 1:88-100, décrivent l'impact progressif de l'amoncellement des sols de surface durant la période de construction. Durant la première phase, nous assistons à la mort instantanée d'un très grand nombre d'organismes du sol dans la période de décapage et de stockage. Dans les mois qui suivent , une explosion de la masse bactérienne et fongique survient mais uniquement à la surface du tas qui devient la nouvelle terre de surface. Dans les 6 mois qui suivent, le sol se stratifie en couches différentes. La première couche reflète la disponibilité de l'oxygène et du niveau de saturation en eau. De là deux couches se distinguent, la première en aérobiose et la seconde en anaérobiose avec des zones de transition de l'une à l'autre. Dès que les sols ainsi stockés sont déplacés pour être utilisés à nouveau il y a disparition instantanée de la presque totalité des êtres vivants suivi d'une explosion de la vie bactérienne. Il faut expérimenter des stratégies alternatives pour mieux préserver les chaînes trophiques naturelles lors des déplacements nécessaires de sol. 27- On peut expérimenter selon des méthodes qui permettent de conserver intacts les divers horizons du sol, comme celle qui sert à déplacer des blocs de terre. En pratique, de vieux équipements, comme des fourches ou des pelles montées sur des tracteurs, peuvent être transformées et servir à soulever de couches de sol. Un tel équipement a été mis au point par John Monro (Monro 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 25 Bien que peu pratique en sylviculture et dans la réhabilitation des sols agricoles, il n'en reste pas moins que cette technique adaptée au conditionnement des forêts urbaines ne manque pas d'élégance et s'approche de la technologie des BRF de par ses bases scientifiques. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 Ecological Services, Harleysville, PA and is available through Bently Development Co., P.O. Box 338, Old Route 22 Blairsville, PA 15717, 412/287-0671). Repenser la nécessité d'ajouter des substances organiques pour enrichir les sols perturbés 28- L'arrivée constante sur les sols de nutriments sous la forme de pluies acides et de dépôts azotés cause de sérieux problèmes pour les méthodes traditionnelles qui utilisent des apports de substances organiques comme des suppléments de fertilisants chimiques. Tous les spécialistes s'accordent à dire que les fertilisants ne profitent qu'aux mauvaises herbes. Un aménagement moins «hospitalier» peut être bénéfique aux espèces naturelles. L'utilisation de soufre sur des parcelles par Jean-Marie Hartman et ses collègues de l'Université Rutgers (Hartman, J.M., Thorne, J.F. & Bristow, C.E. [1992] «Variation in old field succession» Proceedings [Design + Values] of annual meeting, Council for Educators in Landscape Architecture [Charlotteville VA] p. 55-62), causa une chute du pH en favorisant les espèces naturelles d'une prairie plutôt que les adventices 26 . Un grand nombre d'adventices sont nitrophiles et ne peuvent concurencer des valeurs de pH trop basses. Repenser l'utilisation de paillis et d'amendements prélevés ailleurs que sur le site naturel. 29- Comme les organismes du sol qui forment des chaînes trophiques sont conformes à la nourriture consommée, leur apporter des substances organiques différentes ne ne provoquera pas nécessairement la croissance des mêmes microorgnismes. Dans les cas des sols artificiels ou hautement contaminés, ce n'est pas l'apport de substances organiques qui est en cause mais plutôt leurs qualités qui auront un impact sur les successions végétales qui apparaîtront sur le site. Plus le paysage est naturel, plus il faut réduire l'apport de matériaux organiques halogènes. Repenser les critères d'aménagement portant sur les arbustes, les bois morts et les feuilles. 30- Même quand on n'ajoute pas de fertilisants, il faut modifier notre perception de la valeur des bois morts et des débris végétaux pour se rapprocher le plus possible de conditions naturelles. Cela semble évident mais il arrive de prélever des matières végétales dans un endroit, et de les composter ailleurs pour ensuite les transporter dans un autre milieu lorsque le tout est bien décomposé. Dans des conditions forestières naturelles, la principale contribution des tissus végétaux au sol n'est pas le compost bien décomposé, mais plutôt l'apport de rameaux et de feuilles qui se transforment lentement sur place. L'apport au sol de 26 Qu'il nous soit permis de douter du bien-fondé d'une telle méthode qui n'agit que sur les aspects physico-chimiques. Le raisonnement qui suit ne porte que sur les nutriments disponibles alors que c'est tout l'univers du sol qui est bouleversé et aucune évaluation n'est apportée. C'est un truc comme un autre, d'origine chimique, alors que nous sommes à évaluer la vie dans toutes ses dimensions. 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 bois ou autres matériaux organiques non compostés réduit l'écart qui existe avec le milieu naturel de la forêt. Développer de nouveaux moyens pour évaluer et surveiller la «santé» du sol 31- Les standards analytiques actuels sont peu utiles. À titre d'exemple, les teneurs en d'azote sont mal évalués car ils ne donnent que les concentrations, en un temps donné plutôt que le flux continu en fonction du temps. Les analyses conventionnelles ignorent systématiquement tout ce ui touche à la biologie alors qu'un bon nombre de chercheurs travaillent à mettre au point d'autres méthodes analytiques. Jim Harris de l'Université East-London en Angleterre qui a travaillé sur les changements survenant pendant la réhabilitation du sol a mis au point des techniques pour la mesure de la taille, la composition et l'activité de la communauté microbiologique, tellurienne. Ces données peuvent être utilisées pour comparer un sol perturbé avec un autre qui l'est moins, permettant d'évaluer la vitesse et la qualité du sol en voie de réhabilitation. Ce chercheur et ses collègues ont mis au point des méthodes qui rétablissent et augmentent les populations fongiques avec un impact important sur le sol et le cyclage des nutriments. Construire les populations fongiques telluriennes 32- Comme nous l'avons vu plus tôt, les apports de la pollution atmosphérique ont comme effet de favoriser les populations bactériennes au détriment des populations fongiques. Tout aménagement intelligent devra, par l'intermédiaire de techniques appropriées portant sur les sols de surface et les litières, favoriser le rétablissement de la flore fongique naturelle, la base des chaînes trophiques de tos les sols forestiers. Un aménagement favorisant la flore fongique et les autres organismes forestiers. 33- Comme seuls les fongus sont capables de dépolymériser la lignine 27 ces derniers sont d'une importance capitale pour le cyclage des résidus ligneux au niveau du sol dans le processus de réhabilitation des sols. Du bois et des petits rameaux broyés épandus sur le sol constituent un milieu exceptionnel pour le développement rapide des fongus qui, à l'inverse des bactéries, stabilisent la surface du sol 28 . Alors qu'une épaisse couche de paillis de bois broyé peut arrêter momentanément la végétation mais, à terme donnera beaucoup de nutriments. Une couche mince de copeaux permettra une vie du sol plus complexe en 27 Nous croyons utile de rappeler que les fongus particulièrement les Basidiomycètes, jouent le rôle fondamental dans la pédogénèse en ce qu'il sont les seuls à pouvoir dépolymériser la lignine gaïacyl et syringyl et donner des substances humiques et fulviques en ne brisant que peu les noyaux benzéniques porteurs d'énergie et de nutriments tant biochimiques que chimiques. 28 Encore une fois, l'auteur ne fait aucune différence entre des copeaux de bois caulinaire et des rameaux broyés, pas plus qu'il n'en fait entre Gymnospermes et Angiospermes, De plus il n'attache de l'importance qu'à la stabilisation physique du sol par les hyphes de fongus. 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 modérant le cyclage des nutriments. Comme la lignine se décompose lentement, les copeaux formeront une couverture du sol durable et une litière stable 29 . 34- À l'occasion, il pourrait être pertinent de procéder à une inoculation du sol avec des fongus mycorhiziens 30 , bien que ces agents inoculants peuvent être amenés par le vent et la faune. Lorsque le sol est riche en nutriments, il peut être utile de «nourrir » la flore fongique plutôt que d'inoculer. De petites quantités de sols provenant d'un milieu analogue ou de copeaux contenant les basidiomycètes peuvent être utilisées là où les processus naturels n'ont pas été enclenchés comme sur des sols minces ou des lithosols car les conditions minimales de croissance n'existent pas. 35- Jim Harris recommande l'application d'une mince couche de copeaux de bois frais propres à créer les conditions idéales pour le développement des fongus 31 . En quelques semaines, le réseau mycélien devient si dense que les copeaux sont attachés les uns aux autres et peuvent être transportés pour inoculer des sites environnants. Cette méthode de dispersion des fongus locaux devrait devenir une technique importante dans les programmes d'aménagement du sol et elle semble de loin préférable à l'utilisation de grandes quantités d'inoculum d'origine commerciale 32 36- Il est également possible de mieux aménager les chablis que d'éliminer seulement les arbres tombés au sol comme c'est la coutume. En conservant les souches à demi renversées, on donnera un aspect plus naturel et les fongus et invertébrés pourront mieux se développer. Les racines des souches renversées forment un lit de semences presque parfait pour la régénération et le maintien de racines vivantes qui vont permettre le passage des nutriments aux arbres du voisinage 33 . 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 29 Bien que les évidences soient là, l'auteur ne fait aucune référence aux polyphénols, pas plus qu'aux mécanismes biologiques et biochimiques propres à la pédogénèse; considérant uniquement le rôle physique et stabilisateur à la fois des copeaux et des hyphes de fongus. 30 Il y a ici une sérieuse confusion entre les basidiomycètes capables de dépolymériser la lignine et ceux qui agissent comme mycorhizes, bien que certaines espèces en milieux forestiers jouent les deux rôles. Les deux rôles sont indépendants l'un de l'autre mais non moins nécessaires. 31 Jamais auteur n'est passé si près du coeur de la technologie des BRF, mais il s'est contenté que d'observations superficielles. Il ne fait aucune allusion au rôle des BRF qu'il confond avec les copeaux de bois caulinaire et ceux des rameaux. Il ne traite en rien des mécanismes fondamentaux comme la dépolymérisation des lignines, ne fait aucune différence entre Gymnospermes et Angiospermes, pas plus qu'il ne justifie la raison pour laquelle les copeaux frais sont préférables à ceux compostés..... 32 Qu'il nous soit permis, un fois de plus, de souligner que l'arrivée des Basidiomycètes dans un sol est à la base des chaînes trophiques ou de la faune fongivore qui sera le deuxième maillon de la chaîne. D'où l'importance de voir à ce que les Basidiomycètes soient les premiers colonisateurs, sinon ce seront les bactéries et les actinomycètes qui libéreront les nutriments dans la solution du sol sans égard à la stabilité du milieu ni aux besoins élémentaires de la flore naturelle, partie intégrante de la stabilité du milieu. 33 Ce sont là des affirmations dont nous ne connaissons pas d'équivalent dans la littérature scientifique ou dans des travaux de rcherche permettant de confirmer ce phénomène. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 37- Des mycorhizes produites commercialement ont été utilisées avec succès pour la reconstitution de nouvelles forêts comme sur les terrils miniers et ce un peu partout dans le monde. Dans le Kentucky, des sites dont les sols étaient très acides avec des pH de l'ordre de 2,8, ont été inoculés et on a récolté des bois à pâte 15 ans plus tard 34 (Cordell, C.E., Marx, D.H. & Caldwell, C. (1991) «Operational appplication of specific ectomycorrhizal fungi in mineland reclamation», présentation non publiée et présentée à l'American Society for Surface Mining and Reclamation [Durango, Co, May 10-17 1991]). L'utilisation de tels produits commerciaux devrait faire l'objet d'une évaluation en fonction des effets possibles sur les fongus mycorhiziens locaux. Tout comme l'utilisation de plantes propagées commercialement, il y a des risques de provoquer la disparition des essences et variétés locales. Il nous faut donc mettre au point des procédures et des techniques pour favoriser la propagation des fongus et des autres organismes du sol comme on le fait pour les plantes et les animaux supérieurs. 38- Le feu joue un rôle stimulant pour plusieurs fongus et invertébrés du bois et en réduisant les populations bactériennes, ce qui favorise la croisssance des fongus. Lors d'une étude sur les changements dans les populations d'insectes après feux dans la forêt coniférienne boréale en Finlande, des chercheurs ont noté l'apparition soudaine de divers groupes fongivores., qui provoquèrent une réaction immédiate encore plus rapide des fongus. (Muono, J. & Rutanen, I. [1994] «The short term impact of fire on the beetle fauna in boreal coniferous forest» Annales Zoologici Fennici, 31: 109-121). Ces insectes forestiers fongivores sont issus des feux et représentent une importante adaptation dans le cadre d'un écosystème où les feux sont récurrents. Ces insectes représentent un bénéfice marginal dans la régénération naturelle des forêts soumises régulièrement à l'incendie, [le seul moyen de régénérer les écosystème épigé et hypogé de ces forêts archaïques que sont celles de conifères dans le monde]. 35 39- Les conditions originales et biologiques des sols naturels doivent demeurer des modèles lors de la restauration des habitats d'origine 36 . Les parcelles de sol naturels devient ainsi de réserves biologiques de la richesse 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 34 Nous sommes d'avis que l'auteur change complètement de champ d'action en comparant des plantations mono ou oligospécifiques, probablement constituées de conifères ou d'essences pauvres en lignines, comme certaines espèces de la famille des Bétulacées ou des Salicacées. Nous pensons que ce sont là des aspects intéressants industriellement mais qui n'ont rien de commun avec la restauration et la reconstitution de forêts climaciques, stables et diversifiées à haute productivité. De telle comparaisons ont contribué et contribuent encore à la confusion des buts et des idées. 35 Encore une fois, l'auteur montre son absence de discernement dans les différents processus de pédogénèse et ne peut distinguer la forêt boréale de Gymnospermes de celles des zones tempérées et tropicales d'Angiospermes, faisant appel à des phénomènes fondamentalement différents basés sur l'«harmonie» et la complémentarité plutôt que la catastrophe et l'exclusion. 36 Ce n'est pas dans la copie servile des phénomènes observés que réside le chemin à suivre, mais plutôt dans la compréhension de la dynamique, des divers stades et des diverses options lors de toute perturbation pour assurer le retour de telles ou telles fonctions essentielles ou accessoires. En informatique, le réseau INTERNET est un exemple permettant d'arriver à une fin donnée en présence de perturbations majeures. C'est la diversité qui, depuis fort longtemps, a permis à cette fonction salvatrice, mais dont le temps est un ingrédient essentiel, ce qui nous gêne beaucoup, d'où la tentation de copier la surface des choses et de crier victoire par des ersatz artificiels et rapides. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol un système vivant.... Sauer, L.J. in ARNOLDIA, été 1999, pp.35-43 biologique initiale. Il faut privilégier la restauration plutôt que le remplacement du sol. Le sols produit sur place est de loin préférable à celui importé d'autres endroits. Plutôt que de réintroduire des phases et composantes manquantes tous les efforts doivent porter sur la restauration des aires existantes par les associations biologiques propres à l'écosystème hypogé dans toutes les mesures possibles. Ce faisant nous réduisons la perte de sous-espéces locales par dispersion de microorganismes. Lorsque les conditions sont trop détériorées, il devient nécessaire d'apporter des matériaux édaphiques de l'extérieur, mais dans ces cas extrêmes, il faut que le développement des mécanismes pédogénétiques locaux puisse se faire le plus possible. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 109 Janvier 2000 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada LAVAL UNIVERSITY FACULTY OF FORESTRY AND GEOMATICS Department of Wood and Forest Sciences Coordination Group on Ramial Wood «Soil as a living system» by Leslie Jones Sauer REPRINT FROM Arnoldia, summer 1999 p. 35-43 Arnold Arboretum Harvard University Boston USA comment by Professor Gilles Lemieux Laval University Québec Canada PUBLICATION Nº 110 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ edited by Coordination Group on Ramial Wood Department of Wood and Forestry Science Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA INTRODUCTION Mrs Sauers's paper is oustanding from the RCW Technology point of view by the fact that she brings to light basic forest soil mechanisms for the real purpose of enhancing the quality of life of a forest stand instead of volume, quality and yield of wood productivity for industrial purposes. From this standpoint only, this paper is remarkable. It is also noticable that Mrs Sauer is a landscape architect, not an agronomist nor a forester, both dealing with productivity of an «almost unknown system as such», but rather as a sort of an industrial plant design and fitted for production wheather maise, wheat or beech, etc. Basic ignorance of soil's biological, biochemical, chemical and physical mecanisms intertwined into a living system was until recently completly ignored. This paper is dealing with the fundalmental diffrence between agricultural soils based on bacterial activity while forested being based on fungal. It clearly stresses the pathway of sustainability for both agrosystems and forestsystems. The RCW Technology is bringing new light and knowledge towards sustainability under temperate or tropical climates. In this regard we have made many comments including our views on lignin roles and the whole world of polyphenols, long time ignored but fundamental and from forest orginin. We hope these comments to emphasize Mrs Sauer's approach to forest quality enhancement through soil, from biological origin, not nutrient availability only. Professor Gilles Lemieux Department of Wood and Forest Science Laval University Québec Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 Soil as a Living System 1 by Leslie Jones Sauer 2 What most struck the woodland manager of New York City's Central Park when he visited the Adirondacks was a forest floor so soft he could plunge his hand into it. The ground was visibly alive and completely different from the dead, concretized soil of the urban forest in Central Park. 1- Soil wears its problems on the surface. Where trampling of high rates of decomposition prevail, the litter layer and topsoil are entirely absent. Until recently, the annual leaf fall in the woodlands of Central Park typically did not accumulate or even persist from one year to the next. With no litter layer, there was no nursery for the next generation of the forest. 2- Nearly a decade of woodland management is rebuilding the ground layer in Central Park's woodlands at the north end of the park. The site is becoming increasingly stabilized as erosion is controlled and bare areas are replanted. The many small saplings and seedlings that were planted or that volunteered after exotics removal help to hold the ground. During the icebound 1993-94 winter season, some remains of autumn's leaves persisted under the blanket of ice until spring. That was a turning point for the woodlands. The following winter was unsually mild and, by spring 1995, there was a relatively continuous litter layer. 3- In time, the organic litter on the forest floor will create humus, an organic soil horizon. Within it, most of the life of soil occurs. As organic matter is continually broken down into humus, it becomes incorporated into the mineral layers of the ground surface to 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 1 Published in «ARNOLDIA» summer 1999 pp 35-43 Harvard University, Boston, USA. 2 Leslie Sauer is principal landscape architect with Andropogon Associates, Ltd., based in Philadelphia, Pennsylvania, and adjunct professor at the University of Pennsylvania. This article is adapted from The Once and Future Forest: A Guide to Forest Restoration Strategies, which was developed by Andropogon Associates and is based on their approach to integrating environmental protection and restoration with landscape architecture and design. Their work on Central Park's North Woods is only one of many restoration projects. The Once and Future Forest is published by Island Press (800/828-1302 or ww,islandpress.org). Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 build topsoil 3 . Soils are forming all the time and, like vegetation, integrate and express all of the ecosystem's processes. Soil is a reflection of climate, parent material, topography, vegetation and time.The layers of soil tell a more recent history than the rocks beneath. 4- The soil's abiotic, or non living, factors are generally the primary focus of conventional soil assessment. Much of our thinking in the past was oriented toward an "ideal" soil model that balanced sand, silt, clay, pore space, moisture, minerals, and organic matter. These standards determined whether a native soil was judged poor or good, and where soils did not conform to the ideal, soil amendments were used to modify texture, acidity, fertility or other characteristics. Many early mitigation, stabilization and restoration projects sufferd from the agricultural/horticultural approach. Standard soil specification, for example, call for routine topsoil stripping, fertilizing and liming even though many disturbed or made soils are already less acid than in their native condition because of the repeated addition of lime by means of concrete rubble and urban dust. Most regulations related to development sites, highways, landfills and abandoned mines require from three to six inches of topsoil spread over new soil surfaces before revegetating. That topsoil comes from somewhere, so restoration of one site frequently means the destuction of another. We need more research on alternatives to topsoils, especially those that reuse waste materials appropriately to amend local soils and that avoid environmentally-costly products such as fertilizers and peat. Even where topsoil has been stockpiled on a site before construction, the living organisms it contains die within days. The soil Food Web 5- A food web is the structure of relations among the organisms within an ecosystem based on what each consumes. Primary producers consume water, minerals, carbon dioxide and a few other things to produce organic matter, which is consumed by most of the rest of creatures that are, in turn, consumed by still others. Some organisms have very specialized food requirements while others feed quite omnivorously. 6- Both soil and water are media in which plants and animal live and grow. And in a very real way, both are living systems. One of the most important contributions to the history of water management occurred with a shift in perspective that originated with Ruth 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 3 Heading toward the good direction, the author do not discriminate between various basic process. Later on she refers to the soil under conifers in the same way as for deciduous climax forest soils, irrespectively of the basic difference between each of them. Each soil horizon has its own function. The surface horizon cannot be seperated from the others in the whole pedogenetic processus. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 Patrick and others. When one views water as a living system, its quality is measured by the richness of its biota instead of physical and chemical factors such as flood levels or biological oxygen demand. Its biological components are a defining measure of heath that reflect a more complex array of factors. This same kind of revolution is happening in our perception of soils. 7- In 1968, Ruth Patrick wrote about aquatic food webs: "The various pathways in the food wed and the various types of interrelationships of species to each other are two of the most promising avenues of research. Most food webs are composed of at least four stages [;].....the stages tend to be few because so much energy is lost between stages,....diversity is expressed by many species forming each stage or level in the food web. This srategy of many species at each trophic level has developed a food web of many pathways which seems to give stability to the system.....[W]e see there are many food webs within systematic groups as well as between groups. It should also be pointed out that the size and the rate of reproduction vary considerably in each of the major systematic groups. These types of variability in food chain, size of organisms and reproductive rates help to ensure the maintenance of the various systematic groups and in turn preserve the trophic stages of the food web of the whole community. 8- Soil ecosystems are strikingly similar. Like aquatic systems, they have a great deal of redundancy. Very simple systems with simple food webs can be drastically altered by the appearance or disappearance of one or a few species. In more complex systems there may be multitude ways in which energy flows through the food web. Thus, the more complex systems are said to have redundancy and are not so dramatically changed when a few species change 4 . Many soil components even lie dormant until favorable conditions occur. The full soil structure is not required for most basic soil functions 5 . 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 4 Here are some basic arguments in favor for primitive forest ecosystems which are composed of a limited number of species but have developed a great resilliance to competition. On the other hand, Angiosperm forests contain a great number species in the hypogeous as well as in epigeous ecosystems and a high degree of resistance to long periods of disturbance. 5 Biodiversty enhances the dynamics where biological and biochemical balance faces a momentary rupture. Large numbers of organisms with the same function provide a relative stability to the plant-soil system. A much more complex reality in the Angiosperms deciduous forest makes climax forest possible. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 9- Rather than focusing simply on the non-living aspects of soils, restoration should enhance its living components, primarily bacteria, fungus and microfauna. Most of the work of forming humus is done by plant roots and by animal life in the soil, which depend on a permeable soil crust, stratified soil layers and appropriate amount of organic matter. There are up to three thousand arthropods per cubic inch of productive soil. A litter layer of leaves one-and-one-half inches thick and a yard square might contain five thousand miles of fungal filaments. 10- Plants are the primary producers of organic matter 6 in the forest soil system. Ants and other invertebrates initiate the breakdown of ground-layer litter. Soil microorganisms, including fungi, bacteria, protozoa and actinomycetes, continue this process of converting organic matter into soil minerals that in turn become available as nutrients to plants 7 . In food-web nomenclature, these organisms are "consumers". Primary consumers (herbivores) feed directly on the "producers", which are the plants; secundary and tertiary consumers are predators and parasites, which feed upon each other as well as upon herbivores. Food webs also contain other decomposers and detritivores that feed on litter, such as mites, woodlice and earthworms. Woodlands typically support more diverse assemblages of soil organisms than grasslands. If soil organisms are included in the species count, temperate rain forests are richer in biodiversity than tropical rainforests. 11- The soil food web performs the primary function of the soil, which is to cycle energy and nutrients, including nitrogen, sulfur and phosphorus 8 . Native soil systems are very efficient and succeed in recycling, for example, upwards of eight percent of the nitrogen in the system. The cycling of nitrogen is intimately associated with the cycling of carbon, which is tied up largely in organic matter. Nitrogen, in part, determines the rate at which carbon is broken down. Bacteria and fungi take up the nitrogen as they decompose soil organic matter, and some fix atmospheric nitrogen. This nitrogen too is released into 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 6 The author, like almost everyone, uses the term «organic matter». This term is an empty shell and its use is responsible for the scarcity of scientific knowledge related to basic soil genesis. We favor the terms evolving plant tissues or humic substances, where appropriate. It is on this basis that knowledge will improve and that the role of polyphenols and lignin within the enzymatic complex where Basidiomycetes are absolute masters, will be clearly established . 7 This is a rather simple statement, but was an absolute belief throughout this century. Lignins, tannins, condensed tannins and a great number of various polyphenols must play a role in the stabilization of many plant nutrition aspects. 8 Once more, the chemical view so typical of the 20th century seems to become of a minor importance because chemical nutrients are most of the time present in large quantity such as atmospheric nitrogen, but often non available for biologcal, biochemical or enzymatic reasons. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 the soil to be again available to plants 9 . Nitrogen's slow release from an organic to an inorganic form, which is available to plants, is called "mineralization". 12- The microbial community performs three major functions: as discussed above, conversion of organic nitrogen to a plant-available form such as ammonia, nitrification when ammonia is converted to nitrates; and denitrification when nitrogen is recycled into the atmosphere as a gas. The soil microbial community also contributes to soil stability, another vital function. Fungal hyphae knits bits of organic matter together to create a denser, stonger litter layer and upper soil horizon 10 . 13- Not all soil food webs are the same. Fungi appear to dominate in forest soils, bacteria in agriculture soils 11 . Thus, soil communities change over time as the landscape succeeds to forest. The nature of the vegetation determines the nature of the fuel/food available for soil organisms. Grassland litter, a relatively easily decomposed herbaceous material, does not typically contribute all of the soil's organic matter. The extensive root systems of grasslands are also a major source of the soil's organic matter. The roots of grasses exude carbon directly into the soil as sugars, amino acids and other forms to feed soil fungal associates and activate bacteria and other microbes 12 . 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 9 Here is another simplistic view upon soil's mechanisms. Once more taking into account mineral nutrients at stake does not explain anythings. Nitrogen chemical forms and origin discused here is used and stored as microbial proteins. As such, nitrogen exists within complex molecules which skeleton is made out of carbon, giving importance to carbon-nitrogen relations. This is made possible on molecules with aromatic rings in which nitrogen is stabilized. This makes polyphenols, ligins and their derivatives of a primary importance. These compounds are an important energy reserve to be used by the trophic web exchanges. Once more I would like to emphasize the fact that sugars and cellulose, in contrast to polyphenolic compounds, are easily and rapidly consumed and, therefore are not factors of stability in ecosystems. Stability is only possible with mechanisms regulating availability. These lay in synthesis and resynthesis of organic origin nutrients. 10This is one aspect of the physical side of stability. Biodiversity is far more important for biochemical diversity, and trophic web maintnance and evolution. We only begin to understand the importance of lignins and the role of Basidiomycetes which produce large number of enzymes and, while working on organic molecules, creates humic and fulvic acids, the real base for a dynamic and stable soil system. 11 For the first time in the literature, we see a clear biological difference between forest and agricultural soils. By extended meaning one can arrive to the conclusion that forest by all means preceeded agriculture which took place recently a result of human needs. These few words should raise questions upon our actions and state of knowledge in the field of both agriculture and forest. We carry on management of forest ecosystems by using agriculture rules all over this planet! 12 The author is making a good distinction between prairie and forest soils. Until now we did not tackle the lignin approach, but we must stress here that Monocotyledon grasses posses a differet type of lignin with no methoxyl groups, called hydrobenzoyl lignin. This lignin do not lead to the production of non-food and highly stable molecules. We must take into account that prairies form in areas where precipitations are rather low, such as the North American Prairies, Asian steppes, etc. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 14- As the landscape matures, the litter becomes more difficult to break down. While herbaceous litter is primarily cellulose, the litter of the forest becomes increasingly higher in lignin, the woody component of plants 13 . Tree leaves have more lignin than grasses 14 , and the leaves of late successional species, like beech (Fagus grandifolia) and oak (Quercus spp.), typically have more lignin than ash (Fraxinus spp.), tulip poplar (Liriodendron tulipifera) and early successional species. In woodlands an important shift occurs as leaf fall and other litter become the most important sources of organic matter, rather than the direct contribution of carbon by the roots, as in the grasslands. There are also larger volumes of wood on the ground in the form of fallen twigs and limbs, which directly foster fungi because bacteria are unable to decompose lignin 15 . The mycorrhizal filaments from tree roots reach up into the old wood to extract the valuable nutrients. Insects, such as beetles and ants, are also able to break down wood. Wood, in contact with the soil and standing dead trunks, "snags", create many opportunities for various wood and soil invertebrates of the forest. 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 13 This statement is a good summary of what most scientists tought in the 70s. Knowledge has considerably evolved and we have now a much better understanding of soil structure and what soil physics, chemistry, biochemistry and biology is about. As the term of «organic matter» those of cellulose and lignins are hiding an extremely complex world. Throughout their own dynamics, lignins and other polyphenolic compounds will bring most answer to secular interrogations on soil. In order to understand better, one must go back to Gymnosperm versus Angiosperms models. Plants from the first group are rich in gayacyl lignin (with one methoxyl group - OCH3). While attaked by enzymes such as lignoperoxidases, it gives secondary polyphenolic compounds of which the role is to retain nutrients for plant growth and productivity. This is a selective proces based on the availablity of scarce nutrients. This process favors dominance of one or a few species in the ecosystem. In turn, woody Angiosperms have a larger proportion of another lignin, the syringyl lignin (with two symetric methoxyl groups) which under the same enzyme is giving a receptive soil, where a large biodiversy flourish. This allows soil to behave as a synergistic buffer, rich in nutrients and energy instead of being exclusive. Large quantity of energy and nutrients can be stored or released through activity of the trophic web. This set of mechanisms stabilises climax ecosystems and minimizes environmental variations. Hence, ecosystems dominated by herbs and grasses with such a poor support of lignins are not that stable through millennia and only depend on polyphenols throughout allelopathic mechanisms. On the other hand Gymnosperm forest ecosystems have a limited span of life even if individuals cans live much longer. They must keep their precious nutrients in their own living tissues instead of in the forest floor litter. These ecosystems are largely depending upon catastrophes for renewal, fire being the most common. It cleans allelopathic polyphenols inhibiting all biological renewal mechanisms. Angiosperm forest ecosystems reach the climax through biodiversity. There stability is derived from their rich biological complexity through which energy release to the trophic web is regulated. In turn, the trophic web supports a large biodiversity of plants making possible an «ever lasting» equilibrium into wich intermediary renewal stages are taking place. This system maintain a large biodiversity where individuals delevelop in harmony for long period of time. 14 This theory does not hold when the type of lignin and polyphenols involved are taken into account. For example long lasting climax species such as oak, beech and maples contain much higher levels of syringyl lignin than the intermediate species of disturbed ecosystems such as aspen, birch... 15 This statement is not exact. Bacteria can degrade lignins with a special enzyme called laccase, but are unable to transform lignins into fulvic and humic acids. Therefore, they are unable to act as a contributor to pedogenetic processus. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 15- The soil communities continue to change along with the vegetation communities. Over time, the cycling becomes less rapid 16 . In a humus-rich forest soil, the organic matter that remains the longest is the rather stable organic compounds that degrade much more slowly 17 . By then the humus is important more as a site for important chemical processes and for the physical qualities it gives the soil than as a stockpile of nutrients. The humus, for instance, increases the water-holding 18 capacity of the soil. 16- Another important role of dead wood is to serve as a water reservoir for the forest in times of drought. Dead wood, especially larger logs approaching a foot or more in diameter, soaks up water like a sponge and retains it for long periods. Old logs or stumps make great nursery by carrying vulnerable seedlings through dry spells. Salamander populations also depends on large logs for needed moisture, which is, in part, why they are absent so long after clearcuts and timbering, although they may number one or two per square yard in old-growth forests. Logs increase local stormwater retention as well by inhibiting overland flow and by absorbing water in place. 17- Fungi, in general, foster acid soil conditions, whereas bacteria increase alkalinity. The bacteria, and their predators in grasslands, help maintain the soil's pH and the form in which nitrogen is made available as well as nutrient cycling rates that work to the advantage of grasses. Where fungi are more abundant, as in natural forests, the nitrogren is converted to ammonium, which is strongly retained in the soil system. In bacteria-dominated systems, the bacteria convert nitrogen to nitrates instead of ammonium. Nitrate leaches more easily from soils than ammonium, however, the growing patterns of grasses tolerate this condition. But when woodland soils become bacteria dominated, rapid 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 16 This is true in Gymnosperm ecosystems or in monospecific artificial plantations of deciduous trees. The situation is completely different in Angiosperms climax deciduous forests where individuals differ in age allowing for a continuous replacement of individuals within a given structure. Therefore, changes in soil will take place with regard to individuals disapearance and replacement non over the entire ecosystem as in Gymnosperms. 17 This can seem logical from a lanscape architect point of view. But the reality of natural systems is very diffrent. There are other dynamics and reversible mechanisms, wich are not likely to exist in the management of urban forests. 18 Humus increases the water holding capacity of soils. This is one of the reason oligotrophic peat is so widely used today in both agriculture and horticulture. We must not overlook, however, the role of the microbial biomass in water retension. Fungal hyphae, more especially, retain a small but significant amount of water that is not accounted for in the chemical and physical soil "budget". They make that smaller water quantities much more efficient for life and plant productivity. The very efficient water use efficiency of fungi-dominated systems may explain at least in part, the observe benefit of RCW to crops yield. RCWs used on tropical soils have reduced by 50% the use of water with yields increases ranging from 300% to 900%. We also know from he literature that polyphenols play a major role in biological active water regulation for plant growth. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 leaching may leave most native old-growth species poorly nourished while invasive exotics and some early successional natives are flushed with nutrients. Some species are more sensitive than others to soil nutrition. Conifers do not grow in bacteria-dominated whereas agricultural crops cannot be grown in fungi dominated soils 19 . Indeed, in woodlands, a high ratio of bacteria to total biomass is an indicator of disturbance (McDonnell, M.J., Pickett, S.T.A. & Pouyat, R.V. (1993) «Application on the ecological gradient to the study of urban effects» in Human as Componants of Ecosystems. The Ecology of Subtle Effects and Populated Areas» ed. G.E. Likens and W.J. Cronon [New York Springer Verlag pp. 175- 189]). These factors, which seem to depend on soil orgnisms, play a greater role in succession than previously recognized (Ingham, E.R. (1995) «Restoration of soil community structure and function in agriculture, grassland and forest ecosystems in the Pacific Northwest» Proceedings, Society for Ecological Restoration Conference [Seattle],31). Damaged Soil Systems 18- Soils are far more damaged and damageable than we realize, but the problem is often hidden. The cumulative effects on forest systems and other environments of acid rain, nitrogen deposition, global warming, ozone thinning, unnecessary grading and stormwater changes have left a legacy of severely-altered soil conditions and totally- modified soil food webs. The consequences and remedies are still largely unknown. 19- Many of these changes are so pervasive that we take them for granted. Take earthworms, many non-native, which now are abundant throughout the urban forest system. In fact, they are not part of the historical community 20 of living creatures in native forests and are typically associated with more disturbed landscapes. Earthworms in general 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 19 This statement is oversimplified. Adding RCWs to agricultural soils increases fungi importance and give outstanding results. From this we come to the conclusion that soils dominated by a bacterial flora are artificial. Polyphenol derivatives and lignins being in short supply lead to soil degradation in agiculture. Coincidently, Basidiomycetes are lacking and are not the base of the food web. This is also true of natural prairie soils wich will always remain fragile and unable to support dense human populations. The transhumance of large wild heards made possible subsistance of buffalos. Only small human populations have ever been established in the Canadian Priaries, and this is still the case today. 20 Some earthworm species were native to North America but following the last glaciation have retreated south. They have subsequently moved back north but did not go over the 45th parallel N. Earthworms found in the canadian climax deciduous forest ecosystems (oak, maple, beech stands...) and in agricultural soils are from european origin and typically associated to disturbed soils. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 increase soil fertility by initiating the breakdown of organic matter 21 , aerating and mixing the upper soil and creating a micro environment that stimulates the bacteria that convert ammonium to nitrate. High earthworm populations also foster nitrification by supplying the oxygen necessary to convert ammonium to nitrates. They take a system already disturbed by added nitrogen and push it farther from normal by consuming the litter layer as fungi and converting excess food into nitrate 22 . The same kind of self-reinforcing cycle can be seen when aquatic systems fill with algea (Nixon, W. [1995] «As the worm turns» American Forests 101 (9) 34-36.). Each shift in the soil character will in turn ripple through the entire system. Unfortunately, in many woodlands that look mature because they have larger trees, there is a lag in the succession of the soil, which may still be dominated by earthworms and bacteria and impoverished in terms of types of fungi, invertebrates, and other more efficient paths for nutrient cycling. Building Soil Systems 20- The object in restoration is to restore the nutrient cycling and energy flow of the historical soil system. First work is to protect existing soil resource and explore techniques to increase the overall biomass of the soil and to foster the diversity of native soil flora and fauna 23 . Recommendations Identify, protect and monitor areas of native soil that are relatively undisturbed. 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 21- Most areas constitute places where there is less disturbed soil that can serve as a rough model of local soil conditions. Studying the more natural soils at the same time as remediation is being documented in a disturbed landscape will provide a standard for measuring the success of different approaches. The natural sites also serve as propagation sources for locally-adapted microorganisms 24 . 21 In fact, nitrogen is retrieved from the plant tissues proteins strongly bonded to polyphenols. This operation is taking place into the earthworm digestive tract where small colonies of bacteria make this separation possible, but need thin coating of clay to avoid the same operation. Once more, polyphenols are basics as inhibitors, controling transformation of plan tissues and therefore playing a major biological role in humification, by controling bacteria populations and their free enzyme production (which have a proteic structure), responding to the plant demand for nutrient availability. 22 We feel necessary to underline an unwanted mistake because fungi transform organic tissues into ammonium rather than nitrates. 23 Actual knowledge about pedogenesis complexity do not allow such an optimistic conclusion. 24 Here again, conclusions are somewhat prematured but have a rational basis. We now know that the soil is in a permanent biological, chemical, biochemical, physical and physico-chemical evolution. Transplantation of microoganisms from a balanced soil of one site to another disturberd one will not necessarly bring expected Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 Reduce local sources of soil contamination, including added nitrogen. 22- Evaluate local air pollution impacts, especially those of automobile exhaust. Removing roads wherever possible is of paramount importance, especially in more natural areas. What is convenient, even to the restorer, such as easy access, may be lethal to the most jeopardized species. Educate the community about regional air pollution impacts. Many other management practices, such as pesticide use, also affect the realm of the soil. The most popular herbicide, for example glyphosate, which is often used to control exotics, enhance conditions for bacteria but makes a poor substrate for the development of forest fungi. Recognize that the user is inseparable from the solution 23- No treatment of soil will make it impervious to compaction, erosion and other such disturbances. Confine all use in forests and other natural landscape fragments to designated trails to minimize degradation from feet, hooves and wheels. Prohibition alone never is enough. Users will stay on trails to the extent that trails create the elements of satisfaction that keep them there and provide access to desired destinations. The gradual building of the litter layer and the absence of bare soil off trail are hallmarks of success. Minimize "working the soil" 24- Despite a lot of knowledge about the damage done to living systems by constant perturbation, there is still a tendency to overwork soil. Beyond the familiar structural damage - such as that caused by working a heavy soil while it is wet or by the erosion that accompanies any soil disturbance - the soil's level of microorganisms is also severely affected. For example, plowing and any mechanical disturbance to the soil will tend to foster the rapid growth of bacteria, which in turn generate exopolysaccharides, which cause the soil to slump in rain. Other substances make soils hard to wet, or hydrophobic. Cultivating soil is almost always deleterious to natural areas and constantly resets the time clock back to disturbance rather than allowing more complex, stable and diverse soil systems to develop. results. Once more, polypohenol biochemistry and reaction of the trophic web are responsible for the dynamics. RCWs are the very base of all these observed phenomena in the renewal of all these parameters. We now knoe that a period from 3 to 6 years is necessary. 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 25- We need to try new techniques, such as planting new seedlings in logs or stumps, to avoid soils disturbance while enhancing survival. Another technique is vertical staking, wooden twigs driven vertically into the soil. Vertical staking serves to aerate and loosen the soil without damaging the root of existing vegetation, and it avoids the need to completely turn the soil. In addition, it favors the development of fungi instead of bacteria because it incorporates wood into the soil 25 . Reevaluate the usefulness of current methods of stockpiling topsoil. 26- Harris, A., Birch, P, & Short, K.C. (1993) «The impact of storage of soils during opencast mining on the microbial community: a strategist theory interpretation» Restoration Ecology 1:88-100, describe the progressive impact of stockpiling which is a frequently-used method to retain a site's topsoil during construction. The first phase is an instantaneous kill of many of the living creatures in the soil that occurs with the initial removal and stockpiling. During the next few months there is a flush of bacterial growth as well as fungi but only in the upper soil of the outside of the pile, the new "topsoil". During the next half year or so, the soil stratifies in layers. The primary distinctions reflect the amout of oxygen in the soil because of its depth in the pile or level of saturation with water. The developing layers consist of both near-surface aerobic and deeper anaerobic zones as well as a shifting transition area between them. When the soils are restripped and replaced elsewhere, there is another instantaneous kill of most living organisms followed by a flush of bacterial growth. Experiment with alternative strategies that better preserve native soil food webs when moving soil is necessary 27- Experiment with methods that keep soil horizons intact, such as moving blocks of soil. Practitionners are using and modifying equipment like old sod forks and front-end loaders as well as developing new equipment for this purpose, such as the soil-mat lifter devised by John Monro (The tool, available in several sizes, was developed by Monro Ecological Services, Harleysville , PA and is available through Bently Development Co., P.O. Box 338, Old Route 22 Blairsville, PA 15717, 412/287-0671). 25 Not useful as a silvicultural technique in restoring forest and agricultural soils, this technique is appealing in urban forests restoration as we get closer to the RCW technology from the scientific point of view. 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 Reevaluate the addition of organic matter to enrich disturbed soils. 28- The continuous run of airborne nutrients onto soils in the form of acid rain and nitrogen deposition from air pollution raises serious concerns about many traditional management practices with regard to the use of organic matter as a soil additive and our almost automatic additions of nutrients to disturbed soils. Researchers have shown repeatedly that fertilizer benefits weed species. Creating less-hospitable conditions in the conventional sense can actually enhance the performance of native species. Using elemental sulfur on test plots, Jean-Marie Hartman and his co-workers at Rutgers University (Hartman, J.M., Thorne, J.F. & Bristow, C.E. [1992] «Variation in old field succession» Proceedings [Design + Values] of annual meeting, Council for Educators in Landscape Architecture [Charlotteville VA] p. 55-62), lowered the pH and reduced nutrient availability in a mixed meadow to foster native species over exotics 26 . Many invasives, both native and exotic, are nitrophiles and do poorly under such conditions. Reevaluate the use of mulch and soil amendments that are harvested from landscape communities other than those native to the site. 29- Because to a great extent soil organisms are what they eat, bringing in organic material from other sources, will not necessarily foster the growth of the same soil organisms as are in the desired native community. In an artificial soil such as made land or a highly-contaminated soil, it's not the addition of organic matter but what kind we use that will impact the nature of plant succession on the site. The more indigenous the existing landscape, the more important it is to minimize the use of dissimilar material. Reevaluate the conventional management of brush, dead wood and leaves 30- Even where no additional fertilizer is added, it is important to modify our management of dead wood and vegetative debris to more closely mimic natural conditions. This sounds obvious, but how often is organic matter collected from a site, taken to another location to be composted, and then used at still another location when it is "well rotted"? Under more natural forest conditions, however, the major contribution of organic matter is not well-rotted compost but rather wood, twigs and leaves that slowly break down in the 26 We cannot agree with this method only based on physico-chemical aspects. This technique is assessed as influencing only the nutrient availability but in reality the whole soil univers is profoundly disturbed. It is another chemical trick while we want to understand and evaluate the life as a whole. 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 place where they fall. Adding wood and raw, rather than composted, leaves, more closely mimics the natural scenario. Develop new ways of observing and monitoring soil health 31- Unfortunately, standard soil tests are of limited assistance to the restorationist. For example, nitrogen levels are poorly evaluated when they are measured only as concentrations at any one time rather than as total flux over time. Conventional tests also ignore the biotic component altogether. A number of researchers are working on new methods. One, Jim Harris, of the University of East London in England, who has been monitoring soil changes associated with restoration, has developed a set of techniques for measuring the size, composition and activity of soil's microbial community. These measurements can be used for comparison with a less-disturbed target community to assess the level of recovery of the soil system. He and other researchers have developed methods that, at least in England, have incresed fungal populations with significant beneficial impacts to soil development and nutrient cycling. Build populations of soil fungi 32- As noted earlier, heavy nitrogen enrichment from air pollution and increased compaction, erosion, and sedimentation have tended to favor the growth of bacteria over fungi and invertebrates. Thoughtful management promoting the development of fungi through appropriate treatment of the soil, soil surface, and litter layer can help restore indigenous food webs in forest soils. Management to Foster Fungi and Other Forest Organisms 33- Because only fungi can break down lignin 27 , the woody component of plant matter, allowing dead wood and woody debris to remain on the ground layer, is a major component of the effort to rebuild soil fungi. Raw woodchips and small limbs on the soil surface provide an ideal matrix for the rapid development of a dense fungal network in the soil that, unlike bacterial decomposers, also provides surface stabilization 28 . The webby, sticky quality of the mycelia of fungi serve to knit the suface particles and litter to reduce 27 We take this opportunity to remind that Basidiomycetes fungi play a fundamental role in pedogenesis making possible depolymerization of syringyl and gayacyl lignins giving humic and fulvic acids without important cleaving of aromatic rings containing energy and also biochemical and chemical nutrients. 28 Once more the author is making no difference between stemwood and ramial wood chipped or crushed nor between Gymnosperms and Angiosperms. More over he only pay attention to the physical impact of fungi mycelia on soil stabilisation. 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 erosion and conserve moisture that is vital to the life of forest soil. While a deep layer of woodchips can create a growth suppressing that later floods the area with nutrients, a very thin layer of woodchips stimulates the development of a more complex soil biota while limiting the overall rate of the addition of nurtients. Wood's slow rate of decomposition have accelerated dramatically. Because lignin has a very low decomposition rate, it is a more durable groundcover that promotes the development of a stable litter layer 29 . 34- Occasionally, it may be necessary to inoculate the soil or vegetation with mycorrhizal fungi 30 , although in most cases local sources of inoculum are likely to be available from wind and animal dispersal. Where soils are high in nutrients it may be more important to manage nutrients and foster fungi that directly inoculate, especially if inoculation is not required to establish plant species. Small amounts of soil from analogous sites nearby or woodchips colonized by local mycorrhyzae may be used to inoculate sites where natural processes have not been effectual, where there is a substrate limitation, such as thin soil over bedrock, or where plant-specific requirements do not occcur. 35- Jim Harris recommends using thin blankets of fresh woodchips from one half to one inch thick, which create ideal surface conditions for the development of fungi 31 . Within weeks a network of fungi colonizes the surface so densely that the wood chip layer can actually be shaken loose from the soil by hand and moved elsewhere to inoculate an area nearby with local fungi. This method, local harvesting and dispersal of indigenous fungi, should become an important part of soil management programs and is preferable to using a mass-produced commercial inoculum 32 for restoration purposes. 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 29 As evident as polyphenol action is, the author makes no reference to as well as biological and biochemical mechanisms fit for pedogenesis. Only the physical role of fungus mycelia is taken into account. 30 There is a deep confusion about the Basidiomycetes which are responsible for lignin depolymerization and mycorrhizal fungi even if some Basidiomycetes can be involved in mycorrhizal symbiosis with forest trees. The role of these two functional groups of fungi are very different from one another and we should be carefull not to be confused. 31 No author came so close to the basis of the RCW technology, although only superficial observations were made. The author does not relate to the role of RCWs and confuses the value of stemwood and ramial wood. She overlooks fundamental mechanisms such as lignin biotransformation, the constitution of Gymnosperms and Angiosperms but states the reasons why fresh chipped wood is better than composted material. 32 Once more we would like to point out the fact that Badisiomycetes are the first level of the trophic web in forest soils and fongivorous fauna form the second level. Therefore it is of utmost importance that Basidiomycetes be the first colonizers, otherwise bacteria and Actinomycetes will free the nutrients in the soil solution creating an non-stable and leaky systems with severe consequences for the natural flora which, it self, is part of the environment stability. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 36- We can also manage blowdowns better than by simply removing fallen trees, as is the current convention. Instead, we can minimize the hazard of a falling tree to area walkers while mimiking more natural processes of decomposition that encourage the growth of fungi and invertebrates in the soil by partially upending the stump. The upended root mass reveals a near-perfect seedbed for native species and maintains enough of the tree's still living roots to maximize the extent to which its nutrients are passed directly to neighboring trees 33 . 37- Commercially produced mycorrhizae have been very successful in reforesting drastically-disturbed lands, such as mine spoils, all over the globe. Sites in Kentuky for instance, where soils were extremely acid, with pH values 2.8, have produced pulpwood for harvest in just fifteen years from inoculated seedlings 34 (Cordell, C.E., Marx, D.H. & Caldwell, C. (1991) «Operational appplication of specific ectomycorrhizal fungi in mineland reclamation», unpublished paper presented at annual meeting of the American Society for Surface Mining and Reclamation [Durango, CO, May 1017 1991]). When considering such products, however, evaluate their potential impact on native subspecies of mycorrhizae. Like commercial plant propagation, this approach risks hastening the extinction of local varieties. We still need to develop appropriate procedures and protocols for disseminating fungi and other soil organisms as much as we do for larger plants and animals. Such techniques are well developed in the western states but have only recently been applied in the East. 38- Fire also acts as a stimulus to many wood fungi and invertebrates and reduces bacteria, which in turn fosters the growth of fungi. In a study of changes in beetle population following fire in boreal coniferous forests in Findland, scientists found a sudden appearance of a diverse group of beetles that feed on wood fungi, which in turn implies an even more rapid response by fungi (Muono, J. & Rutanen, I. [1994] «The short term impact of fire on the beetle fauna in boreal coniferous forest» Annales Zoologici Fennici, 31: 109-121). These wood-fungi-feeding forest beetles are fire specialists and represent an 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 33 We do not know such a mechanism from the literature 34 We believe that he author is switching into a very different environement using monospecific conifer plantations, probably with species poor in lignin such as those from the Betulaceae or the Salicaceae family. This is interesting in industrial terms but has no relation with forest restoration or building new climax, stable diversified and high yielding forests. This comparison is most confusing with regard to goal and ideas to be achieved. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada Soil as a living system Leslie Jones Sauer, 1999 important evolutionary adaptation at an ecosystem level to recurrent fires of the past; they are a side-benefit of restoring natural patterns of fire to the forest 35 . 39- Native soils conditions and biotic communities and processes need to be the models for our interventions in restoring native habitats 36 . The remaining remnants of native soil are, therefore, bioreserves for the richness that once characterized our soil heritage. The approach should be to restore, rather than replace, soils. Soil made in place is favored over the imported topsoils. Instead of reintroducing missing components with inputs from outside the environment, we should instead focus on fostering the restoration of remnant and indigenous communities of soil biota, which furthers the general goal of "restoring-in-place" to the extent feasible. By doing so, we also minimize the casual dispersal of local subspecies of soil microorganisms and exotic soil organisms. In the worse-case scenarios, such as areas where soil is completely depleted, some materials from outside will be needed, but even in these situations, the soil-building resources inherent to the site should be used to the maximum extent possible. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 110 January 2000 reprint Coordination Group on Ramial Wood LAVAL UNIVERSITY Department of Wood and Forestry Sciences Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA e.mail
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 35 Once more the author lacks discrimination over various pedogenetic processes and do not distinguish between boreal Gymnosperm and tropical Angiosperm forests. These are based on fundamental different phenomena such as exclusion and catastrophe for Gymnosperm forests, and on harmony and mutual support in Angiosperm forests. 36 The future will be the results of succession dynamics and proceeds through options created by distrubance rather than by the spontaneous re-establishment of the previous system. The succession, however, will proceed in order to restablish the essential and secondary functions. In the computer network, the INTERNET is an example of a way to aliviate major network disturbance. Diversity has had for a long time this stabilizing function. In the biology of ecosystems, time has been the most bothering factor. Therefore copying the surface of eventual solutions using fast and artifical means, has been chosen by most. Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, G1K 7P4, Canada LAVAL UNIVERSITY FACULTY OF FORESTRY AND GEOMATICS Department of Wood and Forest Sciences Coordination Group on Ramial Wood «SOIL COMMUNITY COMPOSITION AND ECOSYSTEM PROCESSES» by Professor D.A. NEHER Department of Biology University of Toledo Toledo USA REPRINT FROM AGROFORESTRY SYSTEMS 45: 159-185 1999 PUBLICATION Nº 118 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ edited by Coordination Group on Ramial Wood Department of Wood and Forestry Science Québec G1K 7P4 Québec Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 Soil community composition and ecosystem processes Comparing agricultural ecosystems with natural ecosystems D. A. Neher Department of Biology University of Toledo Toledo. OH 43606 USA E-mail
[email protected] Key words: decomposition, environmental monitoring, fertiliser, mineralisation, nitrogen, pesticides. Abstract Soil organisms play principal roles in several ecosystem functions, i.e. promoting plant productivity, enhancing water relations, regulating nutrient mineralisation, permitting decomposition and acting as an environmental buffer. Agricultural soils would more closely resemble soils of natural ecosystems if management practices would reduce or eliminate cultivation, heavy machinery and general biocides; incorporate perennial crops and organic material; and synchronize nutrient release and water availability with plant demand. In order to achieve these goals, research must be completed to develop methods for successful application of organic materials and associated micro-organisms, synchronisation of management practices with crop and soil biota phenology and improve our knowledge of the mechanisms linking species to ecosystem processes. 1. Introduction 1- Jackson (1995) suggests that modern agriculture operates in a 'paradigm of ignorance'. This concept is appropriate for the discipline of soil ecology, which has been recognised as a scientific discipline for only 20 years. Some have labelled soil ecology as a 'last frontier' (André et al. 1994). About 10% of soil species have been identified (Hawksworth & Mound 1991). Of the world species, insects, fungi and nematodes are three groups that have not been identified fully. (Table 1). Our knowledge of soil organisms has been limited by our ability to extract organisms from soil efficiently and by an ability to appropriately identify juvenile stages. Furthermore, microbiology and soil biology are often ignored by ecologists. Consequently, modern studies of soil and sediment ecology are several steps behind those of other sub-disciplines of ecology. Many aspects of decomposer ecology are not well characterised for terrestrial soil or sediments in lakes, streams or oceans. Soil and sediment ecologists are still completing the taxonomy and 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 systematics of soil organisms, revealing life history strategies, and just beginning to understand relationships between organisms and their contribution to ecosystem function (Crossley et al. 1992). One exception is that of earthworms and nitrogen- fixing bacteria whose relationship to ecosystem function has been known for decades. This apparent lack of knowledge does not however, diminish the importance of soil organisms. Evolutionary and geological evidence suggests that soil organisms have considerably longer histories on earth than organisms that have received more attention such as mammals and vascular plants (Main, this volume; Van Noordwijk and Ong, this volume). Their longevity alone suggests they play an essential role(s) in ecosystem function. 2-This paper will intoduce the discipline of soil ecology with an emphasis on characterising members of the soil community (Table 2) and their respective roles in ecosystem function. Second, approaches to design and management of soil communities to optimise ecosystem function will be discussed. Finally, research priorities will be summarised. Most discussions will focus on nematodes, springtails (Collembola) and mites because they predominate in total numbers, biomass and species of fauna in soils (Harding & Studdart 1974; Samways, 1992). Table 1. Numbers of species in the world _______________________________________________________ Organism group Describes species Estimated species % of estimated (X 10 3 ) (X 10 3 ) species described _________________________________________________________________________ Dicot plants 170 Monocot plants 50 Ferns 10 Moses and liverworts 17 Fish 19 Birds 9 21 95 Mammals 4 4 100 Reptiles and amphibians 9 9,5 95 Algae 40 60 67 Protozoa 30 100 30 Nematodes 15 500 3 Bacteria 3 30 10 Viruses 5 130 4 Fungi 69 1 500 5 Insects 800 2 000-10-000 0,08-0,04___ Source: Hawksworth and Mound (1991). 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 Table 2. Hierarchy of size and abundance of organisms inhabiting soil. _______________________________________________________________ Class Example(s) Biomass Length Populations (g m -2 ) (mm) (m -2 ) _________________________________________________________________________ Microflora Bacteria, fungi, algae 1-100 n.a. a 10 6 -10 12 actinomycetes Microfauna Protozoa 1,0-6,0 0,005-02 10 6 -10 12 Mesofauna Nematodes, arthropods, 0.01-10 0.2-10 10 2 -10 7 enchytraeids, mites springtails Macrofauna Insects 0.1-2.5 10-20 10 2 -10 7 Megafauna Earthworms 10-40 >20 0=10 3 _________________________________________________________________________ a Not applicable Source: Dindal (1990) and Lal (1991). 2. Soil food web 3- Mesofauna occupy all trophic levels within the soil food web (Fig. 1) and affect primary production directly by root-feeding and indirectly through their contribution to decomposition and nutrient mineralisation (Crossley et al. 1992). In soil, the basic food web structure is similar to other food webs by containing primary producers, consumers and detritivores. Numbers and biomass per volume of soil organisms decrease by orders of magnitude from bottom to top positions in the food chain. In contrast to other food webs, soil food webs tend to have longer food chains, greater incidences of omnivory and possibly greater complexity than other food webs. Further, all fauna depend on primary producers (e.g. for litter). 4- Plant and organic debris provide habitats for soil organisms. Plants affect soil biota directly by generating inputs of organic matter above- and below- ground and indirectly by the physical effects of shading, soil protection and uptake of water and nutrients by roots. Energy and nutrients obtained by plants eventually become incorporated in detritus that provide the source base of a complex soil food web. Plant roots, for example, exude amino acids and sugars that serve as a food source for micro-organisms. (Curl & Truelove, 1986). Soil micro- and mesofauna are often aggregated spatially which is probably indicative of the distribution of favoured resources, such as plant roots and organic debris (Swift et al. 1979; 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 Goodell & Ferris, 1980; Barker & Campbell, 1981; Noe & Campbell, 1985; Griffiths, 1994) 5- Three basic energy pathways exist in soil: those of roots, bacteria and fungi (Moore et al. 1988). The root pathway includes primary herbivores such as pathogenic fungi, bacteria, nematodes, protozoa and their consumers. These organisms decrease primary productivity by altering uptake of water and nutrients, and may create abnormalities in root morphology and/or physiology. The bacterial pathway includes saprophytic and pathogenic bacteria and their respective consumers (e.g. protozoa, bacterial-feeding nematodes). The fungal pathway includes saprophytic, mycorrhizal and pathogenic fungi and their respective consumers (e.g. fungal-feeding nematodes, oribatid mites and spring tails). The root, bacterial and fungal pathways unite at levels higher in the food chain, i.e. omnivores and predators. Many microarthropods and nematodes are omnivores and feed on a variety of food sources, such as algae, fungi, bacteria, small rotifers, enchytraeids and small nematodes. Soil mesofauna are often categorised by specific feeding behaviours and are often depicted as microbial-feeders. However, many organisms are at least capable of feeding of other trophic groups. As a result, omnivory in soil communites may be more prevalent than assumed previously (Walter, 1987; Walter et al. 1986, 1988; Walter & Ikonen 1989;Mueller et all. 1990; Bengtsson et al. 1995). Predators include secondary, tertiary and quaternary consumers, including certain nematodes, beetles, fly larvae, centipedes, spiders and mites. Some mesofauna, such as nematodes and protozoa, may serve as predators or prey depending on the other species in the community (Griffiths, 1994; Yeates & Wardle 1996). Soil microarthropods can be important predators on small arthropods and their eggs (e.g. proturans, pauropods, enchytraeids), nematodes, and on each other (Dindal, 1990). 6- Soil food web structure varies with geography and climate. In North America. shortgrass prairie (Bouteloua gracilis), lodgepole pine (Pinus contorta ssp. latifolia), and mountain meadow (Agropyron smithii) have similar food web structure (Hunt et al. 1987: Ingham et al. 1989). Although structure is conserved, relative abundance of organisms within trophic or functional groups may vary by ecosystem types. In Poland, bacterial-feeders and root feeding nematodes are most abundant in agricultural soils, omnivory is more common in grasslands than agriculture, and 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 fungal-feeders are relatively more abundant in forest than agriculture soils (table 3). In constrast relative numbers of organisms in each functional group differ in Swedish soils. For example, ratios of organisms in fungal to bacterial pathways are greatest in fertilised barley (Hordeum vulgare L.) followed in descending order by meadow fescue (Festuca pratensis L.) and lucerne ley (Medicago sativa L.) (Baere, 1997). In the Netherlands, disturbances such as cultivation and addition of mineral fertilisers eliminate certain functional groups such as predacious nematodes, omnivorus nematodes, and mycorrhizae that would otherwise be present in undisturbed grasslands (Figure 1). Furthermore, testate amoebae are reduced in abundance by at least 50% in agricultural compared to natural ecosystems (Foissner 1997). Other organisms, such as the Enchytraeidae, are less sensitive to cultivation than seasonal changes in climate (van Vielt et al. 1995). Table 3 Number of nmatode genera per trophic (percent) of mean abundance), species diversity, species richness, and numbers of nematodes in soil in Poland _________________________________________________________________________ Trophic Group Annual crop Perennial crop Grassland Forest (rye, potato) (alfalfa) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------- Bacterial-feeders 9-15 (41) 15-16 a 8-18 (29) 11-18 (39) Fungal-feeders 2-4 (16) 4 a 1-4 (6) 2-5 (21) Root-feeders 2-4 (16) 11 a 9-14 (38) 7-11 (23) Omnivores/predators 2-7 (6) 11-14 a 7-17 (27) 2-8 (18) Species diversity b 3.1-4.2 _ a 3.9-4.9 3.2-4.3 Species richness 33-34 87-100 74 34-68 Mean no. nematodes 3.5-5.0 _ a 2.3-3.3 2.3-3.7 _________________________________________________________________________ a Not available b Shannon's index of diversity c 10 6 per m 2 Source: After Wasilewska (1979) 7- Soil organisms vary in size by several orders of magnitude (Table 2). Microflora and microfauna are the smallest in size and most abundant. Mesofauna are moderate in size and abundance. Mesofauna generally do not have the ability to reshape the soil and, therefore, are forced to use existing pore spaces, water cavities or channels for locomotion within soil. Most microfauna and mesofauna inhabit soil pores of 25-100 µm diameter. Protozoa (flagellates and small amoebae) occupy pores as small as 8 µm diameter (Griffiths 1994). Macrofauna and megafauna are the largest and least abundant per unit area. Their size 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 exceeds that of many soil pores and pore necks. Therefore, their movement and activity re-form soil and create burrows or channels. 8- Habitable pore space (voids of sufficient size and connectivity to support mesofauna) accounts for a small portion of total pore space (Hassink et al. 1993). Microfaunal community composition becomes increasingly dominated by smaller animals as average pore volume decreases (as in compacted soil or soils dominated by fine clays). Within the habitable pore space, microbial and mesofaunal activity are influenced by the balance between water and air. Maximum aerobic microbial activity occurs when 60% of the pore volume is filled with water (Linn & Doran 1984). Saturation (water-logging) and drought are detrimental to soil faunal communities, because these conditions result in anaerobiosis and dehydratation, respectively. Microbes and small fauna (e.g. nematodes, protozoa) depend on water films to live and move through the soil system (Griffiths 1994; Lavelle et al. 1995). In aerobic environments, nematodes are more abundant when amoebae are present as food. This suggests that amoebae feed on bacteria in pores inaccessible to nematodes and then emerge to act as food for nematodes (Foster & Dormaar 1991; Griffiths 1994). 3. Soil function 9- The 'first link' hypothesis can partly explain the origin of biodiversity in soil but the relationship between biodiversity on soil function remains untested (Lavelle et al. 1995). The hypothesis originated from observed changes in structure of earthworm communities along thermo-latitudinal gradients and extrapolation of observed patterns to plants based on the similarities observed in the general function of both drilosphere and rhizosphere systems (Lavelle et al. 1995. Janzen (1985) asserts that 'plants wear their guts on the outside; they produce exudates that trigger microbial activity and subsequent mineralisation of nutrients. In guts of earthworms, intestinal mucus and movement of soil through the gut are functional equivalents of root exudates and elongation through soil, respectively. It has been demonstrated that the mutualistic digestion system of earthworms becomes increasingly more efficient with increasing temperatures (Lavelle et al. 1995). It is assumed that increased temperatures in soils give roots access to a greater volume of nutrient resources because of more efficient mutualisms between soil 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 microflora and plant roots. This would be the first link of a cascade process in which the species richness in the food web of consumers and decomposers would become larger in the tropics than in colder temperate or arctic areas. 10- In some geographic areas, richness of species composition in grassland and forest soils exceeds that of arable soils with annual crops (Table 3). In contrast, Wardle (1995) reports several cases in which conventional agricultural practices stimulate diversity. For example, the diversity of nematodes genera in soils within asparagus (Asparagus officinalis L.) systems was not affected by management practices such as addition of sawdust mulch, cultivation or herbicide applications. Soil-associated beetle diversity, however, was increased significantly by mulching and (sometimes) high weed densities. 11- Disturbance certainly plays a role in altering diversity. Perhaps intermediate disturbance promotes macrofungal diversity, and extreme or lack of disturbance reduces diversity relative to undisturbed systems (Petraitis et al. 1989: Hobbs & Huenneke 1992). The 'intermediate disturbance hypothesis' (Connell, 1978) could explain why some groups of organisms are more abundant in no-till (i.e. intermediate disturbance) than either conventionally-tilled (i.e. extreme disturbance) or old-fields (i.e. no disturbance) systems (Wardle 1995). If disturbance is common or harsh, only a few taxa that are resistant to disruption will persist (Petraitis et al. 1989) If disturbance is mild or rare, soil communities will appproach equilibrium and be dominated by a few taxa that can out-compete all other taxa. However, attainment of steady-state equilibrium in agricultural or natural ecosystems is rare (Richards, 1987). There is little data to support this hypothesis but temporal patterns in diversity appear consistent with patterns detected during natural succession in plant communities (Whittaker, 1975). 12- Perhaps, it is more important to mimic the diversity of ecosystem functions observed in natural systems than to mimic diversity of community composition (Main, this volume;Van Noordwijk & Ong, this volume). For example, an index of trophic diversity may serve as a measure of functional diversity in soil communities (Fig. 2). Reducing the frequency of cultivation (Hendrix et al. 1986) and including perennial crops in agricultural systems (Wasilewska 1979; Freckman & Ettema 1993; Neher & Campbell 1994) are two ways to increase trophic diversity in arable 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 soils. Use of a trophic diversity index assumes that greater diversity (an integration of taxa richness and evenness) of trophic groups in soil food webs and longer food chains correspond with improved ecosystem functions. In order to test the validity of such assumptions, it is important to identify ecological functions of soil and how soil organisms are involved in those functions. To date, five ecological functions of soil have been identified (sensu Larson & Pierce 1991): - promote plant growth - receive, hold and release water - recycle carbohydrates and nutrients through mineralisation; - tranfer energy in the detritus food chain; and - act as an environmental buffer. 13- Individual taxa may have multiple functions and several taxa appear to have similar functions. However, taxa may not necessarily be redundant because taxa performing the same function are often isolated spatially, temporally, or by microhabitat preference (Beare et al. 1995). Ettma (1998) suggests that the extent of nematode functional redundancy in soil has been greatly over-estimated. Although redundancy of single functions is common, distinct physiological and environmental requirements drive species of the same functional group to play widely diffrent roles in soil ecosystem processes. 3.1 Promoting plant growth 14- Growth may be enhanced for plants in soils containing multiple functional groups. For example, in North America grasslands containing blue gamma grass (Bouteloua gracilis), soil food webs containing primary decomposers and microbial grazers had greater primary productivity than systems limited to only primary decomposers (Ingham et al. 1985). Increases in plant growth have been observed for plants grown in soil containing protozoa and/or nematodes (Verrhoef & Brusaard 1990; Griffiths 1994; Alphei et al 1996). In glasshouse experiments, blue gamma grass withdrew more nitrogen from fertilised soil in the presence of amoebea than in their absence (Zwart et al 1994). Protozoan grazing is necessary to release nitrogen from bacterial biomass for plant uptake (Clarholm 1985). Finally, shoot production was enhanced 1.5 times in birch (Betula pendula) and 1.7 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 times in Scots pine (Pinus sylvestris) when seedlings were grown in soils containing a more complex food web (bacterial-feeding nematodes, fungal feeding- nematodes, omnivores, springtails and oribatid mites) than when grown in simple systems containing only bacterial- and fungal-feeding nematodes (Setälä et al. 1995). 15- Based on a simulation model of shortgrass prairie (Hunt et al 1987), 14% of nitrogen extracted by plants is accounted for by predation of bacteria by amoebae (Zwart et al 1994). Having similar carbon, nitrogen and phosphorus content as their prey, protozoa incorporate only 10-40% of prey carbon, respire the remaining carbon, and excrete excess (20-60%) nitrogen and phosphorus into soil mostly as inorganic forms that can be assimilated by plants (Griffiths 1994; Zwart et al. 1994). 16- Soil fauna not only alter the availability of nutrients for plants, but also alter relative distributions of carbon and nitrogen within plants. For example, plants grown in soils with only protozoa have less carbon in shoots and more carbon in roots than plants grown without protozoa. The opposite pattern was obseerved for plants grown in soils containing only nematodes (Alphei et al. 1996). Soil fauna generally affect amounts of nitrogen in roots more than in shoots (Alphei et al. 1996). One method of protozoa affecting nitrogen supply to roots is by consuming Rhizobium spp. and, consequently, reducing nodulation in the rhizopheres of common garden bean (Phaseolus vulgaris) (Zwart et al. 1994). 17- The effect of soil fauna on plant growth cannot be attributed entirely to an increased supply of nutrients to plants because nutrient leaching may also increase in the presence of soil fauna (Alphei et al. 1996). Protozoa may further stimulate plant growth by altering concentrations of plant hormones (e.g. auxin, tryptophan) in the rhizosphere and/or suppressing pathogenic bacteria (Jentschke et al.; Alphei et al. 1996). Hormonal substances may derive directly from protozoa or indirectly from lysis of bacterial cells grazed by protozoa. 3.2 Receiving, holding and releasing water 18- Dawson and Pate, Hatton and Nulsen, and Dunin et al. (this volume) stress the importance of water in plant physiology and hydrogeology in designing agricultural 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 systems that mimic nature. Soil serves as an interface between plants and geology. Soil water may have positive or negative impacts on soil organisms. Soil microbial and megafaunal populations improve water infiltration by altering soil physical structure. For example, bacteria produce polysaccharide adhesives and fungi produce thread-like hyphae that bind soils particles into stable aggregates and reduce potential soil losses by erosion (Gupta and Germida 1988; Eash et al 1994; Beare 1997). Enchytraeidae (Van Vliet et al 1995) and earthworms (Edward and Bohlen 1996) create burrows to improve inflitration and improve aeration. Van Vliet et al. (1995) hypothesise that enchytraeids have more influence on soil structure in agricultural fileds than in forested areas. 19- As matric potential in soils declines to about -3 or -6 bars, bacterial respiration declines rapidly and is negligible at -20 bars (Griffin 1981). Fungi often tolerate matric potential in excess of -30 bars, conditions unsuitable for growth of most bacteria except actinomycetes such as Streptomyces spp. Under these dry conditions, diseases caused by fungal pathogens such as Fusarium culmorum on wheat (Triticum aestivum), become more severe. F. culmorum thrives at matric potentials that reach -100 bars at the surface and -30 bars in the rhizosphere (Griffin 1981). Other fungi such as the take-all pathogen on wheat, Gaeumannomyces graminis, may predominate in irrigated soils (Griffin 1981). 20- Ecosystem processes relate directly to the water content in soil. For example, a negative linear relationship occurs between relative nitrogen mineralisation and the logarithm of water potential. Decomposition of organic matter is also influenced by soil matric potential. An initial rapid decrease in decomposition within the -0.3 to -10 bar range is followed by another region where decomposition decreases linearly with decreasing water availability. The role of most bacteria is probably minimal once soils reach-15 bar water potential resulting in actinomycetes (filamentous, gram-positive bacteria) and fungi being the major decomposers in soils. Dry soils reduce the ability of substrate molecules to diffuse to the bacterial cell and the ability of bacteria to move to new substrates (Sommers et al. 1981). At the other extreme, water potential influences decomposing where saturated conditions result in the depletion of oxygen (O 2 ) and the development of anaerobic conditions. Under these conditions, anaerobic bacteria are predominant organisms responsible for decomposition. Comparison of decomposition rate to soil water 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 potential must incorporate metabolic shifts that occur in the transition from aerobic to anaerobic conditions. In the former, carbon dioxide (CO 2 ) is the major end product and in the latter, CO 2 may underestimate microbial activity because methane (CH 4 ) and other reduces carbon compounds may be significant end- products under saturation (Sommer et al. 1981). 3.3 Recycling carbohydrates and nutrients through mineralisation 21- Fauna may contribute directly to mineralised forms of nitrogen by excretion of ammonium (e.g. nematodes and protozoans) or nitrate (e.g. springtails) [Anderson et al 1994; Ingham et al. 1985; Teuben and Verhoef 1992; Darbyshire et al. 1994; Griffiths 1994]. As reservoirs of nutrients, microflora and microfauna also contribute indirectly to mineralisation. Net increases in nitrogen concentration in soil caused by mesofauna grazing on microbes have been demonstrated in petri dish experiments (Trofymow and Coleman 1982). Nutrients immobilised in microbes are subsequently become available to plants (Seastedt et al. 1988; Söhlenius et al. 1998), 22- Model simulations of soil food web estimate that 97% and 99% of total nitrogen flux can be attributed to bacterial pathway in integrated farming and conventional farming systems, respectively (Neare 1997). Grifftiths (1994) estimates from independant food web studies that protozoa, especially amoebae, are responsible for 20-40% of net nitrogen mineralisation under field conditions. Estimates of protozoan contribution to net nitrogen mineralisation vary by geographic location and farming system. For example, protozoa are estimated to mineralise about 54 and 90kg of nitrogen per year in no-till and conventionally tilled soils (Beare 1997). In The Netherlands, protozoa mineralise approximately 30 to 43 kg of nitrogen per year in conventional and integrated farming trials (Beare 1997). These estimates likely underestimate total contributions to net mineralisation by protozoa because bacteria simultaneously mobilise nutrients rapidly (Griffiths 1994) 23- In addition to protozoa, bacterial-feeding and predatory nematodes are estimated to contribute (directly and indirectly) abour 8 to 19% of nitrogen mineralisation in conventional and integrated farming systems (Baere 1997). Although counter-intuitive, predatory nematodes sometimes demonsrate stronger 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 relationships with the amount of microbial food source than the abundance of microbial-feeding fauna, which may serve merely as a conduit by which resources pass from the bottom to top trophic levels (Wardle and Yeates 1993). 24- Protozoa may out-compete nematodes for consumption of bacteria because they have much shorter generation times (one to two days compared to four to seven days (Griffiths 1994) However, it is assumed that nematodes and protozoa do not compete directly. Although the abundance of protozoa may correlate inversely with numbers of nematodes, nematodes are thought to have a stimulating effect on protozoa (Alphei et al 1996) by increasing bacterial production (Griffiths 1994). This hypothesis is supported by faster accumulation of ammonium from cultures containing bacteria, ciliates and nematodes than only bacteria and ciliates (Griffiths 1994). When protozoa are active in absence of nematodes, nitrate is the major ion leached and is accentuated in the presence of earthworms (Alphei et al 1996). Mites may stimulate amoebal numbers by increasing the availability of bacteria and decreasing numbers of nematodes in the presence of a large abundance of amoebae (Griffiths 1994) The latter hypothesis is supported by evidence that nitrogen mineralisation is increased by amoebae feeding on flagellates in the presence of mites (Griffiths 1994) or increased nitrate leaching with prorozoa and earthworms (Alphei et al. 1996). The presence and abundance of earthworm activity have also been linked to increased leaching in inorganic nitrogen in field and laboratory conditions (Filser et al. 1995). Soil oxidation state was correlated positively with nitrate leaching in conventionally tilled soils (Doran 1980). In no-till soils, both nitrification and denitrification were greater in surface soil (0-5 cm) compared to conventionally tilled soils, with the reverse pattern at greater depths (5-21 cm) (Beare 1997). 25- The bacteria pathway is not always the dominant force in net nitrogen mineralisation. In Sweden, fungal contributions to nitrogen immobilisation is about 3.5 times more than bacterial contributions (Beare 1997). It is likely that fungal- feeding microarthropods are more important in mobilising nitrogen from surface residues through grazing in no-till soils than bacteria and their consumers (Beare 1997). 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 26- Not only may soil fauna stimulate net mineralisation of nutrients but they may also promote nutrient immobilisaion. In Sweden, more nitrogen was immobilised in surface applied than burried straw in soils cropped to meadow fescue or lucerne. Perhaps competition for available nitrogen occured between plant roots and residue-borne decomposers (Beare 1997). Furthermore, phosphorus is immobilised in the presence of nematodes and more so when both protozoa and nematodes are present (Alphei et al.1996). Earthworms may temporarily immobilise nutrients in microbes while they pass through the earthworm gut (Filser et al. 1995). The relative balance of nutrient mineralisation and immobilisation is not solely a function of soil faunal activities but also depends on the presence of nitrifying bacteria and the mobility of nutrients ions and loading of exchange surfaces (Alphei et al. 1996). 3.4 Transferring energy in the food chain 27- Bacteria (including actinomycetes), fungi, algae and protozoa are primary decomposers of organic matter. Nematodes, large protozoa, springtails and mites feed on microbes in contact with decaying organic matter, but not on the organic matter itself. Microbial-grazing mesofauna affect growth and metabolic activities of microbes and alter community composition, thus regulating decomposition rate of organic matter (Wasilewska et al. 1975; Trofymow and Coleman 1982; Whitford et al. 1982; Yeates and Coleman 1982; Seastedt 1984). Protozoa alter the composition and activity of the microbial community by selectively grazing on small, slow-growing cells which act to maintain taxonomic and metabolic diversity of microflora. It is assumed that this type of grazing preference maintains a bacterial population in a 'youthful' state and maintains decomposition activity (Griffiths 1994). Amoebae apparently have a stimulatory effect when added to bacterial cultures based on evidence of increased respiration, ammonification and siderophore production (Griffiths 1994). Other fauna have indirect effects on decomposition. For example, microarthropods and Enchytraeidae fragment detritus and increase surface area for further microbial attack (Berg and Pawluk 1984; Van Vliet et al. 1995). Subsequently, protozoa reinoculate new substrates by phoretic transport or excretion of viable bacteria (Griffiths 1994). Examples of invertebrate- microbe mutualisms are prevalent in soil. For instance, most soil invertebrates (e.g. termites and earthworms) do not seem to possess suitable enzymes to directly 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 digest most resources in soil, such as cellulose, lignin, tannin and humic complexes. Instead, the enzymes seem to be produced by ingested microbes rather than by the invertebrate itself (Lavelle et al. 1995). 28- Carbon and nitrogen dynamics are tightly linked in terrestrial ecosystems suggesting that classic food web theory is insufficient to analyse relations between food web structure and ecosystem processes. Food web structure may influence decomposition rate even if trophic interactions are controlled by the rate of detritus input (Bengtsson et al. 1995). An increased number of trophic levels would increase decomposition rate given that consumers do not influence each others consumption rate or mortality (Bengtsson et al. 1995). This hypothesis is supported by several laboratory studies (Setälä and Huhta 199l; Bengtsson et al. 1995) 29- Perhaps ecosystem function depends more on the presence and abundance of particular functional groups rather than complexity of food webs or biodiversity alone (Andrén et al. 1995). The 'snow chain' hypothesis predicts a succession of decomposer organisms that respond to changes in substrate quality. This hypothesis is analogous to the addition of snow chains to tires when making the transition from clear to snow-covered roads. Evidence of succession occurs among soil animals. Initially, a peak of enchytreids and bacterial-feeding nematodes are present. Once the substrate is decomposed somewhat and changes qualitatively, numbers of microarthropod and nematode omnivores and predators increase with a subsequent decline in numbers of bacterial-feeding nematodes and enchytraeids (Andrén et al. 1995). 30- In desert ecosystems containing creosote-bush (Larrea tridentata), food webs with additionnal trophic groups correspond with faster rates of decomposition than food webs with fewer trophic groups (Whitford et al. 1982). Decomposition rates were slower for systems without mites (treated with insecticide chlordane) than with mites (no insecticide). Without mites, nematode grazing may have decreased the decomposition rates. The presence of mites reduced nematode populations and released microbial populations from predation, which resulted in faster decomposition rates. Consequently, predatory mites maintain nematode grazer populations at levels that presumably increase microbial activity and decomposition rates. 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 3.5 Acting as an environmental buffer 31- Soils act as an environemental buffer physically, chemically and biologically. Physically, soils may filter materials such as pesticides and fertilisers through its porous matrix and reduce the transfer of leachates into ground and surface water. Fulvic and humic acids of organic matter play a major role in the binding of pesticides in soil. Pesticides, or their degradation intermediates, can also be polymerized and incorporated into humus by action of soil microbial enzymes (Bollag et al. 1992). Additional chemical buffering functions of soil are responsible for regulating the availability of nutrients by cation exchange capacity (principally influenced by organic matter and clay content), serve as a sink for carbon dioxide, and are a source of allellopathic chemicals. Carbon coumpounds are stored in plant. microbre and animal bodies, in debris and in abiotic carbonate compounds. During decomposition processes, respiration releases carbon dioxide as a by- product. Cultivation releases carbon dioxide to the atmosphere, both through burning fossil fuels to run the tractor and disturbing the soil which increases decomposition rates. Soil microbes, especially fungi, may secrete allelopathic substances that suppress germination of seeds or make seeds unpalatable to predators (Janzen 1977). This has been demonstrated in the California chapparal with Adenostoma fasiculatum (Wicklow 1981). Fire eliminates the allelopathic effect temporally. However, it returns after re-establishment of the microbial community. Agronomists have utilised fire to manage soil fungal pathogens of wheat, barley and rice. 32- The presence of particular groups of organisms has ben associated with the suppression of plant disease. First, springails Proisotoma minuata and Onychiurus encarpatus consume the soilborne fungal plant pathogen Rhizoctonia solani, which causes damping-off disease on cotton seedlings. Springtails prefer feeding on the fungal pathogen in soil compared to the biocontrol fungi Laetisaria arvalis, Trichoderma harzianum, and Gliocladium virens (Curl et al. 1988). Springtail species can also distinguish and graze selectively on different species of vesicular- arbuscular mycorrhizae (Thimm and Larink 1995). Second, amoebae of Vampyrellidae perforate conidia of Cochliobolus sativus on barley (Old,1967). Protozoa have been reported to play an active role in disease suppression by 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 consuming pathogenic nematodes, bacteria and fungi (Zwart et al. 1994). Generally, plant pathogens have faster growth rate than protozoan predators, so it is unlikely that protozoa will suppress plant pathogens completely in soil. However, for crops grown in liquid media, this balance may tip the other way (Zwart et al. 1994). Finally, abundances of the bacterium Pseudomonas fluorescens increase and may act as a biocontrol agent of the take-all pathogen Gaeumannomyces graminis under conditions of no-till, continuous wheat productions (Ryder et al. 1990). 4. Designing and maintaining soil communities for optimum fuctions 33- Modern agricultural methods have repalaced or substituted natural and seasonal patterns of ecological processes with inorganic materials. These subtitutions of nature are likely to have environmental and ecological costs due to the loss of natural cycles among organisms and their environment through time. The paucity of studies quantifying these costs compels some scientits to declare that generalisations such as 'conventional farming destroys life in the soil' or 'ecofarming stimulates soil life' are not supported by adequate evidence (Foissner 1992; Wardle 1995; Giller et al. 1997). 34- Regardless, we have evidence that increased detrital food webs containing more groups of organisms are associated with faster decomposition and nutrient turnover rates (Setälä et al. 1991) and increased primary production (Setälä and Huhta 1991). Balanced with organisms that immobilise nutrients, the net effect is regulation availability to plants and other organisms. We cannot conclude that soil biodiversity causes ecosystem function because there is insufficient evidence to support claim. 35- To better mimic nature, soil ecosystems must be designed and managed to foster food webs containing mutiple functionnal groups or taxa (i.e. complex community) and ber relatively mature successionally. This can be achieved by incorporating four types of activities: - reduction or elimination of cultivation, heavy machinery and general biocides; - incorporating perennial crops and organic material; 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 - synchronising nutrient release and water availability with plant demand; - monitoring biological activity. 4.1. Reduction or elimination of cultivation, use of heavy machinery and general biocides 36- Decomposition rates are sensitive to physical disturbances such as cultivation. For example, decomposition rates are 1.4 to1.9 times faster in conventionally tilled than in no-till soils with surface residues (Beare 1997). Fungi are more likely to regulate decomposition of surface-applied residues in no-till soils and bacteria regulate decay rates in incorporated residues in conventionally tilled soils. (Beare 1997). 37- Soil managed by conventional, reduced, or no tillage practices have distinct biological and functional properties (Doran 1980; Hendrix et al. 1986). Plant residue is disturbed throughout the plough layer in fields managed with conventional tillage. Under these conditions, organisms with short generation times, small body size, rapid dispersal and generalist feeding habits thrive (Steven 1983). These soils are dominated by bacteria and their predators such as bacterial- feeding nematodes and astigmatid mites (Andrén and Lagerlöf 1983; Yeates 1984: Hendrix et al. 1986; Beare et al. 1992: Beare 1997) and are considered to be in an early stage of succession. Many microarthropods have omnivorous feeding habits in systems which are cultivated frequently (Beare et al. 1992). Alternatively, reduced tillage leaves most of the previous crop residue on the soil surface and results in changes in physical and chemical properties of the soil (Blevins et al.1983). Surface residues retain moisture, dampen temperature fluctuations and provide a continuous substrate that promotes fungal growth. Furthermore, the dominance of fungi in early stages of decay of surface residues can be explained by the initially high lignin to nitrogen ratio. Bacteria move in a secondary colonisers after decay is initiated (Beare 1997). Relative abundace of fungi and their consumers in no-till soils represent a more mature successional state, more closely resembling undisturbed natural ecosystems (Yeates 1984; Boström and Söhlenius 1986; Hendrix et al. 1986: Holland and Coleman1987; Walter 1987, Neher and Campbell 1994; Beare 1997). 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 38- Sometimes agricultural disturbances, such as cultivation, do not reduce soil biodiversity. Instead, cultivation appears to affect species composition but not diversity and more so for macrofauna than microfauna (Wardle 1995). Diversity of microfauna is mostly unresponsive to cultivation and there is no general trend for macrofauna. Some species are affected negatively, and others positively, by cultivation (Wardle 1995). The lack of response of diversity of groups of small organisms to cultivation may reflect their slight overall response to cultivation or possibly their poorer taxonomic resolution in most studies. 39- Soil fumigation with general biocides has short and/or long-term impacts on soil community composition and abundance. Biocides may either impact the microbes of fauna directly with toxic effects or indirectly through reduced vegetation or other non-target effects (Andrén and Lagerlöf 1983). Methyl bromide and benomyl have direct toxic effects on nematodes and earthworms, respectively (Yeates et al. 1991; Ettma and Bongers 1993; Edwards and Bohlen 1996). Phenoxy acetic acid and herbicides (e.g. 2,4-D, 2,4,5-T MCPA) do not depress soil fauna directly with toxic effects, but indirectly through reduced vegetation and smaller additions of organic matter to soil (Andrén and Lagerlöf 1983). Conversion of continuous hop (Humulus lupulus) production to a cereal rotation of winter wheat (Triticum æstivus) and spring barley (Hordeum vulgare) demonstrate the long-lasting effects of intensive biocide input, especially fungicides with copper, which accumulate and remain in soil for more than three years (Filser et al. 1995). Heavy metals, such as copper, eliminate sensitive species such as earthworms and springtails Folsomia quadrioculata and Isotomiella minor. Other springtails tolerate heavy metals and increase in dominance, for example Mesaphorura krausbaueri and Onychiurus armatus (Filser et al. 1995). Broad-spectrum insecticides such as chlorpyrifos, isofenphos and aldicarb are toxic to non-target insects, such as predaceous and parasitic arthropods (Kowhler 1992; Potter 1993). Insecticides are usually more toxic than herbicides or fungicides and disturb soil protozoa critically, i.e. populations often do not fully recover within 60 days (Foissner 1997). Edwards and Bohlen (1996) and Neher and Barbercheck (1998) provide more thorough reviews of effects of biocides on soil community composition. 40- Benefits of eliminating general biocides are illustrated by two case studies (Ingham 1998) involving strawberry (Fragaria X Ananassa Duch). The first study 19 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 was in California, USA, where strawberries are grown as an annual crop in monoculture. Annual applications of methyl bromide were used to decrease the population density of certains root pathogens. However, there were major environmental costs. For example, nitrate leached into ground water reaching concentrations of 150 ppm (3 ppm is toxic to humans). Natural disease suppression was lost which may partly be explained by a 50-fold reduction in number of bacterial species. A remediation program was implemented to reverse the apparent enviromental problems. Spent mushroom compost (high fungal content) was applied to soil at a rate of 60 tons hectare. Abundances of microflora and microfauna increased and a balance of fungi and bacteria (and their respective consumers) returned to the soil after four to five years, accompanied by nitrate leaching and increased natural disease suppression (Ingham 1998) The second study was in Costa Rica where strawberries were grown as perennials. Disease management was maintained and pesticides replaced by transplanting strawberry seedlings in plugs containing compost colonised by a mixture of bacteria, fungi and their respective consumers. This compost promoted the establishment of a complex food web defined as a balance of bacteria and fungi, and their respective grazers. This practice transfers a relatively complex soil food web to the field and obviates the need to manipulate the entire field (Ingham 1998). In the long-term, managing soils to achieve relatively balanced fungal and bacterial components will reduce fertiliser requirements because soil organisms will maintain processes of nutrient mineralisation and decomposition at sustainable levels. 4.2 Incorporating perennial crops and organic matter 41- Introduction of perennial crops into agricultural systems has several advantages. Root growth is more extensive and less ephemeral than with annual crops and supports a soil community with many omnivores and predators. Soil community composition with perennial crops resembles that of natural ecosystem soils more closely than is the case with annual crops (Ferris and Ferris 1974; Wasileska 1979: Freckman and Ettma 1993; Neher and Campbell 1994). Differences between soils with perennial (e.g. meadow fescue) and annual (e.g. barley) crops may be less pronounced for perennial crops younger than three years old than with more mature crops (Boström and Söhlenius 1986). 20 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 Furthermore, perennial plants restore function in water infiltration and reduce compaction and, thus, increase rooting depth. 42- Organic matter can be added to soil as crop residues, urban sludge, manure, green manure, cover crops or compost. Addition of organic matter to soil has multiple benefits. First, organic matter adds nutrients and cation exchange sites to retain nutrients. Second, organic matter increases porosity to soil (Andrén and Lagerlöf 1983). Third, organic matter includes microbes and microbial grazers (Andrén and Lagerlöf 1983; Weiss and Larink 1991) which restore ecosystem processes such as decomposition, nutrient mineralisation and disease suppression. For example, populations of fungal-feeding nematodes (Weiss and Larink 1991), potworms (enchytraeids) springtails and sometimes mesostigmatid mites increase with applications of manure which provide a better substrate for growth (Andrén and Lagerlöf 1983). However, there are exceptions, as Dutch polder soil (van de Bund 1970). 43- Although it is difficult to separate their individual effects, concurrent additions of organic matter and elimination of general biocides have the benefit of allowing omnivores and predaceous species to increase in prevalence, which promotes natural disease suppression. In these cases, natural community interactions such as competition, antagonism, competitive exclusion and niche partitioning must be understood for effective results. There is a fine balance between disease suppressive agents and pathogens. Some pathogenic fungi may be stimulated initially by additions of organic residues. 44- Caution is adviced when considering simple solutions to disease and nutrient management. For example, application of mycorrhizal fungi is often considered a favourable practice. A parallel good practice is the promotion of fungal-feeding nematodes, which are usually less abundant than root-feeding or bacterial-feeding species in agricultural soils. However, fungal-feeding organisms such as springtails, nematodes and mites may actually reduce the beneficial effect of promoting mycorrhizae by consuming mycorrhizae. Despite the reduced benefit of mycorrhizae, the plant-fungus symbiosis remains given the soil food web contains interactions among saprophytic microbes and their faunal grazers to ensure efficient mobilisation of nutrients in the rhizosphere (Setälä 1995). 21 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 45- As with any practice, there are risks associated with applications of organic matter. For example, high doses of manure or sludge fertilisers can harm mesofauna because of toxicity (e.g. anhydrous ammonia), high osmotic pressure due to salt accumulation (Andrén and Lagerlöf 1983), or heavy metal accumulation (Weiss and Larink 1991). The repellent nature of ammonium can affect soil invertebrates adversely (Potter 1993). However, potential for toxic effects can be decreased by applying composted manure or sludge (Ott et al. 1983). One must consider the period of time material is composted prior to incorporating it into soil. For example, the plant-pathogenic fungus Rhizoctonia solani may cause damping- off disease in soil when fresh or immature compost material high in cellulose content is added. However, in aged compost, cellulose is degraded and the biocontrol fungus Trichoderma spp. can grow and parasitise the pathogen effectively, thus suppressing disease (Chung et al. 1988). 4.3 Synchronising nutrient and water availability with plant demand 46- Fertiliser addition affects soil microflora and indirectly impacts soil mesofauna by changing their food resources (Weil and Kroonje 1979). Additions of nitrogen may acidify soil and, consequently, inhibit microbial growth and activity. Nitrogen may also affect the quality of microbes as a food source for mesofauna (Darbyshire et al. 1994). Booth and Anderson (1979) grew two species of fungi in liquid media with 2, 20, 200, or 2000 ppm nitrogen and determined the fecundity of the springtail Folsomia candida while feeding on the fungi. Fecundity increased with increasing nitrogen content up to 200 ppm, although F. candida did not show a preference for feeding on fungi with greater or lesser nitrogen content. 47- The effect of fertilisation on microarthropod species diversity and abundance within taxa, and the subsequent impact on decomposition and nutrient mineralisation processes, are not well understood. For example, synthetic fertilisers increase nematode diversity but applications of manure decrease nematode diversity (Wasilewska 1989). Applications of synthetic nitrogen fertiliser on Swedish arable soils growing spring barley (Hordeun distichum L.) changed community composition, but not numbers and biomass of nematodes, springtails and mites (Andrén et al. 1988). 22 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 48- Appropriate timing of water is important for disease management. For example, frequent irrigation episodes may increase potential of root rot diseases caused by Phytophtora spp. The reproductive biology of Phytophtora spp. is stimulated by changes in the matric potential of soil (Duniway 1983). Water drainage stimulates production of asexual spores such as sporangia, whereas subsequent saturation (i.e. irrigation event) stimulates the sporangia to germinate indirectly by producing multiple zoospores that are flagellated and may move great distances in surface water (Fig. 3). Phytophtora root rots have been well documented world-wide, including those of jarrah (Eucalyptus marginata) and Banksia in Australia and on many vegetable and tree crops in the US (Erwin et al. 1983). 4.4 Monitoring biological activity 49- The successional status of a soil community may reflect the history of disturbance. Succession in cropped agricultural fields begins with depauperated soil after cultivation and clearing of native vegetation which atcs like an island to which organisms migrate. First, opportunistic species, such as bacteria and their predators, are colonists of soil. Subsequently, fungi and their predators migrate into the area (Boström and Söhlenius 1986). Microarthropods, such as springtails, mites and fly maggots can colonise nearly bare ground and rise quickly in population density. Top predator microarthropods, such as predaceous mites and nematodes, become established later and may have a function similar to keystone predators in other community food webs (Elliott et al. 1988). Finally, macro- and megafauna such as earthworms, millipedes, slugs, centipedes, wood lice, sow bugs and pill bugs join the soil community (Strueve-Kusenberg, 1982). 50- Succession can be interrupted at various stages by agricultural practices, such as cultivation and applications of fertilisers and pesticides (Ferris and Ferris 1974; Waskilewska 1979). The quantification of successional stage using a 'maturity index' (Bongers 1990) proves promising as a monitoring tool of community composition and function (Freckman and Ettma 1983; Neher and Campbell 1994: Neher et al. 1995; Neher and Barbercheck 1998). Maturity indices are based on the principles of succession and relative sensitivity of various taxa to stress or disruption of the successional pattern. Maturity indices, based on life strategy 23 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 characteristics, were developed originally for nematode communities, but have potential for adaptation to other groups of organisms. Interpretation of maturity indices depends on the type of ecosystem (Figure 2) Sucessional maturity was greater in older forests (>30 years) and functional wetlands than young forests (< 3 years) and wetlands converted to conventionally-tilled agriculture, respectively (Figure 2). The opposite pattern was observed for agricultural soils, where successional maturity was greater in conventionally-tilled soil with annual crop (i.e. disturbed) than permanent pasture (i.e. undisturbed). Indices that describe associations within biological communities, such as a maturity index, are less variable than measures of abundance of a single taxonomic or functionnal group. and are more statistically reliable as measures of ecosystem condition (Neher et al 1995; Neher and Campbell 1996). Because index values for New Zealand (Yeates 1994) and the US (Neher and Campbell 1996) were greater than those published in European studies, it is suggested that biogeography may be a confounding factor in interpreting index values. Maturity and trophic diversity indices measure different aspects of soil communities and, together, are complementary. 5. Essential research 51- Our challenge is to understand concepts and mechanisms that mimic nature, qualitatively and quantitatively, at appropriate spatial (centimeters to hectares), ecological (population, community, ecosystem and landscape) and temporal (seconds to centuries) scales. Most studies have focused on single factors in an effort to reveal underlying mechanisms, resulting in a lack of understanding of how multiple and interacting environmental and biotic factors affect soil biodiversity, nutrient cycling, pest populations and plant productivity. Future research should include studies on productivity of soil animals under various management systems, the analysis of single factors to elucidate causative mechanisms, and studies on the relationship between soil animals, crop production and sustained yield (Foissner 1992). Holistic systems and their dynamics must be understood to effectively design agricultural systems in concordance with nature. With this information, we should be able to tailor agricultural practices to positively affect beneficial soil organisms and the functions they perform to optimise crop productivity. To achieve the ultimate goal of designing and managing agricultural systems as mimics of nature, the following research goals must be achieved. 24 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 5.1 Methods for successful application of compost materials and/or biocontrol agents 52- Simple techniques are usually favoured but may also disregard ecological interactions among organisms, added and between those added and those already existing in the soil. Basic natural history and fundamental niche requirements must be undrestood at the individual and population level. At the community level, potential competitive exclusion, predation and/or antgonism by organisms already occupying that niche or utilising the resources must be considered. At the ecosystem level, methods to optimise the role that soil organisms play in nutirent cycling, energy flow and disease management must be evaluated. 5.2 Timing of management implementation 53- While many studies have examined the impact of additions or removals of materials, they have not considered the seasonal impacts or time lags that occur between implementation and response, whether the treatment is biotic or abiotic. By understanding appropriate temporal relationships, nutrient and water supplements can be scheduled according to plant and soil community use. Interactions of intra- and interspecific crop phenology and root architecture relative to soil community composition and function must be integrated to avoid intensive competition for nutrients between microbes and plants. 5.3 Explicit relationships between soil organisms and ecosystem function 54- Current understanding is limited to trophic or functional group resolution. However, resolution at a species-level is desirable. Additionally, a more thorough understanding of the sequence of community succession relative to soil function dynamics would be useful in making long-term predictions of community composition associated with ecologically sound agricultural systems. 25 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Soil Community Composition.... Neher, D.A. 1999 6. Conclusions 55- Clearly, soil microbes and fauna play important roles in ecosystem function. Unfortunately, many modern agricultural practices correspond with a decline in abundance and alter the composition of soil communities, which subsequently impacts ecological processes. Interruption to the cycling of carbon, nitrogen, phosphorus and/or water prevents crops from obtaining all requirement. for primary productivity. Production deficiencies are replaced by fossil-fuel based inputs that eventually replace natural cycles and processes. To restore ecosystem functions of soil organisms, agricultural systems must be designed to reduce or eliminate cultivation, heavy machinery and general biocides. In addition, systems should incorporate perennial crops and increase soil organic material. In order to achieve these goals, more research is needed to determine the impact of multiple and interacting management practices on biodiversity, nutrient cycling, decomposition, pest populations and their concurrent impact on agricutural productivity. With this information, we can maximise our ability to tailor agricultural practices to optimise crop productivity while positively affecting beneficial soil organisms and the functions they perform. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 7. References Alphei, J. Bonkowski, M. and Scheu, S. 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[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 31 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Projet portant sur l'utilisation des BRF en agriculture «UNE TENTATIVE D'ÉVALUATION DE LA TECHNOLOGIE BRF POUR DES FINS MARAÎCHÈRES» par Gilles Lemieux et Lionel Lachance et R.E.A.P.-CANADA RAPPORT DE PRÉFAISABILITÉ «Analyse stratégique des régions du Québec pour la valorisation agricole des Bois Raméaux Fragmentés (BRF) par leur digestion au sol». Resource Efficient Agricultural Production Glenaladale House Sainte-Anne-de-Bellevue QUÉBEC publication n° 120 http:// forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ca édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada 1 TABLE DES MATIÈRES Introduction......................................................................................................... 1 Le sol un milieu fragile........................................................................................ 3 Le secours de la forêt ......................................................................................... 4 Que sont les BRF?............................................................................................. 7 La production et l'épandage des BRF .............................................................. 10 La biotransformation des BRF.......................................................................... 12 Comment évaluer les BRF ............................................................................... 13 Les BRF et les cultures annuelles.................................................................... 14 Une technologie prometteuse........................................................................... 14 Analyse stratégique des régions du Québec pour la valorisation agricole des Bois Raméaux Fragmentés (BRF) par leur digestion au sol ...................... 16 Sommaire exécutif............................................................................................ 16 I Introduction .................................................................................................... 17 Références bibliographiques............................................................................ 19 II L'expérience pratique à ce jour ..................................................................... 19 III Caractérisation de l'offre par région............................................................. 23 IV Caractérisation de la demande par type de production ............................... 27 Annexe I ........................................................................................................................ 29 V Analyse stratégique des régions................................................................... 31 Annexe II....................................................................................................................... 32 Annexe III ..................................................................................................................... 33 «UNE TENTATIVE D'ÉVALUATION DE LA TECHNOLOGIE BRF POUR DES FINS MARAÎCHÈRES» par Gilles Lemieux et Lionel Lachance Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Foêt Université Laval Québec G1K 7P4 Québec, Canada INTRODUCTION 1- Le sol représente une valeur nulle ou presque au sens de l'économie moderne, sauf s'il s'érode ou s'il ne répond plus aux attentes «chimiques» de rendements élevés, et ce tout particulièrement dans le monde des cultures maraîchères, base de l'agroalimentaire sous toutes les latitudes. 2- Ce n'est que tout récemment que les questions de la viabilité et du rôle de cette ressource sans pareil ont été abordées sous l'angle biologique de ses constituants. Ainsi le sol représente une ressource fragile et fugace et des collègues allemands ont tenté de le faire reconnaître comme tel par les Nations Unies 1 . Le sol, comme tous les constituants biologiques de l'univers est, à la fois, d'une grande fragilité et d'une grande force. Il est la résultante de nombreuses interactions et combinaisons mais dont les bases sont temporelles, c'est-à-dire issues de toutes les biotransformations depuis le début des temps, des centaines de millions d'années 3- Cette fragilité se manifeste sous la forme de dégradations d'abord biologiques, puis chimiques et finalement physiques dont l'ultime dégradation est représenté par les sols latéritriques en milieux tropicaux. Plusieurs experts français 1 Held, M., Kümmerer, K. et Brandt, K (1998) «Preserving Soils for Life» Projet de convention internationale aux Nations Unies. -Proposition de Tutzing-. Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, publication n° 85. 1 ont soulevé cette question lors du Congrès International des Sciences du Sol tenu à Montpellier en 1998 2 . 4- De tous temps les sols ont été exploités en fonction de l'économie, d'abord d'une manière frileuse avec des rendements reflétant la dégradation causée par la disparition de la forêt puis, au début du XX e siècle avec la venue de l'intervention de la chimie, tant du côté des fertilisants que des biocides. Maintenant ce sont les organismes modifiés génétiquement qui prennent la relève de la razzia avec une naïveté à faire pleurer. 5- Malgré tous les apports organiques imaginables, le sol a des limites bien précises qui ne peuvent être ignorées. Tous les apports organiques actuels sont comptabilisés en terme de rendements tributaires de la mise en disponibilité des nutriments sur une période n'excédant guère 24 mois. Cela se fait au détriment de la structure, des contenus énergétiques et surtout de la diversité micro, méso et macrobiologique qui surtout affecte la dynamique du système tellurien 3 auquel nous n'avons jamais porté attention si on en croit la littérature scientifique du XX e siècle. 6- L'une des exigences du sol tient à un processus fondamental ignoré jusqu'à tout récemment, la biotransformation des substances végétales en sol où la lignine syringyl joue un rôle essentiel ainsi qu'un grand nombre de composés polyphénoliques 4 La biotransformation est le début d'un long processus appelé pédogénèse qui régule la vie, la disponibilité des nutriments, la structure physique du sol, sa résistance à l'érosion et surtout protége et stimule les diverses phases de la vie animale, bactérienne et surtout fongique du sol. 2 Brabant, P., Cheverry, C., Lavelle, P. Morel, J.-L. et Roose, É. (1997) «La dégradation des sols ou les sols ne sont pas éternels» . France Culture, "La science et les hommes" Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval. publication n° 114. Swift, J.M. (1998) «Integrating soils, systems and society» Proceedings of the Montpellier International Soil Science Society Meeting, Montpellier. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, publication n° 117 3 Neher, D.A. (1999) «Soil community composition and ecosystem processes» Agroforestry System 45: 159- 185. 4 Stevanovic-Janezic, T (1998) «L'étude de la chimie des polyphénols dans le bois raméal fragmenté (BRF)». In Lemieux, G., Lachance, L. Genest S. et Hamel, C. "La technologie pédogénétique du Bois Raméal Fragmenté (BRF), une source naturelle qui contribue à l'établissement et au maintien de la fertilité des sols au Sénégal et au Bénin". Groupe de Coordination sur le Bois Raméal Université Laval Québec, Canada, publication n° 99 pp.65 ISBN 2-921728-46-X 2 7- De ce fait, le sol est une ressource exceptionnelle sous tous les angles, capable de se maintenir et de se régénérer pourvue que les éléments de base y soient, non pas l'azote, le phosphore et le potassium, mais la lignine et les diverses composantes biochimiques issues de la biotransformation des tissus végétaux parmi lesquels les plus rares et les plus précieux en cultures maraîchères, ceux qui maintiennent la biodiversité et la structure par un ensemble de processus dynamiques d'origine biologique avant tout 5 . LE SOL UN MILIEU FRAGILE 8- Comme tout ce qui est vivant, le sol est d'une grande fragilité, mais en même temps d'une robustesse incroyable par ses capacités dynamiques à se régénérer et s'adapter au climat, à la géologie, à la faune et à la flore, car toutes ces parties ont des caractéritiques variables et variées, s'interpénétrant les unes les autres. 9- En réalité, c'est à l'eau que le sol ressemble le plus, mais d'une manière beaucoup plus complexe, car sa grande caractéristique est d'intégrer la vie au monde minéral. Cette caractéristique majeure lui donne la pérennité de la géologie et la fragilité de la vie, d'où notre propension à le surexploiter, tout particulièrement dans les cultures maraîchères, à travers les impératifs de notre système économique. 10- Même si on ne peut intervenir que de manière bien bénigne sur la géologie, on le peut toutefois à l'égard de certaines caractéristiques physiques. C'est ainsi que les caractéristiques chimiques et biochimiques du sol sont trop souvent ignorées mais toujours surexploitées. Cependant, les limites du sol sont d'ordre biologique et cette méconnaissance explique la dégradation et la désertification. Ce sont les caractères biologiques du sol qui sont en cause, en particulier la mise en disponibilité de l'azote et du phosphore. 5 Perry, M.P., Amaranthus, M.P., Borchers, J. G. .L., Borchers, S.L. (1989) «Bootstrapping in ecosystems» BioScience 39 (4) 230-237 Traduction française par Gilles Lemieux sous le titre de «L'intersuffisance des écosystèmes épigé et hypogé». Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, publication n° 16, 35 pages. 3 11- Jusqu'ici, on a apporté des correctifs que l'on appelle «organiques» sans en avoir défini les caractéristiques, mais les qualifiant de «matières» qui sont toutes d'origine déchétaire, d'abord animales puis, maintenant industrielles. 12- Partout sur la planète, on dénonce les problèmes liés aux productions agricoles qui mettent en danger l'agroalimentaire. Des règles et des techniques ont été mises au point pour répondre aux exigences de l'économique de la grande majorité des peuples de la terre et ce sont, le plus souvent, des divagations surréalistes. 13- La vie sur cette terre de milliards d'humains tient à cette ressource essentielle qu'est le sol, mais non pas à la productivité des plantes modifiées ni à l'élimination de la vie que représentent les parasites et les maladies qui sont l'expression des déséquilibres engendrés et non contrôlés. LE SECOURS DE LA FORÊT 14- Depuis l'aube des temps, c'est la forêt qui s'est implantée et qui a régulé la terre, l'eau et les climats. Elle est donc responsable de la stabilité de notre univers et, en même temps, elle est le principal agent de formation des sols utilisés dès la préhistoire par les humains pour se nourrir. Tout comme au Québec, les terres mises en culture sous les climats tempérés sont presque toutes d'origine forestière. L'histoire de l'humanité est caractérisée par un long déclin des forêts, particulièrement celles constituées d'essences feuillues. 15- Les faibles rendements agricoles obtenus jusqu'au début des années 1950 n'ont eu que peu d'effets sur la dégradation des sols. Cependant, l'agriculture intensive qui a suivi a tôt fait de précipiter les choses. L'arrivée de nouvelles variétés de plantes modifiées génétiquement et la panoplie des intrants chimiques pour la croissance, le contrôle des maladies et des insectes, ont marqué l'entrée en force des caractères industriels de productivité, répondant à des impératifs économiques sans appel. 16- Devant cette agression sans pareil dans l'histoire, il est bien difficile de faire entendre la voix de la raison qui nous indique que tous les sols productifs 4 sont d'origine forestière. Pour s'en convaincre, il suffit de comparer un poignée de sol d'érablière avec une poignée de sol extraite du champs de maïs voisin. 17- Si la forêt a formé les sols devenus agricoles, pourquoi n'en serait-il pas ainsi encore aujourd'hui? Les recherches poursuivies par le Groupe de Cordination sur les Bois Raméaux de l'Université Laval, au cours des vingt dernières années ont largement démontré que la réintroduction de caractères forestiers à des sols agricoles étaient non seulement possibles, mais raisonnables et rentables. 6 6 Caron, C. (1994) «Ramial Chipped Wood; a basic tool for regenerating soils» Lincoln University, Nouvelle- Zélande et Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n° 50, 8 pages, ISBN 2- 921728-07-9 Caron, C., Lemieux, G. et Lachance L. (1998) «Regenerating Soils with Ramial Chipped Wood» The Maine Organic Farmer & Gardner, Augusta Maine, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n° 100, 10 pages Chervonyj, A.Y (1999) «Rapport d'étape sur la technologie des BRF, utilisant le seigle (Secale cereale) comme référence pour les années 1997-98» Station Forestière Expérimentale de Boyarska, Ukraine, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n° 107, ISBN 2-921728-50-8. Furlan, V. et Lemieux G. (1996) «Méthode d'application et d'évaluation pour l'utilisation des Bois Raméaux Fragmentés» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 67, 8 pages Godron, M. et Lemieux, G. (1998) «Le bois des rameaux, un élément crucial de la biosphère» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 88, 32 pages ISBN 2-921728-35-4 Guay, E., Lachance, L, et Lapointe R.A. (1983) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture». Université Laval, Goupe de Cpprdination sur les Bois Raméaux, publication n°1, 75 pages. Guay, E. et Lapointe R.A. (1992) «L'usage du bois raméal et ses implications socio-économiques» Université Laval, 8 pages, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 28, ISBN 2-550-27119-X. Lalande, R. Furlan, V. Angers, D. et Lemieux, G. (1998) «Soil Improvement Following Addition of Chipped Wood from Twigs» American Journal of Alternative Agriculture 13: 132-137 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 101 Lemieux, G. (1986) «Le bois raméal et les mécanismes de fertilité du sol» Institut de Technologie Agroalimentaire, Saint-Hyacinthe, Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 6, 20 pages, ISBN 2-550-21338-1 Lemieux, G. (1988) «L'importance du bois raméal dans la «synthèse» de l'humus» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n°11, 29 pages, ISBN 2-550-21341-6 Lemieux, G. (1990) «Le bois raméal et la pédogénèse: une influence agricole et forestière directe» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n°15, 35 pages ISBN 2-550-21267-3 Lemieux, G. (1991) «Mémoire portant sur la problématique des bois raméaux dans le contextes agricoles et forestiers» Université Laval. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 10 pages, Publication n° 18 ISBN 2-550-21827-2 Lemieux, G. (1992) «L'aggradation des sols par le patrimoine microbiologique d'origine forestière» Escola Superior Agrária, Coimbra, Portugal, Université Laval et Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 25, 10 pages ISBN 2-550-26521-1 Lemieux, G. (1993) «L'aggradation pédogénétique, un processus universel sous l'influence des BRF: les effets sur la biodiversité et la productivité» FAO, Rome Italie, Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n°35a, 6 pages ISBN 2-921728-04-4 Lemieux, G. (1993) «L'origine forestière des ols agricoles: la diversification microbiologique par aggradation sous l'effet des Bois Raméaux Fragmentés». Comité Jean Pain, Bruxelles, Belgique, Université Laval, 31 pages, publication n° 29 ISBN 2-550-27481-4 Lemieux, G. (1994) «Seule la vie du sol est le siège d la fertilité; le bois raméal en est la clé» Institut Forestier du Canada, Université de Moncton, et Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux publication n° 44, 39 pages, ISBN2-921728-00-1 Lemieux, G. (1995) «Le bois raméal pour rebâtir les sols» Agriculture 52 (1) pp3-7 Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 57 5 18- La forêt est beaucoup plus que quelques mètres cubes de bois qu'elle produits annuellement, car dans la réalité, ce bois ne représente que le fruit de la photosynthèse dont les arbres ne savent que faire, sinon de faire du bois et d'y stocker les surplus. La fonction la plus importante de la forêt tient à sa structure, soit celle de produire des polyphénols fortement énergétiques, mais dont la plante ne sait que faire. La forêt utilise donc ce sous-produit de son activité métabolique pour stocker énergie et nutriments dans le sol même, s'assurant ainsi pérennité et dominance dans des cycles permettant la stabilité; c'est le cas des forêts climaciques. 19- Toutefois , les éléments les plus actifs ne se situent non pas dans le sol, les racines ou le tronc, mais bien dans les rameaux eux-mêmes qui produiront les bourgeons et les feuilles et, dans de nombreux cas, des fruits en abondance. C'est en retournant ces rameaux au sol d'une manière biologiquement acceptable à la biotransformation qu'il est possible de renouveler, réhabiliter et reconstruire des sols déformés et dégradés par les activités agricoles et maraichères pourtant nécessaires à la présence des humains sur cette Terre. Ce sont ces rameaux fragmentés que nous appelons BRF (Bois Raméal Fragmenté) qui sont à la base des mécanismes fondamentaux que nous appelons pédogénèse, permettant les redressements que nulle autre technologie moderne n'a pu accomplir à ce jour. Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, 51 pages ISBN 2-921728-15-X Lemieux, G. (1998) «Une ressource révélée par le verglas: le "BOIS RAMÉAL" Université Laval, Groupe de Coordination sur le Bois Raméal publication n° 92 15 pages ISBN 2-921728-39-7 Lemieux, G. (1998) «Une nouvelle technologie pour des fins agricoles: la pédogénèse par le bois raméal» Université Agricole de Kiev, Ukraine, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publications n° 98, 9 pages ISBN 2-921728-43-5 Lemieux, G. (1999) «L'influence des mécanismes forestiers sur la biologie et la fertilité des sols agricoles» Conseil des Productions Végétales du Québec, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 103, 6 pages, ISBN 2-92172847-8 Lemieux, G. et Tétreault, J.P.-éditeurs (1994) «Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 43, 187 pages ISBN 2-550-38792-4 Lemieux, G. & Toutain, F. (1992) «Quelques observations et hypothèses sur la diversification: l'aggradation des sols par l'apport de Bois Raméal Fragmenté» Muséum d'Hisoire Naturelle, Brunoy, France, Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux et le Centre National de la Recherche Scientifique, Vandoeuvre-lès-Nancy, publication n° 23, 12 pages. ISBN 2-550-26541-6 Noël, B. (1998) «Rapport technique: l'utilisation du BRF en agriculture» Université Laval, Groupe de Cordination sur les Bois Raméaux publication n°79, 16 pages. Sauer, L.J. (1999) «Le sol un système vivant avant tout» Arnoldia, été 1999 pp 35-43 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publcation n° 109 , 16 pages (tiré-à-part). 6 QUE SONT LES BRF? 20- Comme nous parlons de pédogénèse, de redressement, de réhabilitation etc... il faut donc définir ce que sont les BRF par rapport aux perceptions traditionnelles toutes connues sous un seul vocable, celui de «matières organiques». Dans une optique de maintien de la fertilité à courte vue, c'est-à-dire à l'échelle des productions annuelles, la «matière organique» a toujours été perçue comme un apport de nutriments, provenant de substances rejetées dans le milieu édaphique et immédiatement assimilables par les cultures en cours. Les BRF n'ont pas cette prétention, mais agissent positivement sur l'ensemble des composantes du sol, minérales, énergétiques, biochimiques, chimiques et biologiques pour en faire une synthèse dont l'expression sera composite et dynamique. C'est dans un paradigme de grande ignorance que tout le vocabulaire du sol s'est développé avant tout par mimétisme et conformisme faisant image. Nous avons fait et ferons encore la même remarque pour toutes les sciences relevant de la forêt et qui ont empruntée au vocabulaire agricole les mots pour qualifier des phénomènes tout autres, mais dont le seul intérêt était la productivité hors sol. 21- Les BRF ne sont, en aucun cas, une «matière organique» traditionnelle. Ils ont un effet à moyen et long terme sur l'ensemble de la structure du métabolisme et de la biologie du sol et ne repose que partiellement sur les nutriments, leur mise en valeur et leur disponibilité. Ici nous devons apporter des nuances sur la composition des essences pouvant fournir des BRF qui vont stimuler et maintenir la fertilité. Ainsi, les feuillus des forêts climatiques qui ont le meilleur potentiel, suivis par les feuillus des forêts de transition. Les conifères apparaissent en toute fin. 22- Les BRF représentent pour le sol la stabilité et la durabilité, qualités forestières car ils agissent sur la structure du sol et les principales caractéristiques biologiques favorisant ainsi une plus grande biodiversité capable de régir tous les facteurs, pourvu que soit présente une source énergétique à lente dégradation comme les polyphénols, dont la lignine syringyl est la plus importante sous notre climat. C'est en ces termes que nous définissons la fertilité, non pas restreinte à la disponibilité immédiate de nutriments, mais à une augmentation d'efficacité durable de tous les paramètres du sol en fonction du temps. 7 23- Ainsi défini, il est facile de comprendre que les BRF ne sont pas un «amendement du sol» au même titre que la chaux, comme on le prétend très souvent. Les BRF ont des caractéristiques pédogénétiques agissant sur tous les paramètres du sol en fonction du temps, mais dont l'action n'est pas infinie, nécessitant à intervales réguliers, des apports supplémentaires, au même titre que la forêt apporte annuellement les composantes nécessaires sous la forme de brindilles et de feuilles tombant au sol ou de petites racines métabolisées par la faune des arthropodes. 24- Traditionnellemnt en agriculture, on a défini la productivité comme primoridiale, et tout ce qui n'est pas production vendable, est considéré comme un «déchet» ou un «détritus» et laissé au sol pour sa «destruction biologique» ou par le feu comme dans tous les pays pauvres du monde. Cela a eu pour effet que tout ce qui touche la biologie passe par la philosophie des déchets, surtout industriels aujourd'hui. En retournant en arrière, on constate que ce sont les fumiers puis les composts, puis les boues de décantation des usines d'assainissement des eaux, des écailles d'arachides, d'amandes des déchets d'abattoirs et tutti quanti... L'agriculture est devenue l'«usine» utilissant les déchets de notre société, en plus des poisons résiduaires de l'industrie, pour un meilleur rendement économique (sic). Il y a là matière à s'interroger!!! 25- Les BRF ne sont pas des «résidus forestiers» comme ils sont souvent qualifiés. Ils proviennent des parties de l'arbre, les branches, brindilles et feuilles riches en nutriments, sucres, protéines, celluloses et lignines qui ont tous un rôle précis et spécifique dans la constitution et le maintien des sols productifs. Ce qui n'est pas le cas des écorces, du bois de tronc, des sciures, copeaux de rabottage, et de toutes matières déchétaires issues de l'industrie. etc... 26- Parmi les standards proposés par le Groupe de Coordination des Bois Raméaux, se trouve la dimension des rameaux qui, pour des raisons économiques et techniques, est limitée à 7 cm de diamètre, car les diamètres supérieurs sont utilisés comme bois de chauffe dans tous les pays, y compris au Québec. Ces rameaux sont généralement dépourvus de feuilles, en climat 8 tempéré 7 . Sous les climats tropicaux, l'expérience a montré que les feuilles devaient obligatoirement faire partie des BRF, sinon de graves carences en zinc se produisent. 27- Ces rameaux, jugés inutiles, peuvent nourrir les animaux car ils sont riches en nutriments comme nous l'avons déjà souligné. Nous proposons donc une technologie dont la base est parfaitement économique et qui utilise un bien naturel précieux et le valorise à des fins agroalimenaires en régénérant la fertilité du sol. 28- La littérature scientifique nous a fourni quelques indications au cours de la dernière décennie, mais il faudra plus de recherche pour comprendre et utiliser les BRF. Alors que tout était centré sur les nutriments, en particulier l'azote et le phosphore, les polyphénols et leurs actions se sont imposés, mais les connaissances sont encore bien fragmentaires. Plus important est le rôle de groupes d'enzymes qui participent à la biotransformation, alors que tous croyaient à un processus de décomposition. Et plus encore, la reconnaissance du rôle primordial des fongus Basidiomycètes alors que tous croyaient que les bactéries étaient les maîtres du jeu. 29- Ce sont les fractions lignine du bois, la guaïcyl et la syringyl, les deux polyphénols les plus importants avec les tannins qui jouent une rôle primordial dans la pédogénèse. Ils sont associés aux fongus qui, à leur tour, servent à la fois de producteur d'enzymes et de nourriture pour tous les arthropodes brouteurs fongivores qui participent à la structuration du sol et au rétablissement de la fertilité. Nous assistons donc à la participation conjointe de la biochimie, du monde végétal (les fongus) et du monde animal (les arthropodes) où, à la fois, nutriments et énergie sont en cause dans un processus dynamique et contrôlé. On ne peut ignorer le rôle secondaire qui est celui de la production des polysaccharides extracellulaires (PEC) qui ont pour fonction de lier les particules minérales et humiques pour constituer les agrégats, la base même de la structure d'un sol fertile. Toutefois, ces agrégats sont, à leur tour, métabolisés par la flore bactérienne qui utilise les polysaccharides pour s'en nourrir et dégrader le sol à nouveau. Ainsi, la structure du sol est également dynamique liée à la fois aux sucres, celluloses, lignines et bactéries. 7 Les polyphénols que contiennent les feuilles font obstacle à une bonne bioransformation au départ, mais cet inconvénient ne se fait plus sentir l'année qui suit l'application. 9 30- Cette brève description indique à la fois les grandes lignes de la dynamique de la pédogénèse, et son contraire soit la dégradation. Cela qui laisse une marge importante en faveur de la production végétale et la technologie BRF estcapable de contrer la dégradation des sols inhérente à tous systèmes vivants et dynamiques. 31- Tout l'agroalimentaire, et particulièrement les productions maraîchères, sont obligatoirement liées à la fertilité des sols, faute de quoi les rendements économiques élevés et la qualité ne peuvent être obtenus. Il faut aller au delà de l'approche industrielle; c'est-à-dire de rendements en fonction des intrants. La technologie BRF implique une approche intégrée de tous les facteurs; physiques, chimiques, biochimiques et biologiques dans le but d'obtenir une production optimale et de qualité, avec une réduction des intrants, y compris de grandes économies d'eau d'irrigation. LA PRODUCTION ET L'ÉPANDAGE DES BRF La récolte 32- On a observé que la meilleure période de récolte allait d'octobre à mars, alors que la forêt est facilement accessible. Les feuillus climaciques sont abattus dans cette période et leurs bois sont de grande qualité industrielle. La principale source de BRF provient sans doute des grands chantiers d'abattage, mais aussi le résultat des travaux sylvicoles. Dans ces conditions, la qualité des BRF est optimale et peut être protégée de la dégradation par le compostage durant la période hivernale à des températures inférieures à 0° C. 33- Il en ira tout autrement sous les tropiques alors que le contenu en polyphénols non hydrolysables est à son plus bas, soit à la fin de la période des pluies, rendant facile la biotransformation, sinon des blocages polyphénoliques sont à craindre, affectant alors tout le processus. D'autres sources peuvent être utilisées mais nettement moins fiables quant aux volumes et à la qualité ainsi qu'aux périodes de mise en disponibilité 10 La fragmentation 34- La biotransformation du bois raméal ne peut se faire sans une fragmentation des rameaux donnant aux fongus Basidiomycètes accès aux tissus végétaux internes qui sont naturellement protégés par l'écorce. Il est primordial d'assurer l'invasion des tissus par le mycélium des Basidiomycètes, faute de quoi, ce sont les bactéries ou les Actinomycètes 8 qui s'implanteront, empêchant la colonisation des tissus par les Basidiomycètes, qui sont les seuls à pouvoir produire les enzymes essentiels à tous les autres processus à partir des lignines. 35- C'est la raison pour laquelle il faut utiliser des machines pour briser cette barrière et favorier l'invasion par les fongus du sol. Ainsi, c'est un système autogéré qui est mis en place et produit une aggradation de tous les paramètres plutôt que de viser à la seule libération de nutriments pour les plantes, mais qui vont détruire petit à petit le sol lui même, d'où sa dégradation en cultures maraîchères. 36- Il y a de nombreuses machines qui peuvent être utiisées allant des fragmenteuses aux broyeurs de tous acabits. Toutefois, il y a très peu de machines adaptées à ce type de transformation et elles sont toutes coûteuses à l'achat et au fonctionnement. Une petite entreprises nouvelle, (Globulus International) vient de mettre sur le marché une fragmenteuse robuste très efficace. Les frais d'achat, d'entretien et de fonctionnement sont raisonnables et ces machines sont disponibles pour les pays en voie de développement. 37- Sous un climat tempéré, la fragmentation se faisant d'octobre à avril, il arrive que de grandes quantités de BRF ne pouvant être épandus à l'automne avant les neiges. Dans ce cas, les BRF doivent être stockés pour n'être utilisés que l'automne suivant. Pour ce faire, les empilements de BRF ne doivent pas dépasser un mètre de hauteur et toujours placés dans des sites bien drainés, faute de quoi le processus de compostage prendra naissance au détriment de la qualité des BRF. 8 Ce sont des bactéries filamenteuses, importantes dans les sols agricoles, mais qui donnent de mauvais résultats à la biotransformation en ne contribuant que très peu à la production d'acides humiques et fulviques responsables de l'humification. 11 L'épandage 38- L'épandage se fait principalement à l'aide d'un épandeur à fumier à raison de 150 m 3 /ha, soit une couche de 15 mm . Dès l'épandage, les BRF sont incorporés à la couche de sol de surface ne dépassant pas 10 cm de profondeur, car la colonisation par les Basidiomycètes ne peut se faire en l'absence d'oxygène. Il faut également que le terrain soit bien drainé, faute de quoi les mécanismes de biotransformation se présentent d'une manière incomplète et les bénéfices attendus liés au processus pédogénétique sont fortement réduits. Cette incorporation se fait à l'aide d'une herse ou de préférence un chisel. Elle est particulièrement importante pour le métabolisme du phosphore qui dépend de deux enzymes: les phosphatases alcaline et acide présentes dans la biomasse microbienne et dans les BRF eux-mêmes. On observe également une grande influence sur la mise en disponibilité de l'azote tant sous la forme nitrate qu'ammoniacale, ainsi que sur le rôle et la présence de mycorrhizes. LA BIOTRANSFORMATION DES BRF 39- L'histoire nous a démontré, plus d'une fois, que l'apport de substances dites «organiques» n'apportait que des résultats à court terme sans aggradation à moyen et long terme du sol. Que ce soit des matières fécales, détritiques ou d'origine industrielle, aucune combinaison ne peut offrir de certitude quant aux rendements, si ce n'est que partiellement pour la culture en cours. Comme nous l'avons mentionné, c'est la philosophie déchétaire qui prévaut. Or nous proposons une toute autre approche où il est possible de comprendre et de prévoir les effets à long terme comme c'est le cas dans les sols forestiers, Le modèle était trop simple et nos connaissances en biologie du sol et de la biochimie des polyphénols étaient trop rudimentaires. 40- Cette biotransformation n'a rien de commum avec la sempiternelle «décomposition» puisque sous l'effet d'enzymes particulières, comme les lignoperoxydases dépendantes du manganèse, les noyaux benzéniques sont protégés et utilisés comme base de la production d'acides humiques et fulviques, les bases mêmes de la pédogénèse. Il s'agit donc, bel et bien, d'un processus de biotransformation, non pas de décomposition. En faisant appel aux matières 12 fécales et détritiques, comme source de nutriments, la flore bactérienne peut s'attaquer au bois ou à toutes autres matières ligneuses à l'aide d'une enzyme appelée laccase, mais elle détruit tout et ne laisse aucun noyau benzénique pour former le sol, d'où l'action détritique qui agit à court terme sans augmenter la fertilité du sol sur une longue période. 41- Le recours aux nutriments, qu'ils soient d'origine chimique ou détritique, ne peut en aucun cas avoir une action ni sur la pédogénèse et ses nombreux mécanismes, ni sur la fertilité; c'est une effet «hic et nunc» c'est-à-dire ici et maintenant, d'où la dégradation continue du substrat tellurien qui nous nourrit. COMMENT ÉVALUER LES BRF 42- Compte tenu de la nature et du rôle des BRF dans la régénération des sols et leur remise en état de produire, on ne peut se limiter aux seules mesures des rendements set des revenus pour en connaître la valeur réelle. 43- Le sol doit d'abord être pris en compte et soumis à des échantillonnages et des analyses, permettant de suivre la biotransformation tout au cours d'un cycle minimal de 5 années. La mesure des rendements vient révéler les effets positifs ou négatifs de la biotransformation et ses conséquences sur la productivité du sol. La connaissance de l'évolution des BRF et des aspects économiques sont les moyens les plus justes pour évaluer la technologie BRF. 44- En plus d'apprécier l'état de santé du sol, son rétablissement, sa stabilité et la durabilité de la productivité retrouvée, cette évaluation globale deviendra un outil précieux au service de l'agroalimentaire. Il est évident que les normes actuelles sont insuffisantes et qu'il faut les remplacer en mettant l'accent sur la biotransformation et sur les moyens de mesurer les principes actifs déterminants. On a compris que ses normes additionnelles devront être décrites et être mesurables. Elle sont indispensables à tout intervenant, car elles mettent en cause la ressource la plus précieuse; les sols vivants et productifs. 13 LES BRF ET LES CULTURES ANNUELLES 45- La technologie BRF a été mise au point dans le but de réhabiliter les sols pauvres et dégradés. Il va sans dire que le sol, son évolution et son rétablissement ont été étroitement surveillés. Les cultures ont servi à mesurer les contributions des BRF à la croissance et aux rendements des diverses productions végétales. 46- Compte tenu des espèces ligneuses utilisées, de la variabilité des rameaux fragmentés et surtout du temps requis pour la biotransformation qui va rendre le sol apte à reçevoir une culture, une stratégie d'intervention s'est imposée. Les BRF interviennent, à la fois, dans le temps et dans l'espace. Bien incorporés au sol, et la biotransformation bien amorçée, le temps devient un allié précieux. C'est pourquoi la technologie BRF prévoit l'incorporation au cours de l'automne, suivie d'une période de 6 à 7 mois, en pays tempéré. Cette exigence respectée, le type de culture orientera les étapes suivantes. 47- Il faut tenir compte de la biotransformation des BRF et permettre au temps de rendre le sol friable afin de faciliter la préparation des lits de semences. Cette étape peut paraître longue, mais elle respecte toutes les activités biologiques mises en route par les BRF pour réhabiliter les sols. 48- Les sols régénérés vont servir à des productions annuelles ou vivaces. Il est alors nécessaire d'observer une régie impliquant le sol, les cultures, les rotations et le maintien d'une production rentable à moyen et long terme. Les jardiniers maraîchers seront invités à accroître leur connaissance pour mieux gérer des sols fragiles mais productifs. UNE TECHNOLOGIE PROMETTEUSE 49- On croit savoir, en agriculture, produire abondamment et selon des méthodes simples et bien connues, mais ce que l'on pratique vraiment c'est une forme d'exploitation intensive et acharnée de la seule vraie ressource que sont les sols. Le temps est venu de rompre avec cette pratique et de prendre conscience 14 d'un moyen nouveau et prometteur, capable de redresser la situation actuelle et désastreuse. 50- Ce moyen nouveau est d'une efficacité exceptionnelle et c'est la technologie BRF au service de l'agriculture. Elle associe la forêt à l'agriculture par le biais des sols que les rameaux fragmentés régénèrent et remettent en service les sols au profit de l'agroalimentaire. Cette innovation dépasse la simple technologie des engrais chimiques, car elle met en oeuvre tout un complexe biologique, déjà actif en pédogénèse, mais que les préoccupations alimentaires et économiques des humains avaient totalement mis à l'écart. 51- Cette technologie nouvellle est maintenant accessible et son utilisation et sa diffusion se feront par la force des choses et le cumul des résultats. Bref, il est urgent que des initiatives soient prises et que la technologie nouvelle soit mise au service des diverses productions végétales, 52- Comme cette technologie implique, à la fois, le secteur forestier et l'ensemble des sols destinés aux productions agricoles, il convient que les intervenants principaux, le agriculteurs et les forestiers, soient partenaires dès le départ. Seuls des projets bien articulés peuvent assurer la production de BRF, leur utilisation rationnelle et l'obtention des résultats souhaités. Ces projets sont souhaitables si l'on veut augmenter les connaissances pratiques et nécessaires à l'expansion de cette technologie nouvelle. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 15 Analyse stratégique des régions du Québec pour la valorisation agricole des Bois Raméaux Fragmentés (BRF) par leur digestion au sol. Requérant R.E.A.P.- Canada C.P. 125, Maison Glenaladale Sainte-Anne-de-Bellevue (Québec) H9X 3V9 31 mars 2000 Dans le cadre du Programme d'aide aux entreprises agroalimentaires Sous le volet 7.1: activités de valorisation de l'agriculture régionale Sommaire Exécutif 1- Dans le secteur agricole, de nouvelles technologies sont nécessaires pour augmenter la productivité ainsi que pour soutenir la durabilité de ce milieu. La mise en place d'une productivité durable est liée au maintien de la fertilité du sol. Toutefois, une productivité intensive de cultures à haute valeur ajoutée mène à la dégradation des sols. Un moyen pour résoudre ce dilemme associé à la production au Québec pourrait se trouver dans l'utilisation des BRF (Bois Raméaux Fragmentés) comme amendement au sol. Contrairement au reste de l'Amérique du Nord, le Québec offre une situation unique où l'on trouve une production intensive de cultures de haute valeur à proximité de régions forestières où des résidus d'exploitation sont amplement disponibles. Ceci représente un potentiel 16 considérable d'augmentation des revenus générés par les cultures intensives à haute valeur ajoutée par l'utilisation des BRF. Ils sont bien connus comme l'un des moyens les plus efficaces pour l'amélioration de la fertilité à court terme. Puisque un bon aménagement de la fertilité du sol est incontournable pour une haute productivité à coûts raisonnables, les BRF représentent une excellente perspective d'avenir pour une solution à long terme. 2- Les fermes, où les cultures sont le mieux adaptées à l'usage des BRF, seraient celles cultivant des petits fruits et des légumes sur des sols à l'exclusion des sols organiques. Ces fermes, cultivant un mélange de légumes et des petits fruits se retrouvent partout au Québec et sont axées surtout sur la vente de produits frais. Elles sont considérées comme étant les plus prometteuses puisqu'elles produisent généralement une diversité de légumes et de petits fruits (framboises et fraises) à haute valeur ajoutée. De plus, les sols associés à ces cultures souffrent fréquemment de problème de sécheresse et de faibles taux de matière organique, causant une réduction des rendements et de la qualité. Au Québec, les fermes utilisant les BRF se trouvent surtout dans ce système agricole. Cependant, ces producteurs qui utilisent les BRF ne semblent pas concernés jusqu'ici par les cultures les plus susceptibles de bénéficier le plus de cette utilisation du bois raméal fragmenté. Ces producteurs semblent plutôt intéressés à l'augmentation de la fertilité du sol dans l'ensemble de leurs exploitations. I Introduction 3- La matière organique ainsi que la structure et l'activité biologique des sols sont essentielles à la qualité et à la fertilité des terres agricoles. Sans une amélioration de ces propriétés, on ne peut atteindre une augmentation de l'efficacité des engrais utilisés, une réduction des maladies des plantes ainsi qu'une diminution des pertes de sol et d'éléments nutritifs causé par le ruissellement des eaux de surface et de l'érosion. L'utilisation de fertilisants minéraux augmente les rendements à court terme. Ces derniers n'ont aucun impact bénéfique sur la qualité du sol à long terme. Par conséquent, le maintien de la fertilité et de la qualité des sols par des apports de matières organiques est d'une importance majeure dans l'ensemble des pratiques culturales d'une agriculture moderne durable, rentable et respectueuse de l'environnement. 4- Plusieurs recherches ont porté sur des applications d'amendements ligneux au sol tels l'utilisation de BRF (Bois Raméaux Fragmentés) et, plus récemment, l'emploi de résidus mixtes de papetières. Puisque ces amendements sont riches en lignine, ils produisent des acides humiques en assurant une cohésion des agrégats du sol. 5- Les BRF peuvent être caractérisés comme étant des rameaux (avec ou sans feuilles), d'un diamètre inférieur à 7 cm, fragmentés ou broyés à moins de 10 cm de longueur. Les essences utilisées le sont selon leur disponibilité. Les BRF 17 régénèrent et améliorent le sol en terme de structure, de biomasse et d'activité microbienne, d'augmentation de la matière organique avec une réduction notable de l'érosion. En améliorant ainsi la qualité des sols, les BRF ont indirectement une influence positive sur la fertilité des sols à moyen et à long terme. Cette valeur fertilisante a une influence positive également sur l'augmentation des rendements et de la qualité des récoltes, tout comme de l'environnement. À long terme, l'utilisation d'amendements organiques pourrait améliorer la qualité des sols, des rendements et de la qualité des productions tout en réduisant la pression de l'agriculture sur l'environnement. De plus, les amendements organiques ont un effet répressif sur la germination de nombreuses mauvaises herbes. Cela réduit l'utilisation des herbicides et protège ainsi l'environnement (Hébert, 1998). En réduisant la dépendance d'intrants onéreux comme les fertilisants chimiques, herbicides et biocides, une plus grande partie des revenus resteront à la ferme. 6- Au Québec, les biosurplus provenant de l'exploitation forestière que sont les rameaux représentent une source importante d'amendements organiques qui est évaluée à un million de tonnes/année (Grégoire 1976). Cependant, l'organisation actuelle ne garantit pas un approvisionnement fiable. Toutefois, les émondages urbains et industriels, l'exploitation forestière ainsi que les travaux sylvicoles, principalement d'essences feuillues, pourraient constituer une source éventuellement stable de BRF. de qualité fiable et de composition homogène. 7- Plusieurs études indiquent que les apports d'amendements organiques améliorent de manière très significative les rendements de cultures intensives telles le seigle, les pommes de terre, l'avoine et les fraises etc (Chervonyj, 1999; Ndayegamiye, 1998; Régis, 1998; Gasser et al., 1995). Ces augmentations sont généralement reliées à la matière organique résistante à la minéralisation ainsi que l'amélioration de la structure, avec une réduction de la compaction du sol. Cette matière organique permet, à long terme, d'améliorer la qualité du sol grâce à l'augmentation et au maintien de l'activité biologique. Ces effets positifs sur la qualité des sols et le rendement des cultures ont suscité un grand intérêt en agriculture dans l'optique de la valorisation de ces amendements organiques. 8-Puisque les recherches effectuées sont actuellement confinées à une échelle réduite, le temps est venu de mettre sur pied des essais à plus grande échelle pour mettre au point une technologie réaliste. L'étude de telles opérations commerciales, permettant d'établir des coûts, par rapport aux gains réalisés à moyen terme, permettront d'établir les seuils de rentabilité à la ferme en fonction des cultures. Ainsi, des données seront mises à la disposition des fournisseurs de BRF dans le cadre d'un marché agricole selon les régions et les cultures. 9- Ces impacts, positifs sur plusieurs volets du bilan agricole, épargneront aux gouvernements et aux producteurs les coûts de restauration des sols dégradés par les cultures intensives. Les sols en productions intensives comme la pomme de terre et le maïs sont particulièrement sensibles à l'érosion et 18 à la dégradation. D'autres cultures telles celles des fraises et du brocoli sont sensibles à la sécheresse. L'utilisation d'amendements organiques rendra ces sols plus productifs avec des productions plus rentables dans une perspective de développement durable. 10- Ce projet a plusieurs objectifs. Le premier objectif est d'identifier les régions les plus aptes à l'usage des BRF au Québec. Le deuxième objectif est d'identifier les régions ayant le meilleur approvisionnement en BRF et les cultures pouvant le plus en bénéficier. Cela sera possible à l'aide d'études disponibles et de soutien financier. Un troisième objectif est de relever et partager le niveau de connaissances des producteurs québécois. Finalement, d'identifier les régions du Québec et leurs types de cultures pour la mise sur pied d'un réseau propre au développement des BRF pour un plus grand impact sur l'utilisation des BRF au Québec. Nous prévoyons qu'un réseau de producteurs/chercheurs se developpera au Québec durant les cinq prochaines années et que cette technologie des BRF deviendra une réalité. Références bibliographiques Chervonyj, A. (1999) «Research Project on RCW technology on rye (Secale cereale)». Université Laval, Faculté de Foresterie et de Géomatique. et Centre de Recherche en Développement International avril 1999. pp. 60. Gasser, M-O., Ndayegamiye, A., Laverdière, M-R. (1995). «Effets de rotation et d'amendements ligneux (BRF) sur la production de pomme-de-terre et sur les propriétés du sol». Can. J. Soil Sci. 75: 385-390. Grégoire, R. (1976). «Généralités sur la production des déchets. In: Étude de praticabilité sur l'utilisation de sources non traditionnelles d'énergie et de protéines pour l'alimentation animale». Centre de recherches en nutrition, Université Laval, Québec. 562 pp. Hébert, M. (1998). «Critères environnementaux pour la valorisation des résidus de papetières et autres matières résiduelles fertilisantes». Colloque de l'UPA: "L'utilisation agricole et sylvicole des résidus de papetières". Septembre 1998. Shawinigan, Québec. N'dayegamiye, A. (1998). «Valorisation agricole de boues mixtes de papetières dans les cultures de maïs grain et de soja». Colloque de l'UPA: L'utilisation agricole et sylvicole des résidus de papetières. Septembre 1998. Shawinigan, Québec. Régis, S. (1998). «Valorisation des résidus de papetières dans les cultures fourragères et horticoles». Colloque de l'UPA: "L'utilisation agricole et sylvicole des résidus de papetières". Septembre 1998. Shawinigan, Québec. II L'expérience pratique à ce jour Recherche en foresterie 11- Des travaux ont été d'abord poursuivis à l'Université Laval pour savoir si une partie en particulier de l'arbre est responsable de la régénération des sols. On s'est intéressé tout particulièrement aux rameaux puisque les nutriments 19 y sont concentrés. Il faut mentionner que la présence de bois de tronc n'est pas néfaste au sol ni aux cultures mais sa contribution est très marginale même à long terme. En se décomposant, le bois de tronc produit principalement du gaz carbonique sous l'action des bactéries alors que les rameaux renferment beaucoup de nutriments chimiques et biochimiques pour permettre aux micro-organismes, particulièrement certains champignons, de pouvoir créer la matière organique humifiée et stable. 12-Ces expériences ont amené à comparer les effets des BRF provenant de plusieurs essences forestières sur la végétation. Donc, les effets de vingt-cinq espèces sur la végétation ont été mis à l'essai. Il ressort de ces expériences que: a) Les résineux (espèces conifères) bloquent le processus de formation du sol lorsque leur proportion est supérieure à 15 ou 20 % de la totalité des espèces utilisées. b) Les espèces de bois franc climaciques (érables, chênes, hêtre, etc.) donnent les meilleurs résultats que celles des feuillus non climaciques (bouleaux, peupliers, trembles etc.). Recherches sur les applications agricoles 13- L'IRDA 9 a procédé à une première expérience au début des années 80. Il s'agissait d'une évaluation de l'effet des BRF frais et humifiés (compostés pendant un an) sur la culture des pommes de terre. Cette recherche a démontré que: a) Les BRF frais donnent de meilleurs résultats que les BRF humifiés. b) Lorsqu'ils sont appliqués au printemps, les BRF nécessitent un appoint de 1,9 kg d'azote par tonne de BRF humide. c) La faim (immobilisation) d'azote est négligeable dès la seconde année. d) Le taux d'humidité du sol augmente significativement pendant la deuxième année, mais pas la production. 14- L'IRDA a donc entrepris une seconde recherche, cette fois sur la fréquence de la gale dans les pommes de terre. Les effets de l'emploi d'une rotation de compost, de BRF et d'un engrais vert ont été comparés. Les résultats préliminaires ont démontré qu'une comparaison systématique avec une fumure chimique dans toutes les expériences, les meilleurs résultats ont été obtenus avec l'utilisation des BRF ou du compost. Donc, ces deux amendements peuvent effectivement réduire l'incidence de la gale chez la pomme de terre. Recherche à la ferme 15- Huit expériences à la ferme ont été entreprises dans le cadre du Plan Vert. En général, ces expériences ont démontré que les BRF ont un effet bénéfique sur le sol et les cultures. Les pommes de terre ont été testées, certaines 9 Institut de Recherche en Développement Agricole 20 cultures maraîchères, quelques grandes cultures, les pâturages et les petits fruits. Sauf une expérience où le mildiou a détruit l'ensemble des parcelles, de bon résultats ont été obtenus pour la plupart des cultures. Par contre, les résultats obtenus avec un paillis de BRF sur les petits fruits ont été moins concluants que l'utilisation de la paille. 16- En plus de se pencher sur l'aspect agronomique, une fragmenteuse a été mise au point dans un de ces projets. Une fourragère a été modifiée pour fragmenter les branches. Toutes ces expériences ont été faites sur une période relativement courte. Comme les effets des BRF se font sentir sur plusieurs années, la valeur économique du BRF n'a pas pû être établie. Expériences pratiques 17- En plus de toute ces recherches, une somme d'expérience a été acquise par plusieurs agriculteurs qui n'ont pas attendu le soutien des spécialistes. Notre sondage n'a eu trait qu'à l'utilisation des BRF sur des fermes laitières, de grandes cultures, celles des cultures de petits fruits, des cultures de serres et des cultures maraîchères. Descriptions des expériences avec les BRF 18- La majorité des producteurs contactés suivent les méthodes généralement recommandées. Ils utilisent le BRF en compostage de surface, épandu à l'automne (environ 40 t/ha) avec un épandeur à fumier et ne font pas de fertilisation d'appoint. Le BRF est incorporé avec un disque ou une herse. Les résultats indiquent que les producteurs qui appliquent le BRF tard à l'automne ou au printemps augmente la fertilisation ou signalent des pertes de rendements. Un retard dans la décomposition a été signalé dans un cas où le BRF n'a pas été incorporé. Quelques exemples des expériences vécues: 19- M. Carrier de Lévis est un pionnier de l'utilisation des BRF. Il les utilise depuis plus de 20 ans sur ses cultures maraîchères et ses fraises. D'après lui, les BRF corrigent les carences en magnésium et en matière organique de ses sols en augmentant cette dernière. . 20- M. Marcoux de Beaumont a également utilisé les BRF pendant longtemps, principalement sur ses champs de fraises. Les BRF sont labourés à l'automne puisque le lit de semence est trop grossier avec un simple hersage. Il signale que les rendements, la saveur et la grosseur des fruits sont toutes supérieures avec l'utilisation des BRF. 21- Suite à la tempête de verglas de 1998, un groupe d'environ une douzaine de producteurs de grandes cultures ont utilisé les BRF sur une superficie de plus d'un hectare. C'est M. J.-P. Bonin, agronome, qui a suivi ces producteurs. Il est très convaincu du potentiel des BRF, même pour des cultures ayant une valeur faible par hectare (tels le maïs et le soja. 21 22- M. Halde, un producteur laitier certifié biologique, utilise les BRF en plusieur étapes sur sa ferme. Le BRF sert d'abord de litière dans le parc d'exercise; il est ensuite transféré autour du tas de fumier pour absorber le liquide qui en sort; le fumier et le BRF sont enfin compostés ensemble avant d'être épandu au champ. M. Halde trouve que, de cette façon, il utilise le BRF à son plein potentiel. 23- M. Dubé qui avait participé à une des études sur les pommes de terre, utilise maintenant le BRF dans ses serres. Dans son cas, la quantité de BRF nécessaire est moindre et il n'a pas besoin d'analyse économique externe pour savoir que c'est profitable. Il indique que la structure du sol est plus belle que jamais. Principaux problèmes ou difficultés rencontrés 24- Quand on demande pourquoi les producteurs ne se servent pas de plus de BRF, le problème principal mentionné est le manque d'approvisionnement. Il peut s'agir de la fiabilité, de la qualité ou du prix. Certaines sources de BRF contiennent des déchets qui obligent les producteurs à nettoyer le champ après l'application. D'autres lots contiennent des souches ou des buches non fragmentées qui peuvent causer des problèmes de machinerie. Ces lots proviennent de certains émondeurs municipaux ainsi que les suites de la tempête de verglas de 1998. 25- Un autre problème, rencontré à l'occasion, est celui des BRF contenant une proportion trop grande de bois de tronc ou de résineux. 26- Les producteurs, avec qui nous avons communiqué, fragmentent eux-mêmes les rameaux. Ils indiquent que le temps nécessaire pour cette opération est trop important. Observations et leçons à retenir 27- L'effet sur les rendements est difficile à mesurer puisque l'expérience est en général restreinte et peu encadrée. Il n'y a pas de consensus sur les attentes. Par contre, les producteurs s'entendent pour dire que: a) la qualité et la structure du sol sont améliorées b) Le taux d'humidité et la rétention de l'eau sont améliorés c) la faim d'azote cause peu de problème avec une application en fin d'été, début d'automne d) il y a réduction des mauvaises herbes 22 Une meilleure utilisation agricole du BRF 28- Les producteurs indiquent que le type de culture a peu d'importance par rapport à l'utilisation des BRF. Ceci vient probablement de la spécialisation des producteurs. Chaque producteur a évalué le BRF en fonction de ses quelques cultures. De plus, les producteurs maraîchers qui produisent une grande variété de légumes hésitent également à dire où ils gagnent le plus. Cependant, tous s'entendent pour dire qu'un sol léger et pauvre en matière organique bénéficie le plus de cette technologie III Caractérisation de l'offre par région 29- Pour les agriculteurs désirant utiliser les BRF, les facteurs importants à considérer sont la qualité du produit, sa disponibilité et son prix: a) La qualité est déterminée par les essences utilisées ( feuillus climaciques), la grosseur des branches est de 7 cm ou moins de diamètre) et l'absence de matières étrangères. b) La disponibilité doit correspondre à l'acquisition de volumes importants. c) Les principales composantes du prix sont les coûts de fragmentation, de transport et de manipulation à la ferme. Le coût de la matière première (les branches) est généralement perçu comme étant nul puisque les branches sont considérées comme un résidu déchetaire. Certaines usines les utilisent comme combustible, ce qui pourrait faire augmenter la valeur initiale. 30-Il existe quatre sources de BRF au Québec: a) les chantiers d'abattage forestiers et de traitements sylvicoles b) les élagages urbains et des voies de communication, c) les élagages du système de distribution électrique d'Hydro-Québec, d) les forêts et brise-vents privés. Cette dernière source ne sera pas étudiée car elle n'est pas pertinente à ce projet. 1- Sources potentielles de BRF: 31- Par ordre d'importance, voici ce qui nous semble être les sources les plus intéressantes pour la production de BRF: a) Les chantiers d'abattage forestiers et de traitements sylvicoles Après l'abattage, les arbres sont ébranchés sur place ou amenés au chemin de débardage pour être ébranchés. Dans la seconde éventualité, des grands volumes de branches sont constitués et doivent être éliminés pour faire place à la régénération ou la plantation, selon le cas. Qualité: Trois variables peuvent être contrôlées: le choix des essences feuillues sur les parterres de coupe. Les branches de plus de 7 cm sont utilisées pour l'ndustrie des pâtes, celles qui restent sont de diamètres appropriés pour 23 l'utilisation à la ferme. Enfin, les risques de contamination sont faibles puisque les opérations sont effectuées en forêt. Disponibilité: Les contraintes sont du même ordre que celles de l'approvisionnement à partir des villes et du réseau public de transport. soit de faibles quantités avec peu de fiabilité d'approvisionnement. Prix: La fragmentation est faite par les fournisseurs avec une machinerie plus puissante, permettant des économies d'échelle notables. Les coûts de transport doivent également être considérés en fonction de l'éloignement de la source de production. Voici une liste partielle de quelques sociétés qui pourraient être mises à contribution -La Société Domtar, Windsor (Québec) -Les Cartons St-Laurent, La Tuque (Québec) -Domtar Limited, Cornwall (Ontario) -Wausau Paper Co, Groveton, (New Hampshire). USA 32- b) Les villes et le réseau de transport De grandes quantités de bois sont produites par les arbres d'alignement dans les villes chaque année, résultant des élagages et de l'entretien de la «forêt urbaine» sans compter les accidents climatiques comme le verglas de 1998. Ce dernier a produit de grands volumes de bois dont les autorités doivent se départir coûte que coûte. Faute de mise en valeur à la ferme, ces rameaux doivent être enfouis ou brûlés au frais des villes. La ferme peut donc mettre en valeur, à un coût très bas, évitant des frais d'enfouissement de l'ordre de 40.00$/tonne Qualité: Aucun contrôle des essences n'est possible dans de telles circonstances puisque le tout est perçu comme un déchet sans valeur, d'où la présence de rebuts dans la masse des BRF apportés. Disponibilité: Comme les volumes produits doivent être disposés au moindre coût, l'approvisionnement à une ferme particulière devient variable et incertain. Prix: La fragmentation et, dans certains cas, le transport sont payés par les élagueurs. Ceci demande peu de travail à la ferme, mise à part l'élimination des rebuts dans la masse des BRF.. Certaines municipalités, suite au verglas de 1998, ont instauré des services de récupération «résidus de bois» comme, Châteauguay, St-Basile-le- grand, East-Angus, Sherbrooke et Montréal. Cette récupération peut être centralisée chez les entrepreneurs ou sur les sites d'enfouissement et centres de recyclage. 33- c) Hydro-Québec Hydro-Québec est dans une situation analogue à celle des municipalités puisque la végétation dans les emprises de transport d'électricité doit être maintenue à hauteur très réduite pour éviter les court-circuits avec le sol. Les entrepreneurs au service d'Hydro-Qubec sont dans l'obligation de maintenir le coût 24 des travaux le plus bas possible, en réduisant au minimum les distances à parcourir pour disposer des bois éliminés. Qualité: Les essences supprimées sont habituellement des bois de résineux ou de feuillus non climaciques, donc de moindre valeur. Aucun problème de contamination n'a été rapporté lors d'un sondage téléphonique. Disponibilité: Les contraintes sont similaires à celles propres aux villes et municipalités, c'est-à-dire faibles volumes avec une fidélité d'approvisionnement fort variable. Prix: se réduit généralement aux frais de transport. 34- L'entretien du réseau de distribution nécessite un élaguage permanent et systématique des arbres par des entrepreneurs locaux au service d'Hydro-Québec. Par contre, certaines villes comme Sherbrooke produisent leur propre élecricité et procèdent à l'entretien du réseau de distribution (Hydro- Sherbrooke). Ces services sont très actifs actuellement, suite au verglas de 1998 et des grands vents de 1999. Une campagne d'entretien préventif du réseau de distribution électrique est actuellement en cours. 35- Toutes ces sources sont éparses et ne génèrent que de faibles volumes. De plus, il y a une multitude d'intervenants à convaincre et tout un réseau à mettre en place. 36- Une des sources les plus fiables actuellement pourrait être Les Entreprises Murray d'East Angus. Cette petite société possède un broyeur de type «Tub Grinder» capable de broyer des branches dont le diamètre est inférieur à90 cm Cette société travaille à contrat pour la socité papetière DOMTAR de Windsor. 37- La société Domtar possède et exploite de vastes forêts dans le sud du Québec, en Estrie et en Montérégie. On trouve, dans le sud du Québec, une multitude de forêts privées de superficies restreintes. Les forêts de la Domtar vont de la région de Woburn à celles de Stoke et de Windsor ainsi que d'autres dans la région de Sutton. 38- La société Domtar a tenté de récupérer, en 1999, les empilements de branches laissées sur les parterres de coupes, accessibles au chargement par camion. Toutefois, les projets de broyage ont été abandonnés à cause des coûts trop élevés. D'autres mesures sont prises pour disposer des empilements de branches laissées sur les chantiers d'abattage. 39- Nous avons pris contact avec M. Murray et il en ressort qu'il serait assez facile d'obtenir assentiment de la société DOMTAR pour procéder au broyage des rameaux pour la production de BRF. Les coûts de broyage seraient de 11,00$ à 12,00$ la tonne et le transport par camion de 1,40$ et 1,50$/km pour le nord de la Nouvelle-Angleterre. 25 Le nord de la Nouvelle-Angleterre 40-Plusieurs centrales thermiques au nord des États-Unis s'approvisionnent en copeaux de bois franc (feuillus climaciques)pour la production d'électricité. Certains des entrepreneurs, fournissant ces centrales, pourraient produire des BRF. Toutefois, après vérification, la production de copeaux avec des branches inférieures à 7 cm pourrait être difficile à cause des modes d'exploitation. Les billes et les grosses branches sont broyées sans discernement pour la production de «whole tree chips». Le prix actuel livré à Burlington (Vermont) est de 21$ US/tonne courte (mesure anglaise). Au sud de Montréal, un prix de 35$ à 40$ (Can) la tonne métrique serait raisonnable à la livraison. 41- La production mensuelle d'un producteur est de l'ordre de 6000 tonnes/mois pour une centrale électrique thermique et il n'y aurait aucune difficulté pour fournir de 2000 à 3000m 3 /mois de BRF. Toutefois, il faudra nous assurer que cette production rencontre nos exigences de contenu et de qualité. Selon M. James Carter, les grumes ne rencontrant pas les exigences pour le sciage sont simplement broyées. Une visite sur place serait nécessaire avant. tout engagement 42- Les prix payés par les centrales thermiques du nord du New Hampshire semblent être du même ordre de grandeur. Par contre, la distance supplémentaire à couvrir pour se rendre au Québec serait plus grande. 2- Le coût des services d'entreprises spécialisées 43- En 1998, la ferme R. et B. Fafard et M. Réal Fafard a été très active dans le domaine du broyage des rameaux du verglas 1998. Toutefois, M. Fafard a dû vendre son équipement pour cause de santé. Il va maintenant mieux et pourrait aider. Il a effectué beaucoup de démarches auprès des municipalités de la Montérégie. Il a également une grande confiance aux BRF. 44- Les entreprises Murray ont été actives pour le compte de la Société Domtar en remplissant certains contrats. Elles sont actives dans la région montréalaise et en Estrie. Ceci représente un contact privilégié et probablement le seul ayant accès aux exploitations de la Société Domtar. Les prix mentionnés sont valides pour l'année 2000, et elle est en mesure de produire les volumes nécessaires. Une entente écrite devra être signée, suite à une visite des chantiers de production, pour s'assurer de la qualité et pour réserver les volumes le plus tôt possible. 45- M. Ovide Rouillard, de Windsor, est un autre entrepreneur faisant affaire avec Domtar et qui possède des broyeurs. Pour le moment, il serait préférable de contacter Domtar pour vérifier si cet entrepreneur a l'expérience et l'accès aux forêts de Domtar actuellement. 26 46- En conclusion, les Entreprises Murray semblent être en mesure actuellement de générer un volume suffisant de BRF pour le projet dont on estime le prix variant de 11$ à 12$/tonne (broyage) et de 1,40$/km par charge de 30 tonnes métriques humides. Les coûts seraient de l'ordre de 30$/tonne livrées dans la région de Québec (depuis l'Estrie) et de 25$/tonne pour la région de montréalaise. Pour Lanaudière, les prix seraient les mêmes si l'approvisionnement est possible à partir de la rive-nord. En Estrie, on estime le coût à environ 20$ la tonne livrée. IV Caractérisation de la demande par type de production 47- Au Québec, nous avons trois principaux types de productions: les productions animales, les grandes cultures commerciales et les productions maraîchères et horticoles. a) Les productions animales ont accès aux fumiers et cultivent des productions à faible valeur ajoutée pour l'alimentation animale. Les BRF ne représentent pas un grand intérêt pour eux b) Les grandes cultures (maïs, soja, céréales) sont aussi des cultures à faible rapport économique sur de grandes superficies. Puisque l'investissement en BRF sur 3 années est de l'ordre de 1000.00$, il n'y a pas de justification économique à procéder. En résumé, le potentiel d'utilisation des BRF demeure dans les cultures à haute valeur ajoutée comme les productions maraîchères . 48- Parmi les productions maraîchères au Québec, il y a les productions sur muck (terre noire), celles de pommes de terre sur sols sableux et les autres diversifiées que sont les légumes et les petits fruits sur des terres franches. Trois types de productions maraîchères, qui semblent convenir à l'utilisation des BRF, seraient les fraises, les framboises, les légumes transplantés et le maïs de table sur terres franches. L'apport des BRF serait un amendement améliorant la qualité des sols en général, et non pas pour une culture particulière. Nous retrouvons ces avantages dans les lignes qui suivent L'état de la situation: 49- La plupart des productions maraîchères au Québec sont concentrées à l'intérieur d'un périmètre dont le rayon est de 200 km autour de Montréal. Environ 65% des superficies en production maraîchère se retrouvent en Montérégie (Figure 1). Pour les légumes destinés à la conserverie (maïs de table, haricots, pois etc.), la concentration est encore plus accentuée avec 89% des producteurs localisés dans la Montérégie. Pour sa part, la culture de la pomme de terre est plus dispersée à travers le Québec, mais 21% de la production se trouve dans Laval-Lanaudière et 13% en Montérégie (Figure 2). La région Québec/Chaudière-Appalaches est la plus grande productrice de pommes de terre avec 29% de la production du Québec. Pour ce qui est des fraises, environ 30% 27 de la production se retrouve dans les régions au nord de Montréal (Laval- Lanaudière-Laurentides) et 21% se retrouve en Montérégie. Potentiel économique des BRF 50- L'information donnée par les producteurs et les statistiques, au tableau 1, mettent en évidence que les cultures à revenus importants présentent le meilleur potentiel d'utilisation susceptible d'apporter une réponse économique positive par rapport à l'utilisation des BRF. Mentionnons les fraises et les framboises ainsi que les cultures maraîchères par repiquage au champ (poivrons, tomates brocoli, choux, choux fleurs). Ces cultures apportent des revenus importants à l'économie agricole québécoise. À eux seuls, les petits fruits ont une valeur annuelle de $22 millions (Figure 4). Les cultures légumières sont de l'ordre de $53 millions annuellement (Figure 3). Pour leur part, le maïs de table et la pomme de terre sont candidats à l'utilisation des BRF, avec des revenus annuels respectifs de $20,3 et $7,1. Dans l'ensemble, ces cultures génèrent des revenus annuels de $164,4. Elles sont capables de générer les revenus nécessaires à la réhabilitation des sols qu'elles utilisent à pleine capacité. Ces cultures représentent une superficie de3,066 hectares pour les petits fruits, 6,495 hectares pour les cultures légumières repiquées, 11,736 hectares pour le maïs de table et 19,000 hectares pour la culture de la pomme de terre. Dans leur ensemble, ces cultures couvrent 40,297 hectares. Les cultures les plus importantes pour l'économie québécoise, donc pour l'utilisation des BRF, sont respectivement les pommes de terres, le maïs de table, les fraises, et le chou vert. Tableau 1 Quelques statistiques sur les cultures maraîchères au Québec (données de1997; Bureau de la statistique du Québec). culture superficies (ha) production (tonnes) rendements (tonnes/ha) revenus (millions $$) revenu/ ha brocoli 1619 21108 13,0 13,7 8462 carottes 3820 106 800 28,0 28,6 7487 choux 2084 64436 30,9 15,4 7390 chou-fleur 1052 16624 15,8 6,90 6559 haricots verts 3794 22499 5,9 6,50 1713 laitues 2337 77758 33,3 40,5 17330 maïs de table 11736 97932 8,3 20,3 1730 oignons jaunes 1639 60556 36,9 15,10 9313 poivrons 728 9741 13,4 6,2 8517 tomates 1012 14436 14,4 8,90 8795 pommes-terre 19000 413400 21.8 71,1 3742 fraises 2307* 10433 4,50 16,4 7109 framboises 759 1406 1,90 5,6 7378 *incluant les superficies non productives 51- En plus des secteurs mentionnés, il y a les productions serricoles . À elle seule, la tomate de serre couvre 60 ha pour une valeur annuelle de $28 millions. 28 52- Il semble évident que ce sont les cultures à haute valeur économique ajoutée qui sont les plus susceptibles de manifester une réponse positive. Une culture, ayant un revenu de 5000,00$/ha annuellement, est susceptible de bien réagir aux BRF. Ces cultures de très haute valeur sont les brocolis, les carottes, les choux, les choux-fleurs, la laitue, les oignons jaunes, les poivrons, les tomates, les fraises et les framboises. Les cultures de haute valeur sont celles ayant un revenu annuel entre 2,500$-5,000$/ha, comprennent les pommes de terres. Celles de valeur moyenne donnent un revenu annuel se situant entre 1,000$-2,500$/ha, comprenant les haricots et le maïs de table (tableau 1). Les cultures à faible valeur, donc de moins de 1,000$/ha comprennent les céréales, le maïs-grain et le soja. Les cultures qui bénéficieront le plus des BRF sont celles sensibles à la sécheresse, comme les fraises, brocolis, laitues, oignons, carottes et poivrons. Toutes ces productions représentent de grandes superficies au Québec à l'exception des poivrons, tomates et framboises. Dernièrement, les cultures repiquées au champ ou ayant de semences de gros diamètre profitent également des BRF. 53-Une augmentation de 5 à10% d'une culture rapportant 7,500$/ha annuellement représente une sommme supplémentaire de 375$ à 750$, en revenus. Ceci couvrirait les coûts des BRF, puisqu'il en coûte environ 1000$ l'hectare pour une période de trois ans. De plus, une qualité supérieure est obtenue avec certaines cultures, telles les fraises et les pommes de terres. Annexe I Directives d'utilisation des BRF Le secteur biologique 54- Une dernière remarque portant sur le secteur de l'agriculture «biologique» au Québec. Ce secteur agricole a le taux de croissance le plus rapide dans l'économie agricole actuelle à raison de 25% annuellement. Ces cultures dites «biologiques», commandent une prime de prix de 25% à 30% sur le marché actuel. Les fermes «biologiques» sont généralement situées à la périphérie des régions à productions intensives. Pour ces cultures, les BRF représentent un attrait certain. L'agriculture dite «biologique» repose uniquement sur l'utilisation d'intrants biologiques compostés où les BRF pourraient représenter un complément très intéressant. Potentiel agronomique des BRF pour les cultures maraîchères 55- Plusieurs cultures maraîchères pourraient largement bénéficier d'un apport BRF au sol. a) Premièrement, les cultures, à très haute valeur ajoutée, où de légères augmentations de rendement et de qualité peuvent générer des augmentations intéressantes de revenu. 29 b)Deuxièmement, ces cultures intensives sont très exigeantes sur le sol avec des labours, des passages fréquents pour les traitements phytosanitaires et de nombreux passages pour la récolte. c) Finalement, ces cultures laissent peu de résidus au sol, donc un apport extrêmement réduit de matière organique. À ceci, on doit ajouter que, très, souvent ,le sol est laissé à nu, le rendant vulnérable à l'érosion hydrique et éolienne. 56- Les productions maraîchères, susceptibles de bénéficier le plus des BRF, sont celles qui sont le plus sensibles à la sécheresse, comme les fraises, brocolis, laitues, oignons, carrotes et poivrons. Ces productions couvrent de grandes superficies au Québec, mises à part celles des poivrons, tomates et framboises qui également pourraient bénéficier d'un tel apport de BRF. a) Les Crucifères: choux, choux-fleurs, brocolis. 57- Les crucifères sont relativement sensibles à la sécheresses tout particulièrement les chou-fleur et brocoli. Les BRF peuvent augmenter la capacité de retention d'eau dans le sol et de sa disponibilité pour la croissance des plantes. b) Les productions de conserverie: maïs de table, haricots. 58-Les haricots sont sensibles à la sécheresse et les BRF peuvent contribuer à résoudre en partie ce problème. D'autre part, ces productions sont sensibles à plusieurs maladies. Les BRF peuvent contribuer à une réduction de la virulence de certains pathogènes du sol. Les fréquents passages pour la récolte par de lourdes machines, lorsque les sols sont trop humides, pour des raisons de mise en marché, augmentent les problèmes de compaction du sol. Les BRF peuvent diminuer la compaction des sols par l'activité biologique qui résulte de leur application.. c) Les productions sur muck (terres noires): carottes, laitues, oignons 59- Après plusieurs années de culture intensive, les mucks s'affaissent par érosion éolienne et surtout par la transformation biochimique causée par l'activité microbienne. L'application de BRF serait un apport important pour maintenir le potentiel agronomique de ces sols. Il découle de cette situation, la prolifération de nématodes phytovores s'attaquant particulièrement aux cultures de carottes. Les BRF vont provoquer des changements de structure des populations de nématodes du sol et diminuer d'autant les impacts négatifs de leur activité. d) Les pommes de terre 60- Les pommes de terre sont souvent cultivées sur des sols sableux où il y a un fort lessivage des intrants. De plus, le travail fréquent du sol active les conditions propres à l'érosion, en plus des pertes de matière organique par une activité biologique intense. Les BRF, en augmentant la matière organique du sol, vont diminuer les pertes par l'érosion hydrique et éolienne, tout comme le lessivage des intrants. Cependant, il faut un bon système de rotation des cultures pour que les résidus de BRF n'interviennent pas négativement dans les pratiques culturales et de récolte. 30 e) Les fraises et framboises 61- Les cultures de fraises et de framboises sont très sensibles à la sécheresse à cause des systèmes racinaires superficiels. Un manque d'eau est très préjudiciable à la production. Les BRF peuvent augmenter la disponibilité de l'eau et sa conservation dans le sol. Il existe un longue expérience à ce chapitre de la part de plusieurs producteurs avec l'utilisation des BRF dans la culture de la fraise. f) Les Solanacées: tomates et poivrons 62- Même si les tomates et les poivrons ont des systèmes racinaires assez profondes, les fortes variations du taux d'humidité du sol sont suffisantes pour diminuer la qualité des fruits (fendillement, pourriture apicale, etc.). Les BRF peuvent augmenter la capacité de rétention et de mise en disponibilité de l'eau dans le sol et réduire ces fluctuations de disponibilité en eau. V Analyse stratégique des régions 63- Parmi toutes les régions étudiées, ce sont celles de la Montérégie et de Lanaudière qui présentent le meilleur potentiel d'utilisation 64- En ce qui regarde l'approvisionnement en BRF, c'est dans les régions qui possèdent une vaste zone forestière que l'approvisionnement sera le plus facile et le moins onéreux; mais la Montérégie fait exception Il nous apparaît important de mettre sur pied un réseau de production et de distribution de BRF pour une mise en marché efficace. Toutefois, la Montérégie qui représente le plus grand potentiel d'utilisation de BRF, nécessite une source d'approvisionnement fiable et à coûts acceptables. 65- Tout compris, on estime le prix de revient des BRF à environ 25$/tonne humide livrée au champ. Le camionnage peut augmenter les prix selon les distances de transport. À raison de 40 tonnes/ha la première année, il en coûtera 1000$ l'hectare. 66- Le meilleur scénario économique serait celui de cultures de haute valeur cultivées à proximité d'une région forestière. C'est dèjà une réalité pour plusieurs agriculteurs québécois. Cependant, les efforts doivent être maintenus afin d'accélérer le développement de ce marché pour les BRF. 31 Annexe II Directives d'utilisation des BRF Le sol: 67- En général, les sols sableux et argileux réagissent bien aux BRF. Ils sont efficaces sur les sols argileux par l'amélioration de la structure et la formation des agrégats argilo-humiques. Pour les sols sableux, il y a formation d'agrégats organiques qui jouent une rôle analogue à ceux d'origine argilo-humique, tout en faisant partie de la nourriture de la microfaune, d'où la nécessité d'applications plus fréquentes ou en volumes supérieurs Les cultures: 68- Les cultures maraîchères à hauts revenus nécessitent une bonne fertilité à cause de pratiques plus intensives. Dans ce cas, l'utilisation des BRF augmente les rendements et la qualité, tout en réduisant le coût des intrants. C'est pourquoi les fraises, le maïs de table, le brocoli, et les pommes de terre répondent bien à l'application des BRF. Les applications: 69- L'expérience nous montre que 40t/ha (150m3/ha), la première année est optimum. Toutes les applications supplémentaires en volume n'ont pas montré de résultats accrus, tout comme des quantités inférieures ne sont pas suffisantes. Des applications peuvent être nécessaires dans les années suivantes, mais à taux réduit, permettant de maintenir actifs les mécanismes biologiques en cause. En général, une quantité de 20 t/ha devrait être appliquée par la suite aux trois ans. Les essences recommandées: 70- Les BRF, donnant les meilleurs résultats sont ceux d'essences feuillues climaciques comme l'érable à sucre, le cerisier tardif, le chêne rouge, le hêtre, le bouleau jaune, le tilleul et les frênes. Cependant, des arbres de peuplement de qualité inférieure comme l'érable rouge, le peuplier faux-tremble et le bouleau à papier ne permettent pas d'aussi bons résultats. DANS TOUS LES CAS, UN MÉLANGE D'ESSENCES EST PRÉFÉRABLE. À l'heure actuelle, nous pensons qu'il y a une relation étroite entre les contenus en lignines et en différents polyphénols facilement hydrolysables et la qualité des résultats obtenus. Dimension du matériel: 71- Les meilleurs effets sur le sol sont obtenus en utilisant des rameaux mesurant 7 cm ou moins de diamètre. Ils proviennent de forêts climaciques diversifiées telles l'érablière à hêtre et bouleau jaune, l'érablière à tilleul, la chênaie boréale, l'ormaie-frênaie, etc Ces rameaux contiennent 75% des nutriments associés aux lignines et polyphénols. Les rameaux doivent être broyés et donner des BRF ne dépassant pas 10 cm de longueur. LA FRAGMENTATION DOIT 32 ETRE FAITE À PARTIR DE RAMEAUX FRAIS, NON PAS SÉCHÉS, ALORS QU'ILS ONT PERDU LA PLUPART DE LEURS NUTRIMENTS. L'épandage: 72- Le matériel fragmenté («copeaux») doit être épandu sur le sol à l'aide d'un épandeur à fumier. De plus, les BRF ne devraient pas être compostés ni soumis au labour mais devraient plutôt être épandus en couche mince d'environ 1 cm d'épaisseur et mélangés superficiellement à l'aide d'un chisel de préférence. Période d'épandage: 73- Il est préférable d'utliser le BRF immédiatement après la fragmentation. Il ne devrait jamais séjourner longtemps en tas, à moins d'être produit en hiver. Si l'épandage ne peut être complété dans les 48 heures suivant la fragmentation, il est préférable de conserver les copeaux en couche de moins de 30 cm pour prévenir le compostage. Les BRF ne doivent pas être compostés pour pouvoir être colonisés immédiatement par les champignons du sol (Basidiomycètes), faute de quoi, les bactéries indésirables prennent la place et donnent de bien moins bons résultats. C'est à l'automne qu'il faut procéder à l'épandage (octobre à décembre), réduisant les problèmes causés par l'immobilisation de l'azote. L'épandage printanier n'est pas recommandé. L'enfouissement de BRF: 74- Le mélange, par hersage avec les 10 premiers cm. du sol, est supérieur à toutes les autres méthodes. Il faut éviter un enfouissement profond, particulièrement sur les sols lourds. Ils peuvent également être utilisés en paillis, mais peuvent retarder ainsi le réchauffement du sol en début de saison de croissance. Il est préférable d'éviter les labours durant les trois premières années. Pour ce qui est des sols à faible rendement, il est préférable de procéder à l'enfouissement par hersage à l'automne. Au printemps suivant un semis de légumineuse serait recommandable pour augmenter la disponibiité d'azote. Après une période de deux ans, une culture maraîchère à haute valeur peut être faite sans être compromise par une carence d'azote. ANNEXE III Contacts avec des fournisseurs Les Entreprises Murray Monsieur Steeve Murray (819) 832-3737 Cartons St-Laurent Inc. 1000 Chemin de l'usine PO Box 914 La Tuque (Québec) G9X 3P8 33 (819) 676-8112 Domtar Inc. PO Box 1010 Windsor, (Québec) J1S 2L9 Exploitation forestière Denis Gingras, responsable (819) 845-8409 Domtar Inc. PO Box 40 Cornwall, (Ontario) K6H 5S3 (613) 932-6620 James Carter Entrepreneur, région de Châteauguay, N.Y. (518) 561-8218 Ferme R&B Fafard Monsieur Réal Fafard St-Basile-le-Grand (Québec) Wausau Papers of New Hampshire, Inc. 3 Mechanic St Georgetown (New Hampshire) (603) 636-1154 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Dépôt légal: Bibliothèque Nationale du Québec, mai 2000 ISBN 2-921728-52-4 Publication nº 120 avril 2000 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN 2-921728-52-4 34 LAVAL UNIVERSITY FACULTY OF FORESTRY AND GEOMATICS Department of Wood and Forest Sciences Coordination Group on Ramial Wood «THE ROLE OF NITROGEN IN WHITE- BROWN-ROT DECAY: PRESENTATION OF AN ECOLOGICAL MODEL» by DILL, I., KRAEPELIN, U., SCHULTZE, U, REH, U. AND WEISSLEDER, I. Institüt für Biochemie und Molekulare Biologie, Abteilung Botanik Technische Universität Berlin, D-1000 Berlin 12, FRG reprint from Les colloques de l'INRA, Paris 1987 n° 40 LIGNIN ENZYMATIC AND MICROBIAL DEGRADATION Paris, 23-24 avril 1987 1987 PUBLICATION n° 121 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ edited by Coordination Group on Ramial Wood Department of Wood and Forestry Science Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA The role of nitrogen in white- brown-rot decay:... Dill, I., Kraepelin, G., Schulze, U. Reh, U. and Weissleder, I. 1987 The role of nitrogen in white and brown-rot decay: presentation of an ecological model by DILL, I., KRAEPELIN, U., SCHULZE, U., REH, U. AND WEISSLEDER, I. Institut für Biochemie und Molekulare Biologie, Abteilung Botanik Technische Universität Berlin, D-1000 Berlin 12, FRG RÉSUMÉ Un modèle simplifié est présenté dans lequel la limitation en azote dans le bois est considérée comme la principale cause de la dégradation de la lignine par les champignons de la pourriture blanche ainsi que de la modification de la lignine par les champignons de la pourriture brune. Ce modèle s'appuie sur les résultats d'expériences de dégradation au laboratoire et à partir d'échantillons collectés dans la nature qui indiquent que ces champignons sont capables de mobiliser l'azote lié à la lignine par différents mécanismes. SUMMARY A simplified model is put up for discussion, in which limited nitrogen availability in wood is regarded as the main cause for degradation of lignin by white-rot fungi as well as for lignin modification by brown-rot fungi. The model is substantiated by results obtained from degradation experiments under laboratory conditions and from collected field samples, both indicating that white- and brown- rot fungi are actually able to mobilize lignin-bound nitrogen, though using different mechanisms. INTRODUCTION It is well known that wood contains only small amounts of nitrogen (N). The N concentration seldom exceeds 0,3% of dry weight and usually is in the range of 0,3 to 0,1%. The C/N ratio is extremely high, varying from about 350:1 to 1250:1 (Merrill and Cowling, [1966a]). In a previous paper (Dill et all [1984]) we showed that the N in wood of different hardwood species consists of hydroxyproline-rich amino compounds and that always about half of it appears in the sulfuric acid-insoluble Klason lignin fraction. We suggested that this N portion is firmly bound to the lignin polymer as in lignoprotein complex. Moreover, Merrill and Cowling [1966b] found that most of the N in wood is resistant to extraction with neutral solvents and proteolytic enzymes. These findings indicate that the already limited N source in wood is not freely available to wood degrading mircoorganisms. Nevertheless, white- and brown-rot fungi have evolved very efficient mechanisms to degrade this extremely N limited substrate. Their strategies seem to be very different from each other insofar as white-rotters degrade all wood 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada The role of nitrogen in white- brown-rot decay:... Dill, I., Kraepelin, G., Schulze, U. Reh, U. and Weissleder, I. 1987 components while brown-rotters only degrade the polysaccharides leaving behind, as generally assumed, a heaviliy modified lignin. The question is how these fungi get access to the N sources of wood espacially if they are able to exploit the N portion which is bound to the lignin polymer. It is easy to imagine that white-rot fungi acquire N by degrading the lignin. But have brown-rot fungi really developed a mechanism for merely extracting N from undegraded lignin complexe? In the case of white-rot, the fungus in our scheme should be basidiomycete of the widespread "N-sensitive type". This means that its ligninolytic activity depends on N concentration in the substrate: increased N supply reduces lignin degradation, while N limitation stimulates preferential/selective ligninolysis. For the brown-rot basidiomycete no additional assumptions were made. The limited N in wood does not allow extensive polysaccharide degradation neither by the white-rot nor the brown-rot fungus. On the other hand, it promotes lignin degradation in white-rot and lignin modification in brown-rot. By degrading/modifying lignin white- and brown-rot fungi, mobilize lignin-bound N and their intracellular N pool increases, also making accessible the non-lignin-bound N portion of the cell walls. Growth and fruit body formation once more reestablishes N limitation. In the case of white-rot fungi increased N pool levels transiently repress ligninolitic activity. We think that local variations in the N distribution within wood of one tree, or otherwise differences in the N content of wood species, may individually modulate the proportion of lignin vs polysaccharide degradation. Thus, the lower the N content is, the more selectively should lignin be degraded, while a higher N content should promote a simultaneous degradation of all wood components or even lead to a preferential polysaccharide breackdown. This is supported by results recently published (Dill and Kraepelin [1986]). In the case of brown-rot fungi it is still unclear if the N concentration of wood also plays a comparable role in the process of lignin modification (less methoxyl and more α-carbonyl groups, increased solubility in organic solvents). 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada The role of nitrogen in white- brown-rot decay:... Dill, I., Kraepelin, G., Schulze, U. Reh, U. and Weissleder, I. 1987 Besides any regulatory function of N, we suggest that brown-rot species satisfy their N requirement for growth by mobilizing the lignin-bound N portion through a specific modification of the half remaining lignin. EXPERIMENTAL RESULTS AND DISCUSSION Brown-rot decay For laboratory culture series birchwood blocks infected with the brow-rot fungus Piptoporus betulinus and incubated at 20°C were used. Chemical analysis showed that with increasing weight loss the content of H 2 SO 4 insoluble lignin (Klason lignin) increased. As expected, the N concentration of the wood also increased, but remarkably the N concentraion in the Klason lignin fraction significally dropped below the value of corresponding sound wood. Already at stages of 14% weight loss about 30-40% of the lignin-bound N portion became mobilized by fungus, The same phenomenon was observed in several field samples. White-rot decay In contrast the brown-rot decay by Piptoporus betulinus., the analytical results obtained from white-rot samples degraded by Phanarochaete chrysosporium and Fomes fomentarius respectively in no one case gave reduced values for the N content in the Klason lignin fraction. By lignin degradation the portion of lignin-bound (originally about 50% of total N in sound wood) simultaneously decreased. This indicates that by degrading lignin the fungus sets free N which can supply its own demand. In samples showing highly selective lignin degradation an increased N concentration in the the Klason lignin fraction was found. This secondary N enrichment may be explained either by contaminating mycelium or by a really higher N concentration in the residual lignin portion in the degraded cell walls. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada The role of nitrogen in white- brown-rot decay:... Dill, I., Kraepelin, G., Schulze, U. Reh, U. and Weissleder, I. 1987 REFERENCES Dill, I. and Kraepelin G. (1986) «Palo podrigo: Model for extensive delignification of wood by Ganoderma applanatum» Appl. Environ. Microbiol. 52:1305-1312 Dill, I. Salnikow, J. and Kraepelin, I. (1984) «Hydroxyproline-rich protein material in wood and lignin of Fagus sylvativa» Appl. Environ. Microbiol. 48:1259-1261 Merrill, W. and Cowling, E.B. (1966a) «Role of nitrogen in wood deterioration: amount and distribution of nitrogen in fungi». Phytopathology 56: 1083-1090. Merrill, W. and Cowling, E.B.(1966b) «Role of nitrogen in wood deterioration: amounts and distribution of nitrogen in tree stems» Can. Journ. Bot, 44: 1555-1580. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 121 May 2000 reprint Coordination Group on Ramial Wood LAVAL UNIVERSITY Department of Wood and Forestry Sciences Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA e.mail
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux Une contribution au débat sur la question forestière au Québec «LE PARADIGME FORESTIER DES QUÉBÉCOIS» PrnIesseur GiIIes Lemieux mars 2000 pubIicatinn n° 126 http:// Inrestgenmat.IIg.uIavaI.ca/brI/ca ódiló par Io Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada LE PARADIGME FORESTIER QUÉBÉCOIS par le Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 1- Le printemps de l'an 2000 est sans doute sous le signe du dégel, celui de la perception du monde forestier qui nous entoure et nous fait vivre collectivement et, pour plusieurs, individuellement. Bien que le coup d'envoi ait résonné il y a plus d'un an, lentement nous nous sentons impliqués, gens de villes et des campagnes, de l'industrie et de l'éducation, mais sans trop savoir de quoi il en retourne vraiment. 2- D'où nous vient donc cette sensibilité collective spontanée par rapport à la forêt qui, depuis les temps les plus anciens, est l'ennemi de l'Homme et qu'il nous a fallu détruire pour créer une agriculture qui, à son tour, présente des signes d'inimitié par la chimie et le génie génétique interposés. Serions-nous en train de devenir sages alors que plusieurs nous perçoivent, avant tout, comme cupides sous bien des angles? 3- Il y a peu de pays où la forêt est au centre de tous les enjeux, sociaux, culturels, technologiques, économiques et finalement écologiques. Que nous le voulions ou non, la base stable de notre économie repose sur la forêt bien avant l'agriculture, les mines ou les nouvelles technologies. Pourtant, cette forêt est encore perçue comme étrangère sans que nous sentions le besoin de nous l'approprier. Elle appartient à l'État qui, à son tour, en confie la gestion à l'industrie. À qui d'autre pourrait-il avoir recours pour en tirer quelques maigres revenus? Un rappel historique 4- À l'arrivée des premiers européens en terre québécoise, la civilisation autochtone était essentiellement forestière. C'est avec acharnement qu'on imposa à la terre un régime agricole en pratiquant ce que font la plupart des africains «la politique de la terre brûlée» La forêt était l'ennemi à abattre dans tous les sens du mot. «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 5- Un premier paradoxe tien au fait que nous avons imposé, pour un temps, à la forêt une tenure agricole dans toutes les parties soumises à la colonisation, tenure qui persiste encore même dans les régions qui retournent de l'agriculture à la forêt. Cette prédominance agricole a des effets pervers dans les régions où le potentiel de qualité est le plus élevé, en maintenant, contre la forêt, un régime agricole où les conflits d'affectation sont réels et soutenus par la loi et les règlements. 6- C'est dans ce paradoxe que s'est installée, au milieu du XIXe siècle l'industrie du papier où les québécois fournissaient les bras (les capitaux étant retournés en France après 1763) pour approvisionner une nouvelle industrie nécessitant de vastes capitaux qui ne pouvaient qu'être d'origine étrangère. 7- Le deuxième paradoxe réside donc dans le clivage capitaux-main- d'oeuvre. Les premiers étaient largement d'origine européenne plus précisément anglo-saxonne et la seconde, presque exclusivement québécoise francophone: c'est la colonisation économique typique qui a eu cours dans plusieurs pays et qu'on retrouve encore dans différentes parties du monde. Elle a profondément marqué le Québec alors que nous assistions, et assistons encore en partie, à une classe dirigeante et possédante d'origine allochtone et une classe laborieuse dirigée et non possédante d'origine locale. Bien qu'atténué, cet état de fait persiste mais sous le couvert de l'appartenance international des capitaux utilisés De 1900 à 1950. 8- Cette confusion d'affectation de la terre, c'est-à-dire celle d'un régime agricole pour un pays forestier, est la copie de la structure des États dans tous les pays européens et chez nos voisins américains, où la forêt est inféodée à l'agriculture tant dans l'administration et la formation des ministères que dans l'enseignement universitaire. C'est donc pour des raisons de conformisme d'époque et d'origine de la structure sociale, issue de l'Europe continentale, que nous avons complètement inversé nos valeurs en plaçant la forêt sous le joug de l'agriculture, alors que la réalité sociale ne correspondait pas à la réalité économique, mais uniquement à la réalité politique comme aujourd'hui encore. «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada 9- Pour corriger quelque peu cette distorsion, le gouvernement québécois des années 20 a imposé, comme production agricole, les bois à pâte et de sciage, ce qui a eu pour effet de noyer le poisson en donnant préséance à l'industrie, qui a pu imposer l'effet «locomotive industrielle et économique» à toute l'économie forestière à partir des bois ayant la valeur la plus basse; les bois à pâte. La catégorie suivante est celle des bois résineux de sciage pour la construction domiciliaire, particulièrement aux USA, qui par définition, sont les bois de sciages de bas de gamme mais dont nous nous glorifions de leurs succès à l'exportation. 10- Mais au fait, quels sont les régulateurs de ce très grand marché économique: celui des papiers, cartons, pâtes et sciages de bas de gamme? Chose très étrange, il n'y a pas de bourse qui établisse les prix et c'est par le bas que tous est tiré pour une plus grande rentabilité de l'industrie de transformation, et cela depuis près de 150 ans. Doit-on blâmer l'industrie de cet état de fait comme plus d'un le suggère? Nous ne le croyons pas, de même que nous sommes en désaccord avec ceux qui clouent l'État québécois au pilori. 11- Les québécois sont toujours de grands colonisés qui attendent des messies pour les sauver, faute de quoi, l'État est chargé de tous les maux d'Israël, à moins de donner des sous à ceux qui ne possèdent rien ou presque. C'est dans l'organisation sociale, basée sur des prémices agricoles, que le bat blesse, où le territoire est avant tout forestier avec un impact économique énorme. 12- Il faut ,de toute urgence, amorcer le débat sur l'affectation des terres forestières mais cette fois, dans le contexte culturel et social québécois. Il y aura de la résistance, mais le débat est absolument nécessaire et il faut que la forêt serve au financement de la production, de la gestion et surtout de la possession par des individus rodés à la forêt, avec une capitalisation conséquente à la gestion de vastes territoires, non pas de terres agricoles de quelques centaines d'hectares. 13- L'exploitation de la forêt est financée par la forêt elle-même, c'est-à- dire que les capitaux nécessaires sont accordés en fonction des superficies «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada forestières octroyées par l'État aux exploitants industriels. C'est une vieille tradition qui veut que celui qui a les grâces de l'État est assuré du financement de l'exploitation, voire de la transformation de la ressource. Ceci peut permettre de comprendre le peu d'empressement de l'État à exposer ses préférences. 14- Alors que la forêt faisait vivre une main d'oeuvre abondante pour son exploitation, des retombées fiscales importantes revenaient à l'État à travers les taxes et impôts. Maintenant que la forêt est gérée comme une industrie produisant de la fibre, de la pâte et des sciages, c'est à travers la mécanisation que se font les dépenses d'exploitation. Malheureusement, toute la mécanique d'exploitation est importée de pays européens ou asiatiques de même que de nos voisins américains. Alors, pourquoi exploite-t-on la forêt? Pourquoi la dilapidons- nous avec autant de frénésie et d'empressement plutôt que de la maintenir et de l'améliorer? 15- Cette absence de propriété du sol, par des forestiers québécois, explique largement le comportement des gouvernements depuis de nombreuses décennies. Tous les ministres des Terres et Forêts ou des Ressources Naturelles n'ont eu qu'un seul interlocuteur: l'industrie, alors que les québécois de ce pays, tout comme aujourd'hui n'attendent que les bénéfices que veulent bien céder les industries qui, en l'occurrence demandent régulièrement des subsides pour améliorer la productivité ou régler des problèmes de pollution etc... 16- Si plusieurs s'étonnent qu'un ministre souverainiste ait une attitude rigide dans la situation actuelle. Elle ne diffère guère de celle du ministre Johnny Bourque sous le règne de Duplessis. Il conseillait aux forestiers qui se plaignaient de l'intrusion de la petite politique dans la gestion des lots et des pépinières, «de s'acheter une chaise berçante et attendre que ça passe» Malheureusement, nous en sommes toujours là. 17- Il nous manque des institutions dans le domaine du savoir et de la mise en valeur, un rôle que devrait jouer nos universités dans un vaste consortium de la connaissance et de l'expérimentation, rôle qui ne peut être assumé ni par l'état ni par l'industrie, les deux renards qui nous ont conduits où nous sommes «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada aujourd'hui, probablement malgré eux, faute de consensus de la part des gens de ce pays. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Du même auteur 1984 «Les affres de l'abondance» deuxième édition (1987) Université Laval, 15 pages. 1986 «La cellule familiale et la propriété forestière: le patrimoine du présent et de l'avenir» Centre d'Études Canadiennes, Université de Dijon, 14 pages. 1988 «La responsabilité du producteur forestier par le droit de propriété: une analyse du discours de Léonard Otis» Université Laval, 22 pages. 1988 «La paysannerie et la biologie du sol: une équation environnementale» Université du Québec à Trois-Rivières, ISBN 5-550-21343-2, 33 pages. 1990 «La société québécoise et le capital forestier» in "Enjeux Forestiers" Université du Québec à Rimouski, ISBN 2-921728-04-4 (1995) 16 pages. 1991 «L'entrée de la forêt dans le monde de l'écoviabilité rurale» deuxième édition (1992) in Les États Généraux du Monde Rurale février 1991 Montréal, Université Laval, ISBN 2-550-21827-2, 37 pages. 1993 «La forêt québécoise n'est plus et ne sera plus ce qu'elle fut» 1993, année de la capitale forestière du Canada, Vallée de la Matapédia. Université Laval, ISBN 2- 921728-01-X, 21 pages. 1993 «Esquisse factuelle de la forêt québécoise pour en évaluer l'impact social, économique et environnemental» Université Laval, ISBN 2-921728-02-8, 24 pages. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° «Le paradigme forestier québécois» proposé au journal "Le Devoir" de Montréal 8 mars 2000 Lemieux, G. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Publication nº 126 mars 2000 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Une contribution de la Banque Mondiale pour l'Afrique «PROPOSITION VISANT À SUSCITER UNE INITIATIVE PORTANT SUR LA FERTILITÉ DES SOLS et la mise en place de mécanismes de financement (IFS)» (A Proposal for Accelerating the Soil Fertility Initiative and establishment of a Core Funding Mechanism) traduction de l'anglais par le Professeur Gilles Lemieux novembre 2000 publication n° 127 http:// forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ca édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Introduction Le présent document est une proposition importante dans laquelle nous nous situons très bien. Nous vous la présentons en texte original anglais et en version française de notre cru. Cette proposition est compatible avec les buts que nous poursuivons sous tous les angles touchant l'ensemble de problèmes soulevés par le développement technologique de l'Afrique dont l'accroissement rapide de la population est le résultat immédiat et le plus probant, entraînant toutes les conséquences illustrées par cette proposition. Nous croyons que le rôle que peut jouer le Canada dans cette perspective en est un d'avant-garde, tout comme il l'a été lors de la fondation et la mise sur pied de l'ICRAF en Afrique. Nous voyons ici une place très claire aux sciences sociales et économiques tout comme à l'agriculture et la foresterie dans des perspectives tout à fait nouvelles et sans précédent à notre connaissance. Nous somme d'avis que l'apport de la biochimie à la compréhension de la problématique de base de la fertilité des sols sera éminente et sans précédent. Professeur Gilles Lemieux Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval 1 ACRONYMES BM Banque Mondiale pour le Développement CEP Comité d'Éminentes Personnalités FAO Food and Agriculture Organization FC Fonds Compétitif FCFS Fonds Compétitif sur le Fertilité des Sols GCIRA Groupe Consultatif International sur la Recherche Agricole GCT Groupe Consultatif Technique ICRAF International Center of Research in Agroforestry IFS Initiative portant sur la Fertilité des Sols ONG Organisations non Gouvernementales ONU Organisation des Nations Unies PAN Plans Nationaux d'Action sur la Fertilité, la Réhabilitation et la Gestion des Sols SNRA Système National de Recherche Agricole °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 2 Proposition visant à susciter une Initiative portant sur la Fertilité des Sols et la mise en place de mécanismes de financement de base (IFS). Le besoin d'une telle initiative La crise alimentaire persistante en Afrique, la pauvreté épouvantable qu'elle génère et la dégradation des ressources naturelles sont au niveau international autant de sujets de craintes profondes La croissance démographique exerce d'énormes pressions sur toutes les ressources naturelles. Ainsi, les populations rurales doivent compter de plus en plus sur l'utilisation de terres marginales et protégées. Ces «mises en valeur» mettent en danger les ressources naturelles de base qui devraient assurer pour l'avenir les ressources alimentaires de l'Afrique dans une économie écoviable. Aujourd'hui, 30% de la population africaine souffre de pénurie alimentaire et plus de 80 millions de personnes vont au lit chaque soir, la faim au ventre. C'est également en Afrique que le nombre de calories consommées per capita est le moins élevé par rapport aux autres régions du monde. Les statistiques démontrent que la malnutrition a augmenté de 66% en Afrique durant les 30 dernières années. En 2025 la population africaine devrait dépasser un milliard de personnes, et si le rythme actuel de dégradation des ressources persiste, le continent africain ne pourra subvenir qu'à 40% à 50% des personnes de sa population. La terre et les autres ressources naturelles sont les seuls moyens de subsistance de la majorié des populations rurales et des économies agro-pastorales de l'Afrique. Néanmoins, plusieurs facteurs expliquent les problèmes agricoles récurrents de l'Afrique La fertilité décroissante des sols des vieux bassins-versants et le lessivage des sols ont été dénoncés comme étant les causes biophysiques 3 fondamentales. La faible fertilité des sols est un frein considérable à la productivité des terres et aux productions agricoles, tout comme pour les vastes espaces semi- désertiques, les forêts et les pêcheries. Cela a un impact direct sur la génération de la richesse collective et par conséquent sur la disponibilité et l'accessibilité aux ressources alimentaires. L'interrelation Les prévisions touchant la famine et la pauvreté en Afrique pour 2025 auront des conséquences de tous ordres, éthiques, politiques, économiques, sécuritaires et environnementales qui déborderont les frontières africaines pour affecter l'ensemble de la planète. Une instabilité croissante, des conflits sociaux internes et transfrontaliers et un flux migratoire constant, auront comme conséquences d'augmenter les inégalités économiques. La concurrence entre groupes ethniques pour obtenir des ressources de plus en plus réduites est devenue une préoccupation mondiale, nécessitant des programmes d'aide internationaux urgents accompagnés d'efforts pour résoudre les conflits en cours, au prix de coûts très importants. L'aide internationale d'urgence dans le but d'atténuer les effets de la sécheresse et des famines utilise des ressources importantes qui seraient plus efficaces dans des inverstissements pour le développement. La piètre peformance des économies nationales, comme régionales en Afrique, a un impact négatif tant sur les échanges commerciaux que sur la prospérité collective. La perte croissante de la biodiversité, l'augmentation du CO 2 atmosphérique avec comme résultat des changements climatiques et une désertification accélérée, vont non seulement affecter le continent africain mais auront également un impact sur l'ensemble de la planète. 4 Les efforts actuels et du passé Les intiatives entreprises au niveau international, national et régional dans le passé touchant les problèmes de non fertilité des sols ont été pour le moins sporadiques, aléatoires et exécutées à la pièce. Ces initiatives n'ont pu apporter de solution efficace en regard de l'ampleur du problème. Dans plusieurs pays, on a confié la recherche sur le sol à un système national de recherche agricole (SNRA) qui a mis en place une infrastructure de recherche sur les sols, préparé une cartographie des régions semi-arides en précisant les caractéristiques des zones problématiques. Plusieurs SNRA ont réussi à établir une bonne évaluation des problèmes, et mis au point des méthodes simples pour prévenir l'érosion et établir des critères de conservation des sols et de l'eau. Dans plusieurs pays, il y a eu dissémination aux paysans de ces technologies et dans plusieurs cas elles ont été adoptées par ces derniers. Cependant, le financement national de telles activités n'a jamais été suffisant et il a toujours retardé la dissémination et l'adoption à grande échelle de technologies éprouvées. Au niveau international, plusieurs agences ont été impliquées dans la sensibilisation des gouvernements à l'égard de la dégradaion de la terre et de la biodiversité et dans la formulation d'un consensus sur les façons de procéder pour obvier à une telle situation. Depuis le millieu de la décennie 90, la Banque Mondiale et la FAO, en collaboration avec l'IFDC et l'ICRAF, ont mis sur pied une Initiative visant la Fertilité des Sols pour l'Afrique (IFS) qui, à son tour a proposé des Plans Nationaux d'Action sur la Fertilité, la Réhabilitation et la Gestion des Sols (PAN). Actuellement des PAN sont actifs dans 2 pays, en préparation dans 14 autres, avec une planification pour 6 autres. Même si l'IFS n'est qu'en gestation, elle a montré sa pertinence dans des domaines comme la propriété nationale, défini des objectifs 5 clairs dans la préparation de plans d'action. On note déjà une influence certaine sur les politiques et les réformes institutionnelles. Les faiblesses relevées jusqu'ici montrent un impact et un effet d'entraînement limité sur le terrain, un appui technique et des échanges inadéquats, un manque d'implications politiques, de financement et d'appui de la part des gouvernements nationaux. Il en va de même du suivi des programmes IFS, faute de ressources adéquates. Toutefois, l'IFS est intervenu en favorisant des accords de partenariats avec des institutions actives dans son champ de compétence, c'est-à-dire les trois conventions de l'ONU issues du sommet de Rio de Janiero et portant sur la désertification, les changements climatiques et la biodiversité ainsi que les programmes spéciaux du CGIAR et FAO portant sur la sécurité alimentaire, Sasakawa 2000 (SG 2000) l'Initiative africaine sur les resources en eau et finalement celui des GEF-led Integrated Land and Water Resources Initiative. Les retombées d'une telle proposition On peut croire que les ententes internationales de base existantes pour appuyer les politiques et les programmes nationaux, portant sur l'absence de fertilité des sols, fonctionnent. Les plans nationaux en agriculture (PAN) donnent aux gouvernements le cadre approprié permettant l'évolution et la coordination de programmes portant sur la fertilité des sols selon les technologies actuellement disponibles. Toutefois, les élements suivants sont absents: 1. une action au ras du sol impliquant les agriculteurs et les éleveurs qui mettent en pratique des mesures de conservation de leurs sols, au lieu d'appliquer des nutriments et de surexploiter les ressources limitées du sol. 6 2. une action au niveau d'une région dans trois principaux domaines: • mettre en vigueur les politiques et règlements adéquats pour améliorer l'environnement • établir des plans d'action au niveau national, régional et local impliquant le financement des programmes d'investissement • établir et renforcer les accords entre les institutions et des liaisons pour l'administration et la gestion des programmes. Il faut bien comprendre que les agriculteurs africains sont très au fait de la perte de fertilité de leurs terres, et de ce fait ils sont fortement motivés pour y apporter des solutions. Les principales contraintes sont le manque de connaissances touchant les mesures à prendre ainsi que le manque de ressources pour appliquer les mesures à prendre. Malgré tout, de nombreuses familles de paysans dans plusieurs villages ont accès à l'assistance de l'ICRAF, aux ONG comme SG 2000, et aux services d'extention agricole nationaux qui ont pris des mesures pour enrayer l'érosion des terres et la perte de fertilité. L'impact est plus visible lorsqu'il y a une solide prise en main par la communauté locale qui fait la promotion de telles actions. Dans l'ensemble les gouvernements n'ont pas été en mesure de financer de telles initiatives. L'examen de leurs investissements démontre que la fertilité des sols et les projets touchant la terre ne reçoivent qu'un minimum de fonds. L'avenir Comme toutes hésitations dans ce domaine est l'équivalent d'un retour en arrière, il faut proposer des mesures pour accélérer et soutenir les plans et les efforts nationaux et internationaux concernant la dégradation des sols et de l'eau en améliorant la fertilité du sol. Avant tout, c'est au niveau de la base qu'il faut intervenir. Car c'est là que l'action doit se dérouler. Cependant une attention particulière doit être 7 accordée au niveau des politiques pour que ces dernières puissent favoriser un environnement favorable à des investissements à long terme dans la regénération de la fertilité des sols. Pour faire la promotion d'une nouvelle technologie, rien ne peut remplacer des démonstrations explicites des le champs de paysans. Ceci implique que les communautés rurales doivent acquérir des connaisssances et profités d'investissements pour pouvoir mettre en application les technologies éprouvées. Les ONG, le secteur privé, et celui des affaires agricoles, les entreprises agricoles, les coopératives, les groupements féminins, les regroupements d'écoliers, les bénévoles sociaux et religieux, tous ont un rôle important à jouer dans la mise en oeuvre, mais cela nécessite un appui financier. Les communautés seraient également mises à contributiuon afin de partager les coûts encourus en biens ou en espèces. Les gouvernements locaux devraient également être sollicités pour fournir un leadership et un appui. Les gouvernements nationaux devraient adopter une approche holistique et mettre en place des politiques conséquentes et soutenir les autorités locales à assumer leur rôle. Les agences multilatérales et les donnateurs bilatéraux doivent continuer à exercer des pressions constantes sour soutenir un appui national fort et favoriser une assistance financière appropriée dans le but de mettre en valeur les meilleures interventions de base. Ces instances devront insister grandement pour que les projets agicoles et ruraux s'attaquent en priorité au problème de la fertilité des sols, et que ce soit la priorité de base. Il est juste de penser que le cumul de telles actions va accélerer le mouvement en faveur de la fertilité des sols africains. La proposition Le but de cette initiative (ASFI) est d'accélérer le processus d'inversion de la dégradation des sols, remettre en état et comprendre les mécanismes induisant 8 leur fertilité et enfin remettre en état sa productivité avec le but avoué de réduire la pauvreté paysanne et du même coup diminuer l'instabiité sociale. Les principaux objectifs seront ceux mis de l'avant pour le (FCFS) avec une attention particulière à: • l'accélération à la base de la mise en oeuvre de programmes par les communautés paysannes et tous autres partenaires. • l'appui des politiques nationales à l'implication locale. • la diffusion de l'information et le partage des expériences • l'établissement de liens mutuels et bénéfiques par les synergies et les programmes d'appui avec le secteur public et privé. Pour atteindre les objectifs et les buts proposés, il convient d'établir un Fond Compétitif sur la Fertilité des Sols (FCFS) Fond Compétitif sur la Fertilité des Sol. (FCFS) Le FCFS accordera priorité à toutes les initiatives innovatrices complémentaires aux processus de mise en oeuvre du PNA • qui sont demandées par les communautés paysannes • qui présentent des possibilités d'extention de la ferme au bassin-versant, puis à la région et au niveau national • qui donne un éclairage public important susceptible d'accélérer l'implication des paysans et de la classe politique • qui favorise le dépassement outre-frontière dans les pays semblables 9 • crée des conditions favorables au développement de mécanismes incitant le commerce local de même que l'ensemble du marché de développement. Le contenu de l'IFS Le FCFS devrait avoir les trois caractéristiques suivantes 1. Une régie de la production axée sur la fertilité des sols Cela comprend des interventions à court terme pour favoriser la diffusion de méthodes de régie de la fertiité des sols (des techniques pratiques comme l'utilisation de jachères, de compost, l'utilisation de fumiers ou de fertilisants, des cultures fixatrices d''azote, l'efficacité des plantes à prélever des nutriments selon une régie des cultures et une gestion de l'application des nutriments). 2. Des mesures favorisant des investissements dans la conservation des sols et de l'eau. Cela va comprendre des interventions intégrées et à long terme dans le but d'améliorer la qualité des sols et promouvoir la régie intégrée des terres et de l'eau. On y retrouverait des projets, interventions au niveau de l'aménagement des bassins- versants et des terres, 3. Un appui à des politiques portant sur l'information, les communications et le développement des entreprises. 10 Ceci devrait soutenir: • le développement d'une politique d'encadrement appropriée basée sur une approche holistique capable de favoriser l'environnement et l'amélioration de la terre, tout comme un retour à la fertilité des sols; soient des politiques pertinentes à la promotion des droits de propriété du sol pour assurer la sécurité de la propriété à ceux qui possèdent des terres. Il en va de même de la promotion d'investissements à long terme pour accélérer l'inventaire des terres, la cartographie, les droits d'enregistrement ainsi que la promotion d'un marché des propriétés terriennes. • le développement des services et de la distribution des biens et de la diffusion de l'information concernant les marchés. Ces interventions porteraient, avant tout ,sur la capacité de construire et de fournir une appui institutionnel au commerce, à l'agro-alimentaire, aux associations professionnelles de producteurs agricoles tout comme aux réseaux de petits entrepreneurs. Ceci ajouterait beaucoup de valeur aux différentes initiatives et aux programmes en cours portant sur le financement et le développement du commerce. • mettre sur pied des systèmes d'information et des moyens de diffusion. • un partage des expériences et la possibilité de mettre en vigueur des mesures locales pour la mise en oeuvre. La mise sur pied d'un fond compétitif (FC) Le FC serait sous la responsabilité de la Banque Mondiale et administré financièrement selon les règles comptables de cette institution. Le but visé serait de lever une somme de 20 millions de dollars US d'ici la fin de 2001 dans le but de mettre en oeuvre un progamme pertinent durant les trois premières années 11 (échéanciers de 2001 à 2003) portant le nom éventuel de "phase de lancement". Avec une moyenne de 60 000.00 US$ par projet (allant de 20K US$ à 100K US$ par attribution), la première tranche de ce projet pourrait comprendre de 200 à 300 projets dans 20 pays capables de satisfaire aux normes de départ de l'IFS. Les donateurs éventuels à ce fonds seraient les gouvernements nationaux et locaux, les agence bilatérales et multilatérales, les industries internationales de fertilisants, les ONG, tout comme l'industrie locale agro-alimentaire et autres associations commerciales. Comme il y aura vraisemblablement des retours d'intérêts sur le capital de certains donateurs, il nous apparaît très important d'assurer l'intégrité pour éviter les distorsions qui pourraient compromettre les objectifs du progamme. Un code d'éthique non ambiguë devra être mis de l'avant pour protéger l'intégrité d'une telle initiative. La gestion de la proposition et du fond compétitif Le secrétariat de l'IFS et FC sera logé à la Banque Mondiale qui sera la responsable de son administration et qui en assumera la gestion. Avant tout, le secrétariat verra à la mise en oeuvre de: • préparer une levée de fonds et mobiliser les ressources pour ce faire • prendre toutes les dispositions pour assurer la sécurité des contributions au FC. • rédiger un manuel des procédures de gestion du programme comprenant les critères d'éligibilité aux subventions, le processus d'invitation d'examen et de sanction des subventions de même que leur mode d'application, les procédures d'émission des fonds, la comptabilité et les rapports, supervision, contrôle et évaluation. • prendre des mesures pour constituer le GCT et le CEP et rédiger les termes de référence et les procédures de fonctionnement 12 • préparer une ébauche du «code d'éthique» pour le Fonds. Durant la mise en oeuvre le Secrétariat devra • assumer tous les rôles inhérents à l'administration du FC • fournir des services opérationnels à l'IFS et aux unités conseils • conclure des ententes avec les organismes éligibles aux subventions par l'entremise du Fond Fiduciaire de la Banque Mondiale. • organiser les projets de supervision, de surveillance et d'évaluation du projet en cours de même que l'évaluation de la phase I du projet • préparer le rapport final de la phase I et le soumettre aux organismes respnsables • préparer la documentation pour la phase suivante d'après les leçons retenues. • prendre les mesures appropriées pour la levée de fonds pour la seconde action du FC. Gouverne et surveillance Un Groupe Consultatif Technique (GCT) sera formé pour aider à la gestion du programme et du fonds (FC). Les termes de référence, la composition et le modus operandi seront fixés par le comité de direction de l'IFS et ratifié par l'IFS au sens large. Un Comité d'Éminentes Personnalités (CEP) provenant des milieux scientifiques, politiques et sociaux (africaines ou non) sera formé pour promouvoir les objectifs de l'IFS, tout en contribuant à la levée de fonds pour le FC. Les bénéfices attendus Le premier bénéfice sera sans doute une croissance significative des mesures favorables aux régions nécessitant une amélioration de la fertilité des sols, ce qui 13 devrait contribuer à soulever un mouvement de masse en faveur d'un retour à la fertilité des sols. D'autres bénéfices importants devraient provoquer une escalade en faveur des technologies d'intervention internes et externes et susciter une meilleure coopération à travers le pays. Les bénéfices, à plus long terme, seront sans doute un impact positif sur le climat, la conservation de la biodiversité et arrêter la désertification. Les risques Le plus grand risque serait sans doute l'inaction. Comme nous le mentionnions plus haut, dès 2025 l'Afrique ne pourra nourrir plus de 50% de sa population. Plus encore, l'explosion démographique exercera des pressions inimaginables sur les resssources naturelles déjà surutilisées. Cela aura comme résultat que certaines régions subiront un niveau de dommage irréversible. Dans cet univers où nous partageons tous les écosystèmes, les conséquences, pour l'humanité et pour les systèmes vivants, seront désastreuses. Les trois conventions de l'ONU que sont le combat de la Désertification, le ralentissement des changements Climatiques et la préservation de la Biodiversité, vont démontrer l'énormité du problème et les dangers qui nous menacent. Nous n'avons pas de plan d'action concerté pour y faire face, mais nous avons une vision des principes nécessaires à toutes interventions. Les trois traités ont interpelé tous les pays du monde pour considérer ces sérieuses menaces. L'IFS représente un instrument pratique, capable de traduire en actions une bonne partie de cette vision. C'est l'occasion qui est donnée à l'ensemble des pays de poser une action positive sur les trois fronts à la fois. En n'agissant pas immédiatement ,nous risquons sérieusement l'avenir du genre humain et sa prospérité. 14 A proposal for Accelerating the Soil Fertility Initiative and Establishment of a Core Funding Mechanism The Need for the Initiative Africa's chronic crisis, appalling poverty situation, and depleting natural resources are matters po serious international concern. Expanding populations have been exerting tremendous pressure on land and other natural resources, and rural populations are increasingly encroaching into marginal lands and protected areas. These developments place under threat the very natural resource base that supports Africa's future food supply and economic livelihood. Today about 30% of Africa's population is food insecure, and around 80 million people go hungry to bed every night. Africa's population consumes the lowest calories per capita per day in comparison to other regions of the world. Statistics show that under-nutrition in Africa has increased by 66% over the last 30 years. In 2025, Africa's population is expected to exceed 1 billion, and if the current rate of natural resource degradation continues unchecked, the continent would only be able to feed 40-50% of its population. Land and other natural resources are the main stay of livelihood of most people in the rural and agro-pastoral economies of Africa. Although many factors are at play to explain Africa's current agricultural problems, declining fertility in Africa's very old, watershed and leached soils has been singled out as the primary biophysical root cause. Low soil fertility seriously limits land productivity and production of agriculture, rangeland, forests and fisheries; it affects income generation and ultimately the availability and accessibility to food. The Global Connection Enormous levels of hunger and deprivation projected for Africa in 2025 will have serious ethical, political, economic, security and environmental global consequences over-spilling African boundries and affecting the world community. Increasing frequency and levels of instability on the African continent, internal and cross-border social unrest, conflicts and migration, are 15 some of the consequences of worsening income inequality. The competing demand from ethnic groups for increasing scarce resources have become global concerns, requiring international emergency aid for mitigating the effects of droughts and famines is diverting sizeable resources better channelled for more positive development investments. The low performance of national and regional economies in Africa impacts adversely on global trade and prosperity. Finally, the increasing loss of biodiversity, reduced carbon sink pool, and consequent climate change and desertification will not only affect the African continent but the impact would be felt across the globe. The Past and On-going Efforts National, regional and international initiatives undertaken in the past to address soil infertility problems have generally been sporadic, un-coordinated and piecemeal. They have fallen short of an effective response to the magnitude of the problem. In several countries, for example, the national agricultural research systems (NARSs) have established an infrastructure for soils research, prepared semi or detailed soil maps for the countries' several regions and categorized problem areas. Many NARSs have made progress in problem diagnosis, developed simple technologies for preventing soil erosion, and for soil and water conservation. In a number of countries the extension service has been sporadically disseminating these technologies to the farmers and have reported some adoption by farmers. However, national funding has always been inadequate and prevented wider dissemination and adoption of proven technologies. At international level several agencies have been active in sensitizing national governments and others about the magnitude of land and biodiversity degradation, and promoting consensus on next steps. Since mid-1990s the World Bank and the FAO, inclose collaboration with IFDC and ICRAF, have led a Soil Fertility Initiative for Afica (SFI) under which National Action Plans for Soil Fertility Rehabilitation and Management (NAPs) have been prepared. NAPs are under implementation in two countries; under preparation in 14 countries, and planned for six more. Although SFI is at an early stage of implementation, it has shown strengths in areas such as building national ownership, brigning clarity to objectives and approaches in 16 the preparation of action plans. It has also influenced policy and institutional reforms. The weaknesses, noticed so far, includ limited impact on the ground, relatively slow pace, inadequate thechnical backstopping and exchange of experience, lack of political commitment and funding support by national governments, and lack of active follow-up of SFI programs due mainly to resource constraints. SFI has also made progress on buildidng partnership arrangements with other institutions active in this and related fields e.g. the three UN conventions resulting from the Rio Summit-on Combating Desertification, Slowing Climate Change, and Preserving Biodiversity; CGIAR; FAO's special program on food security; Sasakawa Global 2000 (SG 2000); Africa Water Resources Initiative and GEF-led Integrated Land and Water Resources Initiative. The Backdrop for the Proposal It would appear that the basic arrangments for providing international backstopping to national policies and programs to address soil infertility are in place. The NAPs provide national governments with the framework for evolving coordinated programs on soil fertility base on the available technology packages. The key missing elements, however, are 1. action at grass-root level where farmers/livestockists implement soil conservation measures on their lands, and externally apply nutrients to their crops instead of mining the limited sol resources 2. action at country level in the three main areas: • employing an appropriate policy or policies for establishing an enabling environment • preparing national/ district/local plans, appropriately backed up by funding and investment programs • establishing/ strenthening institutional arrangements and linkages for program administration and management It should be clearly stated that the African farmers are acutely aware of the declining fertility of their lands, and therefore have a strong motivation to 17 address the problem. The constraining factors are lack of knowledge about the corrective measures and lack of access to the resources to implement these measures. Despite these odds many farming families in numerous villages, particularily those assisted by ICRF, NGOs like SG 2000, and national extension services, have taken steps to check soils erosion and loss of fertility.The impact has been greatest in areas where strong community leadership has spearheaded such initiatives. Governments have generally not been able to provide funds and an examination of their loan and investment portfolio would show that soil fertility and land projects are still only minimally funded. The Way Forward As a stand-still in this case would mean sliding backwards, a more proactive start is needed to accelarate and suitably strengthen ongoing national and international efforts in order to tackle soil and water degradation and improve soil fertility. Primarily the issue must be tackled at the grass-root level - the main domain for action. However, attention is also needed at the policy level, so that the right policies are in place to create enabling environment for long-term investments in soil fertility recapitalization. For promoting adoption of a new technology, nothing works better in rural Africa that a successful demonstration on farmer's field. Rural communities would therefore need to be supported with knowledge and funds to replicate the known/tried/tested approaches and technologies that have worked. NGOs, private sector trade and agri-buisnesses, farmer organizations and cooperatives, women groups, school clubs nd voluntary social and religious groups all have important roles to play in implementation, and need some financial support. Communities would also be encouraged to share costs in cash or kind. Local governments would be encouraged to provide leadership and support. National governments would adopt a holistic approach and develop appropriate policies; they would encourage and support local authorities to assume a proactive role. Multilateral agencies and bilateral donors would continue to press for strong national support and, in due course, provide appropriate funding assistance to scale-up successful grass root interventions. They would also insist that all ongoing projects in agricultural/rural sectors take soil fertility aspects into account as a basic 18 feature. It is expected that cumulatively these actions would markedly accelerate the movement to tackle African soil infertility. The Proposal The goal of the accelerated soil fertility initiative (ASFI) would be to reverse soil degradation, re-capitalize soils fertility and thus enhance productivity and land resource with the main aim of addressing rural poverty and lessening social instability. The main objectives would be those set for the SFI, with special attention to • accelerate program implementation at the grass root level by the communities and other partners • influence national policies in support of the grass root implementation • support information dissemination and experience sharing • build mutually beneficial linkages with synergic or supportive programs between the public and private sectors To help achieve the above goal and objectives, it is proposed to establish Soil Fertility Competitive Fund (CF). Soil Fertility Competitive Fund The CF would give priority to innovative proposals which are complementary to the current NAP implementation process and which • are demand-driven and community based • provide opportunities to upscale from farm level to watershed, district and national levels • provide "spotlight" that can accelerate political and stakeholder commitments • facilitate spill-over effects to countries presenting similar conditions • provide opportunities and mechanisms that support local business as well as market development 19 ASFI Components The ASFI would have the following three components which would be supported through the CF. 1. Production-oriented Soil Fertility Management It includes short-term interventions that would strengthen the ‘diffusion’ of soil fertility management practices (e.g. the technique-oriented practices: use of fallow, compost, fertilizers/manures, nitrogen fixing crops; increasing plant's nutrient uptake efficiency through crop husbandry and managed nutrient application). 2. Investment Measures for Soils and Water Conservation It would include long-term integrated interventions to improve the quality of soils and promote integrated land and water management. The interventions would include treatment of watersheds and land improvement projects. 3. Support for Policy, Information and Communication, and Enterprise Development This component would support • development of approriate policy framework in a holistic approach for creating enabling environment for land improvements and soils re- capitalization; policies that support land rights and tenurial security for landholders to promote long-term investments in land measures for land surveys and mapping, land right registration; development of a land market • local private input/output supply services, and market informaion; these interventions would be centered on capacity building and institutional support for trader, agribusiness and farmer associations, and networks of small entrepreneurs; and would build on and add value to various on-going programs on rural finance, market development and trade • development of information systems and means for diffusion of information 20 • experience sharing and capacity building measures for the grass root implementers Establishment of the Competitive Fund The CF would be hosted by the World Bank and administrated in terms of its financial and accounting rules. The target set is to raise US$ 20 million by the end of 2001 to operate a sizeable program in the first three years (Calendar 2001 through 2003) to be called the ‘launching phase’. At an average of $60 000 per project (in the range of $20 000 to $100 000 per grant) the initial tranche is expected to support about 200-300 projects in about 20 countries that would have met conditions of starting the ASFI. Potential donors of the CF would include national governments, local governments, bilateral and multilateral agencies, the international fertilizer industry, private foundations, NGOs, and major local agri-business and trade associations. While some ‘earnmaking’ of funds by some potential donors is likely, it would be important to ensure that individual donor interests do not distort the over-riding program objective. A clear code of ethics should be stipulated to protect the integrity of this initiative. Management of ASFI and the CF The ASFI Secretariat, located at the World Bank, will be in charge of administrating the ASFI and would manage the CF. The Secretariat will, prior to program implementation, • prepare fund-raising and resource mobilization procedures • take all actions for securing contributions for the CF • develop a manual of operational procedures for the management of the program which will include eligibility criteria for the grants, process for inviting, processing and sanctioning grants applications, procedures for fund releases, accounting and reporting, supervision, monitoring and evaluation • take steps to constitute the TAC and the CEP and draw up their terms of reference and functioning procedures • prepare draft "code ethics" for the Fund During the implementation, the Secretariat would • perform all operational roles for CF administration 21 • provide support services to ASFI governing and advisory bodies • conclude grant agreement with grant recipients through the World Bank Trust Fund Administration • organize project supervision, monitoring and evaluation of project completion, and overall phase I program evaluation • prepare phase I completion report and present it to governing body • prepare documentation for the net phase based on lessons learned • take steps for rising the second tranche for the CF Governance and Oversight A Technical Advisory Panel (TAP) would be established to assist manage the program and the CF. The terms of reference, composition, and modus operandi of the TAC would be cleared by the ASFI Steering Committee and endorsed by the ASFI coalition at large. A Committee of Eminent Personalities (CEP), drawn from scientific. political and social communities (from within and outside the continent), will be established to champion the cause of ASFI and to help raise funds for the CF. GEexpected Benefits The direct benefit would be a significant expansion of areas under soil fertility replenishment and land improvement measures, and this could help generate the first wave of a mass movement to promote soil re-capitalization. Other significant benefits would be: scaling up technologies/interventions within and across countries, extended inputs/outputs dealer networks, and increased cross country co-operation. The direct and long-term benefits would include beneficial impact on climate, conservation and bio-diversity and arresting the march of desertification. Risks The greatest risk we confront is inaction. As previously stated, in 2025, Africa may not be able to feed more than 50% of its people. Moreover, the burgeoning population would exert unmanageable pressure on the already stressed natural resources with the result that some areas would suffer a level of damage that 22 would be irreversible. In this one world of shared ecosystems, the consequences for the human race and other bio-systems would be disastrous, The three UN conventions-on Combating Desertification, Slowing Climate Change, and Preserving Biodiversity-have brought home the enormity of the problem and the dangers ahead without concerted remedial actions, and have provided us with vision and guiding principles for intervention. The three treaties have committed the international community to address these serious issues. ASFI represents a practical instrument to translate a significant part of this vision into action; it provides an opportunity to the international community to move positively on all the three fronts at the same time. By acting now we may be placing at serious risk the entire human population and its prosperity. Publication nº 127 novembre 2000 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 23 Ramial Chipped Wood: the Clue to a Sustainable Fertile Soil by G. Lemieux 1 and D. Germain 2 1 Professeur au Département des Sciences du bois et de la forêt Faculté de foresterie et de géomatique Université Laval, Québec (Québec) Canada, G1K 7P4 Phone: (418) 656-2131, extension 2837
[email protected] 2 Hydrogéochem Environnement, 1184 Cartier Ave, suite 1, Québec (Québec) Canada, G1R 2S7 Phone: (418) 647-6814
[email protected] Publication n°128 December 2000 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec (Québec) Canada G1K 7P4 December 2000 Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Foreword This paper has been written in order to fulfill a request from the Inter- American Development Bank, Washington DC, USA. Dr. Germain and I, in order to respond, have made some efforts for illustrating the RCW Technology and compare with both chemical fertilizers and composts over the results achieved. This was also written in the framework of a new project we are seeking for Central America and where women stand in the center of our concerns. Those comments should bring some enlightenments on our worries and what we aim at. Professor Gilles Lemieux Université Laval December 2000 ii Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Table of contents Project rationale and objectives............................................................................. 1 Degraded Agricultural Lands Threaten World's Food Production Capacity........... 1 Competition for water ............................................................................................ 2 The soil: a fragile environment .............................................................................. 3 The forest contribution to soils formation............................................................... 3 What is ramial chipped wood?............................................................................... 4 RCW studies ......................................................................................................... 5 Observations...................................................................................................... 5 Projects in progress ........................................................................................... 5 Mineral Fertilizers, Composts and RCW: Advantages and Disadvantages ........... 6 Mineral fertilizers................................................................................................ 6 Advantages .................................................................................................... 6 Disadvantages ............................................................................................... 6 Organic fertilizers............................................................................................... 7 Advantages .................................................................................................... 7 Disadvantages ............................................................................................... 8 RCW.................................................................................................................. 8 Advantages .................................................................................................... 8 Disadvantages ............................................................................................... 9 Agricultural training................................................................................................ 9 Why oriented toward women? ........................................................................... 9 Implementation ................................................................................................ 10 How to use the RCW technology?....................................................................... 10 Tree species, harvesting, and size .................................................................. 10 The chipping .................................................................................................... 11 Spreading and soil incorporation ..................................................................... 11 The forest litter addition ................................................................................... 12 Environmental and social impacts....................................................................... 12 Environmental impacts..................................................................................... 12 A new category for soil improvement: SOIL UPGRADERS............................. 13 Social impacts.................................................................................................. 13 The research team.............................................................................................. 13 Coordination Group on Ramial Wood (CGRW) ............................................... 13 Hydrogéochem Environment ........................................................................... 14 References.......................................................................................................... 15 iii Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Project rationale and objectives Close to forty percent of the world's agricultural land is seriously degraded, which could undermine the long-term productive capacity of those soils. Plus, the economic and social effects of agricultural land degradation have been much more significant in developing countries than in industrialized countries. However, they are the regions where the greatest growth in food production will be needed, and where such growth will be the most difficult. According to Gardner and Halweil (2000), in rural areas of Africa, Latin America, and Asia, 80% of the food is in fact produced by women. Yet women have little or no access to land ownership, credit, agricultural training, education, and social privileges in general… This project could partly solve those problems. The main objective is to implement a new technology, known as ramial chipped wood (RCW) for establishing a sustainable fertile soil. The implementation will be based on an agricultural training for women already interested in farming. The second goal is in favor of farmers mastering the new technology where its implementation will be under the responsibility of agricultural advisers. The third objective is to have regional scientists or scientific groups in charge to maintain a close cooperation between the development of RCW technology and the local agricultural advisers. Degraded Agricultural Lands Threaten World's Food Production Capacity (section taken from IFPRI, 2000) Nearly forty percent of the world's agricultural land is seriously degraded, which could undermine the long-term productive capacity of those soils, according to scientists at the International Food Policy Research Institute (IFPRI), who carried out the most comprehensive mapping to date of global agriculture. "The economic and social effects of agricultural land degradation have been much more significant in developing countries than in industrialized countries," says Dr. Serageldin, World Bank Vice President for Special Programs and Chairman of the Consultative Group on International Agricultural Research (CGIAR). "These are precisely the regions where the greatest growth in food production will be needed, but where all indications are that achieving such growth will be the most difficult." "Halting the decline of the planet's life-support systems may be the most difficult challenge humanity has ever faced," said Jonathan Lash, World Resources Institute (WRI) President. According to Dr. Per Pinstrup-Andersen, IFPRI Director 1 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 General, these threats to the world's food production capacity are compounded by three disturbing trends: • 1.5 billion additional people will be on the planet by 2020, almost all in poorer developing countries; • the natural fertility of agricultural soils is generally declining; and • it is increasingly difficult to find productive new land to expand the agricultural base. Soil degradation, including erosion and nutrient depletion, is undermining the long- term capacity of many agricultural systems. One of the most common management techniques used to maintain the condition of agroecosystems is the application of inorganic fertilizers (nitrogen, phosphorus and potassium) or manure. Too little can lead to soil 'nutrient mining' (amount of nutrients extracted by harvested crops is greater than the amount of nutrients applied), and too much can lead to nutrient leaching (washing away of excess nutrients contaminating groundwater and surface water). The findings of significant losses of soil fertility from IFPRI analysis of nutrient depletion in Latin America and the Caribbean are consistent with other sub- regional studies from Sub-Saharan Africa, China, South and Southeast Asia and Central America. The unprecedented scale of agricultural expansion and intensification raises the growing concern over the vulnerability of the productive capacity of many agroecosystems to the stresses imposed on them by the intensification of agriculture. Can technological advances and increased inputs continue to offset the depletion of soil fertility and fresh water resources? As soil fertility reduces and water becomes scarcer, what will be the impact on food prices? Competition for water Competition for water will further magnify constraints to food production. According to Sandra Postel of the Global Water Policy Project, today some 40% of the world's food comes from the 17% of cropland that is irrigated. Of all the vulnerabilities characterizing irrigated agriculture, none threatens most than the depletion of groundwater resources. In fact, overpumping of aquifers in China, India, North Africa, Saudi Arabia, and the United States exceeds 160 billion tons of water per year. Since it takes roughly 1,000 tons of water to produce 1 ton of grain, this is the equivalent of 160 million tons of grain, or half the U.S. grain harvest. The largest single groundwater resource deficits are in India (104 billion cubic meters per year) and China (30 bcm), and these deficits are growing. In India, where more than half of all children are malnourished and underweight, a shrinking harvest is likely to increase hunger-related deaths. David Seckler, Director General of the International Water Management Institute in Sri Lanka, estimates that a 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 quarter of India's grain harvest could be in jeopardy from groundwater depletion. In China, under the north plain, which produces 40% of the country's grain harvest, the watertable is falling at a rate of 1.6 m a year. As aquifer depletion and the diversion of water to cities shrink irrigation water supplies, China may be forced to import grain on a scale that could destabilize world grain markets. (Brown, 2000). In summary, we are facing two major problems: soil degradation and water scarcity and quality. The soil: a fragile environment The main soil characteristic is found by integrating life to the mineral world. One of fundamental processes, ignored until recently, is the biotransformation of organic matters in soils where the lignin Syringyl (type of polyphenols) plays an essential role, as well as other numerous polyphenolic compounds (Stevanovic-Janezic, 1998). The biotransformation is only the beginning of a long process in soil formation, which rules the life, the nutrients availability, the soil physical structure, the erosion resistance, and above all protecting and stimulating various steps of animal, bacterial and fungi life of the soil as major contributors to pedogenesis. Therefore, the RCW soil, an exceptional resource, is able to remain stable and fertile as long as the basic elements stay active, which are lignins and diverse biochemical components stemming from biotransformation of organic tissues. They all maintain biodiversity and soil structure by dynamic processes of biological origin. The chemical and biochemical characteristics of the soil are not properly valued and unfortunately too often exhausted. The soil limits are of biological order, and this lack of understanding may explain its degradation. In fact, the soil biological characteristics are playing an important role in particular in the nitrogen and phosphorous availability, as well as in water regulating and carbon sequestration. On this planet, the life of billions of people lies on this unique resource, which is the soil, but not on plant productivity. The forest contribution to soils formation The forest is playing a key role in the soils formation. The land used for growing crops under temperate climates are almost exclusively of forest origin. As the forest have produced soils of good agricultural value, why not refer to forest now? Numerous studies by the Coordination Group on Ramial Wood, under Prof. Lemieux, at Laval University, Québec, Canada, have shown that forest soil characters can be transferred to agricultural soils, and provide high yields and more important stable soil fertility (Lemieux and Lachance, 2000). The main character of soils under forest lies in its structure, based on polyphenols, which aromatic rings are highly energetic. The byproducts of metabolic activity are stocked as energy and nutrients. Nevertheless, the most active elements are 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 located in the ramial parts, which produce buds and leaves and, in numerous cases, fruits. By returning into the soil these "ramial wood chips" rich in energy through biotransformation, they can renew, rehabilitate and, most important, reconstruct the degraded soils. In these soils, the fundamental mechanisms are found and can rebuild a fertile soil where no other modern technology has yet succeeded. What is ramial chipped wood? The RCW have nothing in common with traditional organic matter such as compost. RCW have an impact on the short, medium and long terms global structure of the metabolism and of soil biology. The soils components (minerals, distribution of energy, biochemical, chemical, and biological components) are integrated with the microorganisms in such a way that nutrients are available to the plant request but firstly ruled by fungi instead of bacteria. RCW are made from tree parts, branches, twigs and leaves rich in nutrients, sugar, protein, cellulose, and lignin, which all play a precise and specific role in the formation and maintenance of fertile soils. This is not the case for barks, trunk wood, sawdust, wood shavings, and all industrial waste material, etc. RCW are the support for the soil stability and durability because they contribute to the soil structure and to the main biological characteristics. Thus, they contribute also to biodiversity by managing all the factors involved only if an energy source of low degradation rate is present such as polyphenols, whose the lignin syringyl and also the guayacyl are the most important under our climate. Fertility can be defined as an increase in soil efficiency of all soil parameters over a long period of time, rather then under the restrictive way of an immediate release of nutrients. We don't yet fully understand the behavior of RCW and how to optimize its use. Nevertheless, as most research works are dealing with nutrients, particularly with nitrogen and phosphorous, the polyphenols and their implications remain essential to study. Despite limited studies, many enzymes are known to play an important role in the biotransformation into the decomposition processes. The lignin fractions of the wood, guaicyl and syringyl - two important polyphenols, and the condensed tannins (proanthocyanidin) are playing a vital role in soil formation. They are associated to Basidiomycetes fungi, which in turn are acting simultaneously as enzyme producers and food suppliers, in the form of fulvic and humic acids, and feeding important fungivore arthropods grazing mycelia as part of the dynamics of the soils system. There is, thus, a joint participation of biochemistry, of microbiological world, as well as animals (arthropods), where nutrients and energy are related in a dynamic and controlled process. We cannot ignore the secondary role that of the extracellular polysaccharides (ECP), in binding mineral and humic particles in order to form aggregates, the basis of a fertile soil structure. However, these aggregates can also be metabolized by bacterial flora, which uses polysaccharides as food and degrades again the soil. Thus, the soil structure is 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 also linked simultaneously to sugars, celluloses, proteins, lignins, bacteria, and arthropods, where fungi are playing a key role. The entire agriculture, including vegetable production, is based on soil fertility otherwise high yield and quality cannot be obtained. The yield was the mean used to measure the inputs in the industrial approach for the 20 th century. The RCW imply an integrated approach of all factors (physical, chemical, biochemical and biological) in order to obtain an optimal production and good food quality, with limited inputs, including a significant water economy. RCW studies Observations Since the 80's, many Canadian research studies have been conducted in agriculture and in forestry. Today, the research has expanded to Sénégal, Madagascar, Ukraine and The Dominican Republic. These studies have shown the following results: • Substantial water economy plus biological and chemical water production and "water management" by the organisms present in soil; further studies on water economy are conducted in Sénégal, and financed by the Competitive Fund of the World Bank from a Canadian CIDA initiative. • Yield increases up to 1000%-mass for tomatoes in Sénégal; 300%-mass for strawberries in Canada, 400%-mass in dry matter of corn in both Côte d'Ivoire and the Dominican Republic, and by 30%-mass in dry matter content for potatoes in Canada. • Reduction of the negative impacts generated by some pathogens, for example, under tropical conditions, a complete control of root nematodes, the worst and most costly pest in vegetable garden. • Noticeable resistance to drought. • A remarkable enhancement of organoleptic properties in fruits and vegetables. • An increase of 0.4 to 1.2 pH unit in acid soils, and a decrease in the range of 2.0 in alkaline soils. It seems that the pH is controlled by the enzyme systems. • Reduction of conductivity in saline or brackish soils. • Production of phosphatase (both alkaline and acid) is allowing the use of unavailable phosphorous otherwise. Projects in progress The most important project in progress is related to the implementation of RCW for vegetable production conducted in Sénégal at the cost of 2,5 M$cdn, financed by Canadian money at the World Bank under Competitive Fund. Besides this major project, numerous small-scale projects are going on mainly in Canada for market crops, flowers, etc., and also in Ukraine funded by IDRC on potato and rye since 1996. Some projects have been active for over 16 years, and they provide sound 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 results; normally, every three years a small layer of RCW is added varying from 25 to 50 m 3 /ha. The RCW is currently used in Ukraine in order to correct and improve the degraded soils for cereal production. The results are so obvious that two RCW wood chippers have been ordered recently. A new Canadian international company is already building specific wood chippers for RCW production. Mineral Fertilizers, Composts and RCW: Advantages and Disadvantages Fertilizers are commonly used for improving crop yields. For example in 1996, in United States (AAPFCO, 1997) 54 million tons (110 billion pounds) were spread on agricultural land. Primary nutrients (N, P, K) accounted for 90% of this total, secondary nutrients (calcium, magnesium, sulfur) for 5%, liming materials for 4%, and organic fertilizers for 1%. All the advantages and disadvantages of mineral fertilizers, organic fertilizers and RCW must be under a close look. Mineral fertilizers This section is taken in part from EPA 1999a. Advantages • The intense use of mineral fertilizers worldwide reflects its high potential to release readily its nutrients and increase in the short-term crop yield. However, the drawback of this fast release lies in its potential to contaminate groundwaters. Disadvantages • Excess nitrogen pollutes ecosystems, and can alter both their ecological functioning and the living communities they support. Nitrogen is considered one of the five key factors responsible for driving most trends in biological diversity, according to a study co-authored by 19 scientists (Sala et al., 2000). • The mineral fertilizers additions to soil, such as N, P, K, contaminate groundwaters and surface waters. In fact, dissolved nitrogen in the form of nitrate (NO 3 - ) is the most common contaminant identified in groundwater. Human activities have doubled the amount of nitrogen cycling between the living world and the soil, water, and atmosphere, and that rate is continuing to climb. • The persistence of nitrogen-based fertilizers on the land contributes to acidification and the increased loss of trace nutrients and release of heavy metals. 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 • Within the soil, bacteria generate nitrous oxide from fertilizers. Although the concentrations of this gas are low, they contribute to the serious problems of ozone destruction in the stratosphere and greenhouse warming in the troposphere. In 1997, the application of synthetic nitrogen and organic fertilizers accounted for about 36 percent of total U.S. nitrous oxide (N 2 O) emissions. N 2 O is a powerful greenhouse gas, about 310 times more effective at trapping heat than carbon dioxide on a molecule-for-molecule basis. Most N 2 O is produced naturally by microbial processes in the soil. These processes may be augmented by the application of synthetic nitrogen and organic fertilizers, leading to an increase in emissions from agricultural lands where these fertilizers are used. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change, if fertilizer applications are doubled, emissions of N 2 O will double, all other factors being equal. Therefore, limiting the use of mineral fertilizers will minimize nitrogen loss to the environment through leaching and atmospheric emissions. Organic fertilizers This section is taken in part from EPA 1997 and 1999b. Advantages • Compost technology is a valuable tool being used to increase yields by farmers interested in a more “sustainable” agriculture. Farmers are discovering that compost-enriched soil can also help suppress diseases and ward off pests. These beneficial uses of compost can help growers save money, reduce their use of pesticides, and conserve natural resources. • Compost enhances water holding, soil aeration, structural stability, resistance to water and wind erosion, root penetration, and soil temperature stabilization. • Compost increases macro- and micronutrient content, increases availability of mineral substances, and ensures pH stability. • Compost promotes the activity of beneficial microorganisms, reduces attack by parasites, promotes root development, and high yields of agricultural crops. • Since compost has the ability to improve soil water holding capacity and fix nitrogen into a form that can be used by plants, its use mitigates (at least partially) non-point sources of pollution in comparison to commercial fertilizers. • Compost reduces reliance on pesticides, herbicides, and fungicides by providing an environment rich in organic matter. Beneficial microorganisms thrive in this environment and can out compete and suppress detrimental pathogens found in soils where organic matter is low. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 • Consistent application of compost reduces soil erosion resulting from wind and water by improving soil stability. Disadvantages Section taken in part from EPA, 1998, 1999b. • The delay for a mature compost. A 12-year study at the Connecticut Agricultural Experiment Station demonstrated that equivalent yields resulted on compost- amended plots when compared to those with only mineral fertilizer after 4 to 5 years when the steady state of nutrient release is reached. • Large differences in the effectiveness of different composts. • Very large differences between-year performance of some composts, but not others. • Used as bio-control products, they cannot control diseases with the same consistency as synthetic chemicals. The lack of consistent performance is probably due to complex interactions between environmental conditions that modify plant susceptibility to a pathogen and/or change the relative infective potential of the pathogen (Burdon, 1992; Dickman, 1992; Couch, 1960). • Need additional compost application every year. As far as of annual productions are concerned, the "organic matter" was always seen as a nutrient and immediately assimilated by the growing plants. Numerous examples have shown that additions of fecal and waste substances to the soil, as nutrient source, have favored bacterial flora attack on wood and all other organic matters by the enzyme called laccase. Thus, this biotransformation reacts rapidly without increasing soil fertility in the long term, and releasing large quantities of carbon dioxide as a contribution to greenhouse effect. RCW Advantages • The first and single most important advantage comes from the fact that soil is regenerated by a technology based on the way nature makes soil. As a result, this technology does not require any nitrate addition. • The RCW approach is the only technology using the soil energy potential expressed in terms of polyphenols. • RCW potential is found in the biotransformation process, which has nothing to do with "organic decomposition" but regulates the nutrient availability, the soil physical structure, the erosion resistance, and above all, protects and 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 stimulates various phases of animal life, bacterial and fungus of the soil major contributors to soil formation. • RCW, like compost, has the ability to improve soil water holding capacity, to fix and release nitrogen as needed by plants, and to mitigates sources of pollution. • RCW can reduce reliance on pesticides, herbicides, and fungicides by providing a balance microbial and nutrient environments. • No contamination by metals is provided by RCWs. • Stable quality of soil favored by the lignin content. • Maintenance of soil fertility at a minimal cost by growing trees or bushes in garden’s vicinity for subsequent applications of RCWs. Disadvantages • Colonization of RCWs by fungus is a process taking several months under temperate climate but much less under tropical. In summary, the use of chemical or detriment products does not contribute to soil formation, neither to long term fertility. Therefore the soil, that feed the world, continues to degrade. RCW will keep on managing the energy source - the polyphenols - according to the plant need through the fungus activity. Consequently, a sustainable fertile soil can only be achieved through the Ramial Chipped Wood technology. Agricultural training Why oriented toward women? "FAO estimates that more than half of the world's food is produced by women, and in rural areas of Africa, Latin America, and Asia, the figure soars to 80%. Yet women have little or no access to land ownership, credit, agricultural training, education, and social privileges in general… therefore, social sciences must be involved with the keen involvement of anthropology. Moreover, women in developing countries reinvest nearly all of their earned income to meet household food and other needs, whereas men often set aside up to a quarter of their incomes… Women impoverished to the point of hunger bear hungry children, and are less able to care for their children and to breast-feed, conditions that perpetuate hunger across generations. In sum, societies that abandon women to poverty are weakening one of their key defenses against malnutrition." (Gardner and Halweil, 2000). 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Consequently, it is obvious that agricultural training for using properly the RCW technology must be given to women in rural areas. Implementation The technicians, mainly women very well trained by the Coordination Group on Ramial Wood (CGRW), will be responsible for the local agricultural training. The same technicians will also be in charge of marketing vegetables in each village or community involved in the project. A "model" garden will serve as reference for the farmers in order to be used as a check basis for yields. The involvement of a regional scientist or a scientific group is needed to maintain good contact for developing the RCW technology with the help of local agricultural technicians. How to use the RCW technology? Tree species, harvesting, and size Various forestry species under studies have shown that the best results were obtained with climax tree species, namely maple, oak, beech… having a high lignin content. The tree species such as paper birch, poplar, aspen, have a lesser degree of efficiency. In the northern hemisphere, conifers did not favor the formation of suitable agricultural soils. As far as, pine, spruce, and fir are concerned, they cannot be used at a rate exceeding 20% of the total amount of angiosperm species. Under temperate conditions, the harvesting of RCWs is at best from October to March, when the access is easy. Deciduous high lignin content climax species have to be harvested during this period. During that time, the RCW is in good quality and can be protected from alteration by composting since temperature is low. Under tropical conditions, the RCW harvest occurs when polyphenols with weak hydrolysis potential is at its peak, i.e. at the end of the raining season, then favoring the biotransformation. Otherwise occurrence of non-hydrolysable polyphenols will take place, bringing the entire process of pedogenesis of a standstill. In most cases, the tree species will not have been tested. Therefore, field experiments will be required to evaluate the quality of various RCW available tree species. In practice, however, one can estimate the more suitable species on the basis of ecology where trees are in association with higher plants (climax deciduous trees). By doing so, the RCWs will favor biodiversity and, then the most needed crops. By mixing tree species, soils will be improved by positive effects in the short, medium, and long terms. 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 As recommended standards by the Coordination Group on Ramial Wood branches must be used as the basic material and have a diameter less than 7 cm, (since larger diameter branches are often used as fuelwood), for a final product of wood chips ranging between 5 and 10 cm long. These RCW are generally without leaves under temperate climate. Under tropical climate, however, experiences have shown that leaves must necessarily be incorporated to RCWs, in order to avoid important zinc deficiencies. The chipping By chipping the ramial wood branches, the biotransformation take and give access to fungus Basidiomycetes within internal organic tissues normally protected by the bark. The invasion of these tissues by Basidiomycetes mycelium is essential. Otherwise, bacteria or Actinomycetes could invade and prevent the tissues to be colonized Basidiomycetes, the only fungus able to produce the enzymes involved in all other processes from lignin biochemical evolution. Therefore, RCWs will regulate the whole system and improve the parameters dedicated to the release of nutrients for plants. Numerous tools can be used for chipping ramial wood. A new Canadian company has developed an efficient and robust chipper especially design for this purpose, many times more efficient then regular large diesel motor ones. Purchase, operation and the maintenance costs are suited for the developing countries. Spreading and soil incorporation A manure spreader can be used. The recommendation rate is 150 m 3 /ha, which means a layer of 15 mm. Once in place, RCWs are incorporated into the soil at a depth of about 10-cm, because the Basidiomycetes fungi need aerobic conditions. The mixing with the soil done by harrowing, or preferably with a chisel device is of great importance for the phosphorus metabolism, which depends on two enzymes: alkaline and acid phosphatases found in the microbial biomass including RCWs. A significant influence was noted on the nitrogen availability on fixation as nitrate and ammonium, and on the role of mycorhyzea dealing with phosphorous biological retrieving into the fungus tissues and required by the plants. According to Neher (1999), good soil management will achieve relatively balanced fungal and bacterial components and reduce fertilizer requirements because the processes of nutrient mineralization and decomposition will be maintained by soil organisms at sustainable levels. The soil mixed with RCW need also to be well drained, otherwise the biotransformation mechanisms will be reduced as well as the expected advantages, associated to the process of soil formation. The RCW technology is closely related to soil formation and reacts with all parameters including its action in time. Consequently, additional inputs are required at regular intervals; similar to forest soils reclaiming annually twigs and 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 leaves falling on the soil with small roots to be metabolized by grazing arthropods. In general 75 m 3 /ha of RCWs should be applied every three years. The forest litter addition Research studies have proven that Basiomycetes are not found in cultivated soil and also the trophic chains are reduced to a minimum. Several organisms (fungi and symbiotic bacteria, microarthropods, insects, etc.), essential to the RCW transformation, are not found in cultivated land and they have to be reintroduced. An addition of 10-20 g of forest litter per square meter is sufficient to reintroduce the organisms. This matter can be removed from an old growth deciduous climax forest stand or something close to it, at a depth of 5 cm under the dead leaves just prior to the spreading of RCWs and so preventing drying. Environmental and social impacts Environmental impacts The most important impact coming with this new technology is the fact that RCWs work the same way nature makes soils. Furthermore, the RCW technology approach is the only one using the soil energy expressed in terms of polyphenols to its full potential. As a consequence, this new technology is the clue for sustainable fertile soils. RCW doesn’t require nitrogen addition, nor or limited application of insecticides and herbicides. In fact, nitrogen addition would impair the soil durability by accelerating the polyphenols and cellulose decompositions. It will also modify aggregates structure, soil physico-chemical properties, and more important it will alter the natural barriers for nitrogen mineralization. Furthermore, nitrogen addition favors also the implantation of weeds, which are nitrophilous and are present only due to an excess of nitrates, nitrites, and/or ammonium salts. This proliferation of weeds could require some herbicide applications for limiting their expansion and growth. Similarly, the proliferation of insects can also be an expression of imbalance often resulting from insecticides additions, which can disturb soil protozoa critically (Neher, 1999). Therefore, with RCW technology, balance is obtained between fungal and bacterial components in order to reduce fertilizer additions. Within such a system, soil organisms will contribute to nutrient mineralization and biotransformation at sustainable levels, and the groundwater quality will not be impaired by dissolved nitrate, the most common contaminant identified in groundwater. There is more. Nitrogen is considered one of the five key factors responsible for driving most trends in biological diversity. Secondly, this new technology works properly with less water than other ones, and shows noticeable resistance to drought. Therefore, its use seems particularly well suited for dry regions where the water resources are often scarce. The apparent negative impact seems to be the removal of ramial wood rich in nutrients and could feed some animals, such as deers under temperate climate. 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Nevertheless, a careful management of this resource should not impair the wildlife's habitat. This impact is rather limited for the implementation of the technology in a given region, since ramial wood source can be “harvested” from initial plots. In summary, the fertile soil resulting from ramial chipped wood interaction can sustain and maintain food production, and also minimize soil degradation and groundwater contamination. A new category for soil improvement: SOIL UPGRADERS As described above, RCWs must be classified in a new category devoted to improve both agriculture and forestry. It cannot be assessed as a FERTILIZER even if its content is significant neither more to soil AMENDMENT well known as "organic matter". Using RCW technology, we enter in a new world of interventions where UPGRADERS will master our always depleting agricultural soils all over the world. Above all, UPGRADERS are bringing energy for the biological enhancement of the soil, while contributing to soil structure, plant productivity and groundwater quality. Most important, it contributes to a biochemical balance responsible for all biological and physical factors of soil fertility into a dynamic process. Social impacts The social contributions to this project on small farms, are concerned to women: • Increasing their income • Improving their status • Acquiring better knowledge on food production by technology transfer • Improving the health of their family by increasing the food quantity and quality. The research team Coordination Group on Ramial Wood (CGRW) All the members are researchers from few Canadian universities, and from federal and provincial governments. The Canadian International Development Agency (CIDA) and the International Development Research Center (IDRC), Ottawa, Canada, are providing some funds. Expertise has been developed in Canada, the Caribbean, Europe and Africa. Over 120 publications have been produced in French, English, Spanish and German. This Group was born in the early 80's at Laval University, Québec City, Canada, in order to put values over industrial wastes such as thousands of tons of crushed twigs from the production of essential oils. Chemical analyses of the material from evergreens have shown a high content in proteins, sugars, cellulose and polyphenolic compounds, where lignins are the most intriguing component. From evergreens to hardwood, the crushed twigs and branches, mixed with poor soil gave even impressive results with crops such as wheat, oat, potatoes, 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 strawberries... Those twigs had a very good effect on soil improvement, biodiversity and forest regeneration. Since no mention was found in scientific literature, we gave the name of Ramial Chipped Wood or “RCW” in English, Bois Raméal Fragmenté “BRF” in French and Madera Rameal Fragmentada “MRF” in Spanish. From 1990 with the close support of CIDA in Canada, trials were conducted in Africa (Sénégal and Côte d'Ivoire), with better results than under temperate climate conditions. Other trials were made in the Caribbean (Dominican Republic) with special reference to maize production increased by 400%-mass. Trials are underway for three years in Ukraine and financed by IDRC; all enhancing criteria are met just as in Canada and Africa. After 20 years, we come to the conclusion that using RCW technology using trees branches not used even in the poorest countries, is a major contribution to pedogenetic mechanisms in soil rehabilitation and biodiversity enhancement. It is above all an upgrading technology with a significant influence on soil fertility, texture, nutrient control, availability and a major contribution to water and nutrient availability where agricultural soils are under a fast degrading mode as well as forest disappearing even faster all over the planet. We are in the wrap up process for a large research and development project in Sénégal, which will be funded by both CIDA and IDRC. We are focussing on pedogenetic processes where polyphenolic compounds are ruling all walks of soil's life and, moreover, biological water production from plant and soil. Hydrogéochem Environment Hydrogéochem Environment, founded in 1996, operates in the domain of the environment. The firm is specialized in hydrogeology, geochemistry, and numerical simulations. The main activities include: • characterization of soils and waters potentially contaminated by inorganic/organic compounds • design of processes for rehabilitation of contaminated soils and for water treatment • water resources management • numerical simulations of groundwater flow and contaminants migration Technical support Diane Germain holds a master’s degree and a doctorate in hydrogeology from the department of Earth Sciences at the University of Waterloo (1981 and 1988), and a bachelor’s degree in geological engineering from Laval University (1978). She received a post-doctoral scholarship from the French department of Foreign Affairs to pursue her formation at the Paris School of Mines (1988 and 1989). Afterwards, 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 she held various positions in both the academic and private sectors (supply teacher- department of Chemical Engineering, Laval University: June to December 1990; consultant: January to June 1991; professor “sous-octroi”- INRS- Géoressources: June 1991 to May 1994; hydrogeologist and geochemist- Golder Associates Ltd.: February 1995 to September 1995, and January 1996). Since May 1996, she has headed Hydrogéochem Environnement Inc. References Brown, L.R., Challenges of the New Century. In: State of the World 2000. Edited by Brown, Flavin and French. Publisher W.W. Norton & Co., p. 1-21. EPA, 1999a. Background Report on Fertilizer use, contaminants and regulations. EPA747- R-98-003, www.epa.gov EPA, 1999b. Organic Materials Management Strategies. EPA530-R-99-016 www.epa.gov EPA, 1998. An Analysis of Composting As an Environmental Remediation Technology. EPA530-R-98-008, www.epa.gov EPA, 1997. Innovative Uses of Compost : Disease Control for Plants and Animals. 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Mooney, Martín Oesterheld, N. LeRoy Poff, Martin T. Sykes, Brian H. Walker, Marilyn Walker, and Diana H. Wall. Global Biodiversity Scenarios for the year 2100. Science 2000 March 10; 287: 1770- 1774. Stevanovic-Janezic, T. 1998. L'étude de la chimie des polyphénols dans le bois raméal fragmenté (BRF). In: Lemieux, G., Lachance, L., Genest S., and Hamel, C. La Technologie pédogénétique du bois raméal fragmenté (BRF), une source naturelle qui contribue à l'établissement et au maintien de la fertilité des sols au Sénégal et au 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada Ramial Chipped Wood: the Clue... Lemieux, G. & Germain, D. Dec. 2000 Bénin. CGBR, Laval University, Québec, Canada. Publication #99, pp. 65. ISBN 2- 921728-46-x. The World Bank, 2000 «A proposal for Accelerating the Soil Fertility Initiatives and Establishement of a Core Funding Mechanism» - «Proposition visant à susciter une initiative portant sur la fertilité des sols et la mise en place de mécanismes de financement (IFS)» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, publication n°127, 13 pages. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «STRUCTURE ET FONCTION DES CROÛTES BIOÉDAPHIQUES DES SOLS DÉSERTIQUES» (Structure and function of biological soil crusts) by Belnap, Jayne, Wiliams, John and Keltenecker, Julie Proceedings: Pacific Northwest Forest and Rangeland Soil Organism Symposium USDA Forest Service , Pacific Northwest Research Station General Technical Report PNW-GTR-461 June 1999 Texte original avec traduction française par le PROFESSEUR GILLES LEMIEUX Publication n° 132 mai 2001 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada AVANT-PROPOS Dans le cadre des travaux que nous entreprenons sur la technologie des BRF, nous avons jugé la présente publication sur les sols désertiques d'une très grande pertinence, d'autant plus que peu de bibliographie nous est accessible dans le cadre de la dégradation et de la désertification des sols africains. Il nous apparaît essentiel de connaître le mieux possible des sols désertiques qui représentent à nos yeux le plus ancien modèle pédogénétique puisqu'il est constitué par l'activité des premiers organismes autotrophes apparus sur terre et qui ont toujours leur contrepartie dans les eaux. Cet ensemble de Cyanophycées (algues bleu-vert ou cyanobactéries) puis de Chlorophycées (algues vertes), utilisant les rayons UV pour faire la photosynthèse et fixer l'azote atmosphérique tout en résistant à des sécheresses qui dépassent souvent l'imagination avec des températures très élevées, est un indice de ce que les premiers organismes à s'installer sur terre ont dû affronter, caractéristiques qu'ils ont gardées. Les dominants sont des cryptogames, particulièrement les lichens et les mousses qui ont également des capacités de résistance aux conditions adverses sans pareil dans notre monde actuel. Il nous apparaît donc utile de bien connaître ces sols puisque les phénomènes de désertification avec les changements climatiques favorisent ce type d'évolution avec la dégradation galopante de notre environnement. C'est particulièrement le cas en Afrique, bien qu'il ne soit pas unique et comme nous allons travailler en Afrique francophone pour les 5 prochaines années, nous avons cru bon d'en faire la traduction en langue française, tout en associant le texte original de près pour une meilleure compréhension éventuelle. Professeur Gilles Lemieux mai 2001 STRUCTURE ET FONCTION DES CROUTES ÉDAPHIQUES DES SOLS DÉSERTIQUES par Jayne Belnap 1 , John Williams 2 , Julie Kaltenecker 3 ABSTRACT Biological soil crusts are found throughout the world. They are generally dominated by cyanobacteria, lichens and mosses. When moistened, cyanobacteria move through soils, leaving sticky sheaths behind. Sheaths connect loose soil particles, contributing soil resistance to wind and water erosion. Abandoned sheaths are found up to 10 cm down in soils, providing stability at depth. Moistened sheaths absorb ten times their volume of water. Crusted surfaces roughened by frostheaving slow rainfall runoff, thus increasing infiltration. Crusts can reduce germination of exotic annual grasses. They contribute nitrogen to desert ecosystems, where nitrogen often limits productivity. Plants growing in crusted areas often have higher levels of many nutrients than plants in non- crusted areas. Many land uses are incompatible with crustal integrity. Cyanobacteria fibers have little resistance to compressional stress. Crushed crusts contribute less nitrogen to soils. Impacted soils are susceptible to both wind and water erosion. leading to soil loss and burial of nearby crusts. 1 US Geological Survey, Biological Resources Division, Forest and Rangeland Ecosystem, Science Center, Canyonlands Field Station, 2282 S. West Resources Blvd, UT 84532 2 UDSA-ARS Pendleton, OR 97801-037 3 Idaho State Office, Bureau of Land Management, 1387 S Vinnell Way, Boise ID 83709 3 Recovery is generally very low. Rates depend on climate; size timing and intensity of disturbance; and soil type. In areas with less stable soils and less rainfall, full recovery may take over 250 years, even wIth small disturbances. Soils with more inherent stability or areas with greather rainfall will recover more rapidley. Keywords: cryptobiotic soil crusts, microphytic. mirobiotic, soil erosion, germination, nutrient cycles, deserts. RÉSUMÉ Des croûtes édaphiques édahiques se trouvent dans toutes les parties du monde. Elle sont constituées principalement de cyanobactéries. de lichens et de mousses. Imbibées d'eau, les cyanobactéries 4 se déplacent dans la masse du sol en laissant derrière leurs enveloppes collantes. Ces enveloppes contribuent à souder les particules du sol et assurer une résistance à l'érosion hydrique et éolienne. Ces enveloppes se trouvent jusqu'à une profondeur de 10 cm et elles assurent ainsi une stabilité de la masse supérieure du sol. Ces enveloppes retiennent 10 fois leur volume en eau. Les surfaces des croûtes deviennent rugueses par cryoturbation des eaux de ruissellement permettant des infiltrations d'eau toujours croissantes. Les croûtes édahiques peuvent altérer la capacité de germination de certaines plantes annuelles exotiques. Elles contribuent au bilan de l'azote des écosystèmes désertiques, qui est souvent un goulot d'étranglement à la productivité. Les plantes qui poussent sur des sols possédant une croûte biologique possèdent souvent un niveau de nutriments plus élevé que celles poussant dans des sols sans croûte biologique. 4 Les cyanobactéries ont été longtemps reconnues comme des algues dite «bleu vertes»; les Cyanophycées, puisqu'elles sont autotrophes 4 Plusieurs utilisations du sol sont incompatibles avec la présence de croûtes édahiques Les fibres des cyanobactéries résistent mal au stress de la compression. Le broyage des croûtes ne contribue que très peu au bilan azoté des sols. Les sols compressés sont très sensibles à l'érosion hydrique et éolienne menant à la perte du sol et au recouvrement mécanique des croûtes édahiques avoisinantes. La récgénération de ces sols est tgénéralement lente une fois perturbés. Le taux de réussite varie selon le climat, l'époque de la perturbation et son intensité ainsi que le type de sol. Dans les régions à sols instables et à faibles précipitations, la réhabilitation complète peut nécessiter 250 ans même si les perturbations mineures. Les sols plus stables et dans des régions à précipitations plus élevées se réhabiliteront plus rapidement. Mots clé: croûtes cryptobiotiques, microphytiques, érosion du sol, germination, cycle des nutriments, déserts. INTRODUCTION In arid and semi-arid lands throughout the world, the cover of vegetation is generally sparse or absent. Open spaces between the higher plants are not bare of autotrophic life, but usually covered by a community of highly specialized organisms. This soil surface floral community consists of cyanobacteria, green algae, lichens, mosses, microfungi, and other bacteria. Cyanobacterial and microfungal filaments weave troughout the top few millimeters of soil, gluing loose soil particles together, forming a biological crust which stabilizes and protect soil 5 surfaces from erosive forces (Belnap & Gardner [1993]). These crusts occur in all hot, cool and cold arid and semi-arid regions. They may constitute up to 70% of the living cover (Belnap, [1994]) and have only recently been recognized as having a major influence on terrestrial ecosystems. These communities are also referred to as cryptogamic, cryptobiotic, microbiotic soils crusts (Harper and Marble [1988]). Globally, this consortium of soil biota has many similarities in species composition, structure and function, in spite of occuring in unconnected and seemingly dissimilar environments. Crusts are found in an astonishing variety of higher plant communities throughout the world, ranging from desert to tundra. INTRODUCTION Sur les terres arides ou semi-arides de par le monde le couvert végétal est généralement clair-semé ou absent.. Toutefois, les espaces entre les plantes supérieures ne sont pas dépourvus de vie autotrophe mais plutôt recouvert d'associations d'organismes spécialisés et adaptés à ces milieux. Ces écosystèmes ssont composés de cyanobactéries, d'algues vertes, de lichens, de mousses de microfongus et d'autres bactéries. Les filaments et mycéliums des flores cyanobactriennes et microfongiques tissent un tapis de quelques millimètres d'épaisseur en surface du sol qui cimentent les particules du sol. C'est ainsi que se forme une croûte biologique qui stabilise et protège le sol des forces érosives (Belnap & Gardner [1993]). On retrouve ces croûtes sous toutes les latitudes, sous des conditions climatiques torrides ou tempérées, dans l'arctique et dans les régions semi-arides. Elles constituent jusqu'à 70% du couvert édaphique vivant (Belnap [1994]). Ces croûtes édapiques viennent d'être reconnues récemment pour leur grande influece sur les écosystèmes 6 terrestres. On qualifie également ces associations cryptopgamiques, crytobiotiques, microbiotiques (Harper & Marble [1988]) De manière générale il y a beaucoup de ressemblance dans la composition de ces écosystèmes dans les structures et fonctions malgré leur présence dans un milieu totalement différent. On retrouve ces croûtes édaphiques dans une très grande diversité d'écosystèmes dominés par des plantes supérieures sous toutes les latitudes, depuis les grandes zones désertiques jusqu'au confin de la toundra arctique WHAT BIOLOGICAL CRUSTS ARE NOT: PHYSICAL SOIL CRUSTS Non-biotic soil surface crusts are a major structural feature in many arid regions. Their properties and manner of formation have been studied for many years, primarily because of their detrimental effects to agriculture crops. These crusts are transient soil-surface layers that are structurally different than material immediately beneath. Rainfall onto unprotected soil surfaces is what forms most physical crusts. Surface aggregates are broken apart by raindrops. Smaller particles wash into spaces between larger particles, thus clogging soil pores and reducing infiltration rate by as much as 90%. In general, rain-formed crusts are less than 5mm thick. This layer is often harder than the rest of the soil because it is drier and compounds such as salts, lime and silica have been deposited at the surface as water evaporates. With large pores absent, these crusts increase water runoff and soil erosion, and prevent the ermergence of seedlings. 7 CE QUE LES CROÛTES ÉDAHIQUES NE SONT PAS: DE SIMPLES PHÉNOMÈNES PHYSIQUES Les croûtes édaphiques d'origine physique formées à la surface du sol sont des structures importantes de bien des régions. Leurs propriétés et leur mode de formation ont fait l'objet d'études depuis de nombreuses années principalement à cause des préjudices causés aux cultures en agricoles. Ces croûtes forment à la surface du sol des couches transitoires et de structures diffentes des matériau sous-jacent. Ce sont les précipitations qui sont responsables de la formation de telles croûtes édaphiques en absence de toute protection. Les agrégats du sol sont brisés par les gouttes de pluie. Ainsi les fines particules de sol sont projetées dans l'espace et viennent se loger entre les plus grosses, bloquant ainsi les pores et réduisant les infiltrations de 90% de la normale. De manière générale les croûtes édaphiques ainsi formées n'ont guère plus de 5 mm d'épaisseur. Cette couche indurée est plus sèche et contient des carbonates et des silicates qui se déposent par évaporation de l'eau. Avec l'absence de pores plus grands, ces croûtes accélèrent le ruissellement de surface et l'érosion du sol tout en empêchant l'émergence de plantules. Crusts may form on soil of almost any texture except coarse sandy soils containing very low silt and clay (Lemos & Lutz [1957]). Conditions that make surface soil especially susceptible to crusting are low organic matter, high silt and high sodium. These characteristics are all related to soils with low structural stability and soil aggregates easily broken down under the impact of water. Soil aggregate structure is also reduced by the hooves of grazing animals or machinery. Such compacted 8 surfaces have reduced infiltration rates and increased surface runoff and function hydrologically in a manner similar to raindrop-induced crusts. Ces croûtes édaphiques d'origine physiques peuvent se former sur des sols de presque toutes les texture à l'exception des sables grossiers contenant peu de limon et d'argile (Lemos & Lutz [1957]). Les conditions qui favorisent la formation de croûtes à la surface du sol sont liées à une faible teneur en «matière organique» et des teneurs élevées en limon et en sodium. Ces caractères sont également reliés aux sols ayant une structure instable et des agrégats fragiles qui cèdent sous l'impact des précipitations. La structure du sol et les agrégats sont aussi fragilisée épar le piétinement des animaux pendant la paissance et le passage de la machinerie. La compaction réduit ainsi le taux d'infiltration de l'eau et augment le ruissellement à la manière des gouttes d'eau sur la formation des croûtes édaphiques. Using intensive grazing to break up these crusts has short-lived results as the soil surface is resealed after the first minutes of an intensive rainstorm. Management systems that promote soil surface protection (through plant and biological soil crust cover) and increases in soil organic matter produce the only lasting solution to physical soil crust reduction (Blackburn [1983]). Le broutage intensif pour fissurer la croûte édaphique n'a que peu d'impact puisque à la première pluie les pores se referment dans les minutes qui suivent. Les systèmes de régie des sols qui propose une protection basée sur l'augmentation du taux de «matière organique» offrent la seule solution durable à la réduction croûtes édaphiques d'origine physique (Blackburn [1983]). 9 BIOLOGICAL SOIL CRUST DISTRIBUTION Many of the dominant cyanobacteria and soil lichens have a cosmopolitan distribution, and crustal communities can have similar growth forms. For instance, the same soil lichens dominate soils crusts of both the Sonoran and Great Basin deserts of the western United States and areas of South Africa and Australia, while vascular plant species and climate varies greatly between these regions. Crusts are generally flat, and sometimes covered with a layer of pebbles in hot deserts of the world, such as Atacama, Sonoran, Chihuahuan and Australian deserts. Where freezing temperatures are common, frost heaving results in crusts with pedicels up to 10 cm high, such as seen on the Colorado Plateau, Great Basin and the Arctic. DISTRIBUTION DES CROÛTES ÉDAPHIQUES D'ORIGINE ÉDAHIQUES Plusieurs espèces de cyanobactéries ont une distribution plus ou moins ubiquiste et de ce fait plusieurs écosystèmes peuvent avoir des formes de croissance similaires À titre d'exemple le même lichen est dominant dans les croûtes édahiques dans les déserts Sonoran et Great Basin dans la partie ouest des USA tout comme en Afrique du Sud et en Australie. Il en est autrement des plantes vasculaires où les climats et les espèces varient énormément d'une région à l'autre. Les croûtes édphiques d'origine bikologique sont généralement sans relief et parfois recouvertes de graviers dans les déserts torrides du monde tout comme l'Atacama. le Sonoran, le Chihuahua et les déserts australiens. Dans les région ou le gel est important, la cryoturbation provoque l'apparition 10 de pédicelles sur les croûtes atteignant 10 cm c'est le cas sur le plateau du Colorado, de Great Basin et dans les régions arctiques. In the western US, overall biological crust cover is greatest in low elevation inland sites (<1000 m) compare to mid-elevation sites (1000-2500m). This results from reduced vascular plant cover, leaving more surface available for colonization and growth of crustal organisms. Crustal organisms have reduced water and nutrient needs relative to vascular plants, and can withstand the harsh growing conditions found in plant interspaces. The positive relationship between biological crust cover and available soil surfaces has been demonstrated in other studies (Anderson et al [1982a], Eldridge [1993a], Harper & Marble [1988], Johansen [1993], Rogers [1972]). Dans la partie ouest des USA, le couvert des croûtes édaphiques est plus important dans les sites intérieurs (<1000m) à comparer avec des altitudes supérieures (1000-2500m). C'est le couvert de la végétation vasculaire qui en est responsable laissant plus de place au développement et à la croissance des organismes. Ils ont des besoins réduits en eau et nutriments comme les plantes vasculaires. Ainsi, ces organismes peuvent survivre dans des conditions difficiles comme dans les espaces intercalaires. La relation positive entre le couvert croustal et les surface édaphiques disponibles, a largement été démontré (Anderson et al [1982a], Eldridge [1993a], Harper & Marble [1988], Johansen [1993], Rogers [1972]). Crusts in cool deserts are dominated by the non heterocystic cyanobacterium Microcoleus vaginatus (Belnap & Gardner [1993]). M. vaginatus is a large, highly mobile filamentous species that lacks heterocysts, the structurally differentiated, 11 oxygen-excluding cells where cyanobacterial nitrogen fixation generally takes place. In contrast, most crusts in warm deserts are dominated by heterocystic cyanobacteria such as Lyngbya and Nostoc , with no single species dominating the microflora. These species are much smaller and less mobile than M. vaginatus. Common co-dominant lichens in both warm and cold deserts are Collema sp. and Placodium sp. Les écosystèmes croustaux des déserts "frais" sont dominés par une cyanobactérie hétérocystiqueportant le nom de Microcoleus vaginatus (Belnap & Gardner [1993]). C'est une espèce filamenteuse de grande taille très mobile mais qui ne possède pas d'hétérocystes, c'est-à-dire de structures différenciées capables de fixer l'azote en excluant l'oxygène. À l'inverse les écosystèmes croustaux des déserts chauds sont dominés par des cyanobactéries hétérocystiques comme les genres Lyngbya et Nostoc, sans qu'il y ait une seule espèce dominante. Toutefois les espèces de ces genres sont nettement moins mobiles que M. vaginatus. Les lichens co-dominants à la fois dans les déserts froids et chauds appartiennent aux genres Collema et Placodium. Likelihood of well-developed lichen crusts is increased with increasing moisture by factors that increase soil surface stability. Factors that increase soil surface stability are 1) more closely-spaced plants; 2) flatter areas [depositional rather than erosional surfaces]; 3) limited surface rocks, roots and /or light plant litter to slow water and or wind and to keep hooves off surface; 4) soils with more inherent stability (silt/clay >sand >shrink-swell clay; and 5) more stable microhabitats (under shrubs, away from small washes). More stable soils support greater cover and more varied populations of cyanobacteria, lichens and mosses. 12 very sandy soils and high shrink-swell clays (such as Mancos shale) have low inherent stability, and as a result, generally only large filamentous cyanobacteria that are highly mobile can survive in these soils. (such as M. vaginatus). However, if the very sandy soils are sufficiently stabilized by these cyanobacteria, other smaller species can the colonize them (such as Scytonema and Nostoc) and lichens and moses may be found under vascular plants, where some protection from sediment burial is provided. In soils such as Mancos shales, some moses and lichens can be found occasionally on northern slopes. Extremely shallow soils colonized by M. vaginatus are also often stable enough to support most soil species of lichens and cyanobacteria found in a given area. As soils stability increases, these rich communities of cyanobacteria moses and lichens become more widespread, covering all surfaces not occupied by vascular plants or rocks. Selon toute apparence les croûtes édahiques dominées par des lichens augmente selon l'humidité disponible et selon d'autres facteurs qui améliorent la stabilité du sol. Voici quelques uns de ces facteurs: • 1. des plantes plus rapprochées les unes des autres; • 2. des endroits plats de dépôts plutôt que d'érosiom; • 3. des surfaces rocheuses limitent la présence de racines et d'une légère litière propres réduisant les effets érosifs de l'eau et du vent tout en protégeant contre le piétinement des animaux; • 4. Des sols plus stables comme des mélanges limon-argile-sable ou des argiles gonflables • 5. Des microhabitats plus stables (sous les arbustes à l'abritde lessivages) Des sols plus stables supportent un couvert végétal plus dense et une population plus variée de cyanobactéries, de lichens et de mousses . Les sols très sableux ou formés à partir d'argiles fortement gonflables (comme les 13 schistes de Mancos) n'ont que peu de stabilité. Ce sont les seules espèces de cyanobactéries filamenteuses et très mobiles qui peuvent de s'y développer comme c'est le cas pour M. vaginatus. Toutefois, si ces sols sableux sont suffisamment stabilisés par les cyanobactéries, plusieurs autres espèces peuvent alors apparaître comme Scytonema et Nostoc. On peut également trouver sous les plantes vasculaires, des lichens et des mousses, qui évitent ainsi l'ensablement. Pour ce qui des sols du type provenant des schistes de Mancos, des lichens et des mousses peuvent se trouver sur les versants nord. Des sols très minces colonisés par M. vaginatus sont assez stables pour permettre la croissance de lichens et de cyanobactéries. Dans la mesure où la stabilité augmente, les écosystèmes de cyanobactéries, lichens et mousses, occupent tous le espaces laissés par les planes vasculaires et les cailloux. Time since disturbance also influences the composition of crusts. The composition of biological soil crusts changes through time in a manner analogous to transitions occuring generally during terrestrilal plants succession (Johansen et al. [1984]). As is typical of primary successions of vascular plants, nitrogen-fixing organisms appear first. The species appearing earliest in the crustal succession are cyanobacteria and algae (Anderson & Rushforth [1976]); Johansen et al. [1981, 1984]; Harper & Marble [1988]) The ubiquitous M. vaginatus can colonize within just days of soil disturbance if soils are wet. Mosses and lichens colonize later, with the lichens Collema and Catepyrenium generally the first to appear. Le temps écoulé depuis la perturbation inflence la composition des croûtes. Elle change tout comme celle des plantes supérieures de transition dans les sucessions.(Johansen et al. [1984]). Comme c'est souvent le cas chez les plantes vasculaires, les premiers organises à apparaître fixent l'azote atmosphérique. 14 Ce sont d'abord les cyanobactéries et les algues (Anderson & Rushforth [1976]); Johansen et al. [1981, 1984]; Harper & Marble [1988]). M. vaginatus, est capable de coloniser un site perturbé en quelques jours si l'humidité nécessaire est disponible. Par la suite les lichens et les mousses apparaissent avec les genres Collema et Catepyrenium. MICROSTRUCTURE Lichens and mosses are easily seen without aid of magnification. However, much of the structure and function of crusts is dependant on cyanobacteria, green algae and microfungi. All these are often too small to be seen without a microscope. In most desert soils, cyanobacteria contribute the most to crust microstructure. MICROSTRUCTURE Si les lichens et les mousses sont facilement repérables à l'oeil, il en va autrement des espèces croustales formant la microstructure où dominent les cyanobactéries, les algues et les micromycètes qui nécessitent l'utilisation d'un microscope pour être vues. Dans la plupart des sols désertiques ce sont les cyanobactéries les plus importantes. Cyanobacterial filaments confer structural integrity to the soils in which they occur. When wetted, the sheath of filamentous cyanobactéria swell, expelling the living filaments and leaving behind empty sheath material. These filaments often string sand and clay particles together, much like fibers in fiberglass. Depending on environemental conditions and soils textures cyanobacterial sheaths may be found at depths of 10 cm below the soils surface (Belnap & Gardner [1993]). As aeolian 15 and water-borne materials are trapped in the polysaccharide sheaths of cyanobacteria on the soil surface, old sheaths are gradually buried. Thus, influence on water-holding capacity and soil stability may extend far below the depth to which light can penetrate, unless sheaths are crushed. If sheath-soil connections are broken by trampling or vehicles, these sheaths are no longer living and therefore cannot be repaired. Les filaments des cyanobactéries donnent une structure stable au sol. En présence d'eau, les gaines gonflent, expulsant ainsi les filaments vivants et laissant ainsi les gaines derrière. Ces filaments retiennent le plus souvent des particules de sable ou d'argile. Selon les conditions du milieu et la texture du sol, le gaines peuvent se retrouver à 10 cm de la surface du sol (Belnap & Gardner [1993]). Les matériaux apportés par l'eau et le vent sont ainsi fixés par les gaines rcouvertes de polysaccharides puis graduellement enfouies. C'est ainsi que la capacité de rétention de l'eau et de stabilisation du sol se manifeste bien plus profondément dans le sol que la lumière elle-même à moins que les gaines soient brisées. Si cette association gaine-sol est brisée par le passage de véhicules ou d'animaux, les gaines meurent et ne peuvent être revivifier. Measurements of the bumpy surface topography of undisturbed crusts show that few bumps are greater than 8 mm across, with cyanobacerial filaments ramifying throughout the micropedicels. The volume of cyanobacterial filaments per unit soil surface coverage is thus increased greatly in areas where microtopography of the soil surface is very complex while still preserving photosynthetic capabilities. The roughered soil surface also provides habitat for microfauna, which are responsible for humus production (Gayel & Shtina [1974]; Danin [1978]) 16 En mesurant le aspérités de surface des croûtes n'ayant pas été perturbées on constate queplus d'une aspérités ont plus de 8 mm de diamètre et que des filaments fortement ramifiés dans tout les micropédicelles. Le volume de filaments cyanobactériens se ramifient par unité de meure de surface est grandement augmenté dans ces espaces où les micropropagules dans ces aspérités où la surface des croûtes est la plus complexe et préserve ainsi la capacité photosynthétique de ces aspérités. Cette surface rugueuse donne aussi un habitat pour la microfaune responsable de la production d'humus (Gayel & Shtina [1974]; Danin [1978]). ECOLOGICAL ROLE Carbon Fixation Biological soil crusts are an important source of fixed carbon on sparsely vegetated areas common throughout the West [?] (Beymer & Klopatek [1991]). While vascular plants provide organic matter to soils directely underneath them, large interspace between plants have little opportunity to receive such an input. Carbon contributed by soil crusts help keep plant interspaces fertile, and thus provide energy sources for other microbial populations. Les croûtes édapiques jouent un rôle important en fixant le carbone des régions à végétation clairsemée particulièrement dans l'ouest [des USA (Beymer & Klopatek [1991]). Alors que les plantes vasculaires fournissent la «matière organique» dans le sol sous-jacent, les espaces intercalaires entre les planes n'en reçoivent que très peu. Ainsi, le carbone apporté par les croûtes 17 édahiques contribuent au maintien d'une certaine fertilité de ces mêmes espaces apportant ainsi un source d'énergie pour d'autres populations microbiennes. The dominant components of biological soil crusts are photosynthetic organisms, and require sunlight. When soils are dry, the bulk of cyanobacterial biomass is as 0.2-0.5 mm, with bundels found down 4 mm where sufficient light for net carbon gain available but UV exposure is reduced. When soils are moistened, M. vaginatus, which lacks UV-protective pigments, can be seen migrating to the surface for short time periods. Species with UV-screening pigments, are commonly on the soil surface (Garcia-Pichel & Belnap [1996]). Les organismes dominants des croûtes édahiques sont autotrophes et de ce fait nécessitent une exposition à la lumière. En période sèche, l'ensemble de la biomasse des cyanobactéries se trouvent entre 0,2 et 0,5 mm de la surface du sol et occasionnellement des populations enfouies à 4 mm. Ceci permet un gain net dans la fixation du carbone mais l'exposition aux rayons ultraviolets est réduite. Lorsque les sols sont humidifiés, M. vaginatus, qui ne possède pas de pigments protecteurs sontre les rayons UV, migrent temporirement vers la surface du sol. Les espèces tolérant les rayons UV, se trouvent habituellement en surface du sol (Garcia-Pichel & Belnap [1996]). Recently, ecophysiologists have studied photosynthetic patterns in the lichen species present in biological soil crusts (Lange et al. [1997, 1998]). They have found that soil lichens have several different strategies to gain carbon. While photosynthesis is activated at low water content for all species, species varied in their response to higher water content. Some species, such as Collema, showed dramatic drops in carbon fixation at water contents over 60-80%. Other species 18 showed little, if any, depression at high water contents.Water-holding capacity varies between lichens, which will also influence time of carbon fixation for a given species. Photosynthetic rates are also dependant on temperature (Lange [1980], Lange et al. [1997], Nash et al. [1982a, 1982b], Rychert et al. [1978]). Most crustal species increase photosynthetic rates with increasing temperature up tp about 26- 28 C°, after which rates decline. Depuis peu certains écophysiologistes ont porté leur attention sur les différents modèles de photosynthèse propres aux lichens de croûtes édaphiques du sol (Lange et al. [1997, 1998]). Ils ont observé que ces lichens avaient différentes stratégies pour augmenter leurs contenu carboné. Toutes les espèces contenant peu d'eau, ont une réponse différente d'une espèce à l'autre avec un augmentation de l'eau disponible. Certaines espèces comme Collema sp., voient une diminution du carbone fixé dès que le taux d'humidité atteint entre 60 et 80%. D'autres espèces ne montrent aucune sensibilité à ce sujet. La capacité de rétention de l'eau varie chez les lichens ce qui influencera aussi la période de fixation du carbone pour une espèce donnée. Le taux de photosynthèse est également dépendant de la température (Lange [1980], Lange et al. [1997], Nash et al. [1982a, 1982b], Rychert et al. [1978]). Il y a une relation directe entre le taux de photosynthèse et une augmentation de la température dont l'optimum se situe entre 26 et 28C° après quoi le taux fléchi. Differential responses to timing and amount of precipitation and temperature may mean species composition will shift in response to predicted climate changes, Many areas that are currently winter-rain dominated are predicted to receive increases in summer rain. Effects on species composition may be currently reflected in the different composition of biological soil crusts in the Sonoran 19 (summer rain-dominated) vs the Mojave, Colorado Plateau and Great Basin deserts (winter rain-dominated). Winter-rain deserts have a rich flora of soil lichens and the cyanobacterial flora is heavily dominated by Microcoleus sp. In contrast, the summer rain-dominated Sonoran desert has only a small subset of the lichens found in the winter-rain deserts, while cyanobacterial flora is a complex community co-dominated by up to 10 species. Le temps, l'importance des précipitations et la température se traduisent par des réponses et une composition d'espèces différentes. Cette réponse variera selon les types de climat. Plusieurs régions caractérisées par des précipitations hivernales et d'autres par des précipitations estivales. Ceci est particulièrement remarquable dans le cas du désert Sonaran à précipitation estivale par opposition aux déserts Mojave, Colorado Plateau et Great Basin qui sont à précipitations hivernales. Les déserts à précipitations hivernales ont une flore de lichens très riche et la flore de cyanobactéries est fortement dominée par le genre Microcoleus. D'autre part les désert à précipitation estivale comme le Sonoran ont une flore de lichen réduite alors que la flore de cyanobactéries est complexe avec une co-dominance de 10 différentes espèces. Nitrogen Fixation Nitrogen concentrations are known to be low in desert ecosystems relative to other ecosystems. Total atmospheric input over the past 10 000 years has been conservatively estimated about 3 kg N m 2 (ignoring cyanobacteria input), with 77% lost through wind erosion, ammonia volatilization, nitrification, and denitrification (Peterjohn & Schlesinger [1990]). Extensive surveys in cold deserts have revealed only a few nitrogen-fixing plants (Farnsworth et al. [1976]; Wullstein [1989]). Since 20 nitrogen can limit net primary productivity in many desert ecosystems, normal nitrogen cycles are critical to the fertility of semi-arid soils and in preventing desertification (Dregne [1983]). Fixation de l'azote Les sols désertiques sont reconnus pour avoir une faible concentration en azote. Une estimation conservatrice la fixe à 3 kg N/m 2 au cours des derniers 10 000 années et ce sans l'apport des cyanobactéries. Les pertes sont estimées à 77% par érosion éolienne, volatilisation ammoniacale, nitrification et dénitrification (Peterjohn & Schlesinger [1990]). Les déserts froids ne fixent que peu d'azote avec un nombre restreint de plantes fixatrices (Farnsworth et al. [1976]; Wullstein [1989]). L'azote étant une limite importante à la productivité primaire dans plusieurs écosystèmes désertiques, le cycle normal de l'azote est critique en ce qui regarde la fertilité des sols semi-arides en empêchant la désertification (Dregne [1983]). Cyanobacteria and cyanobacterial-containing soil lichens can be an important source of both fixed nitrogen for plants and soils in desert ecosystems (Evans & Ehleringer [1993]; Belnap [1995]. Most biological soil crusts in western US are dominated by nitrogen-fixing cyanobacteria and lichens (Microcoleus vaginatus, Scytonema myochorus, Nostoc sp.) and the soil lichen Collema. All these species are capable of both light and dark nitrogen fixation (Pearl [1990]). Nitrogen inputs from biological crusts have been estimated from 1 to 100 kg ha -1 annually (Harper & Marble[1988]). The lowest estimates are almost ten times atmospheric inputs estimates by Peterjohn & Schlesinger [1990]. Nitrogen fixation is highly dependant on past and present water and light regimes, as well as species composition 21 (Rychert et al. [1978]; Belnap [1996]), with maximum fixation at approximately 26C° and above 20% moisture. Past disturbance history is also a critical factor in determinng fixation rates (Belnap [1995,1996]). Les cyanobactéries et les sols qui contiennent des lichens et des cyanobactéries peuvent être une importante source d'azote à la fois pour les plantes et pour les sols dans des écosystèmes désertiques (Evans & Ehleringer [1993]; Belnap [1995]. La majorité des sols à croûtes édahiques dans l'ouest des USA sont dominés par des cyanobactéries fixatrices d'azote (Microcoleus vaginatus, Scytonema myochorus, Nostoc sp.) et des lichens (Collema). Toute ces espèces peuvent fixer l'azote en présence ou en absence de lumière (Pearl [1990]). On estime de 1 à 100 kg ha -1 /année l'apport d'azote par les croûtes édahiques (Harper & Marble[1988]). Les plus bas estimés sont 10 fois supérieurs à ceux de Peterjohn & Schlesinger [1990]. Ce processus de fixation d l'azote est largement tributaire des régimes hydriques et photiques actuels et passés tout comme la composition des espèces (Rychert et al. [1978]; Belnap [1996]). La fixation maximale se situe vers 26 C° et au dessus d'une teneur en humidité de 20%. L'historique des perturbations pass.es est également un facteur critique pour connaître les taux de fixation (Belnap [1995, 1996]). Five to 88% of N fixed by Nostoc has been shown to leak into the surrounding substrate (Belnap et al. [1997]; Magee & Burris [1954]). Nitrogen leaked from these organisms is available to nearby vascular plants (Mayland & MacIntosh [1966]). Vascular plants growing in biologically crusted areas show higher tissue concentraions of nitrogen when compared to plants in uncrusted soils (Harper & Pendleton [1993]; Belnap [1994]; Belnap & Harper [1995]). Since rainfall and dewfall events in desert areas are often too small to promote plant growth, but do 22 stimulate microbial community activity, biological soil crusts can be the dominant nitrogen source for the ecosystem. As with carbon, crusts contribute nitrogen to soils both under plants and plant interspaces, thereby counteracting the tendency of nutrients to concentrate around perennial plants. On a démontré que de 5% à 88% de l'azote fixé pas Nostoc est distribué dans le substrat (Belnap et al. [1997]; Magee & Burris [1954]). Cet azote est disponible aux plantes vasculaires à proximité (Mayland & MacIntosh [1966]). Les plantes vasculaires qui croissent sur des sols biocroustaux montrent une concentration en azote supérieure à celles ne poussant pas sur de tels sols (Harper & Pendleton [1993]; Belnap [1994]; Belnap & Harper [1995]). Comme les précipitations et les rosées sont des événements trop rares et de trop faible importance, mais sont capables de stimuler la vie microbienne. Ainsi les sols biocroustaux deviennent la principale source d'azote pour l'écosystème. Comme pour le carbone, les croûtes contribuent au bilan azoté du sol sous les plantes et dans les espaces intercalaires évitant ainsi une trop grande concentration autour des plantes vivaces. Effects on Vascular Plants Germination and establishment - The presence of crusts can affect vascular plants germination and establishment. While small cracks and crannies on the soil surface are sufficent for small-seeded plants to lodge and germinate, most large seeded-plants need some cover by soil or vascular plant litter. In deserts where plant litter is often limiting in interspaces, large native seeds generally have self- burial mechanisms (such as hygroscopic awns) or through rodent catching. Plants adapted to loose moving soils (such as sand dunes) or deep litter (forests) 23 accomplish this passively. However, exotic species may lack such adaptations. As crusts stabilize soils, germination can be inhibited in sites with well-developed crusts and low plant litter, as was recently demonstrated for the annual exotic grass Bromus tectorum in both the field and laboratory (Belnap, Kaltenecker unpublishd data). Once the seeds germinate, biological soil crusts show no barrier to seedling root penetration (Belnap, Pendleton and Meyer unpublished data). Influence sur les plantes vasculaires Germination et établissement - La présence de sols croustaux affecter la germination et l'établissement des plantes vasculaires. Les fentes et les lézardes à la surface du sol peuvent permettre aux petites semences de pénétrer et de germer. Toutefois, les semences de plus fortes tailles doivent être par le sol ou par une litière. En milieu désertique les litières sont dans les espaces intercalaires, et les graines des plantes indigènes possèdent des mécanismes pour se couvrir comme la présence d'arêtes hygroscopiques ou par l'intermédiaires des petits rongeurs. Les plantes adaptées aux sols pulvérulents comme les dunes non stabilisées ou propres aux forêts avec une épaisse litière se voient protégées de manière passive pour germer. Toutefois, des espèces exotiques peuvent ne pas posséder de tels mécanismes assurant la germination et la présence de croûtes bien développées peut être un empêchement à la germination. Il en va de même pour ce qui est des litières qui sont généralement peu développées comme il a été récemment démontré chez Bromus tectotum sur le terrain et en laboratoire (Belnap, Kaltenecker, [données non publiées]). La présence de sols croustaux n'est pas un frein à la pénétration des racines après la germination (Belnap, Pendleton and Meyer [données non publiées]). 24 Seedling germination per se has not been shown to limit species density or presence in desert plant communities. Harper and Marble [1988] and Eckert et al. [1986] showed seedlings establishment and survival greater on crust-dominated soils than on soils lacking crusts. Experiments done with both fine and coarse- textured soils demonstrate that seedlings establishment and survival for both forbs and grasses can be much higher in crusted areas when compared to areas where the crust has been removed (Belnap [1993]; Harper and Sinclair [1985]; Sinclair et al. [1984]; Lesica and Shelley [1992]). No study has shown a negative relationship between crusts and vascular plant growth. Rather, many studies worldwide suggest that vascular plant cover is most often controlled by water and/or nutrient availability rather than other site factors (Dunkerly and Brown [1995]; Mabbutt and Fanning [1987]; Tongway and Ludwig [1990]). La germination même des semis ne montre aucun empêchement à la densité ou la présences d'espèces dans les écosystèmes désertiques. Harper & Marble [1988] de même que Eckert et al. [1986] ont montré que l'établissement des semis et leur survie sont supérieurs sur les sols à croûtes édahiques que sur ceux qui en sont dépourvus. Il en va de même si on compare des sols croustaux à ceux où les croûtes ont été enlevé expérimentalement (Belnap [1993]; Harper & Sinclair [1985]; Sinclair et al. [1984]; Lesica & Shelley [1992]). Aucune étude n'a montré un effet négatif sur la croissance des plantes vasculaire par la présence de croûtes. Au contraire plusieurs études de par le monde tende à démontrer que les facteurs limites pour l'établissement des plantes vasculaires sont propres au milieu comme l'eau et la disponibilité de nutriments (Dunkerly & Brown [1995]; Mabbutt & Fanning [1987]; Tongway & Ludwig [1990]). 25 Some authors have suggested that there is a negative relationship between cover of biological crusts and vascular plants. However, in a recent study (Belnap et al. [in review], little correlation was seen between vascular plants and crustal cover at coastal and mid-elevation sites, At more arid low-elevation sites, correlation between vascular plant cover and cover of crustal components was generally positive. This relationship suggests that the presence of plants aids survival of crustal components, perhaps due to microclimate conditions associated with perennial vegetation (such as decreased soil surface temperatures and increased surface moisture due to shading). Rather than crusts inhibiting plants it appears more likely that crusts occur in spaces where vascular plants cannot grow and keep them out. Numerous other authors have reported crusts either do not compete with vascular plants (Anderson et al. (1982a]; Beymer and Klopatek [1992]; Jeffries and Klopatek [1987]; Kleiner and Harper [1972, 1977a, b]) or actually enhance vascular plant cover (Carleton [1990]; Dadlich et al. [1969]; Graetz and Tongway [1986]; Ladyman and Muldavin [1994]; Ladyman et al. [1994]; Lessica and Shelley [1992]; Muncher et al. [1988]; Rosentreter[1986]). Plusieurs auteurs ont suggéré une relation négative entre les espèces du couvert des croûtes édahiques et les plantes vasculaires. Toutefois . dans une étude récente (Belnap et al. [en revue]) très peu de corrélation a été observée entre les plantes vasculaires et les croûtes édahiques dans les sites côtiers de moyenne élévation. Au contraire, cette relation dans les sites arides de basse élévation a été plutôt positive. Cette relation suggère que la présence de plantes vasculaire contribue au développement des croûtes édaphiques probablement à cause des conditions inhérentes aux plantes vivaces comme le microclimat avec une réduction de la température de surface du sol et une augmentation de l'humidité apporté par l'ombrage. Il semble bien que les 26 croûte édaphiques se développent là où les plantes vasculaires ne peuvent croître. De nombreux auteurs ont rapporté qu'il n'y a pas de compétition entre les croûtes édaphiques et les plantes vasculaires (Anderson et al. (1982a]; Beymer & Klopatek [1992]; Jeffries & Klopatek [1987]; Kleiner & Harper [1972, 1977a, b]) ou plutôt qu'elles contribuent à l'expansion des plantes vasculaires (Carleton [1990]; Dadlich et al. [1969]; Graetz & Tongway [1986]; Ladyman & Muldavin [1994]; Ladyman et al. [1994]; Lessica & Shelley [1992]; Muncher et al. [1988]; Rosentreter[1986]). Nutrient levels in vascular plants - Plants growing on crusted soil often show higher concentrations and/or greater total accumulation of various essential nutrients when compared to plants growing in adjacent, uncrusted soils. In southeast Utah, leaf tissue nitrogen in annual, biennial and perennial species was 9-31% higher in crusted areas. Dry weight were greater as well (Belnap[1/995]; Belnap and Harper [1995]). This was verified with greenhouse experiments (Harper and Pendleton [1993]). Other authors have obtained similar results with other species (Brotherson and Rushforth [1983]; Shields and Durrell [1964]). Les teneurs en nutriments des plantes vasculaires - Les plantes croissant sur des croûtes édaphiques ont surtout des concentrations élevées ou de plus grandes accumulations totales de divers nutriments essentiels en regard de plantes environnantes venant sur des sols dépourvus de croûte édaphiques. La teneur en azote des tissus foliaires des plantes annuelles, bisannuelles et vivaces du sud-est de l'Utah (USA) est de 9 à 31% plus élevés sur les sols croustaux. Il en va de même pour les contenus en matière sèche (Belnap[1/995]; Belnap & Harper [1995]). Ceci a été vérifié de manière expérimentale en serre (Harper & Pendleton [1993]). D'autres auteurs ont 27 obtenu des résultats analogues avec d'autres espèces (Brotherson & Rushforth [1983]; Shields & Durrell [1964]). Several mechanisms have been postulated to explain this effect. Crusts accumulate nutrient rich fine soil and organic matter (Fryberger et al. [1988]; Campbell et al. [1989]; Gillette and Dobrowolski (1993). Material that blows across biological soil crusts can become trapped, either accumulating within low pockets in the microtopography or stock by exudate on algal sheaths. Algal sheaths are phototropic, and if not burried too deeply, will push trough loose soil and organic matter trapping or entrangling the soil in the process (Campbell et al. [1989]). Danin et al. [1989] proposed a positive feedback loop based on this process in which nutrient-rich microsites develop, leading to germination and growth of vascular plants, which in turn contribute to a reduction in erodability and an increase in the accumulation of washed or wind blown soil. Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer cette situation. Les croûtes édaphiques accumulent les fines particules de sol et de matière organique riches en nutriments (Fryberger et al. [1988]; Campbell et al. [1989]; Gillette & Dobrowolski (1993). Les matériaux qui sont soufflés au dessus des croûtes édahiques peuvent être captés et s'accumuler dans des dépressions de la microtopographie de surface ou simplement se déposer sur les exsudats des gaines d'algues. Ces gaines d'algues sont phototropiques et si elles ne sont pas enfouies profondément elle peuvent accumuler des particules organiques dans les sols meubles et les introduire par l'eau et le vent dans le processus de formation du sol (Campbell et al. [1989]). Danin et al. [1989] proposent un système fermé dans lequel se développent des microsites riches en nutriments, permettant ainsi la germination et la croissance de plantes vasculaires et qui en 28 retour, réduisent les risques d'érosion tout en contribuant à l'accumulation des particules de sol transportées par l'eau ou le vent Cyanobacterial sheath material is often coated with negativey-charges clay particules. Positively charges macro-nutrients bind to these particules, and are thus prevented from leaching from the soil profile (Belnap and Gardner [1993]). , as dark crusts would be warmer. These clay particules are more nutrient-rich than sand (Black [1968]). Lange |1974] demonstrated that compounds in the gelatinous sheath material of half of the cyanobacteria species studied were able to chelate elements essential for their growth (e.g., iron, copper molybdenum, zinc, cobalt and manganese). Four of the five genera shown to possess this ability (Anabaena, Anacystis, Lyngbya and Nostoc) are represented by common species in the biological crusts of western North American deserts (Shield and Durrell [1964]). It is also possible that nutrient differences are a result of a thermal effect , as dark crusts would be warmer than lighter uncrusted soils. and uptake of nutrient would occur at a higher rate. Herbivores and other consumers benefit directly from the enhanced nutrient status of these ecosystems (Belnap and Harper [1995]). Indirect effects include positive correlations soil mychorrhizae and microarthropod populations with the presence of well-developed biological soil crusts (Harper and Pendleton [1993]; Belnap unpublished data). Les débris de gaines de cyanobactéries sont souvent recouvert de micelles argileuses chargées négativement. La charge positive des macronutriments fixée à ces particules en prévient leur lessivage (Belnap & Gardner [1993]), car les croûtes de couleur foncée ont une température plus élevée. Ces micelles argileuses sont plus riches en nutriments que le sable (Black [1968]). Pour sa part Lange |1974] a démontré que la composition gélatineuse des gaines de la 29 moitié cyanobactéries était tout à fait capable de capter les éléments essentiels à la croissance des plantes, comme le fer, le cuivre, le molybdène, le zinc, le cobalt et le manganèse. Quatre des cinq genres présents dans les croûtes des déserts de l'ouest des USA soit Anabaena, Anacystis, Lyngbya et Nostoc ont cette caractéristique (Shield & Durrell [1964]). Il est également possible que cette différence dans les nutriments soit due à un effet thermique causé par la teinte plus foncée des croûtes par rapport à des sols plus clairs et non croûtés et par une consommation plus élevée de nutriments. Les herbivores comme les autres consommateurs bénéficient directement des avantages de ces écosystèmes en matière de nutriments (Belnap & Harper [1995]). Un autre effet positif touche les relations avec les mycorhizes et les populations d'arthropodes dans le bon développement des croûtes édahiques (Harper & Pendleton [1993]; Belnap, données non publiées). Water Relations The effect of biological soil crusts on soil water relations is highly variable between different regions., soils and climatic regimes. Crustal development (e.g., cyanobacterial, lichen, moss), climatic regimes, the amount of surface roughness, time since destructive disturbance, soil texture and soil structure can all heavily influence hydrologic cycles at a given site. Soil texture is especially important and can override any effects of biological crusts. For instance, soil with high shrink- swell clays have low infliltration rates, and sandy soils have high inflitration rates, regardless of the biological soil crusts present. Les relations avec l'eau 30 Les relations entre les croûtes édahiques et l'eau du sol sont hautement variables d'une région à l'autre selon les types des sols et les régimes climatiques. Le développement des croûtes composées de cyanobactéries, de lichens et de mousses, les régimes climatiques, la rugosité de la surface, la durée depuis la dernière perturbation, la texture et la structure du sol, ont toutes une influence profonde sur les cycles hydrologiques d'un site en particulier. La texture du sol est particulièrement importante avec un impact supérieur à tous les autres facteurs sur les croûtes édahiques. A titre d'exemple les sols composés d'argiles gonflables ont un faible taux d'infiltration de l'eau alors que les sables ont un taux bien supérieur, sans égard aux croûtes. Research results conducted under a variety of soil and climate conditions around the world show the variable, and interactive, effects of biological soils crusts and soil properties. While the presence of the mucilaginous cyanobacteria can decrease soil permeability, increase surface roughness can increase water pooling and residence time. Consequenly, in cool and cold deserts where frost-heaving is common and biological soil crusts greatly increase soil surface roughness, the amount and depth of rainfall inflitration. Under sagebrush mounds in a clayey- skeletal montmorillonitic soils in southern Idaho, sites with a high cover of biological soil crusts in coppice and moss-grass microsites had significantly higher infiltration rates than adjacent bare or vesicular dominated soils (Blackburn et al. [1990]; Johnson and Gordon [1986] ; Pierson et al. [1994a, b]; Johnson and Rosentreter [1988]). (However, this results was complicated by the presence of more plant litter under the shrubs than in plant interspacee, which may have been responsible for this increase). In a Utah sandy loam soil, inflitration rates increased with increased lichen-dominated crusts (Loope and Gilford [1972], and 3-year-old 31 algal crusts decreased time ponding, although inflitrations rates, once runoff began, where the same with or without the crust (Williams et al.[1995b]). Des recherches effectués autour du monde dans différentes conditions édaphiques et climatiques ont montré à la fois, des interactions et des effets variés sur les propriétés des sols biocroustaux. Tandis que la présence de mucilage sur les gaines des cyanobactéries pouvait réduire la perméabilité du sol, en même temps ce phénomène favorisait la rugosité des croûtes et augmentait la captation de l'eau et la durée de sa présence dans l'écosystème. En conséquence dans les déserts frais ou froids, où les phénomènes de cryoturbation sont courants, les croûtes augmentent la rugosité du sol de même que la quantité d'eau infiltrée et la profondeur atteinte. Ainsi, au sud de l'Idaho (USA), sous les fourrés d'Artemesia tridentata avec un sol de montmorillonite squelettique des terrains recouverts de croûtes édaphiques dans des microsites sous fort couvert végétal les infiltrations d'eau étaient supérieurs aux sols nus adjacents (Blackburn et al. [1990]; Johnson & Gordon [1986]; Pierson et al. [1994a, b]; Johnson & Rosentreter [1988]). Ces résultats doivent être interprétés avec précaution puisque la litière était plus importante dans les fourrés que dans les parties intercalaires, ce qui pourrait expliquer ces augmentations. Sur un loam sableux de l'Utah, le taux d'infiltration de l'eau augmente à mesure que s'installent les croûtes à dominance de lichens (Loope & Gilford [1972] mais une croûte dominée par des algues de trois ans a moins longtemps gardée sa concentration en eau même si l'infiltration a débuté avec l'écoulement et n'a montré aucune différences, que le sol soit nu ou croustal (Williams et al.[1995b]). 32 In warm deserts, where frost-heaving is not present and biological soils crusts are flat, infiltration rates appear to depend more on soil type and climatic regimes, and so are site-specific. Reduced infiltration rates as a result of biological soil crust cover have been reported for sandy soils in Arizona (USA) (Brotherson and Rushforth [1983]), Australian sandy soils (Bond [1964]; Eldridge [1993a, b]; Rogers [1977]; Stanley [1983]; Graetz and Tongway [1986]), and Israel sandy soil (Yair [1990]). In New South Wales, Australia, inflitration rate inceased on a transect through a sandy-loam soil as grazing decreased and biological crust cover increased. However, comparision with adjacent ungrazed soils with a continuous cover of lichens and mosses showed reduced infiltration (Eldridge [1993b]). Infiltration studies conducted on sandy soils of Oklahoma and Kansas (USA) (Booth [1941]) and silt-loams and and clayey silt-loams in Arizona (Faust [1970, 1971]) failed to find any influence of biological soil crusts on infiltration rates. Dans les déserts chauds où les phénomènes de cryoturbations n'existent pas et les croûtes sont plates les infiltrations d'eau semblent dépendre surtout du type de sol et du régime climatique et elles sont propres à chaque site. Des taux d'infiltration plus lents résultatant de croûtes édaphiques ont été observés sur des sols sableux en Arizona (Brotherson & Rushforth [1983]), en Australie (Bond [1964]; Eldridge [1993a, b]; Rogers [1977]; Stanley [1983]; Graetz & Tongway [1986]) et en Israël (Yair [1990]).Dans les Nouvelles Galles du Sud en Australie des mesures d'infiltrations ont été effectuée selon un transect sur un loam sableux et ont montré que les infiltrations d'eau augmentaient au même rythme que diminuait la paissance. Cependant une autre étude comparative portant sur un sol adjacent non pâturé avec un couvert de lichens et de mousses, a démontré une réduction des infiltrations (Eldridge [1993b]). D'autres études portant sur les infiltrations sur des sols sableux en Oklahoma et 33 au Kansas (USA) (Booth [1941]) des loams limoneux et des loams limono- argileux en Arizona (Faust [1970, 1971]) n'ont montré aucune influence des croûtes édahiques sur les taux d'infiltration. Conversely, components of biological soil crusts rapidly swell (Shields and Durrell [1964]) up to 13 times the dry volumes (Campbell [1977]). potentially closing flow pathways trough soils. Scanning electron microscopy shows sufficient openings in sandy loam soils for water flow (Belnap and Gardner [1993]) but concentration of silt and clay particules, combined with swelling will restrict inflitration even in sandy soils when wet (Verrecchia et al. (1995). The hydrophobic nature of some microphytes have been speculated to contribute to soil surface sealing (Bond [1964]), however, other authors have experimental evidence that shows these organisms to be highly hydrophilic (Kidron, personal communication). À l'inverse les croûtes édahiques gonflent rapidement (Shields & Durrell [1964]), jusqu'à 13 fois le volume initial anhydre (Campbell [1977]), avec l'éventualité de colmater les passages d'infiltration l'eau du sol. Une étude au microscope à balayage électronique montre que les ouvertures sont suffisantes dans les loams sableux (Belnap & Gardner [1993]) bien que les concentrations de particules de limon et d'argile puissent restreindre les infiltrations même dans les sols sableux humides (Verrecchia et al. (1995). On a également spéculé sur le comportement hydrophobe de certaines microphytes qui scelle la surface du sol (Bond [1964]), alors que d'autres auteurs ont montré que ces mêmes organismes étaient fortement hydrophiles (Kidron, communication personnelle). 34 The influence of biological crust on effective hydraulic conductivity (Ke: the rate at which water moves through the soil profile under field conditions) is also variable. Lichens-dominated crusts in Utah decreased Ke (Loope and Gilford [1972]). Lichen and algal crusts in Australia were associated with high Ke (Greene et al. [1990]). Algal crusts in Utah and non-disturbed Nevada crusts had no discernible influence on Ke (Williams [1993]: Dobrowalski [1994]). L'influence des croûtes édahiques sur la conductivité hydrique, où Ke est le taux de percolation de l'eau dans sol sous des conditions de terrain, est également variable. Les croûtes dominées par les lichens en Utah voient leur Ke diminueé(Loope & Gilford [1972]). En Australie les croûtes dominées par des lichens ou des algues montrent un Ke élevé (Greene et al. [1990]). Par ailleurs les croûtes édahiques dominées par des algues en Utah et celles qui ne sont pas perturbées au Nevada ne permettent pas de discerner une influence sur le Ke (Williams [1993]: Dobrowalski [1994]). Though overall inflitration of precipitation is critical for plant growth, where water infiltrates can also be critical in maintaining plant community structure. Recent work done on banded vegetation has shown that water infiltration and runoff patterns can be important in maintaining vegetative community structure in hyper-arid zones. Banded vegetation occurs in very flat areas where rainfall is too low to support homogenous distribution of vegetation: instead, plants are concentrated in bands that occur perpendicular to the flow of water, These bands capture water, nutrients and fine soil particles. The bigger the bands, the more effective they are in resource capture; however, their overall size is limited by rainfall and nutrients. Biological soil crusts cover inter-band soils. When these inter-band biological soil crusts are disrupted, water infilration increases between vegetated areas. This 35 results in less water reaching the vegetated bands, causing large die-offs. This was also seen in Israel, where vegetation died when water infiltration was increased in plant interspace (Zaady, personal communication) Quoique toute l'infiltration de l'eau de pluie soit critique pour la croissance des plantes elle l'est également pour le maintien de la structure de la végétation. De récents travaux effectués sur les brousses tigrées 5 ont montré que l'infiltration de l'eau et son mode de ruissellement sont importants pour le maintien de la structure des communautés végétales des zones ultra arides. Les brousses tigrées se développent dans des région sans relief et où les précipitations ne sont pas assez abondantes pour permettre une distribution homogène de la végétation. Pour obvier à ces contraintes hydriques les plantes se concentrent en bandes parallèles perpendiculairement à l'écoulement des eaux de surface. Ces bandes captent ainsi l'eau, les nutriments et les fines particules du sol. Plus ces bandes sont développées, plus elles sont efficaces à retenir les ressources en eau et en nutriments. Toutefois, leur étendue est fonction de l'importance des précipitation des de la disponibilité des nutriments. Les croûte édaphiques se retrouvent dans les espaces séparant les bandes de végétation. Lorsque ces bandes intercalaires sont perturbées l'infiltration de l'eau augmente. Ceci a pour effet d'apporter moins d'eau aux bandes à végétation causant la dégradation et la mort de cette dernière. Ceci a également été observé en Israël (Zaady, communication personnelle). The effect of biological soil crusts on soil moisture is also variable. Soils under biological crusts showed deeper water penetration into the profile and greater availability during drought (Brotherson and Rushforth [1983]; Abrahams et al. 5 Terme consacré pour décrire les végétations désertiques ou semi-désertiques réparties en bandes parallèles. 36 [1988]). The ability of the crust to seal the soil surface and reduce evaporation due to high clay and silt concentrations in the crusts has been repeatedly proposed (Brotherson and Rushforth [1983]; Abrahams et al. [1988]). and recently supported by research specifically designd to address the issue (Verrecchia et al. [1995]). However, this can vary. In Utah and Mexico, soil moisture was less under disturbed crusts than intact crusts (Harper and Marble [1988]; Meyer and Garcia- Moya [1989]). Increased soil temperature, through the absorption of solar energy by black crusts, may increase soil moisture evaporation rates (Harper and Marble [1988]). L'effet des croûtes édaphiques sur le contenu en humidité du sol est également variable. Les sols directement sous les croûtes ont été pénétrés plus profondément par l'eau avec une plus grande disponibilité en les période de sécheresse (Brotherson & Rushforth [1983]; Abrahams et al. [1988]). Plusieurs auteurs ont proposés que les croûtes peuvent sceller la surface du sol en réduisant l'évaporation à cause des concentrations élevées en argiles et en limon (Brotherson & Rushforth [1983]; Abrahams et al. [1988]). Récemment les travaux de Verrecchia et al. [1995] ont appuyé cette hypothèse par des recherches spécifiques à cet effet, bien que ceci puisse varier. En Utah et au Mexique plusieurs auteurs ont démontré que l'humidité était moindre sous les croûtes perturbées que celles qui étaient intactes (Harper & Marble [1988]; Meyer & Garcia-Moya [1989]).L'augmentation de la température du sol causée par l'absorption d'énergie solaire par les croûtes noires peut accroître le taux d'évaporation (Harper & Marble [1988]). As can be seen above, the impact of crusts on hydrologic cycles is highly site- specific. While much of the variation is probably due to soil and crust differences, 37 this is difficult to assess due to lack of standardized data collection methods and better descriptions of soil, crust and climate characteristics at each study site. Comme on peut le constater rplus haut l'impact des croûtes sur les cycles hydriques est spécifique à chaque site. Bien que la variation soit largement tributaire des différences de sols et de type de croûte ceci est difficile à bien évaluer en l'absence de méthodes standards de prise de données et de meilleures descriptions des sols, des croûtes et des caractéristiques climatiques de chaque site. Soil Stabilization - Wind and water can be major erosive forces in deserts, as sparce vegetation leaves large soils spaces unprotected by plant litter or vegetative cover (Goudie [1978]). These interspace soils in deserts is most often stabilized by rocks or biological crusts. Biological soil crusts play an important role in both preventing soil loss and facilitating soil accretion. They contribute to aggregate stability, surface and subsurface organic matter, soil structure and soil surface microtopography as a result of physical and chemical attributes (Booth and Durrell [1941; Fletcher and Martin [1948]; Shields and Durrell [1964]). Contribution to aggregate stability can be visually assessed on both a micro- and macro-scale (Belnap [1994]; Belnap and Gardner [1993]). La stabilisation du sol - Le vent et l'eau peuvent être les deux principaux agents d'érosion dans les désert, d'autant plus que de grandes plages de sols sont sans protection en l'absence de couvert végétal ou de litière (Goudie [1978]). Ces sols sans protection sont le plus souvent stabilisés soit par des pierres ou par des croûtes édaphiques. Ces croûtes peuvent jouer un rôle important en prévenant les pertes de sols et au contraire en favorisant l'accumulation de 38 sédiments éoliens. Ces croûtes contribuent à maintenir la stabilité des agrégats de même que la matière organique en surface, et sous la surface du sol a structure du sol et sa microtopographie de surface résultant des caractéristiques physiques et chimiques (Booth & Durrell [1941; Fletcher & Martin [1948]; Shields & Durrell [1964]). On peut évaluer cette contribution à la stabilité des agrégats visuellement aussi bien qu'à l'échelle microscopique ou macroscopique (Belnap [1994]; Belnap & Gardner [1993]). As seen in the microstructure chapter, polysaccharides extruded by the cyanobacteria and green algae, in combination with lichen and moss "rootlets", entrap and bind soil particiles together, increasing the size of soil aggregates. As soil aggregates get larger, they are heavier, have a greater surface area, and are therefore more difficult for wind or water to move. In both wet and dry soils, these structures can be seen firmly gluing soil particles together at up to 7 cm below the soil surface. The presence of biological soil crusts enable otherwise loose sandy soils to stay in place on steep slopes, and stabilize pockets of very shallow soil (Bond and Harris [1964]; Marathe [1972]; Gayel and Shtina [1974]; Danin and Yaalon [1980]; Shultgen [1985]; Graetz and Tongway [1986]; Campbell et al. [1989]; Danin et al. [1989]; Belnap and Gardner [1993]). Rough microtopography also slows both wind and water erosion by creating a still air boundary layer to protect against wind erosion. Providing detention dams creates pooling and slowed flows, thus giving sediment time to settle out of the water and reducing sediment loss (Brotherson and Rushforth [1983]; Alexander and Calvo [1990] ). The degree to which different types of crusts protect the soil surface from both wind and water erosion is: bare soil < algal crusts <lichen/moss crust (Belnap and Gillette [1997, 1998]; Kinnell et al. [1990]; Eldridge and Greene [1994]; Tchoupopnou [1989]). 39 Biological soils crusts are unambiguously effective in reducing wind erosion of soil (Belnap and Gillette [1997, 1998]). Comme nous l'avons vu précédemment les polysacharide sécrétés par les cyanobactéries et les algues vertes associés aux rhizoïdes des lichens et mousses, lient les particules de sol en augmentant la taille des agrégats. Comme ces derniers augmentent de taille et de poids et occupent une plus grande superficie, ils offrent plus de résistance aux forces érosives de l'eau et du vent. Sur des sols secs et mouillés ces structures peuvent être observées jus qu'à 7 cm sous la surface du sol. D'autre part la présence de croûtes biologique contribue à maintenir des sols pulvérulents, comme des sables, en place sur de fortes pentes et stabiliser des poches de sols très minces (Bond & Harris [1964]; Marathe [1972]; Gayel & Shtina [1974]; Danin & Yaalon [1980]; Shultgen [1985]; Graetz & Tongway [1986]; Campbell et al. [1989]; Danin et al. [1989]; Belnap & Gardner [1993]). Une rude microtopographie de la surface des croûtes ralenti le processus d'érosion tant éolien qu'hydrique en créant un coussin d'air. En créant de petits barrages, l'eau est retenue et son écoulement ralentie. Ceci a pour effet de permettre aux sédiments de se stabiliser sur place et en réduire les pertes (Brotherson & Rushforth [1983]; Alexander & Calvo [1990] ). Voici par ordre croissant le degré de protection contre l'érosion apporter par les croûtes édahiques; d'abord le sol nu, puis les croûtes dominées par les algues vertes, et finalement celles dominées par les lichens et les mousses (Belnap & Gillette [1997, 1998]; Kinnell et al. [1990]; Eldridge & Greene [1994]; Tchoupopnou [1989]). Il ne peut subsister de doute sur l'efficacité des croûtes édahiques à rréduire l'érosion éolienne (Belnap & Gillette [1997, 1998]). 40 EFFECTS OF DISTURBANCE Many uses of deserts result in impacts to the biological sol crusts. The largest impacts come from driving off-road with vehicles, including military and civilian vehicules; trampling by livestock and people; and various mining activities. Effects of these activities arre especially noticeable at sites with highly erodible soils with high topographic relief. Plusieurs activités ont un impact sur les croûtes édahiques. Parmi les principales mentionnons la circulation hors-piste des voitures et camions civiles ou militaires, le piétinement des animaux en divagation et les activités humaines, reliées à l'industrie minière. C'est particulièrement le cas où le relief est accidenté et susceptibles à l'érosion. Species composition - Surface disturbance also results in changes in species composition of soil crusts. While multiple species of soil lichens and mosses, as well as 4 or more species of cyanobacteria, can be found in untrampled areas on most soil types, no lichens and only one species of cyanobacteria are generally found in directly-adjacent trampled areas (Belnap [1995]). Changes in species composition has implications for both soil stability and nutrient inputs. Les perturbations de surface ont comme conséquences directes des changements de compositions des espèces formant les croûtes édaphiques. Alors que de n ombreuses espèces de lichens, soit plus ou moins quatre espèces ou de cyanobactéries, se retrouvent dans des lieux non piétinés et sur des sols divers, aucun lichen et une seul espèce de cyanobactérie occupe des lieux 41 piétinés adjacents (Belnap [1995]) . Ce changement a des implications tant sur la stabilité du sol que sur la disponibilité des nutriments. Microtopography - Trampled surfaces are generally flat, whereas untrampled interspace surfaces can support cyanobacterial pedicels fron 1-7 cm high (depending on climate of the site).Flattened surfaces do not slow water or wind velocity, nor does sediment have an opportunity to settle out; thus more sediment is lost from trampled sites than untrampled sites. Water residence time on smooth is shorter, and water infiltration reduced (Harper and Marble [1988]). Microtopograhie — Les croûtes qui sont l'objet de piétinement ont généralement un relief plat alors celles qui ne le sont pas peuvent avoir des pédicelles de cyanobactéries allant de 1 à 7 cm de hauteur selon le microclimat. Ces surfaces dépourvues de relief ne sont pas aptes à retenir l'eau ou à dimininuer la vélocité de l'air. ni à retenir les sédiments si elles sont piétinées. Lors de pluies la persistance de l'eau sur les croûtes lisses est moindre tout comme l'infiltration qui s'en trouve réduite (Harper and Marble [1988]). Soil Stability - Different soils have different intrinsinc soils strenght that vary with moisture content. Arid soils with little tendency to form inorganic aggregates (e.g. sandy soils) are more susceptible to stressess when dry, while soils with inorganic crusting are more susceptible to impacts when soils are wet. Trampling greatly accelerate desertification process through increased soil loss and water runoff. Soils in arid regions are often highly erodible and soil formation is extremety slow, taking 5 000 t0 10 000 years (Dregne [1983]). 42 La stabilité du sol — Chaque sol a des caractéristiques, des faiblesses et des forces qui lui sont propres. Les sols arides sableux qui forment surtout des agrégats minéraux sont plus susceptibles au stress de la sécheresse, alors qu'à l'inverse le sols à structure organique sont plus sensibles aux impacts de l'eau. Le piétinement par les animaux accélère beaucoup le processus de désertification par la perte de sol causé par l'écoulement superficiel des eaux. Les sols des régions désertiques sont extrêmement sensibles à l'érosion et leur formation s'étend sur de longues périodes allant de 5 000 à 10 000 années (Dregne [1983]). Crustal components are brittle when dry and the connections they make between sand grains easily crushed. Therefore, compressional disturbances, such as those generated by animal, people and vehicular traffic, can severely affect the ability of crusts to stabilize soils (Belnap and Gillette [1997]; Williams et al. [1995a]). Damage to the underlying cyanobacterial sheath material is non-repairable, since living cyanobacteria are no longer present at these depths to regenerate filament and sheath materials. Les diverses composantes des croûtes sont fragiles à l'état sec et les liens entre les grains de sable et les agrégats facilement brisés. Ainsi, la pression exercée par le passage des animaux des gens ou des véhicules altèrent profondément la possibilité des croûtes à stabiliser le sol (Belnap & Gillette [1997]; Williams et al. [1995a]). Les dommages aux gaines de cyanobactéries sous-jacentes à la surface du sol sont irréparables puisque ces dernières ne sont plus présentes, donc incapables de régénérer filaments et gaines. 43 Water erosion from plots with biological soil crusts, undisturbed for two to three years, was significatly less than from plots without crusts in Utah and Idaho (Williams et al. [1995b]; Loope and Gilford [1972]; Blackburn et al. [1990]; Pierson et al. [1994a, b]). Lower erosion rates were not simply due to decreased runoff, strongly suggesting that the reduced erodibility was attributable to conditions unique to the coppice and moss-grass microsites. Globally, many authors have reported that presence of biological soil crusts reduces soil susceptibility to water erosion through reduced raindrop erosion and sediment loss from sites (Alexander and Calvo [1990]; Beymer and Klopatek [1992]; Eldridge [1993]; Eldridge and Greene [1994]; Foth [1978]; Harper and Marble [1988]; Ladyman and Mudavin [1996]). Dans une série d'expériences en Utah et dans l'Idaho, les parcelles contenant des croûte édaphiques non perturbées depuis deux à trois ans ont été nettement moins érodées par l'eau que celles qui en étient dépourvues (Williams et al. [1995b]; Loope & Gilford [1972]; Blackburn et al. [1990]; Pierson et al. [1994a, b]). Cette diminution de l'érosion hydrique n'était pas uniquement causée par le ruisselement, mais ressemblait plutôt à ce qui se passe sur les microsites avec des rejets, des mousses et des herbes. D'une manière plus globale, plusieurs auteurs ont rapporté une plus grande résistance à l'érosion hydrique en particulier à l'effet de l'impact des goûtes de pluie et la perte de sédiments (Alexander & Calvo [1990]; Beymer & Klopatek [1992]; Eldridge [1993]; Eldridge & Greene [1994]; Foth [1978]; Harper & Marble [1988]; Ladyman & Mudavin [1996]). All studies have shown that crust cover reduces wind erosion on all soil types by requiring much higher wind speeds to initiate soil particle movement (Belnap and 44 Gillette [1997, 1998]; McKenna-Neuman et al. [1996]; Williams et al. [1995a]). Resistance to wind erosion parallels biological crust development. Well-developed crusts (with lichens and mosses) on all soils tested conferred the greatest erosion resistance, when compared with less-developed crust. Compressional disturbances to the crusts greatly decrease resistance to wind erosion for all soil types, regardless of the disturbance regime or soil type, as cyanobacteria and lichens are brittle when dry and crushed easily. Vehicle tracks result in greater damage than hoof prints on a given soil type. After 10 years of recovery, sandy soils tested in southeast Utah were still susceptible to wind erosion at commonly- occuring wind speeds (Belnap and Gillette [1997, 1998]). Toutes les études ont montré que le couvert offert par les croûtes réduit l'érosion éolienne sur tous les types de sols. Des vents de plus forte vélocité sont nécessaires pour enclencher le mouvement des particules édaphiques (Belnap & Gillette [1997, 1998]; McKenna-Neuman et al. [1996]; Williams et al. [1995a]), Il y a une corrélation entre la développement des croûtes édahiques et la résistance à l'érosion éolienne. Les croûtes bien développées et particulièrement celles composées de lichens et de mousses sur tous les types de sols étudiés offrent une plus grnde résistance à l'érosion en regard des sols où les croûtes sont moins développées. Les perturbations des croûtes par compression du sol diminuent la résistance à l'érosion éolienne quelque soit le type de sol et quelqu'en soit la fréquence car les Cyanobactéries et lichens sont particulièrement fragiles à l'état sec et facilement broyés. C'est le cas des traces de voitures qui sont plus dommageables au sol que les empreientes laissées par les animaux. Après 10 ans des sols sableux étudiés dans le sud est 45 de l'Utah étaient toujours sensibles à l'érosion causée par la vitesse normale des vents (Belnap & Gillette [1997, 1998]). Decreases in the wind resistance of soils is directly associated with increased sediment movement (Leys [1990]; Williams et al. [1995a]). Nearby biologocal soil crusts can be burried by blowing sediment, resulting in the death of the photosynthetic organisms (Belnap [1995, 1996]). Because over 75% of the photosynthetic biomass and almost all photosynthetic productivity, is from organisms in the top 3 mm of these soils, very small soil losses can dramatically reduce site fertility and further reduce soil surface stability. In addition, many plants have relatively inflexible rooting depths, and often cannot adapt to rapidly changing soil depths. Une baisse de la résistance des sols au vent signifie automatiquement une augmentation du mouvement des particules sédimentaires (Leys [1990]; Williams et al. [1995a]). Les croûtes édaphiques au voisinage peuvent être recouvertes par des sédiments d'origine éolienne provoquant ainsi la mort des organismes faisant la photosynthèse (Belnap [1995, 1996]). Plus de 75% des organismes effectuant la photosynthèse et la presque totalité de la productivité provient des organismes qui sont logés dans les 3 premiers mm du sol. En réalité de petites pertes de sol peuvent avoir une influence négativement sur la fertilité des sols tout en réduisant la stabilité de surface. D'autre part, plusieurs plantes ont des systèmes racinaires qui ne s'implantent qu'à des profondeurs spécifiques et de ce fait ne s'adaptent que très lentement aux changement de profondeur des sols. Nutrient cycles 46 Nitrogenase activity can be dramatically reduced in soil crusts after experimentally- applied disturbance (Belnap & al. [1994], Belnap [1995,1996]), Disturbnce by human feet, mountain bikes, four-wheel dryve trucks, tracked vehicules (tanks), and rfaking all resulted in an immediate 40-80% in nitrogenase activity. After 6-9 months, nitrogenase activity had dropped still lower in the disturbed areas than the initial measurements, with treatments showing an 80-100% reduction in nitrogenase activity. Le rôle de la nitrogénase dans la fixation de l'azote peu être profondément altéré dans les croûtes édaphiques suite à des perturbations expérimentales (Belnap & al. [1994], Belnap [1995,1996]). Les perturbations occasionnées par les empreintes de pas , des vélos ou des véhicules tout-terrain occasionnent une réduction immédiate de l'ordre de 40 à 80% de cette activité enzymatique. Plus encore des mesures effectuées dans une période de 6 à 9 mois après les perturbations montrent un déclin allant de 80 à 100% de l'activité de la nitrogénase. Crust disturbance can result in large decreases in soil nitrogen through a combination of reduced input and elevated losses (Peterjohn & Schlesinger [1990]). Current long-term studies demonstrate a 42% decrease in soil nitrogen and 34% decrease in plant tissue nitrogen 25 years following release from grazing. The greatest long-term impact of disturbance may be on the soil microbial pool: plant-available nitrogen can decrease almost 80% following disturbance. This has large implications for ecosystems that are dependant on biological crusts for nitrogen, such as the Colorado Plateau (Evans & Ehleringer [1993], Evans & Belnap [1999]). Reduced fertility of systems is one of the most problematic aspects of desertification (Dregne [1983]). 47 Non seulement la perturbation des croûtes induit une énorme réduction de l'azote du sol, mas également en réduisant l'apport d'azote en augment les pertes considérablement (Peterjohn & Schlesinger [1990]). Des études à long terme nous montrent une diminution de 42% de l'azote du sol et de 34% du contenu en azote dans les tissus végétaux 25 ans après que la paissance fut arrêtée. L'impact le plus important de ces perturbations sur le sol est probablement au niveau du pool microbien; l'azote disponible à la croissance plantes diminue de 80% après une perturbation. Ceci a un impact majeur sur les écosystèmes qui dépendent des croûtes édaphiques pour leur apport en azote comme c'est le cas pour le Plateau du Colorado (Evans & Ehleringer [1993], Evans & Belnap [1999]). La réduction de la fertilité des systèmes biologiques est l'aspect le plus problématique de la désertification (Dregne [1983]). Albedo Albedo is also of concern in semi-arid and arid systems. When trampled surfaces were compared to untrampled surfaces, there was up to a 50% increase in reflectance from 0,25 to 2,5 µm (Belnap [1995]) this represent a change in the surface energy flux of approxiamately 40 watts/m 2 . Large acreages of trampled areas can lead to changes in regional climate patterns in many regions (Sagan et al.[1979]) L'albédo est également un facteur important à considérer dans les déserts semi- arides et arides. Les surfaces piétinées par opposition à celles qui l'on pas été montrent une augmentation de la réflexion de la lumière de l'ordre de 0,25 à 48 2,5 µm (Belnap [1995]), ce qui représente une changement considérable dans le flux énergétique de surface de l'ordre de 40 watts/m 2 . De vastes espaces soumis au piétinement peuvent mener à des changement climatiques régionaux dans plusieurs endroits (Sagan et al.[1979]) Changes in surface albedo will result in changes in soil temperatures. Trampled surfaces have significantly different surface temperatures than untrampled surfaces. For example, trampled surfaces in southeast Utah were found to be 23° C cooler than adjacent crusted surfaces. In he winter, surface temperatures of well-developed crusts were up to 14°C higher than ambient air temperature (Belnap [1995]). Surface temperatures can be very important in desert systems. Nitrogenase activity is heavily temperature dependant, with lower temperatures resulting in lowerd activity levels (Rychert et al. [1978]). Altered soil teperatures ca be expected to affect microbial activity, plant nutrient uptake rates and soil water evaporation rates. Soil temperatures have been shown to affect seed germination time and seedling growth rates for vascular plants. Timing of these events is often critical in deserts, and relatively small delays can reduce species fitness and seedling establishment which may eventually affect community structure (Bush & Van Auken [1991]). Food other resources are often partitioned among ants, arthropods and small mammals on the basis of surface temperature-controlled foraging times (Doyen & Tschinkel [1974], Crawford [1991], Wallwork [1982]). Many small desert animals are weak burrowers, and soil surface microclimates are of great importance to their survival (Larmuth [1978]). Consequently, altering surface temperatures can affect nutrient availability and community structure for many desert organisms, thus increasing susceptibility to desertification. 49 Les variations de l'albédo en surface du sol se traduisent automatiquement en variations de la température de ce dernier. Les surfaces piétinées on des températures différentes des surfaces qui ne l'on pas été. À titre d'exemple les surfaces piétinées du sud-est de l'Utah on une température inférieure de 23° C à celles de la surface des croûtes édaphiques. En période hivernale, la température de surface des croûtes édaphiques est de 14° C. supérieure à l'air ambiant (Belnap [1995]). Les températures de surface du sol sont d'une grande importance dans un système désertique. La fixation de l'azote par la nitrogénase est directement dépendante de la température (Rychert et al. [1978]). Des températures inférieures affectent également l'activité microbienne, le taux de prélèvement des nutriments pas les plantes tout comme de l'évaporation de l'eau. Il en va de même pour les temps de germination et de la croissance des plantules chez les plantes vasculaires. Le synchronisme de ces événements est critique en milieu désertique. De légers décalages peuvent réduire la résistance des plantules, ce qui affectera toute la structure de la communauté biologique (Bush & Van Auken [1991]). Les ressources, particulièrement les ressources alimentaires, sont réparties entre les fourmis, les arthropodes et les petits mammifères en fonction des températures de surface du sol. Celle-ci contrôle les périodes d'alimentation (Doyen & Tschinkel [1974], Crawford [1991], Wallwork [1982]). Plusieurs petites espèces animales des déserts sont composées de mauvais fouisseurs, et le microclimat de la surface du sol est d'une importance cruciale pour leur survie (Larmuth [1978]). Par voie de conséquence toute altération significative de la température de surface du sol a un impact sur la disponibilité alimentaire et la structure des différentes communautés biologiques du désert d'où une augmentation de la prédisposition à une désertification accrue. 50 Fire High intensity fire will burn biological crusts, resulting in reduction of visible cover, biomass and species diversity (Callison & al. [1985]) Greene & al. [1990] Johansen & al. [1993]). The extent of damage depends on the type of plant community in which the crust occurs, the distribution of fuel and thus fire intensities (Johansen & al. [1993]). Arid and semiarid communities historically had patchy plant distribution, resulting in discontinuous fuel with biological crusts between (Whisenant [1990]). Biological crusts provide little fuel to carry a fire through interspaces, thereby acting as "refugia" to slow the spread of fire and decrease its intensity (Rosentreter [1986]). Unburned islands of vascular vegetation and biological crust provide propagules for reestablisment of the community in burned areas. Johansen & al. [1993] observed that the structural matrix of the crust was left intact following fire, maintainng stability against erosive forces following fire during the recovery period for vascular plants and the biological crusts. Les croûtes édaphiques vont être consumées par un incendie violent dont le résultat sera la disparition du couvert végétal, une diminution appréciable de la biomasse et de la biodiversité (Callison & al. [1985]) Greene & al. [1990] Johansen & al. [1993]). L'étendu des dommages est tributaires du type société végétale dans laquelle se trouvent les croûtes édaphiques, la distribution des matériaux combustibles et de l'intensité de l'incendie (Johansen & al. [1993]). Normalement les déserts arides ou semi-arides ont une couverture végétale à distribution hétérogène et discontinue avec des croûtes intercalaires (Whisenant [1990]). Les croûtes édaphiques ne donnent que peu de matériel combustible et de ce fait réduisent l'intensité de l'incendie et sa propagation (Rosentreter [1986]). Les plages de végétation vasculaire qui n'ont pas brûlé 51 de même que les croûtes permettant un nouvel ensemencement des zones incendies. En 1993, Johansen a observé que la structure des croûtes demeurent intacts après l'incendie permettant ainsi d'éviter de trop importants dommages par l'érosion éolienne. Exotic annual grasses, primarily Bromus sp., have invaded semiarid and arid landscape throughout western North America, homogenizing fuel distribution and drastically altering fire regimes (Whisenant [1990], Peters & Bunting [1994]). Increases in both fuel amount and continuity have resulted in large, continuous fires. For example, natural fire return intervals for Artemisia tridentata ssp. wyomingensis communities on the western Snake River Plain are greater than 60 years (Whisenant [1990]). These have been modified to intervals of 5 years or less, with somes areas burning annually. Salt-desert shrub communities rarely burned under pristine conditions. In addition, fire seasons have become longer than the historical average due to the presence of dry fuel from lat spring until the onset of cool weather and fall rains. Biological crusts are lost from the community if fire return intervals are shorter than the period required for the crusts to recover (Greene et al. [1990], Whisenant [1990]). Lichens and moses are lost if annual grasslands are allowed to dominate. Increases in both live plant density and litter amount result in little open space, repressing the recovery of a diverse biological crust (Kaltenecker [1997]). Des plantes allochtones comme celles du genre Bromus ont complètement envahies les déserts semi-arides ou arides par tout l'ouest de l'Amérique du Nord. Ceci a comme conséquence une modification et une uniformisation profonde du mode de distribution du régime des feux de surface (Whisenant [1990], Peters & Bunting [1994]). Cette végétation allochtone apporte un 52 matériel inflammable inusité et une fréquence accrue de grands incendies. À titre d'exemple, la fréquence des feux pour les groupements à Artemisia tridentata ssp. wyomingensis des plaines de la rivière Snake montre qu'elle est de l'ordre de 60 ans ou plus (Whisenant [1990]). Actuellement l'intervalle entre les feux est de l'ordre de 5 ans voire même avec une fréquence annuelle. Il en va de même pour les groupements arbustifs halophiles. Il va de soi que si la période entre les incendies est plus courte que celle nécessaire au rétablissement des croûtes édaphiques, ces dernières disparaissent faute de pouvoir se reconstituer (Greene et al. [1990], Whisenant [1990]). La végétation de mousses et de lichens est également perdue si les herbes annuelles viennent à dominer le paysage faute d'espace permettant aux croûtes d'avoir la biodiverité nécessaire (Kaltenecker [1997]). Timing and Intensity of Disturbance Only a few studies discuss season of use and attendant impacts on biological soil crusts. In addition, past distrubance regimes are generally not reported. Marble & Harper [1989] found heavy grazing treatments (17 sheep days/acre, applied over 1-2 days) in early winter did not not significantly affect biological soil cover and composition or vascular plant cover and composition. When the grazing season was extended to late winter, both biologiocal soil crust cover and species richness declined significantly. Differences are attributed in insufficient soil moisture in late winter/early summer to permit regrowth of biological soil species. This reduction in biological soil crust cover coincides with Lusby's [1979] findings that extending the grazing from February 15 to May 15 resulted in increased runoff/erosion from depletion of biological soil crusts. Continuous grazing has been shown to be deleterious to biological soil crusts. Jeffries & Klopatek [1987] showed a near 53 complete destruction of the crust on a site heavily grazed year- long, compare to similar pristine and light-moderate winter on sandy blackbrush (Coleogyne ramosissima - Rosaceae) sites in southern Utah and northern Arizona. Brotherson & Rushforth [1983] showed large reductions of both biological soil crust and vascular vegetation on continuous moderate to heavily grazed sites in northern Arizona. Peu d'études portent sur les effets de l'utilisation des sols de croûtes édaphiques, plus encore on en fait même pas allusion aux régimes de perturbation passées. En 1989, Marble & Harper montrèrent qu'une paissance de 17 moutons à l'âcre un jour sur deux en début d'hiver n'avait que peu d'influence sur la qualité des sols et de la végétation vasculaire. Toutefois, si cette paissance se continuait vers la fin de l'hiver, tant les croûtes édaphiques que la diversité de la végétation en souffraient considérablement. Ceci est attribuable à une déficience en eau du sol en cette période jusqu'au début de la saison estivale alors que croissance de la végétation repart. Comme l'a démontré Lusby [1979] lorsque la prériode de paissance était prolongée du 15 février au 15 mai, les pertes en eau et l'érosion du sol résultent directement de la destruction des croûtes édaphiques. Une paissance continue s'est montrée complètement destructrice pour les croûtes édaphiques. Jeffries & Klopatek [1987] ont montré les effets destructeurs d'un pâturage permanent sur les croûtes en comparaison avec un site modérément pâturé de Coleogyne ramosissima (Rosacées) en Utah en Arizona. Il en va de même pour Brotherson & Rushforth [1983] qui montrent un grande détérioration des croûtes édaphiques et de la végétation vasculaire à la suite d'une paissance modérée à forte et continue de plusieurs sites du nord de l'Arizona. 54 Likewise, intensifying physical impacts through short duration grazing strategies is also deleterious to biological soil crusts. While this is reported to be beneficial to vascular plants communities in some ecosystems dominated by summer moisture such as Zimbabwe (Savory & Parsons [1980]) and the Great Plains region of U.S., it is not beneficial to either native vascular plants or biological soil crusts in areas where precipitation is predominently received in the winter, such as the Mojave, Great Basin, Colorado Plateau or Columbia River Basin (Johansen [1986]). Platou & Tueller [1985] suggest that the natural grazing system in the shrub-steppe is more similar to rest-rotation grazing in the winter only (Mack & Thompson [1982], Parameter & Van Dervender [1995], Hormay [1970]). Une stratégie de paissance qui intensifie l'impact physique à court terme est aussi destructrice des croûtes édaphiques. Une telle stratégie est reconnue viable dans les écosystèmes où les précipitation sont estivales comme au Zimbabwe (Savory & Parsons [1980]) ou dans le Great Plain Desert aux USA. Un tel aménagement de la paissance ne peut être bénéfique à la flore vasculaire ou aux croûtes édaphiques où les précipitation arrivent en période hivernale comme dans les désert Mojave, Great Basin, celui du Plateau du Colorado ou du bassin de la rivière Columbia (Johansen [1986]). Pour leur part, Platou & Tueller [1985] pensent qu'un système de paissance comme celui de la steppe arbustive devrait être soumis à des rotations et des «jachères» et restreint à la période hivernale (Mack & Thompson [1982], Parameter & Van Dervender [1995], Hormay [1970]). EXOTIC PLANTS Introduced annuals such as Bromus tectorum and Taeniatherum asperum appear to impose long-term threats to biological soil crust communities. Surveys in these 55 plant communities show that the rich perennial moss/lichen community has generaly been replaced with annual mosses and cyanobacteria. The mechanisms by which the presence of annual grasses negatively affects the biological soil crusts is not clear, but could include a decrease in available soil surfaces (via increased cover of vascular plant and plant litter); increased soil disturbance by small rodents responding to an increased soil turnover by increased populations of soil fauna; and/or increased soil disturbance by plant surface roots. L'introduction de plantes annuelles comme Bromus tectorum et Taeniatherum asperum ont tendance à long-terme à mettre en péril les croûtes édaphiques. De nombreux relevés montrent que les riches association mousses-lichens sont généralement remplacées par des mousses annuelles et des cyanobactéries. Les mécanismes qui affectent les croûtes édaphiques ne sont pas élucidés, mais il semble qu'un manque d'espace vital envahi par les plantes supérieures et une perturbation accentuée du sol par les petits rongeurs en soient la cause. Ces derniers voient leur population augmenter et de ce fait perturbent beaucoup plus la surface du sol. Il en va de même par une augmentation des surfaces occupées par les racines des plantes supérieures. REGIONAL THREATS Many regional factors influence ecological processus in deserts. Atmospheric nitrogen deposition from power plants and/or exhausts, increased UV-B radiation from ozone reductions, and changes in land-use patterns are likely to cause large changes in the integrity and sustainability of ecosystems in the southwestern US. Inherent low resource availability and species diversity of these ecosystems 56 (Verstraete & Schwartz [1991]) make them especially susceptible even to small changes in critical ecosystem processes that determine species composition and primary productivity. However, large changes in nitrogen and carbon dynamics may occur because components of biological crusts may be very sensitive to these global changes (Garcia-Pichel & Bebout [1996], Baymer & Klopatek [1991], Evans & Belnap [1999]). Un grand nombre de facteurs régionaux influencent l'évolution du processus écologique de la vie des déserts. parmi ceux-ci mentionnons l'apport d'azote atmosphérique sous forme de dépôts de surface provenant des centrales thermiques au charbon pour la production d'électricité, les gaz d'échappement des moteurs à explosion, une augmentation de la radiation UV-B à cause de la réduction de la couche d'ozone atmosphérique, de même que des changements profonds dans le mode d'utilisation des terres et du sol. C'est particulièrement le cas dans le sud-ouest des USA. De par la nature même de ces écosystèmes désertiques, la disponibilité des ressources est réduite tout comme la biodiversité (Verstraete & Schwartz [1991]). Cela rend ces milieux très sensibles aux moindres variations qui auront une influence sur les mécanismes vitaux de ces écosystèmes et de la composition des espèces qui leurs sont propres au niveau de la productivité primaire. Il est presque assuré que les changements profonds de la dynamique de l'azote et du carbone auront une influence sur la composition des croûtes édaphiques qui y seront extrêmement sensibles (Garcia-Pichel & Bebout [1996], Baymer & Klopatek [1991], Evans & Belnap [1999]). Arid ecosystems may be more severely impacted by increased atmospheric nitrogen deposition than more mesic ecosysems. Historic rates of nitrogen input 57 and overall nitrogen availability are low so even small changes in rates of deposition represent a significant change in the nitrogen cycle. Nitrogen derived via long-distance pollution transport from major urban regions and from power plants may contribute significant amounts of N to ecosystems still recovering from more than a century of grazing impacts. Nitrogen deposition could in part offset the reduced N inputs resulting from plant invasion and previously-impacted or recovering cryptobiotic crusts; alernatively anthropogenic N deposition may aggravate N loss through increased ammonia volatilization and denitrification. Les écosystèmes désertiques sont beaucoup plus sensibles à une augmentation de l'azote atmosphérique par déposition que les écosystème mésiques. Historiquement l'apport d'azote atmosphérique est négligeable par rapport au bilan total rendant hautement significatifs les apports par déposition dans le cycle de l'azote. L'apport des régions urbaines et des centrales thermiques contribuent de manière importante à ce déséquilibre dans des régions qui se relèvent à peine d'un impact majeur par un siècle de pâturage intensif. Paradoxalement un tel apport réduit l'azote disponible en favorisant l'invasion par des plantes allochtones qui ont un impact considérable sur les croûtes édaphiques en voie de reconstitution. Ainsi, l'azote issue de l'activité humaine qui arrive sous forme de dépôts d'origine atmosphériques augmentent les pertes par la production d'ammoniaque qui se volatilise par le processus de dénitrification. RECOVERY FROM DISTURBANCE Natural Recovery Rates 58 The recovery of biological crusts and vascular plants appear to occur in concert, rather than individual «steps» in the recovery processes (Danin et al. [1989], Johansen et al. [1993], Kaltenecker [1997]). The biological crust stabilizes the soil surface and increases nutrient availability to enhance reestablishment vascular plants (Belnap & Harper [1995], Williams et al. [1995]). Vascular plants also protect the soil surface. In addition they provide shading and curb wind speed at the surface, providing conditions conducive to development of the biological crust (Danin et al. [1989]). As the community develops, the shaded areas under plant canopies and open interspaces between plants allow diversification in the crust. Microsites created by the uneven topography of the crust serve as safe sites for vascular plant seeds. Un taux de rétablissement naturel Il semble bien que le retour à l'équilibre des croûtes édaphiques et des plantes vasculaires se fasse de concert entre les différents niveaux édaphiques plutôt que de manière individuelle pour chaque espèce. Le rétablissement s'effectue donc par phases par son propre processus (Danin et al. [1989], Johansen et al. [1993], Kaltenecker [1997]). Les croûtes édaphiques stabilisent la surface du sol tout en augmentant la mise en disponibilité des nutriments ce qui favorise un meilleur développement des plantes vasculaires (Belnap & Harper [1995], Williams et al. [1995]). Il en va de même pour les plantes vasculaires qui protègent également la surface du sol. Cette végétation apporte une protection contre les rayons solaires tout en réduisant l'effet des vents, ce qui est particulièrement favorable au développement des croûtes édaphiques (Danin et al. [1989]). C'est ainsi que les zones protégées du soleil par les plantes vasculaires et la présence de zones intercalaires permettent la diversification à l'intérieur des croûtes édaphiques. La présence de microsites par une 59 topographie rugueuse des croûtes édaphiques assure une protection pour les semences des plantes vasculaires. Species composition — Recovery rates of biological soil crusts depend on the type and extent of disturbance, the availability of nearby inoculation material, as well as on the temperature and moisture regimes that follow disturbance events. Recovery time is faster when crustal material is not removed, as pieces of remaining organisms remain to re-inoculate recovering surfaces. Therefore, although most damage is done with initial impact, recovery will be faster if disturbance are not repeated. Timing of the disturbance is also important. Damage is less severe when crusts are wet. In addition, if damage occurs when rain is imminent, then crustal organisms have opportunity to reattach themselves before being blown away or burried. However, if disturbance occcur before a long dry period, reattachment is not possible and much crustal material may be lost or too deeply burried for recovery. Size of disturbance can be important especially if crustal material have been lost from disturberd site. As inoculant must come from adjoining areas, the size of the perimeter area relative to the internal surface area of the disturbance can heavily influence recovery rates. In addition, the recovery is slower if soils in adjacent areas are destabilized. Sediments from these areas can either bury adjacent crusts, leading to their death, or provide material for «sandblasting» nearby surfaces, thus increasing wind erosion rates and slowing recovery (Belnap [1995], McKenna-Neumann & al. [1996]). La recomposition des croûtes — Le rétablissement des croûtes édaphiques dépend du type de perturbation et de son amplitude. C'est également le cas pour ce qui est des «inoculants» permettant d'amorcer à nouveau la croissance des croûtes qui doivent venir des environs immédiats. La disponibilité de l'eau 60 à l'époque de la reconstitution et la température après la perturbation, sont autant de facteurs qui affectent le rétablissement. La période nécessaire au rétablissement est d'autant plus courte que le matériel biologique formant les croûtes reste sur place, servant lui-même à la recolonisation. Les dommages sont fait lors de l'impact initial et le temps de rétablissement sera d'autant plus court que la perturbation est ponctuelle. La période durant laquelle la perturbation se produit est également important. Les dommages sont de moindre importance si les croûtes sont humides. De même, si les dommages sont causés juste avant une pluie, les organismes peuvent se ressouder (cyanobactéries) avant d'être balayés par le vent ou simplement enterrés. À l'inverse, si la perturbation survient au début d'un période sèche il devient impossible aux organismes de se souder à nouveau et le matériel biologique est perdu ou enterré. Il y a une relation entre l'étendu de la perturbation sur le terrain et la perte de matériel biologique. Dans ce cas il faut que les «inoculants» proviennent de sites voisins. La longueur du périmètre par rapport à la surface perturbée peut avoir une influence importante sur le temps et la possibilité de réhabilitation. Il y aura d'autres problèmes si les sols environnants sont instables. Ainsi, le sédiments éoliens provenant de ces sols instables peuvent recouvrir les croûtes et les détruire ou encore les éroder par le vent chargé de sédiments au niveau de la surface. Ceci a pour effet de réduire considérablement le temps de rétablissement (Belnap [1995], McKenna-Neumann & al. [1996]). Cyanobacteria or green algae recover first. Microcoleus is generally the first species to appear. Cyanobacteria are mobile, and can often move up through disturbed sediments to reach needed light levels for photosynthesis, while slow- growing lichens and moses and incapable of such movement. Instead, they require 61 stable soil surfaces for growth, and colonization of these components generally takes place after surfaces have been stabilized by cyanobacteria. Collema, a nitrogen-fixing lichen, is generally the first lichen to appear. Les cyanobactéries (Cyanophycées) et les algues vertes (Chlorophycées) sont généralement les premiers organismes à amorcer le rétablissement des croûtes édaphiques. Comme les cyanobactéries sont mobiles, elles peuvent se frayer un chemin vers la surface des sols perturbés où elles atteignent des niveaux de luminosité permettant la photosynthèse. Au contraire, les lichens et mousses ne peuvent agir de cette manière étant dépourvus de mobilité. Ces derniers nécessitent un sol stabilisé par les cyanobactéries pour s'établir. Les lichens fixateurs d'azote du genre Collema, sont les premiers à s'établir. Cyanobacterial and grenne algal communities can recover quickly, especially in regions where effective precipitation is relatively high. As these organisms are metabolically active only when wet, the recover process is more rapid in regions where soil surfaces moisture lasts for a relatively longer period of time. For instance, green alagal communities recover within two years of a summer wildfire in the lower Columbia Basin (Johansen & al. [1993]). This relatively rapid recovery is credited to cooler, wetter conditions relative to the more southerly locations. This includes areas that receive a majority of annual precipitation as cool-season moisture. Other influencial factors might include mild temperatures, with the majority of moisture occuring as rain rather then snowfall. Site with fine textured soils such as silt loams retain surtace-sol temperature moisture for a longue period thant do coarse-textured, sandy or gravelly soils. 62 Les associations de cyanobactéries et d'algues vertes peuvent se rétablir rapidement après perturbation, en particulier dans les régions où les précipitations sont relativement élevées. Le métabolisme des ces organismes est uniquement actif en périodes humides. À titre d'exemple les associations d'algues vertes du bassin inférieur du Columbia se régénèrent en 2 années suivant un feu en période estivale (Johansen & al. [1993]). Ceci est attribuable à des conditions de température plus fraîches et plus humides que des lieux identiques plus méridionaux. Ceci est également valable pour les régions qui reçoivent la majorité de la précipitation annuelles en période annuelle riche et humide. D'autres facteurs peuvent également intervenir dans les régions à climat plus doux où les précipitations se font sous forme de pluie non pas de neige. On peut également noté que les sites possédant des sols à texture fine comme des loams limoneux retiennent une humidité de surface sur une plus longue période que les sols à textures grossières, sableuses ou graveleuses. Estimates of time for visually-assessed recovery have varied from 5 to 100 years (Anderson et al, [1982b], Jeffries & Klopatek [1987], Callison et al. [1985], Cole [1990]). However, Belnap [1993] showed that many components of recovery cannot be assessed visually. Assuming linear recovery rates, recovery was estimated to be 35-65 years for cyanobacterial biomass, 45-85 years for lichen cover, and 250 years for moss cover in scalped 0,25 m 2 plots surrounded by well- developed crusts. Since recovery is dependent on presence of nearby inoculant, larger disturbed areas will take longer to recover. Several studies have demonstrated that inoculation can hasten recovery (Tidemann et al. [1980], Ashley and Rushforth [1984], Belnap [1993]). 63 Un estimé visuel du rétablissement des croûtes édaphiques montre des variation allant de 5 à 100 ans (Anderson et al, [1982b], Jeffries & Klopatek [1987], Callison et al. [1985], Cole [1990]). Cependant, Belnap [1993] a montré que plusieurs composantes ne peuvent être évaluées visuellement. En prenant comme base de raisonnement que le rétablissement soit linéaire dans le temps il faut de 35 à 65 ans pour le rétablissement de la biomasse des cyanobactéries, d 45 à 85 ans pour celle des lichens et 250 ans pour les mousses. Cet estimé est valable pour une parcelle de 0,25m 2 entourée de croûtes bien développées. Comme le rétablissement est tributaire d'inoculant dans l'entourage immédiat les zones de perturbation plus grandes prendront plus de temps encore pour se rétablir. Plusieurs études ont fait la preuve que l'inoculation peut accélérer le processus de rétablissement (Tidemann et al. [1980], Ashley and Rushforth [1984], Belnap [1993]). Nitrogen-fixation — On the Colorado Plateau, recovery of nitrogenase activity levels in experimentally-disturbed areas is slow In areas where crusts were removed, no nitrogenase activity was detectable after 9 years. N content of soils was much lower when compared to adjacent control plots. In areas disturbed with 4 wheel drives, no recovery could be documented after two years (Belnap [1996]). Thirty years after release from grazing, soil and plant N and nitrogenase activity levels were found to be significantly lower when compared to an area that was never grazed (Evans & Belnap [1999]). Similar results were found for disturbances in the Mojave Desert. Analysis of recovery rates for dated disturbances show 2000 years may be required to resore N inputs at old tank tracks and old ghost towns. Recovery of nitrogenase activity in experimentally-disturbred areas in the Great Basin and southern New Mexico show much faster recovery trajectories of 20-30 years (Belnap & Herrick [unpublished data]). 64 Fixation de l'azote — Le rétablissement de l'activité de la nitrogénase des zones perturbées expérimentalement, est très lent sur le Plateau du Colorado. Après 9 ans, alors que les croûtes édaphiques ont été retirées, aucune activité de fixation de l'azote par la nitrogénase n'a été notée. Le contenu en azote a été beaucoup plus bas en comparaison avec les parcelles témoins adjacentes. Dans les zones perturbées par le passage des véhicules tout-terrain 4X4 aucun rétablissement de l'activité de cette enzyme n'a pu être détecté (Belnap [1996]). Dans une zone où le pâturage est interdit depuis plus de 30 ans le taux d'azote des plantes et celui de la nitrogénase est significativement plus bas que dans les zones qui n'ont pas été pâturées (Evans & Belnap [1999]). Des observations analogues ont été faites dans le désert Mojave. Des mesures de rétablissement pour des perturbations dont ont connaît les dates d'origine suggèrent qu'il faut 2000 ans pour restaurer le capital azote dans les vieilles traces de tanks ou dans les villes fantômes abandonnées. Le rétablissement de l'activité de la nitrogénase dans les parcelles perturbées expérimentalement dans la région du désert du Grand Bassin et du sud du Nouveau-Mexique montrent un rétablissement beaucoup plus rapide soit de l'ordre de 20 à 30 ans (Belnap & Herrick [données non publiées]). Albedo — Restoration of normal surface albedos and temperatures will depend on the restoration of cyanobacteria, lichens and moses. While cyanobacteria from a dark matrix in which other components are embedded, dark mosses and lichens contribute up to 40% of the cover in an undisturbed crust (Belnap [1993]). Consequently, recovery of surface albedos will depend on climate and soils. 65 L'albédo — Le retour à un albédo et des températures normales des croûtes édaphiques est largement tributaire de rétablissement des cyanobactéries, des mousses et des lichens. Lorsque les cyanobactéries sont à l'intérieur de croûtes sombres tout comme les mousses et les lichens, ces derniers contribuent à 40% du couvert dans les croûtes n'ayant subit aucune perturbation (Belnap [1993]). De ce fait le rétablissement de l'albédo sera tributaire du type de sol et d climat. Fire — Time required for post-fire recovery of the biological curst depends on a number of factors, including the size and intensity of the fire, the composition of the crust (i.e., which types of organisms are dominant), general climate of the area and weather immediately following the fire, soil characteristics, pre-fire condition of the biological crust and plant community, and post-fire disturbances (Belnap [1993], Johansen & al. [1993]). Small or low intensity fires result in a mosaic of burned and unburned vegetation, thereby providing vascular plant and biological crust propagules to colonize the burned areas. Mosses dominate biological crusts in the northern Great Basin with two to five years following fire if the community is not covered to annual grasses (J. Kaltenecker, unpublished data). Although the lichens that co-dominate are slow growing and may take several decades to reach pre-fire cover values, considerable diversity is apparant within about one decade. Recovery may be enhanced in areas that burn late in the dry season, as opposed to early-season fires. Historically, fires occured in late summer when the native bunchgrass were dry enough to burn. Consequently, the period of time between burning and cooler, moister weather during which respouting of vascular vegetation and growth of the biological crust occur was probably less thant two months long. Since invasion of exotic annual grasses, fire seasons have increased in lenth by one to two months. The longer interim before conditions conducive to 66 regeneration increases the vulnerability of the soil surface to destructive impacts: trampling or crushing by humans, livestock or vehicles and the erosive forces of wind or brief, high intensity summer rain storm. Le feu — Le temps de rétablissement des croûtes édaphiques après feu dépend de nombreux facteurs. Parmi ceux-ci il y a l'étendu et l'intensité du feu, la composition des croûtes édaphiques en ce qui regarde le type d'organismes dominants, le climat régional, et celui qui a sévit immédiatement après l'incendie. Il en va également de même pour ce qui est des caractéristiques pédologiques, la condition dans laquelle se trouvaient les croûtes avant l'incendie tout comme ce qui regarde la communauté végétale de même que l'état des perturbations avant le feu (Belnap [1993], Johansen & al. [1993]). De petits incendies ou des incendies de faible intensité donnent une mosaïque ou alternent des plaques brûlées et de plaques vives. Ceci a comme effet de permette à la végétation vasculaires comme celle des croûtes de recoloniser rapidement les plaques brûlées. Si le site n'est pas colonisé de plantes annuelles comme dans la partie nord du Grand Basin, les croûtes domines par les mousses se rétablissent en moins de 5 ans après l'incendie (J. Kaltenecker, données non publiées), Cependant, les lichens qui sont co-dominants peuvent mettre plusieurs décennies avant de présenter une source de combustible pour l'incendie. Toutefois, une végétation diversifiée est observable en moins d'une décennie. Le rétablissement peut être plus rapide et de meilleur qualité si l'incendie a lieu en fin d'été par opposition à ceux du début de saison. De manière générale, les feux ont lieu en fin de saison de croissance alors que le graminées sèches offrent un excellent combustible. De ce fait , la période qui sépare l'incendie de la saison fraîche et plus humide est plutôt courte donnant une période de croissance réduite. Comme nous assistons à une invasion de 67 graminées annuelles allochtones, la saison propice aux incendies est prolongée de 1 à 2 mois. Plus le temps entre le feu et la nouvelles végétation est long plus difficile est la régénération à cause de la vulnérabilité du sol de surface. Ainsi, les impacts du piétinement par les troupeaux, les hommes ou les véhicules tout- terrain ajoutés aux forces érosives du vent et des pluies violentes de l'été causent des dégâts importants. Enhanced Recovery Rates — The use of inoculants to speed up recovery of crusts works well (Saint-Clair et al. [1986], Lewin [1977], Tidemann & al. [1980], Ashley & Rushforth [1984]). In an experiment reported from southeast Utah, all measured responses were significantly enhanced by inoculation (Belnap [1993, 1995, 1996|). Un meilleur rétablissement — L'apport d'inoculants pour accélérer le rétablissement des croûtes édaphiques fonctionne très bien (Saint-Clair et al. [1986], Lewin [1977], Tidemann & al. [1980], Ashley & Rushforth [1984]). Des données provenant d'une expérience dans le sud-est de l'Utah ont toutes été significatives (Belnap [1993, 1995, 1996|). EVOLUTIONARY HISTORY OF DISTURBANCE Soil and plant characteristics of low and mid-elevation Colorado Plateau ecosystems suggests that they probably evolved with low levels of soil surface disturbance by ungulates. These characteristics include limited surface water, sparse vegetation, the presence of biological soil crust which are easily disturbred by trampling, and the dependance of these ecosystems on nitrogen provided by the biological soil crusts (Evans & Ehlringer [1993], Evans & Belnap [1999]). Dung 68 beetles, present globally in other systems with large ungulate populations are lacking (Mack & Thompson [1982]). Limited surface water would have kept ungulate populations small and generally limited to winter use to lower elevation, as is seen today (Parmeter & Van Devender [1995]). Winter use results in lower impacts to biological crusts (Marble & Harper [1989] as soils are wet or soon to be wet. Dominant bunchgrasses that lack adptation to grazing such as tillering, secondary compounds, or high tissues silica content (Mack & Thompson [1982], Martin [1975], Stebbins [1981]). In addition, shallow soils and limited precipitation limits the distribution of burrowing vertebrate and invertebrate species. Thus, these systems may depend more heavily on soil surface integrity for natural ecosystem functioning than other regions. As a result, these deserts may be more negatively affected by soils surface disturbance that deserts that evolved higher levels of surface disturbance. L'ÉVOLUTION DES PERTURBATIONS Les caractéristiques propres aux sols et à la végétation de basses et moyennes élévations du Colorado Plateau donnent à penser que les perturbations ont été peu importantes en surface par les Ongulés. Parmi ces caractéristiques on note le peu de disponibilité d'eau pour abreuver cette faune de mammifères, une végétation claire semée, la présence de croûtes édaphiques fragiles résistant mal au piétinement. Ces écosystèmes sont complètement dépendant de l'azote apportée par le sol des croûtes édaphiques (Evans & Ehlringer [1993], Evans & Belnap [1999]). Dans ces conditions on ne trouve pas de bousiers alors qu'ils sont si abondants où il y a présence d'Ongulés (Mack & Thompson [1982]). Le peu d'eau disponible aurait donc réduit de la populations des Ongulés ou limités à basse altitude durant la période hivernale comme on le constate aujourd'hui (Parmeter & Van Devender [1995]). Une paissance hivernale est 69 bien moins dommageable aux croûtes édaphiques à basse altitude (Marble & Harper [1989] parce que les sols son humides ou en voie de l'être. Les graminées dominantes ne sont pas adaptées au broutage tout comme au labour (Mack & Thompson [1982], Martin [1975], Stebbins [1981]). Plus encore, des sols peu profonds et le manque de précipitation. Il faut également reconnaître que les sols superficiels auxquels s'ajoutent de faibles précipitations restreignent la distribution des espèces de vertébrés et d'invertébrés fouisseurs. De ce fait, ces systèmes sont très dépendants d'une surface du sol peu perturbée bien plus que dans les autres régions. Ainsi, il semble que ces déserts soient moins affectés par les perturbations de surface que ceux qui ont évolué avec un taux de perturbation plus élevés. CONCLUSION Unfortunately, many activities of man are incompatible with the presence and well- being of biological soil crusts. The cyanobacterial fibers that confer such tensile strenght to these crusts are no match for the compressional stress placed on them by increased anthropogenic activities. Crushed crusts contribute less nitrogen and organic matter to the ecosystem. Impacted soils are left highly susceptible to both wind and water erosion. Raindrop erosion is increased, and overland water flows carry detached material away. Par sa présence, l'homme est sont action sont incompatibles avec la vie et le rôle des croûtes édaphiques. Le rôle physique que jouent les cyanobactéries dans la résistance des croûtes n'est pas de taille à supporter les méfiait des activités anthropogènes. Après les perturbations, les croûtes brisées apportent moins d'azote et moins de «matière organiques» à l'écosystème. Ceci a pour 70 conséquence de laisser les sols a une érosion éolienne et hydrique, comme celle de l'impact des goûtes de pluie et des eaux de ruissellement qui transportent le matériel croustal ainsi désagrégé. Soil erosion in arid lands is a major threat worldwide. Beasley et al. [1984] estimated that in rangeland of the Unied States alone, 3,6 million hectares has some degree of accelerated wind erosion. Relatively undisturbed biological soil crusts can contribute a great deal of stability to otherwise highly erodible soils. Unlike vascular plant cover, crustal cover is not reduced in drought, and unlike rain crusts, these organic crusts are present year-round. Consequently, they offer stability over time and in adverse conditions that is often lacking in other soil surface protectors. Unfortunately, disturbed crusts now cover vast areas in the western United States as a result of ever-increasing recreational and commercial uses of these semi-arid and arid areas. Therefore, the tremendous land area currently being impacted may lead to significant increases in regional and global soil erosion rates. L'érosion des sols désertiques est une menace majeure de par le monde. Pour leur part Beasley et al. [1984] estiment à 3,6 millions d'hectares les terres aides endommagées par l'érosion éolienne aux USA. Le croûtes édaphiques ayant subi que de légères perturbations apportent beaucoup de stabilité au sol qui serait autrement très susceptible à l'érosion. À l'inverse du couvert végétal de plantes vasculaires, la protection du sol assurée par les croûtes est toujours assurée même en période de grande sécheresse. Elles offrent donc une stabilité en tout temps et particulièrement dans les conditions adverses, ce qui n'est pas le cas des autres types de protection de surface. Malheureusement de vastes régions sont couvertes de croûtes fortement perturbées dans l'ouest 71 des USA. C'est le résultat d'une activité humaine qui augmente sans cesse. La résultante de tout ce ceci est sans doute une augmentation des effets de l'impact humain qui abouti invariablement a des taux de plus en plus élevés d'érosion du sol. 72 BIBLIOGRAPHIE Abrahams, A.D., Parsons, A.J. & Luk, K.S. (1988) «Hydrologic and sediment responses to simulated rainfall on desert hillslopes in southern Arizona» Catena 15:105-117 Alexander, R.W., & Calvo, A. (1990) «The influence of lichens on slope processes in some Spanish badlands». In Thormes, J.B. 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[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 81 Consortium Laval-McGill Faculty of Agriculture and Environmental Sciences (McGill) Faculté de Foresterie et de Géomatique (Laval) Faculté des Sciences Sociales (Laval) Banque Mondiale (ASFI) Agence Canadienne de DéveloppementInternational (ACDI) Cenre de Recherche en Développement International (CRDI) Consortium de Recherche Laval-McGill «Première réunion de concertation dans la cadre de l'ASFI pour l'instauration du projet BRF-Sénégal» Comte rendu de la réunion du 16 février Ottawa mars 2001 Publication n° 133 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada INTRODUCTION Ce compte-rendu est certainement le texte le plus important de toute l'existence du Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux qui a pris naissance au sein de la Faculté de Foresterie et de Géomatique en 1986 avec l'appui du doyen de l'époque, le Dr André Plamondon. Cet «acte de naissance» confirme la validité des thèses que nous avons soutenu jusqu'ici mais également la technologie qui en découle et propose une reconnaissance internationale d'abord à travers les institutions canadiennes puis celles d'obédiences internationales comme la Banque Mondiale avec l'appui de la FAO. Comme nous l'avions espéré depuis des lustres, la proposition que nous avons faite suite à notre mission de 1998 au Sénégal et au Bénin, a été retenue et a donner naissance à un nouveau programme au sein de l'ACDI puis de la Banque Mondiale. C'est ainsi que cette proposition est devenue le fer de lance de la technologie des BRF puis la locomotive qui a donné naissance au Programme BRF à l'ACDI qui, a son tour, est devenu la motivation pour le Canada d'utiliser cette technologie pour favoriser la naissance de l'ASFI au sein de la Banque Mondiale. Forts de nos 20 ans d'expériences, d'échecs et de réflexions sur le sol, nous voici propulsés au sein de la tourmente des dégradations de notre univers. Ces dégradations sont identifiées par les grandes conventions internationales sur les changements climatiques et la désertification, mais sans proposer de véritables solutions d'ensemble, sinon quelques artifices supplémentaires proposés par une industrie souvent en panne d'idées et de techniques. Voici que cette réunion du 16 février dernier est le premier pas vers une institutionnalisation de la technologie par le biais du Consortium Laval-McGill qui nous mènera sans aucune doute assez rapidement vers la naissance d'institutions internationales de haut savoir qui seront sans doute logées dans nos universités respectives si nous reconnaissons les lacunes immenses de la science dans le monde de la connaissance du sol et du rôle fondamental de ce dernier au regard de toute la vie sur terre. Professeur Gilles Lemieux mars 2001 TABLE DES MATIÈRES Compte-rendu 1 Annexe I - Mémoire à la ministre responsable de la Coopération Internationale 41 Annexe II - Approbation du document de projet 44 Regroupement des thèmes discutés 47 °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° PREMIÈRE RÉUNION DE CONCERTATION DANS LE CADRE DE L'ASFI POUR L'INSTAURATION DU PROJET BRF-SÉNÉGAL Compte rendu de la réunion du 16 février 2001 Ottawa dans les bureaux du CRDI, 250 rue Albert salle 540 de 9 à 15,30 hreures Étaien présents: M. Peter Cooper (CRDI) M. Michel Dessureault (Consortium Laval-McGill) M. Sylvain Dufour (CRDI) M me Nicole Généreux (CRDI) M. Gilles Lemieux (Consortium Laval-McGill) M. Enrique Madueno (ACDI) M me Zsofia Orosz (CRDI-Ukraine) M. Jacques Parent (Bureau International, Université Laval) M. Ola Smith (CRDI) M. Abdoul Sow (CRDI) M. Moctar Touré (Banque Mondiale)-SPAAR/ASFI La technologie des BRF: une approche très particulière 1- Ola Smith - Le projet que nous entreprenons n'est pas dans la norme des choses et il faut une approche très particulière. Pour cette raison, j'ai invité des personnes du domaine comptable qui viendront nous expliquer comment on va procéder. Nous avons l'habitude de travailler avec la Banque Mondiale, mais cette fois le dossier est très différent et il faut discuter des avenues que nous emprunterons. Conformément à l'ordre du, M. Touré demande que l'on discute de la question d'une vision partagée de ce projet en spécifiant ce qu'on attend. L'approbation de l'ACDI en un temps record: le programme est opérationnel 2- Enrique Madueno - Je pense que tous ont été informés du projet au niveau de l'ACDI et qu'il a franchi toutes les étapes. Je dois ajouter que ce fut dans un temps record et qu'il n'y a pas beaucoup de précédents à cet égard. Je remercie Francine Marier qui a beaucoup aidé dans la préparation de ce programme, le projet BRF-Sénégal, qui est maintenant opérationnel. 1 ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 L'établissement du fond fi- duciaire à la Banque Mondiale Il nous reste donc à établir le fond fiduciaire avec la Banque Mondiale qui, actuellement est en négociation avec Moctar Touré, car il s'agit d'une nouvelle «activité» et la Banque a demandé à l'ACDI d'ouvrir ce Fond Fiduciaire qui sera identifié au programme des Bois Raméaux Fragmentés, une excellente chose en regard de la transparence et de la gestion. Les négociations ACDI-CRDI- Banque Mondiale en cours depuis le début février Des négociations sont en cours depuis deux semaines et nous pensons qu'à la fin de février, nous pourrons remettre le document proposé à nos services juridiques. Si tout va bien, nous signerons le document officiel au début de mars. L'argent déposé à la Banque Mondiale avant le 31 mars De toute manière, l'ACDI doit transférer les fonds à la Banque Mondiale avant le 31 mars 2001. Cette procédure accélérée suscite quelques paniques au sein du CRDI et de l'ACDI qui n'ont pas l'habitude de procéder d'une manière aussi expéditive. La technologie BRF un acquis remarquable pour l'ACDI dans ses programmes africains Je me dois de souligner le fait que ce programme a pris beaucoup de temps à être élaboré car nous n'étions pas au fait de toutes les facettes de cette technologie. Il faut ajouter que le projet BRF, devenu Programme BRF, est un acquis remarquable tout comme son association au projet BRF-Sénégal et à l'instauration de l'ASFI 1 . Je crois que le potentiel de cette technologie est très grand et que la rencontre du 15 février avec notre vice-président Émile Gauvreau témoigne de sa satisfaction et surtout de la vision que nous avons de cette technologie. 1 African Soil Fertility Initiative Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 2 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Vers un engagement de l'ACDI à long terme J'espère que ceci nous mènera à un engagement à plus long terme car une telle technologie ne doit pas être limitée au Sénégal. Nous avons la ferme intention de mettre cette technologie de l'avant pour la lutte à la désertification, la fertilité des sols, le contrôle de l'eau etc... Je crois que nous sommes engagés dans un programme qui aura un avenir certain sur une longue période de temps. Il sera hautement bénéfique aux Africains et à tous les hommes en général. En résumé, nous sommes prêts et les argents seront transférés dès que les liaisons seront établies entre la Banque Mondiale, l'ACDI, le CRDI et le Consortium Laval-McGill. Des résultats de la mission africaine de 1998 Laval-McGill Nous savons que des approches ont déjà été faites en Afrique lors de la mission Sénégal-Bénin de 1998 qu'a dirigée le Professeur Lemieux et qu'une prochaine réunion au Sénégal va permettre d'actualiser et d'accélérer les choses au Sénégal Un prochaine rencontre au Sénégal 3- Gilles Lemieux - Cette rencontre au Sénégal cette année est très pertinente en particulier pour le volet anthropologique et nos relations avec le CECI. Nous savons comment les choses vont se présenter et nous connaissons les gens sur place. À moins de difficultés majeures imprévues, les choses devraient bien se passer. Une expression de satisfaction pour les nombreux buts atteints 4- Enrique Madueno - À titre personnel, je suis très satisfait de l'aboutissement de cette longue saga avec des hauts et des bas, mais ce sont là les dures réalités des négociations. Finalement, nous avons réussi à établir un véritable partenariat entre les institutions canadiennes, par la naissance du consortium Laval McGill et l'arrivée de la Banque Mondiale avec son prestige international. Ceci prouve que nos idées sont bonnes à tous les niveaux et que les principaux bénéficiaires seront les Africains. Je profite de l'occasion Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 3 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 qui m'est offerte pour vous remercier tous de la tâche que nous venons de mener à bien. Des remerciements de Laval au CRDI 5- Gilles Lemieux - Je me dois également de remercier le CRDI qui nous a appuyé tout au long des dernières années malgré certains échecs. Je pense en particulier à Jean H. Guilmette du Bureau des Initiatives pour l'Europe de l'Est qui nous a permis de vérifier en Ukraine plusieurs hypothèses. Malgré les grande différences avec l'Afrique, les mécanismes de base sont les mêmes; d'où l'universalité de la pédogénèse avec des variantes selon les climats. Une reconnaissance du rôle pionnier de l'ACDI en Afrique Cependant, nous nous devons de reconnaître l'ACDI comme la première institution à avoir contribué financièrement aux premiers essais en Afrique, plus particulièrement au Sénégal dès 1990. Plus tard, nous avons procédé dans les Antilles avec l'aide de l'Ambassade du Canada et de la Falconbrige Dominicana à Santo-Domingo. Un autre essai a été tenté avec très grand succès en Côte d'Ivoire, mais malheureusement n'a pas eu de suite. Une diligence de l'ACDI qui nous a tous surpris 6- Ola Smith - Dans la vie normale, l'ACDI procède plus lentement que le CRDI à cause de sa taille et de la complexité de son administration. J'en avais conclu que les fonds ne pourraient être débloqués que pour l'année fiscale 2001-2002. J'ai été vraiment pris au dépourvu par la vitesse avec laquelle l'ACDI a procédé en débloquant les fonds immédiatement. Le transfert de fond à la Manque Mondiale au 1 er avril Je dois maintenant faire des pieds et des mains pour que les documents soient prêts pour la signature le 1 er avril alors que nos fonds seront transférés à la Banque Mondiale. Un DAP spécifique au CRDI L'ACDI a déjà produit un DAP et nous, au CRDI en avons également produit un avec les mêmes éléments, mais le format et le style sont quelque peu Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 4 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 différents. Nous allons tenter d'harmoniser les deux documents dans la mesure du possible. La contribution du CRDI ne sera pas indépendante Le CRDI va verser sa partie des fonds et j'avais suggéré que nous gérions nous-mêmes cette partie. Nous pouvons donc avancer des fonds pour commencer le projet pour que les choses procèdent avec célérité. Nous allons traiter ce projet, où tous contribuent, et nous n'aurons pas de traitement spécial. Il faudra que vous me fassiez parvenir tous les éléments qui manquent pour compléter le document d'approbation Les contrats avec la Banque Mondiale. 7- Enrique Madueno - Les contrats qui seront établis seront-ils les mêmes pour nos deux organismes? 8- Moctar Touré - Bien entendu ils seront les mêmes. Un comité de direction 9- Enrique Madueno - Nous avons fait un effort particulier pour savoir qui fera quoi. Je crois qu'à ce stade il faut planifier année par année car le projet va évoluer chemin faisant. Il me semble difficile de planifier pour trois années, mais les documents remis par le Consortium me semblent suffisants pour comprendre ce qui va se passer. Une planification année par année Il faudra évaluer chaque année ce qui a été fait, faire le point, et planifier pour l'année suivante. C'est ainsi que le programme devra se construire L'exemple du volet agronomique 10- Gilles Lemieux - A titre d'exemple, tout le volet agronomique doit être soigneusement planifié pour trois années et il ne saurait souffrir aucun écart puisqu'il sera le centre de comparaison et d'évaluation de toute l'expérimentation. Il en est ainsi de tout ce qui est expérimental. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 5 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 La question des changements climatiques 11- Enrique Madueno - Je pense que nous allons être agréablement surpris. Dans son exposé du 15 février, M. Touré a insisté sur les aspects concernant les changements climatiques dont les gens commencent à prendre conscience. Dans cette optique, le programme des BRF peut jouer un rôle très important puisque cette technologie représente tout un potentiel à cet égard. Une contribution canadienne mal appuyée par des projets Le Canada, par son ministère de l'Environnement, a fourni une importante somme d'argent par l'entremise de l'ACDI mais elle n'a pas été complètement utilisée, faute de projets. Le projet BRF-Sénégal peut jouer un rôle dans le cadre de l'ASFI et contrer les effets négatifs causés par les changements climatiques. Nous ne pouvons pas mettre cela de l'avant pour l'instant mais nous devons être conscients des conséquences possibles d'une intervention comme la nôtre. 12 - Moctar Touré - Nous avons ici un lien évident avec le suivi de certains facteurs, car il faut prendre en compte les éléments qui peuvent servir à justifier de nouveaux investissements. L'Afrique une terre forestière avant tout 13 - Gilles Lemieux - Quitte à me répéter, nous devons considérer l'Afrique fondamentalement comme une terre forestière et, en conséquence, nous avons tous les points positifs de comparaison et les solutions potentielles. Si, au contraire vous prenez l'Afrique fondamentalement comme un désert, il n'y a plus aucun point de comparaison et rien d'autre ne peut être avancé. Il ne reste qu'à contempler la catastrophe. Dans les deux cas, c'est la logique la plus élémentaire. La nécessité d'un document de synthèse 14 - Ola Smith - Nous avons deux documents d'approbation. Tous les éléments sont présents dans les deux documents mais ils sont différents. Il Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 6 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 nous faut donc un document commun de synthèse et des annexes pour répondre à toutes les questions. 15 - Nicole Généreux - Cette synthèse pourrait être faite au début du document en vue de le publiciser en même temps que les expériences. De son côté l'ASFI devrait adapter ce projet à ses propres préoccupations internes comme nous l'avons fait, compte tenu de la proposition initiale du consortium. Une documentation et une infor- mation unifiée; ASFI-ACDI-CRDI- Consortium Laval-McGill 16 - Moctar Touré - Il me semble important que nous ayons une unité de communication avec une documentation suffisamment précise et accessible, sans trop entrer dans les détails. Il faudra au cours de nos discussions non seulement réfléchir mais intervenir à cet égard. Il nous faut une documentation commune et claire tant pour l'ASFI que la Banque Mondiale et les autres. 17 - Gilles Lemieux - Beaucoup d'informations pertinentes peuvent être trouvées dans les rapports de mission au Sénégal et au Bénin de 1998. Un document portant sur la méthodologie et un autre sur les activités reliés. 18 - Abdoul Sow - Les commentaires de M. Smith recoupent les inquiétudes de M. Touré. Nous avons beaucoup d'informations dans les différents documents actuels, mais il faut un document de synthèse à présenter lors de l'approbation du financement. Deux points sont à retenir: la méthodologie et le plan des activités; ne pas confondre les deux. La méthodologie n'est pas très bien articulée dans les documents actuels et il revient au consortium Laval-McGill de mieux la définir sans trop entrer dans les détails. D'abord une rencontre avec les sénégalais sur le terrain 19 - Gilles Lemieux - Vous avez bien mis le doigt sur la question, mais il me semble impossible de la résoudre avant d'être allé au Sénégal. À tire d'exemple, citons la forme et l'ampleur que devront prendre les dispositifs de Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 7 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 recherche et surtout de démonstration. Que contiendront ces dispositifs, et avec quels partenaires sénégalais allons-nous travailler. Le temps presse de nous rendre sur le terrain. 20 - Ola Smith - Nous sommes d'accord sur cette question mais le temps presse d'avoir un document d'approbation qui ne sera pas figé et qui pourra être modifié après la visite sur place. 21 - Gilles Lemieux - Je m'engage à vous fournir un tel document d'ici quelques semaines. La mécanique administrative 22 - Ola Smith - Nous avons invité M. Sylvain Dufour qui a une longue expérience dans la mécanique de transferts de fonds et de contrats avec le CRDI qui va transmettre des documents pertinents tant à Laval qu'à l'ASFI 23 - Sylvain Dufour - Voici une synthèse de ce que je comprends de la situation. Il y a des fonds d l'ACDI et du CRDI qui seront utilisés au Sénégal qui passeront par la Banque Mondiale qui, à son tour, s'engagera par contrat avec le Consortium Laval-McGill pour défrayer les activités de terrain au Sénégal. Comment traiter les fonds investis par le CRDI La question qui se pose maintenant est de savoir comment traiter les fonds investis par le CRDI parce que plusieurs options se présentent à nous. Toutes les options sont possibles et il n'y a pas de préférence de notre part. Comme tous ceux qui seront les utilisateurs de ces fonds, le consortium Laval-McGill n'aura pas beaucoup de propension à faire rapport à tous les niveaux. Il me semble préférable d'harmoniser les exigences administratives d'un tel projet. On peut le faire d'un commun accord avec un financement parallèle ou tout simplement constituer un pool central. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 8 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 «Conditions et modalités standards des protocoles de subvention» Je vous remets trois copies du protocole portant le titre de «Conditions et modalités standards des protocoles de subventions» Si les fonds du CRDI transitent par la Banque Mondiale, il faut nous assurer qu'il n'y a rien d'incompatible avec les procédures normales de cette dernière. Une option arrêtée et consensuelle 24- Ola Smith - Pour notre part, l'option est prise au départ en déposant tous les fonds dans un pool commun. Nous allons signer un contrat avec la Banque Mondiale comme l'ACDI le fera et, par la suite, la Banque Mondiale fera de même avec le Consortium Laval-McGill 25 - Sylvain Dufour - À ce moment, le CRDI aura un contrat avec la Banque Mondiale incluant les conditions associées au financement de l'ACDI. Un effort de coordination CRDI- ACDI-Consortium Laval-McGill 26 - Enrique Madueno - Le rappel concernant la mécanique du financement est assez conforme aux discussions antérieures. Je vous rappelle que les universités Laval et McGill ont formé un consortium pour réaliser ce projet et que nous voulons, CRDI-ACDI, coordonner nos efforts. Il me semble fortement souhaitable que le Canada et ses institutions conjuguent harmonieusement leurs efforts. L'accord-cadre Canada-Banque Modiale: la naissance de l'ASFI Pour ce faire, il faut également coordonner les efforts et la contribution des bailleurs de fonds. C'est dans cette perspective que nous avons appuyé les efforts de la Banque Mondiale dans la mise sur pied de l'ASFI. Le Canada a un accord-cadre avec la Banque Mondiale à partir duquel nous procédons et qui porte le nom de «Coordination Agreement». Ceci nous permet de mettre sur pied un fond fiduciaire que nous négocions actuellement avec la Banque Mondiale. Ce fond fiduciaire est créé expressément pour appuyer ce programme. C'est ainsi que le CRDI participe en devenant partenaire au même titre que l'ACDI ce qui représente une valeur ajoutée. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 9 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Les conditions standards de protocoles 27 - Sylvain Dufour - À ce moment, l'information qui nous est nécessaire est une description et les coordonnées de ce fond fiduciaire, y joindre les conditions nécessaires. Ceci me semble être les exigences ordinaires d'une telle initiative comme dans tout autre protocole d'accord d'entente. Un accord inusité avec la Banque Mondiale Il y a de nombreux accords qui ont été signés entre la Banque Mondiale et le CRDI mais c'était la Banque Mondiale qui fournissait les capitaux. Ici pour une première fois, nous apportons des capitaux à la Banque Mondiale pour lui permettre de jouer un rôle plus actif et de promouvoir des initiatives, ce pour quoi elle n'a pas de précédents également.....les choses changent! Le déboursés de la Banque Mondiale vers le Consortium 28 - Moctar Touré - À l'intention des représentants du Consortium, il me faut préciser que les déboursés se feront selon les ententes que nous sommes à mettre au point. Dans un plan d'action bien déterminé, les déboursés se feront sans aucune difficulté. 29- Jacques Parent - Ces déboursés se feront-ils sur avance de fond ou sur présentation de factures? Nous déposerons un plan d'action pour une année ou pour 6 mois et ,s'il est approuvé, la BANQUE MONDIALE débourse le montant total. Par la suite, un rapport sera émis et un autre déboursé effectué sur la base des prévisions. 30 - Moctar Touré - Ce sera donc au groupe de gestion à décider des modalités, il y a beaucoup d'options et de réponses possibles. La répartition des déboursés ACDI-CRDI vers la Banque Mondiale 31 - Sylvain Dufour - Il y a une autre condition qui se situe en amont c'est le calendrier des versements de l'ACDI et du CRDI à la Banque Mondiale. Pour Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 10 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 des raisons de trésorerie, nous préférons étaler nos déboursés comme la plupart des organismes le font. Il nous faut être d'accord sur le régime des imputabilités et la structure du calendrier des versements, Si les conditions exigeaient des versements fixes, il faudra établir les conditions de retrait des capitaux, le cas échéant , si le programme était abandonné au bout d'une année. On peut également procéder au prorata des dépenses encourues en réconciliant les comptes en fonction du pourcentage de l'ensemble du programme couvert par les fonds du CRDI. Un accord global et des documents de précision 32 -Moctar Touré - La chose peut se présenter à deux niveaux; soit celui d'un accord global dans lequel on inscrit les grandes lignes et celui des conditions de base. Par la suite, des documents plus précis seront ajoutés au texte de l'accord global. Tout dépendra de ce que nous déciderons. Avec l'ACDI, nous travaillons à partir d'un déboursé global en début d'année. Il ne faut pas que l'argent soit un problème pour l'établissement du programme et des activités qui en découleront. Établir les niveaux de res- ponsabilité financière 33 - Sylvain Dufour - Je suis d'accord avec vous et il faut établir le niveau de nos responsabilités financières. Les prévisions du Consortium comme base de discussion 34 - Enrique Madueno - Nous avons déjà un estimé du budget de l'ensemble du projet et nous connaissons les niveaux de contribution des deux institutions et les montants engagés. D'autre part, nous avons un budget soumis par le Consortium et basé sur des prévisions annuelles. À titre d'exemple l'ACDI peut couvrir la totalité des besoins pour la première année et pour les années subséquentes, le CRDI peut assumer le financement. Il n'y a aucun problème une fois les sommes engagées, car il nous est possible de faire des avances sans avoir de justifications préalables. Il est donc utile d'être d'accord sur les Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 11 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 budgets annuels car le CRDI peut disposer des sommes déjà consenties dans les ententes. 35 - Sylvain Dufour - Je suis d'accord avec ce qui a été dit, mais en fin de compte, si les dépenses étaient différentes des prévisions, comment récupérer les sommes non utilisées? 36 - Moctar Touré - Dans les ententes que nous signerons, il y a des clauses visant l'utilisation des ressources ou l'absorption des dépassements, qu'il faudra préciser éventuellement . Tout ce que nous discutons ici se retrouvera dans le dossier du «Trust Fund Department» de la Banque Mondiale. 37 - Sylvain Dufour - Vaut mieux prévoir ces choses pour éviter de retarder les actions entreprises et prévenir des litiges éventuels. L'expérience kenyane de l'ICRAF à Nairobi 38- Peter Cooper - J'ai passé de nombreuses années au Kenya auprès d l'ICRAF, en tant que chargé de recherche participative dans l'identification des systèmes agroforestiers et l'amplitude des champs de recherches et d'expérimentations en vue de détecter ce qui fonctionnait bien et ce qui fonctionnait moins bien. Un programme de dissémination des résultats de la recherche La deuxième partie de notre programme consistait à faire le lien entre la recherche et les agences de développement. C'est ainsi que les agences, comme les ONG, devinrent partie intégrante et cela nous a permis de mettre sur pied des équipes spécialisées dans la diffusion des résultats de l'ICRAF, et des programmes nationaux. Ces équipes ont permis de diffuser très largement les résultats des recherches ce qui est contraire à la norme en Afrique. Chaque paysan comme membre de l'équipe a participé au développement de diverses recherches et il en a appliqué les fruits. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 12 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 39 -Ola Smith - Nous sommes actuellement préoccupés par cet aspect de la diffusion de l'information à ce stade du projet. Une brève description du projet BRF-Sénégal 40- Gilles Lemieux - Le projet BRF-Sénégal se fera en association étroite avec le CECI qui va contribuer par un dossier comprenant la dimension socio- économique, l'identification des leaders, l'association de paysans appelée PAEP 2 impliquant les femmes. Un contexte maraîcher pour des besoins urbains Notre projet se fait donc à la fois, dans un contexte maraîcher pour répondre à des besoins urbains, et en étroite association avec un projet forestier visant l'exploitation nécessaire de la bande de filao (Casuarina equisetifolia) qui s'étend de Dakar à Saint-Louis. Notre pied-à-terre sera à Thiès. Nous allons établir des moyens de communication et d'échange par la voie de l'anthropologie déjà rodée aux transferts de technologies. Recherche scientifique et dissémination sur le terrain Notre projet sur la recherche innovatrice et la dissémination d'une technologie nouvelle nous semble compatible avec les traditions locales et qui font appel à la forêt pour promouvoir la base de l'agriculture, soit le sol vivant et durable. Nous allons faire appel a des techniciens qui seront chargés de suivre la réalisation, l'entretien et la promotion des parcelles de démonstration. Lors de visites organisées, les gens vont se rencontrer et les techniciens iront expliquer les modalités de fonctionnement de la technologie depuis le choix des essences forestières, la fragmentation, l'épandage des BRF, l'incorporation au sol, les semences et leur utilisation particulière, etc... Le calendrier des travaux et les échéanciers La première année sera une année de rodage sur tous les plans: sociologique, technique, agronomique et biochimique. Les premiers dispositifs permettront Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 13 2 Projet d'Appui a l'Entrepreneuriat Paysan Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 de tester un certain nombre de points et susciter des curiosités locales. Elle sera consacrée à la mise en place, mais aussi à l'obtention d'équipements, la recherche de locaux et le montage d'un laboratoire à Thiès. Il faudra procéder à l'engagement de personnel sur place. La majeure partie des travaux de recherche et de démonstration se fera en agronomie au cours de la seconde et de la troisième année. Dès la troisième année, les travaux porteront sur les polyphénols, leur rôle dans la structuration et la santé du sol. Il en sera de même pour les années suivantes où les travaux de caractérisation de la qualité des sols se poursuivront. Les résultats seront ensuite diffusés. Ce sont les années deux et trois qui seront les plus onéreuses compte tenu des activités sociales, forestières, agronomiques et biochimiques. Nous comptons grandement sur le Dr Carlos Costa qui agira à la fois comme coordonnateur sur place et à McGill dans le cadre de la formation d'étudiants. L'anthropologie et la recherche au centre de l'action Ceci implique deux approches importantes soit la dimension scientifique au coeur du projet, et la dimension sociologique qui a trait aux hommes et aux femmes. Nous pensons que ce projet compte tenu de sa vision et de son fort potentiel va s'implanter chez les leaders naturels identifiés par le PAEP, et encouragés par l'action des sciences sociales et appuyés par l'anthropologie. Une prochaine intervention au Bénin Nous avons déjà fait une approche lors d'une mission au Bénin en 1998. Nous avons constaté que le Bénin était bien organisé au point de vue agricole, mais qu'il était encore inspiré par les travaux de l'AFNETA 3 , largement subventionnés par le CRDI mais tout a été démantelé depuis quelques années. Nous souhaitons travailler avec les Béninois car ils disposent de réserves forestières importantes dans la partie sud. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 14 3 African Network on Agriculture Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Un résumé du calendrier En résumé, le projet BRF-Sénégal doit se poursuivre pendant 5 ans, dont deux années très actives (2 e et 3 e ), qui vont permettre de mesurer les effets de l'introduction des BRF dans les systèmes agricoles. L'évaluation se fera d'abord au niveau des nutriments mais surtout au niveau de la structuration du sol, des augmentations de rendement et des pathologies. Une éventuelle relation sud-sud avec Madagascar Les trois premières années seront déterminantes. Nous pensons que dès la troisième année, il serait souhaitable que deux ou trois paysans se rendent à Madagascar pour établir une relation sud-sud plutôt que nord-sud comme c'est actuellement le cas. La visite à Madagascar permettrait d'observer les résultats obtenus avec les BRF sur des sols portant des cultures industrielles (thé, vanille) et la production de riz. La relation actuelle nord-sud n'a que peu d'avenir, c'est la relation sud-sud qu'il faut privilégier. Allons nous réussir? Je n'en sais rien, mais sans essayer, la réussite est impossible. Un débat philosophique 41- Moctar Touré - Nous entrons dans un débat philosophique qui n'a pas sa place ici. Il faut que les paysans soient capables de s'intégrer à partir de principes différents de ceux impliquant les dominations. Une implication à long teme Il est important à ce stade de bien préciser les objectifs, c'est-à-dire ce qu'on veut réaliser à long terme. Le Sénégal n'a aucun intérêt dans une opération coup de poing. Il faut que le tout porte sur le long, le moyen et le court terme avec une dimension scientifique. Continuer le développement et atteindre les objectifs Il nous faut les connaissances nécessaires pour continuer le développement et pour que les populations en tirent profit. Quelles sont les populations que Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 15 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 nous voulons atteindre et les objectifs de développement que nous nous fixons. Intégrer les institutions sé- négalaise dans l'action. Pour ce qui est des niveaux institutionnels, c'est-à-dire celui de la formation, il faut qu'ils soient bien identifiés sinon tout le projet est compromis. Tous ces points doivent être clairement précisés dans le cas du Sénégal. Il n'est pas question de commencer en mettant sur pied des institutions de recherche. Elles existent, tout comme les institutions de formation et de vulgarisation. Y a- t-il des liens de prévus entre ces niveaux, et y a-t-il une passerelle? Les contacts avec le gou- vernement sénégalais sont embryonnaires à ce stade 42 - Enrique Madueno - Il faut poursuivre en disant que les choses se présentent clairement comme vient de l'exprimer le Professeur Lemieux en parlant de la partie sociale et de la partie scientifique, mais il nous manque les contacts nécessaires avec le gouvernement sénégalais. Il est informé, oui et non!. De notre côté, les seuls contacts qui ont été établis le furent par M me Francine Marier lors d'un court séjour en juillet dernier au Sénégal. Il n'y a pas eu d'autres contacts par la suite. Avant que le projet démarre, les autorités devront être bien informées. Il faut donc planifier des rencontres avec le gouvernement le plus rapidement possible. Les relations possibles avec le Plan National d'Action sur la désertification Il faudra également établir la relation possible avec le Plan national d'action 4 dans la lutte contre la désertification et en informer le gouvernement sénégalais Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 16 4 National Action Plan Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Il faut donc préparer le plan d'action pour la première année et clarifier le rôle de chaque institution et celui des femmes car c'est une priorité de nos institutions. C'est la partie sociale qui mérite d'être plus clairement défini. Une approche de l'ACDI ou de l'ASFI Comment allons nous intégrer la partie sénégalaise participante au projet avant de commencer les travaux? Devons nous faire cette approche directement ou par l'intermédiaire de l'ASFI? Le projet BRF Ukraine 43 - Zsofia Orosz - La première phase du projet ukrainien s'est déroulée depuis près de 5 ans sous la responsabilité du Professeur Lemieux. On a utilisé les rameaux des arbres locaux dans la banlieue de Kiev dans la forêt de Boyarska. Ces rameaux sont fragmentés et utilisés expérimentalement à des fins agricoles et forestières. C'est présentement un projet de recherche, à une échelle réduite dans le but d'accumuler des connaissances sur différentes espèces d'arbres et de sélectionner les meilleures. Il visait à aider les paysans pauvres vivant dans des conditions difficiles. L'apport du CRDI a été important et il a permis une expérimentation qui n'aurait pas été possible autrement. Nous discutons actuellement avec l'ACDI pour que l'on puisse promouvoir cette technologie et aider d'autres paysans ukrainiens. Les résultats obtenus sont déjà prometteurs. Nous allons probablement financer une seconde phase à ce projet. Un projet d'une très grande importance scientifique 44 - Gilles Lemieux - Le projet ukrainien est d'une extrême importance au point de vue scientifique puisque les résultats obtenus à ce chapitre sont très précieux. Les scientifiques ukrainiens ont travaillé sur tous les aspects biologiques et publié un premier rapport en ukrainien, en russe, en anglais et en français. Un second est sur mon bureau pour évaluation, correction et traduction. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 17 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Le projet ukrainien un apport précieux Il s'agit d'un appui précieux car les résultats obtenus par les Ukrainiens confirment avec plus de précision encore ce que nous avions prévu. Les gens qui ont fait les recherches étaient bien formés à la méthode scientifique, de grande culture intellectuelle, mais dépourvus de moyens financiers. Un plan d'action annuel 45- Ola Smith - Je voudrais revenir au plan d'action qui doit être annuel. Il doit être précis et crédible parce que le moindre faux pas de notre part sera fatal. Il faut donc contacter le gouvernement sénégalais et tous les partenaires puis soulever la dimension scientifique. La tenue de plusieurs séances de concertation la première année J'ai déjà proposé la tenue de deux ou trois séances de concertations qui pourraient se tenir tous les 6 mois. Ainsi, dès la première année le rapport devrait permettre à tous les intervenants de comprendre ce qui a été réalisé et ce qui est prévu pour l'année suivante. Voilà comment je comprends le développement des activités. L'équipe pourra ainsi répondre à toutes les questions soulevées sur le terrain. Un rôle de rassembleur pour le CECI Les séances devraient se faire en présence des paysans et des producteurs dès la première année pour nous assurer que la suite des événements soient bien comprise. Le CECI aura cette tâche de rassembler tous les intéressés et de planifier avec eux chaque année. Le budget ne devrait pas être un obstacle car il est réparti selon les besoins annuels. Connaître les partenaires 46 - Gilles Lemieux - Ceci implique que nous connaissions les partenaires. Vos commentaires nous sont familiers et conformes aux nombreux documents que nous avons produits depuis plus de 3 ans. Il ne reste qu'à les colliger et les formuler pour les différents types de lecteurs. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 18 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Une première année cruciale pour instaurer un lien de confiance 47 - Moctar Touré - La première année est cruciale et les contacts initiaux sont essentiels. La première mission doit être consacrée uniquement à établir des liens de confiance en exposant notre vision globale, les buts à atteindre atteindre, sans quoi rien n'est possible. Ce sont les gens du milieu qui auront une responsabilité potentielle, non seulement dans le projet mais également pour tout ce qui gravite autour. Il nous faut bien connaître tous les intervenants et bien définir ce que nous voulons faire. Par la suite, ce ne sera que la consolidation de ce qui aura été entendu. Cette première mission doit intervenir rapidement dès que les ressources financières seront disponibles. L'importance de la rédaction de notre vision globale actuelle et des projections dans l'avenir 48 - Gilles Lemieux - C'est la première fois qu'on nous demande d'exposer une vision globale car tous nos efforts se sont heurtés aux coûts de productions et aux bénéfices escomptés, sans égard à ce que nous proposions de fondamental. Une telle vison globale bien exprimée va changer notre travail du tout au tout. Vous avez mentionné hier qu'il vous faut des projets nécessitant de petites sommes sur de longues périodes, alors qu'il vous est proposé de grosses sommes pour une très courte période. C'est exactement la philosophie qui sous-tend tout notre projet, d'où les difficultés que nous avons rencontrées au fil des ans. Il faut une demande à cet effet, ce qui n'a jamais été le cas jusqu'ici. 49 - Moctar Touré - Il faut admettre qu'il y a plusieurs niveaux de perception selon la position que nous occupons. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 19 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Un document de synthèse de qualité pour la première mission 50 - Nicole Généreux - Un document de synthèse devient très important en particulier pour la première mission. Cela permettra de faire comprendre les domaines de notre intervention et aux autres de juger ce qui est important en regard des institutions. Le reproche que l'on m'a fait lors de mon dernier passage à Dakar de la part des institutions de recherche était à l'effet qu'il n'y a pas eu aucun contact depuis plus d'une année. Les relations avec les autorité sénégalaises négligées à ce stade Ceci donne l'impression, à tort ou à raison, que toute la réflexion s'est faite en vase clos alors que nos efforts portaient à ouvrir la voie à ce qui s'en vient. Les articles relatifs à ces travaux seront signés par qui? Il faut que ce soit une coproduction avec les chercheurs sénégalais et les chercheurs canadiens. Il faut que ce projet présente des opportunités pour les gens sur place, et que ces opportunités soient claires, sinon il n'y aura pas d'intérêt de la part des Sénégalais et il restera tout simplement un projet des universités Laval et McGill. 51 - Moctar Touré - Tant qu'un projet n'est pas en cours de réalisation on ne sait pas combien d'intervenants seront utiles. Il y a beaucoup de choses qui se passent actuellement, qui peuvent avoir un lien direct avec un projet comme celui-ci et qui apporte une valeur ajoutée sans nécessiter plus d'argent. S'il n'y a pas cet effort de relation et de partage, chacun restera sur ses positions. Le but final de notre approche dépasse largement chacun d'entre-nous 52 - Ola Smith - Je crois que le message est bien formulé et bien compris. Le document de base doit faire état de la technologie en illustrant les points qui apporteront plus de prospérité. Le but final d'une telle approche dépasse certainement tout le monde, mais avant d'y arriver, il faut illustrer la contribution d'une telle technologie, ne serait-ce qu'en terme de tomates et Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 20 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 d'aubergines. Ces discussions se feront entre individus mais également à l'intérieur des communautés. Il est certain que la demande sera forte mais il faudra négocier. La première phase sera restrictive mais la seconde sera plus élaborée avec des horizons plus lointains et mieux arrêtés. Le rôle de l'ASFI dans le contact initial 53 - Moctar Touré - Le rôle le plus utile que jouera l'ASFI c'est l'établissement des premières relations avec les intervenants 54- Gilles Lemieux - Est-ce un rôle que la Banque Mondiale peut jouer grâce à l'ASFI pour lancer ce projet? Il faut que les semences soient mises en terre correctement. 55- Moctar Touré - Je suis de cet avis et nous devons faire les efforts et établir les premiers contacts pour que les relations s'établissent dans un climat de confiance. Une aide largement souhaitée 56 - Gilles Lemieux - Si c'est ainsi que vous voyez les choses vous allez nous aider grandement. Les termes d'un contrat ASFI- Consortium Laval-McGill 57 - Enrique Madueno - Il serait opportun de discuter du type de contrat qui sera rédigé entre l'ASFI et le Consortium Laval-McGill. 58- Jacques Parent - Il me semble qu'un tel contrat ne devrait contenir que des clauses standards auxquelles on joint en annexe les particularités. 59- Moctar Touré - On peut en discuter, mais il faut une cohérence entre le contrat passé entre la Banque Mondiale l'ACDI et le CRDI et celui de la Banque Mondiale avec le Consortium Laval-McGill. Il faudra également clarifier comment le consortium se définit. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 21 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Le partenaire Laval est co- ordonateur 60- Jacques Parent - On peut répondre rapidement. Le Consortium Lava- McGill est formé de deux établissements, dont l'un est coordonnateur et qui fait les contacts extérieurs. C'est l'Université Laval qui va assumer ce rôle et établir le contact de l'ASFI comme représentant du Consortium. Une technologie d'envergure internationale 61 - Enrique Madueno - Nous voulons que cet accord avec la Banque Mondiale ne se limite pas au projet BRF-Sénégal car l'avantage de l'accord entre le Consortium et l'ASFI est de positionner cette technologie directement au plan international. Définir la technologie au niveau africain Il est souhaitable que cet accord Banque Mondiale-Consortium Laval-McGill établisse les prémisses en vue d'une action au niveau du continent africain. Ainsi, l'ASFI ne verra pas son rôle restreint à cette technologie d'où la pertinence de la situer dans le contexte africain. 62 - Jacques Parent - Le contrat entre la Banque Mondiale et le Consortium Laval-McGill devra contenir une clause permettant l'inclusion d'activités additionnellesv qui vont se préciser au cours de la réalisation du projet. L'importance de la rédaction d'une vision globale 63 - Moctar Touré - Il me semble important de discuter du cadre et des grandes lignes d'action; mais une vision globale va nous aider grandement. L'association avec d'autres universités 64 - Gilles Lemieux - Nous désirons nous associer à l'Université Cheikh Anta Diop (UCAD) de Dakar, à une université belge ainsi qu'à celle d'Antanarivo de Madagascar. Nous espérons qu'ils se joignent à nous au début à titre de partenaires secondaires et ce, dès le début du projet. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 22 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Des partenaires associés: la technique de fragmentation D'autre part, nous avons prévu des associations avec des partenaires comme cette entreprise spécialisée dans la fabrication et la distribution de fragmenteuses spécialisées répondant aux besoins des paysans. Ce partenaire a une longue expérience africaine, il connaît la technologie et sait de quoi il en retourne. Le problème de la production d'eau par la technologie des BRF Un autre volet devrait être associé au consortium et il a trait à tout ce qui concerne la question de l'eau qui nous intrigue beaucoup parce que nous sommes appelés à la préciser dans nos travaux impliquant les sols et les cultures. C'est de première importance et que le consortium a besoin de ce volet technique. Une association ou un réseau 65 - Nicole Généreux - Avez-vous l'intention de vous adjoindre des membres ou plutôt de créer un réseau. 66 - Michel Dessureault - Ce serait plutôt sous la forme d'un réseau que la croissance se ferait. Un réseau d'information par le web 67 - Nicole Généreux - C'est une question technique mais au niveau de l'ASFI, elle peut nécessiter un site web créant un lien entre tous les partenaires et qui alimenterait toute cette problématique en liaison directe avec l'ASFI. Il n'y a pas de lien budgétaire associé à cette initiative, mais c'est ce que le CRDI favorise grandement. Un tel réseau permet une relation moins physique mais qui est très relationnelle quoique virtuelle. La série des accords 68- Ola Smith - Il est évident qu'il nous faut faire des accords ASFI-ACDI, ASFI-CRDI, Consortium ACDI, mais il n'y aura pas d'accord spécial Consortium-CRDI en laissant la porte ouverte à l'entrée d'autres composantes. Pour aller de l'avant, il faudra un accord entre la Banque Mondiale et le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 23 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Consortium selon des modèles standards comme la Banque en a certainement, mais il faudra voir comment adapter un tel modèle à la situation particulière qui nous intéresse. L'ASFI maintenant inclue dans le réseau des échanges 69 - Michel Dessureault - Jusqu'à maintenant nous faisons parvenir à l'ACDI et au CRDI tous les documents courants. À l'avenir, vous serez inclus dans la liste des organismes qui les reçoivent, ce qui me semble un manière convenable d'établir le courant d'échanges pertinents pour que vous soyez au même niveau d'information que nous. Les rapports techniques et financiers 70 - Moctar Touré - Il y aura des rapports techniques et financiers à présenter. Pour le reste on va s'entendre sans crainte. Les modes de paiements 71 - Jacques Parent - Les paiements se feront-ils sur facture une fois les services rendus? 72 - Moctar Touré - Il y a deux formules dont celle qui vient d'être décrite et une autre soit une avance de fonds sur justifications comme nous le ferons au cours du prochain trimestre. 73 - Michel Dessureault - Par la suite, nous enverrons les pièces justificatives concernant les frais encourus. 74 - Moctar Touré - Il faudra voir nos services de comptabilité à cet égard parce qu'il faut respecter les procédures internes. Un accord de la Banque Mondiale pour la rédaction juridique des contrats 75 - Enrique Madueno - En ce qui regarde l'ACDI et le CRDI, la balle est du côté de la Banque Mondiale pour la création du fond fiduciaire. Le document que nous avons fait parvenir à la Banque est à l'étude. Dès que la Banque aura donné son consentement, nous remettrons le tout à nos services juridiques. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 24 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Le Consortium lié par contrat à la Banque Mondiale Nous n'avons pas l'intention de conclure d'accord ni entre l'ACDI et le Consortium, ni avec le CRDI. Nous sommes liés à la Banque Mondiale pour que les fonds versés soient à l'usage exclusif du Consortium dans le projet BRF-Sénégal. Dès maintenant il est essentiel que les contacts soient étroits et constants entre le Consortium et l'ASFI. Nous voulons bien être informés, mais si nous avons des questions à poser ce sera à l'ASFI que nous les poserons. Les canaux d'information formels et informels 76 - Moctar Touré - Il y a les canaux formels mais il y a aussi les informels. 77- Gilles Lemieux - C'est au niveau informel que les idées circulent le mieux. La mise sur pied d'un comité de «coordination» 78 - Michel Dessureault - Pour que les choses se passent correctement nous allons rapidement mettre sur pied un comité de coordination comme le suggère Francine Marier dans son rapport final. Il s'agit d'un autre type de relation plus fonctionnelle dont l'une des fonctions sera, à titre d'exemple, l'approbation du plan annuel d'activité. Un tel comité sera composé d'un représentant de l'ACDI, du CRDI, de la Banque Mondiale, du consortium, et de représentants sénégalais. Ce comité devra être hautement crédible pour promouvoir la «vente» de projets. Cela va permettre des relations très directes même si nous n'avons pas de contrats entre nous. On pourrait lui donner le nom de comité de coordination pour le moment Un comité chapeauté par l'ASFI 79 - Enrique Madueno - Un tel comité devrait être chapeauté par l'ASFI comme organe de coordination. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 25 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 80 - Moctar Touré - Il est important que nous ayons cette première discussion élargie afin d'obtenir un mécanisme de coordination efficace et précis. Je propose qu'un tel comité soit formé plus tard, après une première réunion sur le terrain. 81 - Ola Smith - Je suis d'accord pour reporter la composition de ce comité. Il ne peut pas jouer un rôle de gestion au jour le jour mais plutôt après chaque campagne pour évaluer les travaux accomplis et planifier la campagne suivante. Une fois cette étape franchie, c'est au consortium à prendre la relève. Présentation de Peter Cooper 82 - Ola Smith - Peter Cooper nous arrive de l'ICRAF où Gilles Lemieux est allé à quelques reprises et où il a parlé de pédogénèse et du bois raméal fragmenté. Vous avez également à cette table, Michel Dessureault et Jacques Parent, de l'Université Laval. 83 - Peter Cooper - Je suis arrivé du Kenya au Canada en septembre dernier et je suis à la direction de la Gestion de l'environnement et des ressources naturelles (GERN), à la Direction générale des programmes et des partenariats du CRDI Durant 32 ans j'ai travaillé dans les pays en voie de développement et en 1980 j'entre dans les rangs de l'ICRAF. Même si je ne pense pas passer le reste de ma vie au CRDI, le poste que j'occupe actuellement m'intéresse particulièrement. Avez-vous demandé au TSBF 5 et à l'ICRAF 6 d'intervenir comme partenaires? Des propositions au TSBF et à l'ICRAF qui n'ont pas eu de suite 84 - Ola Smith - nous avons fait des propositions à ces deux organismes à titre de partenaires pour réaliser les essais préliminaires. Nous voulions intervenir sur de grandes superficies dans la partie sud de l'Afrique. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 26 5 Tropical Soil Biology and Fertiliy (UNESCO) 6 International Centre of Research on Agroforestry. Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Malheureusement, cette approche n'a pas eu de succès pour nombre de raisons. À partir de cet échec partiel , nous avons cru que des essais à échelle réduite seraient probablement préférables. Si les résultats de tels essais étaient positifs, il serait plus facile, par la suite, d'entraîner de grands organismes internationaux dans notre sillage. Nous avons toujours la volonté de coopérer avec le TSBF et l'ICRAF Il est bien entendu que nous voulons la participation de l'ICRAF et du TSBF mais il faudra faire la preuve de la pertinence de la technologie des BRF sur tous les plans. Les relations avec l'État sénégalais 85 -Ola Smith - Il faut maintenant nous interroger sur la coopération et les rôles respectifs des différentes instances sénégalaises. Des changements récents à l'intérieur de l'appareil d'état sénégalais 86 - Gilles Lemieux - Les instances principales seraient les Eaux et Forêts, l'Environnement, et l'Institut sénégalais de la recherche agronomique (ISRA). Nous savons qu'il y a eu de grands changements à l'intérieur de la fonction publique à la suite de la dernière élection à la présidence de la République. Ceci n'est pas un projet de l'ACDI ni du CRDI 87 - Enrique Madueno - Nous en avons déjà discuté avec Francine Marier et comme ce n'est pas un projet de l'ACDI ni du CRDI, la question reste posée à savoir devons-nous amorcer cette relation dans un cadre légal avec le Sénégal. Le projet BRF-Sénégal un projet de la Banque Mondiale (ASFI) Comme le projet devient celui de l'ASFI, non pas de l'ACDI ni du CRDI, cette relation devrait être initiée par la Banque Mondiale, tout comme ce sera le cas dans le cadre du Programme National d'Action. Il faut donc admettre que la Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 27 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 participation du gouvernement sénégalais se présente à un niveau qu'il nous faut identifier clairement si possible. Il faut juger des appuis sur place 88- Moctar Touré - Il est évident que la question se pose et qu'on ne peut entrer dans le pays sans que des relations institutionnelles soient mises en place, même s'il n'y a pas d'engagements contractuels. Une fois sur place, nous aurons l'occasion de juger de la pertinence de telles ou telles relations à privilégier, souvent au-delà des institutions. Pour se faire une opinion, il faut rencontrer les personnes. Je reviens à l'importance de réunir tous ces gens autour d'une table pour information d'abord et pour identifier par la suite qui peut le mieux devenir partie prenante et objective dans ce projet. Cela est surtout par souci de cohérence et de courtoisie. 89- Ola Smith - Il a déjà été question d'un comité conjoint mais il ne me semble pas nécessaire actuellement car il nous faut plutôt des appuis solides qui doivent se révéler dès les premiers contacts. Un comité scientifique; sa nécessité et sa pertinence 90 - Ola Smith - Il convient maintenant de discuter du rôle et de la composition de ce comité conjoint qui n'a rien de commun avec un comité de coordination. 91- Michel Dessureault - La mission de ce comité conjoint serait de veiller à la réalisation de tout ce qui a trait aux aspects scientifiques qui sont à la base de la technologie ou qui surgiront tout au long du projet. Comité Scientifique d'orien- tation et d'évaluation (CSOE) 92 - Gilles Lemieux - C'est le comité que nous suggérions dans notre proposition de 1999 et qui portait le nom de Comité Scientifique d'Orientation et d'Évaluation (CSOE). 93 - Jacques Parent - Il est évident qu'un comité scientifique sera composé de scientifiques, mais est-ce que les chercheurs devront également participer à Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 28 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 un comité de coordination? Devrait-il y avoir un seul comité qui aurait comme mandat de couvrir les aspects scientifiques et de coordination? 94 - Moctar Touré - On doit procéder avec ce qui est possible et souhaitable. On doit se poser la question de savoir si c'est pour juger de la valeur des programmes de recherche, des résultats obtenus, je ne sais trop? Un exemple de fonctionnement 95 - Michel Dessureault - Un tel comité, à titre d'exemple, verrait à discuter de la valeur de tel traitement par rapport à un autre, c'est-à-dire à un niveau très près de la réalisation du projet et non pas au niveau des grandes orientations. Un tel comité n'est peut-être pas nécessaire, mais nous avions imaginé un tel comité pour examiner les approches scientifiques dans les différents projets sur le terrain. 96 - Jacques Parent - Il y a également le niveau interdisciplinarité qui nécessite une table où les chercheurs de disciplines très pointues puissent se parler. Il faut donc une «institution interne» qui soit bien au delà du cadre formel ou tout simplement liée au hasard des rencontres de la vie. Sa constitution 97 - Michel Dessureault - Voici la composition que nous avions imaginé pour un tel comité conjoint: • Un représentant par discipline des chercheurs canadiens • Un expert sénégalais (anthropologie) • Un représentant du CRDI (qui pourrait être de l'ASFI) • Un représentant des Eaux et Forêts • Un représentant de l'ISRA- Environnement Voici en quels termes nous proposons son champ d'action. Le rôle d'un tel comité sera un organe de consultation et d'orientation du projet qui se réunira au moins une fois par semestre et au besoin. Lors de cette définition avec Francine Marier, nous avions en tête un comité conjoint imaginé dans le contexte classique d'un projet de recherche, non pas dans le contexte qui s'est développé par la suite jusqu'à aujourd'hui. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 29 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 D'abord un Comité de Direction 98- Enrique Madueno - Il me semble prématuré à ce stade de penser à un tel comité. Il nous faut plutôt un comité de direction. Pour «alimenter» un tel comité, il faudra un comité scientifique qui nécessitera d'être défini. Il devra y avoir d'autres comités comme celui au niveau social qui devrait plutôt être des sous-comités lorsque le projet sera démarré et selon les besoins Le premier comité sera sans doute le comité de direction central du projet qui verra à proposer et mettre en place le plan d'action qui sera discuté avec les différents partenaires. Il n'est pas souhaitable d'avoir trop de comités. Pour le moment, les choses ne sont pas suffisamment définies pour procéder plus avant dans ce sens. 99 - Gilles Lemieux - Nous avions pensé à la structure du CSOE pour nous adjoindre d'autres partenaires, comme l'ICRAF à titre d'exemple, qui seraient en mesure d'évaluer au fil du temps nos actions et nos décisions. Vers une africanisation probable 100 - Enrique Madueno - Il faut toujours prendre en compte l'origine et la position aussi bien de SPAAR que de l'ASFI qui sont à Washington. Il est clair que la Banque Mondiale sent le besoin de passer à l'africanisation et ce sera sans doute le cas, à la longue, avec notre programme. 101 - Moctar Touré - Dans des programmes de cette nature qui impliquent plusieurs institutions, il y a toujours un mécanisme de programmation qui est établi entre les membres pour permettre la discussion du contenu scientifique, partager les résultats et faire avancer le programme. Cela est totalement en dehors des prérogatives du comité de gestion du projet. C'est en cours de réalisation qu'on peut prévoir des aménagements particuliers mais non des modalités pratiques. L'ICRAF a un modus operandi de ce type et une fois l'an, il y a une réunion de programmation avec plusieurs invités, pour discuter et évaluer les actions passées et à venir. En ce sens, l'ICRAF est un modèle. Pour ce qui est des chercheurs, il semble évident qu'ils seront en contact permanent. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 30 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 102- Gilles Lemieux - Il ne faut pas sous-estimer la fonction évaluation d'un tel comité. 103 - Jacques Parent - Au niveau du consortium, nous sentons également le besoin que les chercheurs se réunissent régulièrement. C'est une caractéristique interne dont l'importance est primordiale. Je pense que nous confondons ici plusieurs niveaux. Ce sont les besoins qui créeront l'organe et non l'inverse. 104 - Gilles Lemieux - Je suis très favorable à cette approche anglo-saxonne où beaucoup se joue à l'oreille, c'est-à-dire d'une manière tout à fait pragmatique. Il est important que les idées émises se tiennent par leur valeur fondamentale et incontestable; les événements qui en découlent devenant contestables ou variables selon les circonstances. Un comité de coordination responsable des activités accepté 105 - Ola Smith - Il faudra définir plus tard un comité scientifique et technique mais le comité de coordination tient toujours. Il sera responsable des rapports des résultats et des plans d'action. Le DAP du CRDI 106 - Ola Smith - .Le document suggère que le suivi du projet soit assuré par notre bureau de Dakar. Il est très modeste et n'a pas obligation à faire rapport à l'ASFI. Des précisions qui reviennent à l'ASFI 107 -Enrique Madueno - Je suis d'accord avec cet énoncé pour l'ADCI également. Il est maintenant clair que ce rôle revient à l'ASFI et que l'ACDI et le CRDI n'ont pas de rôle institutionnel à jouer dans les rapports à produire. Tous les intervenants par- ticipent à l'évaluation de la mi- mandat 108- Ola Smith - Il en va autrement pour les évaluations faites par tous les intervenants et prévues à mi-mandat et à la fin du projet. À cette étape, tous Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 31 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 auront la possibilité et l'obligation de donner leur avis depuis les producteurs, les paysans, les chercheurs, le consortium jusqu'aux bailleurs de fonds. Il faudra dans ce cas définir les termes de référence mais tous doivent contribuer. 109- Enrique Madueno - Ceci doit être inscrit dans l'accord de contribution. Il est clair que l'ACDI a droit de regard sur les documents de justification tout comme de participer à l'évaluation finale du projet. Les fonds nécessaires pour l'évaluation technique et fi- nancière 110 - Nicole Généreux - J'aimerais savoir si le CRDI a des fonds à sa disposition pour faire l'évaluation du projet. Dans le budget de 2,5 millions, il y a des provisions qui touchent l'évaluation et la vérification financière. Le montant proposé pour ces vérifications représente la somme de 100 000.00$Can. Est-ce que ces fonds proviendront de l'ASFI, en plus de ses frais de gestion et les services sont-ils compris? Le suivi peut être pris en charge par une personne ou un groupe de personnes assumant cette tâche. C'est un mécanisme qui est inclus dans le projet pour l'améliorer à partir des erreurs constatées. Les prévisions financières de départ 111 - Michel Dessureault - Au départ ,nous n'avions pas considéré cet aspect du suivi et de la vérification financière. J'ai quand même identifié dans le budget des coûts associés à différents types de comités. A la recommandation de Francine Marier, nous avons dû remanier les budgets comme l'ACDI le demande dans les projets qu'elle finance. Nous avons donc refait notre devoir et ajouté les exigences nécessaires. Comme nous ne savons encore comment les choses vont se passer avec l'ASFI, il est possible que la Banque Mondiale ait un système de suivi particulier Ce sont là des questions concrètes auxquelles il faudra trouver réponse. Il en va de même pour les frais associés au comité de coordination pour nous permettre d'ajuster Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 32 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 le budget aux circonstances. Les suivis seront faits par qui et au frais de qui, ou est-ce le comité de coordination qui fera oeuvre de suivi? Les services d'audits de la Banque Mondiale 112 - Moctar Touré - Au niveau de la Banque Mondiale, cette dernière a un service de vérification et, à partir d'un certain montant, il y a une vérification personnalisée sur le projet en question. Cette vérification est institutionnelle et elle n'est pas à la charge d'un projet en particulier mais plutôt compris dans les frais de gestion. Les différents mécanismes de suivis Pour le suivi, il faudra disposer d'un mécanisme interne à l'ASFI. Je le vois rendre compte au moment où le comité se réunit une fois l'an. Le second niveau de suivi ce sont les rapports d'étape technique et financier que recevra le Consortium selon les modalités établies entre l'ASFI et le Consortium. Le troisième niveau de suivi touche les relations interpersonnelles dans l'action sur le terrain et sont faites à la discrétion de l'ACDI. du CRDI et par l'ASFI en vue d'une appréciation par le groupe des partenaires. En fin de projet, on peut estimer s'il peut continuer ou être abandonné en regard du budget. Les rencontres de comités aux frais de l'ASFI La question de savoir si les rencontres concernant les suivis doivent être incorporées dans les budgets, je pense qu'on ne doit pas en tenir compte. 113 - Nicole Généreux - Ceci donne une latitude supplémentaire au niveau des budgets que nous n'aurions pas autrement. L'ACDI et le CRDI ont des fonds spéciaux à cet effet 114 - Enrique Madueno - Permettez-moi d'apporter quelques clarifications à ce sujet. Concernant l'ASFI, et je me fie à l'expérience vécue avec les fonds fiduciaires de la Banque Mondiale et pour des montants très importants, les frais d'administration sont absorbés par la Banque à même les 10%. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 33 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Les suivis que l'ACDI va faire n'ont rien à voir avec le projet car nous avons des budgets à part pour faire de tels suivis, Cela fait parti des frais de participation au comité de direction. Il est bon de le savoir pour faire des prévisions réalistes, et je ne prévois pas aucun coût supplémentaire. Les fonds nécessaires pour le suivi en milieu paysan 115 - Abdoul Sow - Lorsqu'on a rédigé le projet, nous avions prévu un budget pour le suivi parce qu'en milieu paysan il faut une équipe de suivi des activités. Ce n'est ni le suivi et ni l'évaluation du projet. Je ne sais pas si cet aspect a été éliminé du budget ou non. 116 - Ola Smith - Ceci fait toujours parti du projet. 117 - Michel Dessureault - Ce que vous mentionnez se trouve maintenant inclus au rôle du CECI dans sa fonction de coordination sur le terrain. 118 - Abdoul Sow - Il faudrait que ce soit inscrit en clair au budget mais la somme de 37 000,00$ n'est pas très élevée à ce chapitre. Les réaménagements récents nécessaires par l'arrivée du CECI 119 - Michel Dessureault - Sous la rubrique coordination du projet au Sénégal, toutes les dépenses à cet effet ne sont pas comprises, en particulier au niveau du suivi. Il y a de ces frais inscrits au chapitre du fonctionnement. Dans la proposition que le CECI nous a faite, il y a des frais associés à la gestion à Montréal et d'autres associés à Thiès. Globalement il y a des sommes qui ont été attribuées à des fonctions très précises comme la coordination des activités sur le terrain, d'après la proposition faite par le CECI. 120 - Nicole Généreux - Sous la rubrique interventions sociales où le CECI va intervenir, avez-vous été obligé de tout concentrer? Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 34 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 121 - Michel Dessureault - C'est plutôt l'inverse où des sommes ont été virées pour les mettre au compte des activités dégagées par le CECI. À titre d'exemple, le CECI nous rendra des services qui à l'origine étaient sous la rubrique interventions sociales . Le budget affecté à la partie sénégalaise 122 - Abdoul Sow - Où est inscrit dans le budget ce qui a trait à la partie sénégalaise? 123 - Michel Dessureault - Concernant la partie sénégalaise, il faut aller à l'annexe F à la page 4 du DAP pour voir la répartition des sommes. 124 - Moctar Touré - Il est important d'avoir un budget sur cinq ans mais c'est celui de la première année qui sera le plus critique. Il faut connaître le coût par activité et par intervenant, ce qui nous permettra de porter des jugements éclairés par la suite. 125 - Ola Smith - C'est dans le document -Notes au budget- que nous devrons clarifier chaque élément.; y a-t-il quelqu'un pour faire ce travail. Un budget remarquable 126 - Nicole Généreux - Le budget préparé par M. Dessureault est tout à fait remarquable car, grâce au tableau de synthèse impliquant beaucoup de travail et de réflexion, il est facile d'alimenter la discussion. Tout peut être modifié, mais le chiffrier est bien fait et disponible. L'attribution des coûts des évaluations relèvera du comité de direction 127 - Enrique Madueno - Concernant les fonds nécessaires aux évaluations, il faut laisser au comité directeur le soin de prendre les décisions en ce qui touche la source et l'attribution des fonds. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 35 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 128 - Michel Dessureault - Si je résume nos discussions, le projet BRF- Sénégal n'aura pas à supporter le coût des vérifications financières ni les coûts d'évaluation et de suivi. 129 - Enrique Madueno - Supprimons du budget le coût des vérifications financières mais gardons les frais inhérents aux évaluations et aux suivis. Le comité directeur prendra les décisions opportunes lorsque les questions se poseront véritablement et peut-être y aura-t-il d'autres fonds disponibles à l'époque. La distribution des respon- sabilités au sein du consortium 130 - Nicole Généreux - Comment se répartissent les responsabilités au sein du consortium? 131 - Michel Dessureault - Je suis le directeur du projet et tout ce qui touche la structure du consortium et sa gestion relèvent de ma responsabilité. M. Lemieux m'assiste pour les aspects techniques et scientifiques puisque tout le travaille est le fruit de sa réflexion jusqu'ici et il est plus apte que moi à répondre à plusieurs questions de ce domaine. Quant à la question légale, nous nous référons à Jacques Parent dont c'est la responsabilité au niveau de l'Université Laval. La structure du comité de coordination 132- Ola Smith - Qu'avons nous finalement décidé au sujet de la composition et à la structure du comité de coordination? 133 - Moctar Touré - Le point de départ doit être cette mission sur le terrain qui permettra d'établir les meilleurs contacts et d'identifier sur place les acteurs importants qui pourront faire partie de ce comité de coordination. Le financement de la première mission 134 - Jacques Parent - Est-ce qu'une telle mission sera financée à l'intérieur du projet? Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 36 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 135 - Moctar Touré - Je vois cette mission comme la première activité du projet. Les prochaines étapes; signature des ententes 136 - Jacques Parent - La prochaine étape pour la mise en marche du projet BRF-Sénégal, sera que la Banque Mondiale me fasse parvenir les documents pertinents à la signature d'une entente, ce qui permettra de tout démarrer. 137- Moctar Touré - Avant cela il faut compléter les ententes avec l'ACDI et le CRDI et lorsque cela sera fait, il faudra procéder presque en parallèle avec le consortium. Lors de la première réunion au Sénégal, il est très important que tous le protagonistes soient présents et qu'ils terminent les discussions. L'organisation de la rencontre de Dakar assumée par la Banque Mondiale Je prends l'initiative d'organiser à Dakar cette première rencontre en faisant les invitations au nom de la Banque Mondiale. Le tout sera prêt dès que les ententes seront ficelées et pourra se faire rapidement. Je suis disponible pour les mois d'avril mai et juin pour cette rencontre à Dakar. L'inclusion de tous les chercheurs 138 - Michel Dessureault - Croyez-vous opportun que tous les chercheurs soient sur place à cette occasion? Nous avions déjà prévu une première rencontre sur le terrain pour planifier correctement toutes les activités et bien évaluer de quoi il en retourne. 139 - Ola Smith - Il est crucial que les chercheurs soient partie prenante à la première rencontre, faute de quoi il n'y aura pas une véritable prise en compte de la situation par ces derniers et cela pourrait aboutir à des incompréhensions toujours difficiles à rectifier. Il faut que tous voient le milieu dans lequel les choses se passeront et se fassent connaître par la partie sénégalaise. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 37 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Une rencontre assurant la validation politique 140 - Nicole Généreux - Cette première mission accordera la validation politique à tous ceux qui feront leur boulot scientifique et technique par la suite. La composition des invitations à faire 141 - Moctar Touré - Quelles sont ces personnes avec lesquelles il faudra prendre contact? Une référence à la mission de 1998 142 - Gilles Lemieux - Lors de notre dernière mission, sous l'égide de l'UCAD, en 1998, nous avions fait le tour de la haute administration et rencontré certains ministres dont on trouve la liste dans notre rapport de mission 7 . Il y a eu depuis lors des bouleversements dans l'appareil gouvernemental et plusieurs personnes que nous avons rencontrées ne sont plus en poste ou ont été réaffectées ailleurs La mission de Francine Marier en août 2000 143 - Enrique Madueno - Pour ce qui est de l'ACDI, lors de la visite de Francine Marier en août 2000, c'est l'ambassade du Canada qui a pris les rendez-vous. car elle est tout à fait au courant de la question. Le CECI dans son rôle de terrain 144 - Michel Dessureault - Lors de notre passage au CECI en décembre dernier, nous avons discuté avec l'ingénieur en charge de l'exploitation de la bande de filao et il sera notre guide. L'apport de l'UCAD par le Dr Mamadou Seck. 145 - Gilles Lemieux - Concernant la partie sénégalaise, notre principal interlocuteur depuis le tout début des expérimentations préliminaires, est Mamadou Seck, maître de conférence à l'UCAD et attaché à l'Ecole Nationale Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 38 7 Lemieux, G., Genest, S. & Hamel, C. (1998) «Mission exploratoire au Sénégal et au Bénin sous la commandite du CRDI, réalisée entre le 27 juilet et le 7 août 1998, pour effectuer le transfert de la technologie des BRF». Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, publication n° 98, 123 pages ISBN 2-921728-45-1 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Supérieure Polytechnique. Il faut donc réactiver nos contacts parce que la majorité de nos interlocuteurs de l'époque ont probablement perdu foi en notre projet. Une récapitulation de ce que nous allons faire dans les jours qui viennent 146 - Moctar Touré - Je propose une récapitulation complète de ce que nous venons de discuter pour établir un calendrier des devoirs et des événements à venir. • Pour ce qui est de la "grand-messe" de Dakar, je procéderai moi- même • Il faut finaliser dans les plus brefs délais le fond fiduciaire avec les documents pertinents • Réaliser avec la partie sénégalaise des ententes qui devraient déboucher sur des accords lors de la première intervention sur le terrain. (fin avril) Je vais vous envoyer de la documentation sur les principaux organismes que nous devrions connaître, avec leurs adresses électroniques. Pas de document particulier pour l'ASFI 147 - Michel Dessureault - Comme nous l'avons fait pour l'ACDI, nous contribuerons au montage des documents nécessaires pour le CRDI. Devra-t- on produire un tel document pour ASFI? 148 - Moctar Touré - Il n'est pas question de monter un tel document pour l'ASFI. 149- Ola Smith - Il faut monter un tel document pour le CRDI afin de m'assurer que les fonds seront débloqués. Le document officiel de la création du Consortium 150 - Nicole Généreux - Est-ce qu'on peut obtenir copie du document créant officiellement le Consortium Laval-McGill pour le dossier. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 39 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 151 - Moctar Touré - Je ne cherche que des documents qui me permette d'être au même niveau d'information que vous tous. Un document succinct de synthèse 152 - Michel Dessureault - Je vais rédiger un document de synthèse qui résume en 3 ou 4 pages l'essence de ce que nous voulons faire. Ce serai un document pour informer et rallier les gens autour du projet. 153 - Ola Smith - Je remercie tous les participants qui nous ont permis d'avancer considérablement et ce jusqu'à la prochaine réunion qui se tiendra vraisemblablement à Dakar. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 40 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 ANNEXE I Mémoire à la Ministre reponsable de la Coopération Internationale avec copie au Ministre des Affaires Étrangères SUBJECT — Information requested regarding the choice of the World Bank, rather than the FAO as the Executing Agency for the Ramial Chipped Wood (RCW) project. Decision Memorandum approved by the Minister on December 19, 2000. BACKGROUND — Two global strategic initiatives have been developed by the international community to address dry land concerns through action at the local level: the United Nations Convention to Combat Desertification (UNCCD) and the United Nations Conference on Environment and Development (UNCED). In support to these two global conventions, the World Bank, in collaboration with the FAO and other agricultural institutions, has launched the Integrated Land and Water Management Action Program (2000) and the Soil Fertility Initiative (ASFI). The FAO is the co-sponsor organization for these two initiatives and at the country level the FAO expert works in close collaboration with the World Bank staff and the government official for the implementation and follow-up of the initiatives. The international community has globally decided to give the World Bank the responsibility to host the secretariat of these two initiatives. The RCW project will be implemented as part of these two initiatives and in support of the two global conventions. This could be an African example where the unique institutional strenghts and the comparative advantages of CIDA, IDRC,World Bank and the Consortium Laval-McGill could be harnessed. Also, through the Soil Fertility Initiative, this Project, combined with the strategic directions presented by the UNCCD and financial coordination offered by the Global Mechanisms of the World Bank, could achieve a significant contribution. Some other criterias used for the identification of the World Bank as partner organization are: Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 41 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 The World Bank is involved in the preparation of the National or Regional Action Plans, under the UNCCD convention. Currently, there are 16 NAPs and 1 RAP (Sahel) and 3 Sub-RAPs (CILSS, SADC, Maghreb) in the Africa and Middle East regions which are ready for implementation. The country must demonstrate its priority and willingness to prepare these strategic programs with full participation in the process of all the parties with a stake in the issue of desertification. These programs need to reflect the factors that contribute to desertification as well as generate practical solutions. They are intended to priorize realistic and coherent goals, provide the framework for adequate action, and specify the roles and responsibilities of government, local communities, land users and other partners throughout the implementation process. The Soil Fertility Initiative and the Ramial Chipped Wood technology, will be part of the stratetegic process of the countries to implement the UNCCD convention. The pilot proposal is focused in the Sahel Region. This is appropriate given the emphasis placed on the region by UNCCD in countries experiencing serous drought and desertification, particulaly in Africa, as well as by CIDA/IDRC's historical geographic programming focus on this issue. Executing the project under the umbrella of the World Bank's ASFI will provide Canada and the Consortium Laval-McGill with an excellent opportunity to disseminate the RCW Technology and become major stakeholders in developing new technologies to combat soils desertification world-wide. Through the World Bank, Canada has the opportunity to invest in a model which has a significant chance of replicability and where Canadian investments and activities are extremely positive. Finally, the World Bank provides a macro-strategic and thematic programming potential. While a framework of existing environmental programming is important, this initiative could also be grounded on other CIDA programming priorities. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 42 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Coordination and funding participation of other donors will be assured since the RCW technology has been adopted as one of the technologies for the implementation of the Soil Fertilty Initiative, by the World Bank. Executing the RCW through the World Bank will allow Canada to be a member of the Soil Fertility Initiative Steering Committee, where major donors and international organizations participate. Ce texte a été signé par Émile Gauvreau, vice-président Afrique de l'ACDI, Len Good, président de l'ACDI et Maria Minna ministre Responsable de la Coopération Internationale °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 43 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 ANNEXE II OBJET : Bois Raméaux Fragmentés -- Approbation du Document du Projet (DAP) Sujet: Solliciter votre approbation du Document du Projet Contexte -- La Ministre a approuvé le 19 décembre 2000, la sélection de la Banque Mondiale comme organisation partenaire. Le développement de la technologie des bois raméaux fragmentés (BRF) a débuté au Québec à la Faculté de Foresterie de l'Université Laval. il y a vingt ans et a été expérimentée dans de nombreux environnements, donnant de très bons résultats. Les premières rencontres entre l'Université Laval, l'ASCDI et le CRDI ont eu lieu vers la fin de 1995. Après multiples échanges d'information entre l'Université et le CRDI (qui devait aider à la formulation de la proposition), et ensuite un échange de lettres entre L'université, le Directeur de Cabinet du Premier Ministre et la Ministre Marleau, en mai 1999, le Panafricain a été sollicité pour coordonner, en étroite collaboration avec les autres partenaires, la préparation du document du projet. En Afrique, et plus particulièrement en Afrique sub-saharienne. la perte de fertilité et la dérive des sols arables constituent un problème majeur, car la production agricole diminue dangereusement pour, bientôt, ne plus suffire à une population dont le rythme de croissance démographique est qualifié de galopant. La gestion des sols tropicaux africains pose un problème particulier. Le comportement des populations rurales pour lutter contre cet appauvrissement des sols a de nombreuses conséquences fâcheuses. 1) Déforestation par le biais de feux de brousse incontrôlés et dévastateurs, pour gagner de nouvelles terres fertiles. 2) Surexploitation des forêts pour obtenir des revenus immédiats (i.e. charbon, bois de chauffe , bois de construction). 3) Exode rural et donc abandon de l'agriculture. 4) Perte de fertilité rapide des terres en pente par lessivage et destruction des voies d'accès à ces terres. 5) Capital eau en nette régression (tarissement des sources et des cours d'eau, salinisation des nappes phréatiques, etc.) dû, en partie à une irrigation des cultures de Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 44 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 plus en plus importance, mais également, à l'absence d'un couvert végétal suffisamment important pour freiner le ruissellement. Tout ceci résulte en la poursuite ininterrompue du phénomène de désertification, mais également en la diminution de capacités de l'Afrique de se prémunir contre les effets, particulièrement dévastateurs pour elle, qui proviennent du changement climatique planétaire. En effet, cette déforestation à grande échelle qui s'effectue présentement un peu partout en Afrique sub-saharienne diminue d'autant les possibilités de celle-ci de séquestrer le carbone et de mieux se prémunir contre les effets adverses des changements climatiques. C'est d'ailleurs face à tous ces constats que la Banque Mondiale a mis au point une nouvelle initiative, "Accelerated Soil Fertility Initiative" (ASFI), qui est accompagnée d'un fond en Fiducie (Trust Fund) à l'image du Fonds mondial pour l'environnement. Ce Fonds, le Soil Fertility Competitive Fund, sera alimenté par plusieurs bailleurs de fonds et permettra la réalisation d'initiatives en matière d'accroissement de la fertilité des sols en Afrique. L'enfouissement de ces BRF induit une forte activité biologique dans le sol, facteur majeur de la pédogénèse (structuration du sol). Selon les diverses recherches réalisées jusqu'à présent, l'apport de BRF dans les sols aurait les avantages suivants : a) amélioration de la fertilité des sols dégradés; b) augmentation des activités en surface et en profondeur des vers de terre et des termites, avec des effets bénéfiques associés aux propriétés physiques des sols; c) augmentation du rendement des cultures, du moins à court terme; d) diminution de la pénétration des plantes par les nématodes; e) production biologique d'eau diminuant les besoins en irrigation. Le projet sera réalisé sous le couvert de l'ASFI qui vient d'être mise sur pied par la Banque Mondiale. Cette façon de faire s'avère la meilleure en terme stratégique, compte tenu d'une part, de l'intérêt panafricain, et même mondial, que représente la technologie des BRF en matière d'amélioration de la fertilité des sols et d'autre part, des nombreuses expériences passées qui ont prouvé l'effet multiplicateur positif qu'ont les projets multi- bailleurs au niveau des résultats atteints. La contribution de 2,5 millions de $Can provenant de l'ACDI (2 000 000$) et du CRDI (500 000$) dans le cadre de son initiative Gens Terre et Eaux (GTE) sera accordée au Secrétariat de l'ASFI qui jouera le rôle d'agence de coordination. Cette contribution du Canada à l'ASFI sera liée et devra donc être dirigée à la mise sous contrat du Consortium Laval-McGill en tant qu'agence d'exécution qui sera responsable de la mise en oeuvre de la technologie des BRF en matière d'amélioration de la fertilité des sols en Afrique. Le projet se déroulera au Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 45 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Sénégal, plus précisément, dans la région écologique des Niayes où l'on retrouve un système agroforestier composé d'une part, de la bande de filao mise en place dans le cadre de précédents projets canadiens et d'autre part, de la présence d'une activité horticole intense générant 80% de toute la production nationale. Les bénéficiaires immédiats du projet seront des paysans producteurs maraîchers ou producteurs de culture de rente du Sénégal qui seront appuyés dans leur apprentissage de l'utilisation de la technologie des BRF. On peut s'attendre à ce que les femmes bénéficient aussi du projet dans la mesure où elles pratiquent, elles aussi, la culture maraîchère pour satisfaire les besoins de leur famille et pour se procurer un revenu d'appoint. Au niveau des opérations, le projet collaborera avec plusieurs partenaires sénégalais dont la Direction de l'Horticulture ainsi que la Direction des Eaux et Forêt de même que l'Université Cheikh Anta Diop (UCAD) et le Centre de Développement de l'Horticulture de l'Institut sénégalais de recherche agricole (ISRA/CDH), structures de recherche agricole. Le projet permettra au Canada de respecter ses engagements internationaux en matière d'environnement et d'appui aux pays en voie de développement dans ce domaine. Par ailleurs, la réalisation du projet, sous le parapluie de l'ASFI de la Banque Mondiale, permettra au Consortium Laval-McGill non seulement d'accéder, dès le départ, à un tremplin de diffusion de sa technologie des BRF beaucoup plus large, mais également de devenir un des acteurs majeurs dans le développement de nouvelles technologies permettant de lutter contre la dégradation des sols au niveau mondial. Enfin, dans la perspective de l'atteinte de résultats positifs et concluants, le projet permettra également à une compagnie canadienne qui a mis au point une fragmenteuse pour le bois raméal d'ouvrir un marché au niveau des pays en développement qui pourrait être prometteur. CONSULTATION — Le Centre de Recherche pour le Développement International (CRDI) participe aussi à l'initiative de la fertilisation des sols et il est un partenaire dans le projet. La consultation et la coordination avec le CRDI se fait sur une base régulière. ÉVALUATION ENVIRONNEMENTALE.— L'initiative proposée n'est pas un projet aux termes de la LCÉE (Loi canadienne sur l'évaluation environnementale). Une évaluation environnementale n'est pas requise. Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 46 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 COMMUNICATION — Ce projet est très innovateur et a une composante environnementale importante. Le projet présente un intérêt particulier pour le Canada, car il contribue à appuyer et à respecter les engagements internationaux en matière d'environnement dans les pays en voie de développement . Le projet pourrait être annoncé pendant la prochaine réunion de la Coalition Mondiale pour l'Afrique sur l'Agriculture et la fertilisation des sols qui aura lieu pendant le mois de mars en Afrique. RECOMMANDATION — Je recommande que vous approuviez la contribution de 2 millions$ pour l'exécution du projet Bois Raméaux Fragmentés pour un durée de cinq ans. Ce texte a été signé par Émile Gauvreau, vice-président Afrique à l'ACDI. SYNTHÈSE DES THÈMES DISCUTÉS: UN REGROUPEMENT PAR CATÉGORIES Dans le but de permettre un meilleur accès à ce compte-rendu puisque des décisions fondamentales ont été prises par consensus, j'ai inscrit des thèmes qui réfèrent aux numéros d'intervention dans le texte: Le fond fiduciaire avec la Banque Mondiale 2, 26, 27, 36, 146, Les échéances 2, Le projet BRF devenu Programme 2, Un programme à long terme 2, Une première rencontre à Dakar ASFI-Consortium 3, 19, 42, 46, 47, 55, 56, 134, 135, 137, 138, 139, 140, 141, 146, Les mêmes contrats ACDI et CRDI 7, 8, 62, La planification 9, 10, 45, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 47 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Une référence aux grandes conventions internationales 11, 12, 13, Un document de synthèse 14,15,16, 17, 18, 20, 21, 50, 52, 152 Contrats et transferts de fonds 22, 23, 24, 25, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 71, 72, 73, 74, La naissance de l'ASFI: son rôle 26, 54, 57, 58, 59, 69, 70, 147, 148, Le rôle de l'ICRAF en Afrique de l'Est 38, 82, 83, 84, 101, Diffusion de l'Information 38, 39, 67, Le projet BRF-Ukraine 43, 44, Une rédaction de la vision globale 45, 47, 48, 49, 63 Le rôle de Laval dans le Consortium 59, 60, 61, L'avenir est sur le plan international 61, De nouvelles associations du Consortium 64, 65, 66, Les accords ASFI-CRDI-ACDI Consortium 68, 75, Un comité de coordination 78, 79, 80, 81, 90, 91, 95, 96, 97, 99, 102, 103, 104, 105, 111,132, 133, Les relations avec l'État Sénégalais 85, 86, 87, 88,142, 143, 145, 146, Un comité scientifique 92, 93, 94, Un comité de direction de l'ASFI 98, 100, 101, 114, 129, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 48 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada ASFI-ACDI,CRDI et Consortium Laval-McGill Ottawa. 16 février 2001 Les suivis 106, 111, 112, 113, 115, 116, 117, 118, 119, Les évaluations 108, 109, 110, 127, Les prévisions financières 111,120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 128, 129, Les responsabilités au sein du consortium 130, 131, La signature des ententes 136, 137, 149, °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 133 mars 2001 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 I Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 49 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «Sur les cycles de la m m a a t t i i è è r r e e o o r r g g a a n n i i q q u u e e forestière» par les Professeurs Michel Godron et Gilles Lemieux juin 2001 Publication nº 139 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada Introduction Cinq ans après avoir écrit ce texte avec mon collègue Michel Godron, il me semble maintenant justifié de le publier pour illustrer, si la chose ne coulait pas de source, bien qu'une certaine évolution pointe à l'horizon, les conditions de la planète se détériorant de plus en plus vite. Vous aurez sans doute remarqué que ce texte se présente sous la forme d'un dialogue et commentaires sur les propos du Dr Godron. Le texte en caractères normaux est celui du Dr Godron et celui en italique du Professeur Gilles Lemieux. C'est une approche qui se veut pédagogique permettant de mieux saisir les subtilités qu'impose la compréhension des systèmes dynamiques alors que nous favorisons le plus souvent une approche descriptive de la statique des phénomènes vivants. Pour une première fois nous discutons sommairement la question du point de vue de la physique élémentaire moderne avec une approche particulière des aspects chimiques. Professeur Gilles Lemieux Université Laval Québec Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Sur les cycles de la «m ma at ti iè èr re e o or rg ga an ni iq qu ue e» forestière par 1 Michel Godron et Gilles Lemieux 2 COMMENTAIRES D'INTRODUCTION Mes premiers commentaires portent sur le titre et tout particulièrement sur le choix et l'utilisation du terme de «matière organique». C'est un terme générique qui ne couvre aucune réalité biologique car c'est la somme d'une infinie forme de matière d'origine végétale ou animale. On connaît actuellement près de 3 000 000 de polyphénols, l'une des principales caractéristiques des «résidus végétaux». Ce terme vague, mais très utilisé par ailleurs, a été à n'en pas douter, le «fossoyeur» de l'évolution des idées concernant la structuration de la végétation et du rôle régulateur que jour le sol dans son évolution, J'ai donc dû me rabattre sur un thème qui traduisait la dynamique pour en exclure la statique représentée par le terme de matière organique. J'y ai préféré le terme d'humus, non descriptif, mais qui a le privilège de pouvoir renfermer l'ensemble des phénomènes biologiques (flore et faune) chimiques, physico-chimiques et physiques. Vous n'avez sans doute rencontré que très peu de fois ce terme dans mes publications, si ce n'est que pour le traiter comme non significatif et non avenu. En réalité, c'est un des nombreux termes d'origine agricole qui jalonnent le discours forestier, mais uniquement par mimétisme, sans aucune justification, si ce n'est celle de la tradition et de l'absence de réflexion. La «pédogénèse» sera donc la somme des phénomènes dynamiques et statiques qui président à la formation, au maintien et au déclin de l'humus, dans un contexte physique et chimique soumis à l'influence de la végétation et de la géologie locales. Dans cette optique, le terme de «matière organique» sonne plutôt ridicule à l'oreille de celui qui s'y arrête. Ces commentaires ne sont que la pointe de l'iceberg de ce que m'ont suggéré le terme et les concepts qui en résultent de «BOIS RAMÉAL». Les travaux de G. Lemieux (1983-1996) récemment commentés par Jean-Claude Tissaux (1996) qui en donne un bibliographie complète, ont attiré l'attention sur l'importance de la la décomposition du bois des rameaux dans les cycles biogéochimiques. Il est possible aujourd'hui de 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux 1 Ingénieur des Eaux et Forêts, «La Graineterie», 18410 Brinon-sur-Sauldre, FRANCE 2 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval, Québec G1K 7P4 Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 replacer ces phénomènes dans la perspective de l'évolution générale des systèmes biologiques pour mieux les comprendre en posant deux questions: - quelles sont les raisons pour lesquelles il existe du bois raméal? - pourquoi les bois des rameaux auraient-ils, lorsqu'ils se décomposent, une action particulière sur l'évolution des sols? Plusieurs commentaires méritent d'être apportés ici: 1) J'ai corrigé les dates, puisque plus de 60 publications ont paru sur le sujet, et les dernières datent du printemps 1996. Elles apportent toutes des données et des perspectives nouvelles. 2) Le terme de «décomposition», si cher au vocabulaire agricole m'a semblé totalement inadéquat en ce que la transformation des BRF, tout comme dans des conditions forestières données, se fait par évolution positive, en donnant des produits dérivés et de l'énergie qui participent à la gestion du milieu au point de vue chimique, physico-chimique et physique, sous l'instigation de niveaux trophiques complexes et autorégulés à partir d'une certaine biodiversité résultant des phénomènes de transformation. Encore une fois, le terme de décomposition a une origine et une connotation agricole indubitable qui n'a rien de commun avec ce dont il est question ici. Tout comme pour la «matière organique», la décomposition ne couvre rien si ce n'est qu'une forte dose de méconnaissance et surtout d'ignorance, que toute la littérature a soigneusement entretenue et reproduit au fil des décennies. 3) C'est en associant la structure du système racinaire aux BRF qu'il nous est possible de commencer à comprendre pourquoi les BRF ont une influence supplétive par l'intermédiaire de la lignine native 4) Enfin, voir et comprendre le terme de «bois raméal» comme une entité, serait commettre une erreur, puisqu'il s'agit uniquement des nombreuses terminaisons de la tige, le siège de la photosynthèse, dont la composition varie en fonction de l'âge et des saisons, mais toujours associée aux nutriments chimiques et biochimiques dont la source unique est le glucose. 1. Pourquoi des rameaux? 1.1 Rappel historique Au cours de l'évolution, depuis l'origine de la vie, les rameaux sont apparus relativement tard, car plusieurs innovations ont du les précéder. Il faut les rappeler, au moins brièvement, si l'on veut comprendre ce que les bois raméaux représentent dans l'ensemble des êtres vivants. 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Il me faut dès le début signaler que toute votre approche se situe uniquement dans une perspective physique en traitant les rameaux comme une entité ou un organe capteur de photons. Or, les concepts que nous avons élaborés tiennent compte de tous les aspects «in situ» dans le cadre d'un fonctionnement harmonieux. La fonction de capteur de photons par les feuilles perchées sur des rameaux est le résultat de l'évolution que nous observons et connaissons; quoi que fondamentale, elle peut être également remplie sous une autre forme et par d'autres organes. Ainsi, les photons assurent la synthèse des composés organiques mais dont la source principale et unique sera le glucose à partir duquel tout va s'élaborer. Alors que la tige des arbres représente le stockage des résultats de la photosynthèse avec, en prime, une action physique assurant un accès privilégié aux photons, les rameaux devront être le siège principal de toutes les activités et de toutes les combinaisons permises ou suscitées. Ce sera à partir de ces rameaux ou de leurs pendants dans le sol, les petites racines qui, à l'instar des rameaux, contiendront une substance unique, la lignine native. Ce sera la base même de l'élaboration d'un «autre monde», le sol avec ses nombreux niveaux trophiques, qui fera la gestion des nutriments, où pour une seconde fois, la lignine viendra structurer le milieu tout en contribuant à son équilibre Il faut se souvenir que les êtres vivants sont restés cantonnés dans les océans pendant plus de 3 milliards d'années et qu'ils n'ont entamé la conquête des continents qu'à la fin du Cambrien. Dans les océans, les premiers végétaux pluricellulaires étaient des Algues portées par l'eau, qui n'avaient aucun besoin d'acquérir une structure rigide: les algues sont de fait, constituées d'un thalle, sans tige, ni racines, ni feuilles, ni fleurs, et elles appartiennent à l'embranchement des Thallophytes. Ces Algues, en plus d'avoir un accès direct aux photons en ont un autre avec les nutriments chimiques dissous dans l'eau de mer ou l'eau douce selon le cas. Comme elles n'ont pas su utiliser leurs sous- produits, elles sont condamnées à donner naissance à d'autres chaînes de vie ou former des produits organiques riches en énergie qu'elles n'ont pas été capables d'utiliser elle-mêmes à l'intérieur de cycles complexes. À partir des noyaux benzéniques, elles ont été condamnées à produire le pétrole ou des dérivés plus simples comme le méthane. Après avoir passé plusieurs milliards d'années dans les eaux, les êtres vivants ont trouvé le moyen de conquérir les continents. Les premiers végétaux terrestres sont peut-être des algues, mais plus 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 vraisemblablement des lichens, Thallophytes eux aussi, qui cessent presque complètement de fonctionner pendant de longues périodes de sécheresse et qui sont «reviviscentes» dès qu'ils sont à nouveau imbibés d'eau. Ils sont constitués par une Algue et un Champignon qui vivent en symbiose, la première utilisant la photosynthèse, et le second procurant des aptitudes biochimiques complexes. Sous nos yeux, les Lichens sont encore les premiers colonisateurs des milieux extrêmement arides que sont les rochers, les dalles de béton, les tuiles des toits. Voici un autre lien qui mériterait d'être mieux connu les champignons devenant par la suite les êtres vivants les plus aptes à «digérer» la production primaire apportée par les BRF (ou tout autres résidus végétaux). Bien plus qu'une activité de décomposition, les champignons les plus évolués (Basidiomycètes) sont capables d'une activité de «recomposition», en utilisant l'énergie des photons captifs dans les substances organiques avec occasionnellement l'énergie provenant de l'oxydo-réduction. C'est en utilisant le bout de la chaîne des polysaccharides (sucres-celluloses-hémicelluloses-lignine) que les champignons parviennent à structurer un nouveau milieu hypogé, où tous les êtres vivants sont conviés à utiliser à la fois l'énergie et les nutriments disponibles apportés par les débris mais surtout par l'activité photosynthétique des dominants qui, dans le cas des forêts, sont les arbres (par voie racinaire). Plus tard, les Mousses ont remarquablement innové en étant capables d'utiliser mieux les réserves en eau qui subsistaient dans les creux des rochers, ou sur les matériaux un peu poreux. Les «feuilles» des Mousses peuvent s'élever de plusieurs centimètres au-dessus du sol, dominer alors les Lichens et capter les photons du rayonnement solaire avant que les Lichens sous-jacents, collés au sol. puissent les absorber. La capacité des Bryophytes de capter les photons tout comme les Algues n'est qu'un maigre avantage sur les champignons car les Mousses ne sont jamais en position biochimique pour initier un sol, sinon une caricature que sont les «sols organiques» qui n'évoluent jamais, si ce n'est que pour se métaboliser en cas de changements fondamentaux du milieu. Il ne semble pas que ces Mousses soient en mesure par elles-mêmes de faire le tri parmi les polyphénols capables de susciter une évolution «positive» du milieu hypogé. Il est remarquable de constater que, dans la mesure où nous assistons à une dégradation de la forêt par surexploitation, la strate muscinale devient de plus en plus importante, et de plus en plus permanente en association avec la forêt coniférienne. Sous nos 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 conditions de climat, ceci est particulièrement le cas en parallèle avec une repaludification. En terminant ce commentaire, disons que les Bryophytes sont particulièrement mal adaptées à la productivité, et aucunement au «turn-over» comme le deviennent les champignons. Elles persistent malgré tout, parce qu'elles utilisent un espace laissé vacant dans l'évolution, résistant à toutes les compétitions mais sans plus, si ce n'est que la compilation de leurs débris dans les tourbières, tout comme les Algues au fond des océans. Dans l'évolution des écosystèmes, les Mousses représentent des stades de stagnation ou de dégradation, retournant ainsi aux conditions primitives existant lors de leur apparition dans la chaîne évolutive. L'innovation suivante est celle des Cryptogammes vasculaires (fougères, prêles, etc.) et en particulier des Rhyniales, végétaux ressemblant à des joncs, qui se sont fossilisés dans les marais de Rhynie. Ils possédaient des vaisseaux qui leur ont permis de faire monter la sève jusqu'en haut de leur tiges et ainsi de dominer les mousses sous-jacentes. C'est la course à la lumière, c'est-à-dire la chasse au photon, qui les a conduits à développer la structure de leur tige vascularisée, qui a été jusqu'à produire les Fougères arborescentes des immenses forêts du Primaire. Si les Cryptogammes vasculaires représentent une évolution certaine du point de vue biologique, il n'en est rien du point de vue de l'évolution des écosystèmes. Des grandes forêts du Primaire et du Secondaire, il est resté là également des résidus fossilisés dont les charbons qui représentent une forme bloquée du carbone au même titre que dans les tourbes. Bien que nous sachions que les racines des plantes de ces époques lointaines possédaient des mycorhizes, il ne semble pas que des sols aussi évolués que ceux que nous connaissons actuellement aient existé, sans quoi, le carbone aurait été complètement métabolisé et l'énergie des cycles aromatiques dispersée. 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Dans nos écosystèmes forestiers, les Fougères occupent encore aujourd'hui des strates intermédiaires. Elles ne forment jamais de grandes populations dominantes, capables de se maintenir en assumant le fonctionnement de tous les mécanismes pédogénétiques, physiques, chimiques et biologiques en milieux mésiques. Il semble donc que la présence actuelle des Fougères dans les forêts surtout climaciques, soit le résultat de la structuration du sol à partir des photons captés par les Algues (timidement dans nos sols), par les Mousses, mais surtout par l'arrivée inopinée des Gymnospermes capables de générer un sol tout en conservant les mécanismes d'exclusion des concurrents. Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Les Fougères n'ont que des frondes et ne possèdent pas encore de vrais rameaux. Le «tronc» des Fougères ne comporte pas de bois secondaire, et celui des arbres actuels, qui en est doté, constitue un progrès significatif pour la résistance mécanique du tronc, puisqu'il grossit au fur et à mesure que l'arbre grandit. C'est seulement avec l'innovation du système complexe des faisceaux libéro-ligneux que sont nés les rameaux qui possèdent du bois secondaire et accumulent des réserves fraîches. Nous reviendrons sur ce point dans le second paragraphe après avoir réfléchi sur la nature des innovations successives qui ont jalonné l'évolution des êtres vivants. Ici je diverge d'opinion avec vous sur l'importance de la vascularisation. Elle est un apport certain, et avec l'apparition des formations secondaires du bois, le garant d'une certaine pérennité. Toutefois, cette évolution n'est pas en parallèle avec la pérennité du système secondaire de gestion des nutriments, à l'aide de l'énergie rémanente de l'activité de la photosynthèse. C'est le cas des forêts climaciques de feuillus. Tout comme dans le système économique qui gouverne les sociétés humaines, la richesse primaire que constitue l'accumulation d'énergie causée par un meilleur système de captation, pose un problème secondaire qui est celui de l'utilisation ou non des produits ainsi synthétisés. Timidement, la forêt coniférienne a trouvé une méthode, bien qu'imparfaite, qui assure dans un premier temps, par la négative, une certaine gestion des nutriments. Ainsi, pour la première fois il existe un système qui assure la prédominance des arbres par le sol généré par eux-mêmes. Toutefois, il est imparfait et ne parvient qu'à assurer l'élimination des concurrents. Le cyclage complet ne se fera vraiment qu'à certaines occasions le plus souvent par l'incendie qui consumera l'imposante litière accumulée. À l'inverse, la forêt feuillue générera un système qui assurera sa pérennité en multipliant les niveaux de vie, tout en acceptant tous les concurrents éventuels. Il faut reconnaître que jusqu'ici, bien peu a été fait au niveau de la compréhension des mécanismes secondaires de cyclage à la fois des nutriments chimiques, biochimiques ainsi que de l'énergie. La génétique a rapidement conclu que la plante est une objet indépendant et que des modifications au code génétique devait être l'objet de toutes les attentions ou en assurant de nouvelles configurations aux espèces existantes. 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 1.2 Stabilité des systèmes biologiques Au cours de l'évolution des êtres vivants, les innovations qui ont réussi sont celles qui ont acquis une stabilité suffisante pour résister aux perturbations. Une innovation peut subsister et se stabiliser seulement si elle apporte un atout dans la lutte pour la vie, une plus grande capacité d'utilisation de l'énergie solaire, qui est à l'origine du fonctionnement de toute la biosphère. L'une des principales innovations des systèmes forestiers de feuillus Dicotylédones, aura sans doute été de permettre le cyclage in situ des produits secondaires et primaires issus de ce système complexe, basé sur la diversité et la concurrence plutôt que sur l'oligospécificité et l'élimination qui est l'apanage des Gymnospermes. Dans les conditions primitives, cette possibilité de gagner par élimination des concurrents fut sans doute une victoire importante, puisqu'elle a laissé ses traces jusqu'à aujourd'hui. C'est dans la transformation des produits de la photosynthèse, et particulièrement chez les dérivés phénoliques, qu'il faut regarder. Ils ne sont plus «inertes» et sont partie intégrante du fonctionnement d'un ensemble. L'énergie contenue dans les cycles benzéniques, tout comme celle des celluloses et hémicelluloses, serait mise à profit pour structurer le milieu pour un temps seulement. Cette innovation ne sera stable que pour un temps seulement et devra faire appel à des catastrophes naturelles, comme le feu, pour redonner les nutriments nécessaires au rétablissement de l'écosystème. Ceci est dû au fait qu'il est impossible de procéder au cyclage par biodiversité accrue. Ici la dépolymérisation de la lignine donnera naissance à un grand nombre de polyphénols qui ne trouvent pas «preneur» dans d'autres cycles biologiques, en bonne partie à cause de la lignine de ces Gymnospermes. L'atout ici est négatif et ne permet que maintenir dans des conditions souvent très difficiles des écosystèmes forestiers qui n'ont pu exister sans cette protection. Une participation du feu dans l'évolution du stock de nutriments semble importante sinon vitale. Le genre Pinus a développé toute une série d'astuces pour survivre au feu qui, dans ce cas, apporte la vie. En fait, tous les équilibres biologiques sont fragiles, puisque tous les êtres vivants finissent par mourir; ce sont des équilibres «métastables», c'est-à-dire qu'ils résistent à de faibles perturbations, mais qu'une perturbation forte détruit. En physique, l'exemple le plus simple d'équilibre métastable est celui d'une bille dans un creux d'une surface 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 bosselée. Cette image rejoint celle du «pli» de la théorie des catastrophes et celle de la gravité en relativité générale. Je ne puis qu'être en parfait accord avec vous au chapitre des équilibres «métastables», mais il faut étendre ces règles à tous les niveaux trophiques, si on veut commencer à comprendre les différents types de «métastabilités», alors que le sol qui nous intéresse ici est le seul élément stable d'une forêt «stable» quoi que variable en fonction de l'évolution de la végétation qui le maintient. Cette stabilité sera nulle car elle ne permet pas l'établissement d'un sol digne de ce nom et diversifié chez les Bryophytes. Par contre, ceci devient possible chez les Cryptogammes vasculaires, mais dans des conditions fort variables. Chez les forêts de Gymnospermes, l'écosystème hypogé devient plus complexe mais semble incapable de cycler les résidus végétaux et les nutriments chimiques à l'«infini» comme ce sera le cas chez les forêts d'Angiospermes Dicotylédones qui peuvent se maintenir en permettant à chaque individu de vivre à son rythme. La communication entre les différentes populations d'individus, tant de l'écosystème hypogé qu'épigé, permet le remplacement tout en réduisant les aspects catastrophiques de l'évolution au minimum. À tous les stades, la relation entre les «creux» et les «bosses» est assurée par des durées de vie variables des différents niveaux trophiques, permettant le passage d'un niveau à l'autre en utilisant l'énergie disponible pour retourner les nutriments «chimiques» aux dominants, tout en contournant toutes les embûches laissées par l'histoire de l'évolution avec un succès variable mais dont le résultat final est toujours positif. Dans la surface bosselée, il existe plusieurs «creux», et les plus profonds sont ceux qui assurent la plus forte métastabilité. Une bille peut aller d'un «creux» à un «creux» voisin, en franchissant la bosse qui les sépare, grâce à une impulsion énergétique qui lui permet de passer d'un système métastable à un autre. La mécanique est assurée ici par le passage de la «vie» à la «mort» de tous les niveaux trophiques, tant de l'écosystème hypogé que de l'épigé. Toutefois, l'épigé peut complètement disparaître, seul l'hypogé restera assurant un retour éventuel, si les conditions minimales le permettent. Ainsi, les Algues sont dans un «creux», correspondant aux océans, les Lichens sont dans le «creux» des milieux terrestres les plus arides, etc. Ces organismes primitifs qui existent toujours ont été incapables de structurer un milieu propre à assurer l'utilisation secondaire de leur 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 propre productivité. Ils jouent un rôle important cependant dans le cyclage des nutriments dans ce système de «vie-mort» 1.3 Complexité de la structure et stabilité du fonctionnement Pour revenir à l'évolution des végétaux, il faut ajouter une remarque: les structures évoluées et complexes se maintiennent si elles permettent à la plante de mieux résister aux perturbations du milieu. Ainsi, les Algues survivent plus difficilement dans les milieux terrestres soumis aux sécheresses périodiques que les Lichens. De même les Mousses, dotées de pseudo-feuilles, d'une pseudo-tige et de pseudo-racines, sont plus complexes que les Thallophytes, mais les Cryptogammes vasculaires, à leur tour, sont plus complexes que les Mousses, puisqu'ils possèdent des vaisseaux, etc. En parallèle avec la structure des plantes, le deuxième élément dont il faut tenir compte en milieu forestier est sans doute le sol qui assurera la stabilité du système, en permettant la «combustion» des éléments chimiques issus de la synthèse d'une façon positive (positive feed-back [Perry, D.A., Amaranthus, M.P. Borchers, J.G. Borchers S.L. & Brainerd, R.E (1989), de Angelis, D.L.,Post, W.M. & Travis, C.C. (1986)]). Cette utilisation secondaire des produits de la photosynthèse multiplie les «creux» et les «plis» rendant de loin le système de plus en plus stable à mesure que les niveaux se multiplient. Ce serait ici le bout de la «chaîne» des polysaccharides, la lignine, qui assurerait une structure pérenne au sol, lui-même le milieu où toute l'évolution biologique primitive prend à nouveau place. Ainsi, ces niveaux inférieurs, rompus aux «exactions» des temps anciens, sont-ils en mesure de par leur «expérience», de maintenir la stabilité à son maximum, en utilisant la diversité plutôt que l'exclusion à la recherche d'une plus grande stabilité en fonction du temps. Ainsi apparaît clairement le lien entre structure et fonctionnement que Durkheim avait si bien décrit: «Les phénomènes qui concernent la structure ont quelque chose de plus stable que les phénomènes fonctionnels; mais entre les deux ordres de fait, il n'y a que des différences de degré. La structure même se rencontre dans les devenirs, et on ne peut la mettre en lumière qu'à condition de ne pas perdre de vue ce processus du devenir». Et nous disons maintenant que «la structure visible aujourd'hui est le résultat du fonctionnement passé et elle conditionne le fonctionnement futur». 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Je ne puis qu'être en parfait accord avec ces auteurs dont il serait bon que les références bibliographiques apparaissent à la fin de cet article. Toutefois, il y a ici une nuance fondamentale que j'aimerais exprimer le plus brièvement possible. La structure biologique des différents niveaux trophiques du sol peut exprimer en temps réel toute la dynamique inscrite dans la structure et les fonctions de chaque individu depuis les virus jusqu'aux insectes en passant par les Collemboles, les Acariens, les Protozoaires, etc. Ces multiples niveaux sont capables de rappeler en temps réel toutes les perturbations, et de diriger ainsi le système vers un état stable et productif, contenant de plus en plus d'informations. Si les perturbations ont dépassé les «bornes», c'est en terme de décennies ou de siècles qu'il faudra compter pour retourner à l'équilibre le plus stable. Ceci est remarquable dans le bassin méditerranéen où après plusieurs millénaires, l'équilibre ne s'est pas encore restauré du point de vue forestier. C'est une indication que les conditions minimums dans lesquelles l'équilibre pouvait être retrouvé, ne sont pas réunies ou ne peuvent pas l'être par des pratiques anthropiques abusives ou autres. Le fonctionnement de tous les systèmes réels est régi par le deuxième principe de la thermodynamique, selon lequel toutes les structures se dégradent inéluctablement dans les systèmes isolés qui ne reçoivent pas d'énergie venant de l'extérieur. En d'autres termes, leur entropie ne peut qu'augmenter. Inversement, toute structure peut se lire comme un message, et elle contient de l'information, au sens de Nyquist, de Shanon ou de Brillouin. La structuration est une diminution d'entropie et une acquisition d'information. C'est pourquoi l'information est synonyme de négentropie. Ici encore, il faudrait donner les coordonnées bibliographiques des auteurs cités. L'apport des BRF au sol permet donc de revivifier toute la structure biologique en apportant l'énergie nécessaire pour remettre en «mouvement» les mécanismes interdépendants où structure et fonction sont le moteur même de la stabilité de l'écosystème à court, moyen et long terme. Ainsi, l'«information» acquise passe-t-elle d'un niveau à l'autre avec un retour à partir de la productivité excédentaire du niveau le plus élevé, l'épigé. 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux L'ensemble de la biosphère capte l'information que peuvent donner les photons de courtes longueurs d'ondes du rayonnement solaire, et construit des structures de plus en plus complexes, mais de plus en plus métastables. Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Il ne me déplaît pas de penser qu'aux tissus hautement structurés à partir de photons à courtes longueurs d'onde, viennent s'ajouter ceux de plus longues se dirigeant directement sur le système hypogé. Il est remarquable de constater que le sol des systèmes forestiers contient beaucoup plus d'espèces et d'individus appartenant aux Cryptogammes, et pour un temps plus ou moins prolongé aux Gymnospermes. L'impossibilité d'avoir accès à tout le rayonnement ne serait pas étrangère à la stabilité génétique de ces espèces. Au cours de l'évolution, la complexité croissante des systèmes biologiques est donc l'acquisition d'une métastabilité plus profonde, grâce à une augmentation de l'information contenue dans la structure du système. Le passage à la structure plus complexe se fait par un «saut qualitatif» franchissant un seuil peu stable, où existe pendant peu de temps les «chaînons manquants» de l'évolution. La structuration à la fois physique, biochimique et biologique du sol permettrait donc la stabilité en suscitant l'apparition régulière des «chaînons manquants» les rendant ainsi permanents, créant ainsi les peuplements forestiers climatiques, les plus diversifiés et les plus productifs. En résumé, la constitution d'un tronc d'arbre et de rameaux ligneux capables de croître en diamètre a été une innovation stable parce qu'elle a permis aux arbres de placer des feuilles très haut au-dessus des autres plantes et ainsi de capter avant elles les photons. Ceci est vrai, mais à condition que les produits secondaires puissent être utilisés dans la structuration du sol, le rappel de toute l'évolution dont la structure «binaire» mort-vie permet de faire circuler l'information assurant ainsi la stabilité grâce à l'«expérience» accumulée dans la relation structure-fonction. 2. Le rôle du bois raméal dans les cycles biologiques Après ce retour en arrière à l'échelle des temps géologiques, regardons maintenant ce qui se passe dans un écosystème à l'échelle de quelques siècles. La course à la lumière qui pousse la végétation vers, le haut a plusieurs conséquences que nous allons examiner successivement. Vous traitez ici du rôle physique des rameaux ce qui n'a jamais été mon propos. Tous mes travaux ne se sont concentrés que sur le sol et 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 particulièrement sur les différents produits capables de le structurer physiquement et biologiquement. Il va de soi que les aspects que vous traitez ici sont conventionnels et n'entrent pas dans mes préoccupations. Ils sont très souvent le résultat d'équilibres macrobiologiques, alors que je me suis toujours intéressé aux résultats micro-mésobiologiques dont le sol est porteur. 2.1 Les modifications du micro-climat Une forêt crée un micro-climat dont les caractères ont été largement étudiés, et il suffit de rappeler deux résultats: -quand le rayonnement solaire descend de la cime des arbres jusqu'au sol, la capture progressive des photons par les strates de végétation se traduit par une courbe d'extinction du rayonnement qui est souvent exponentielle (en conséquence, l'énergie radiative disponible pour décomposer la litière est beaucoup plus faible en forêt qu'en terrain découvert), - en forêt, règle générale, la température de l'air est plus basse pendant la journée et plus élevée pendant la nuit, et l'humidité relative de l'air est plus élevée. 2.2 Le cycle de l'eau Lorsqu'il pleut, les feuilles des arbres retiennent de 10% à 40% des gouttes de pluie. Cette eau ne descend pas jusqu'au sol puisqu'elle s'évapore dès la fin de la pluie. Dans les régions tempérées, cette perte est peu dommageable, parce qu'elle se produit surtout en hiver, en «écrêtant» les fortes pluies qui auraient entraîné du ruissellement ou du drainage. L'effet majeur du couvert de la forêt est de modifier le cycle de l'eau en freinant l'évaporation de l'eau des horizons superficiels du sol. R. Lee (1980) a montré que les bassins versants des régions tempérées où subsiste la forêt perdent nettement moins d'eau (20% à 40%) que les bassins où la forêt a disparue. L'utilisation de l'eau du sol est optimisée dans la forêt parce que les racines des arbres descendent beaucoup plus bas que celles des plantes annuelles comme le montre le tableau ci-dessous: 14 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 sable fin sable limoneux Limon argile Réserves dans 1 m3 de sol 75 108 167 117 Profondeur des racines -culture de plantes annuelles 38 50 62 25 -cultures d'herbacées pérennes 100 100 125 67 -arbres 250 200 200 100 Réserves utilisables -cultures de plantes anuelles 28 54 104 29 -cultures d'herbacées pérennes 75 108 209 78 -arbres 187 216 334 117 Concernant l'eau à l'échelle macrobiologique, je ne puis que souscrire à vos propos. Toutefois, mes observations en climat tropical me laissent songeur à plus d'un titre. Comment expliquer qu'en appliquant les BRF au sol, nous obtenions à la fois une augmentation de rendement et une diminution de consommation. Bien que je n'ai pas les moyens physiques de le prouver, je suis porté de plus en plus à croire que l'eau emprisonné dans la biomasse microbienne, soustraite à la solution du sol et protégée d'un évaporation excessive par les membranes hémi-perméables est d'une importance primordiale dans le fonctionnement des écosystèmes tropicaux tout comme des nôtres. Le contexte de cet article ne se prête pas à une telle discussion en profondeur mais la chose mériterait d'être regardée de près 2.3 Les équilibres (et déséquilibres) ioniques P.H. Nye et D.J. Greenland (1960) puis P. Vitousek (1983) ont eu le très grand mérite de raisonner sur l'ensemble des équilibres ioniques du sol. Le point de départ de leur raisonnement est le rôle des anions: les roches siliceuses en fournissent paradoxalement assez peu, parce que SiO 4 H 4 n'est pratiquement pas dissocié dans les conditions habituelles de température, de pression et d'acidité qui règnent dans les sols. De même, les hydroxydes de fer et d'aluminium abondants dans les sols siliceux très altérés sont très peu solubles. Les roches calcaires peuvent donner des anions HCO3 - mais seulement s'il arrive suffisamment d'ions H + pour dissocier les carbonates. Finalement, la plupart des anions mobiles, capables de déplacer les cations absorbés par les argiles et les colloïdes organiques, sont fournis par les précipitations; ce sont seulement pour les sols salés ou gypseux que la roche-mère fournit une quantité importante d'anions mobiles. 15 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 Dans les trois forêts naturelles étudiées par P.M. Vitousek et ses collègues dans l'Indiana (USA), l'anion SO4 -- est nettement majoritaire (400 à 700 micro-équiv./litre) l'anion NO3 -- est presque absent, sans doute parce qu'il est fortement absorbé par les racines des arbres. Après coupe, c'est l'anion NO3 -- qui domine (1700 micro-équiv./litre dans la forêt de feuillus la plus riche, 400 dans la pineraie) et qui risque d'être entraîné par les pluies. Encore une fois, votre interprétation est avant tout sinon exclusivement chimique et physico-chimique, qui dans mon esprit devrait être uniquement la suite de l'activité des divers niveaux trophiques dans le cadre physique et historique. Ainsi, N 2 est-il d'origine chimique (retombées atmosphériques), de la dégradation des protéines, de la fixation symbiotique ou non symbiotique. Les données et raisonnements apportés ci-haut ne répondent en rien à cette question primordiale dans le fonctionnement et l'équilibre de l'écosystème hypogé. Il en ira de même pour le cycle du phosphore, du soufre, du carbone etc. qui seront traités d'une façon quasi incompréhensible du point de vue biologique dans la perspective de la recherche et l'obtention d'équilibres métastables à «répétition» 2.4 Synthèse En résumé, la forêt crée un milieu stabilisé. auto-protecteur, qui optimise le cycle de l'eau, augmente les flux de matières annuelles et conserve les éléments nutritifs, en particulier l'azote qui risque d'être dilapidé par les défrichements. Elle est un «creux» de métastabilité plus profond que celui des prairies ou des cultures. La restitution des bois raméaux permet de revenir dans ce «creux» et d'améliorer le fonctionnement de la végétation. Voilà une très belle théorie mais que ne permet en rien le recours à la méthode expérimentale, où les fondements mêmes de la machine forestière dont la base est le sol ne peut être interrogé et confronté avec une série d'expériences scientifiques. Les résultats des 20 dernières années nous laissent à penser que les BRF permettent de court-circuiter les stades de dégradation en stimulant tous les niveaux trophiques en utilisant les systèmes enzymatiques des Basidiomycètes. Il est possible ainsi de repérer dans cette chaîne diverses fonctions fondamentales, comme la régie du pH, celle de l'eau, celle de l'apport azoté, la régie du phosphore etc....Il en va également pour la régie des gaz (O 2 ,C.CO 2 , H, CH 3 , etc... 16 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 CONCLUSION Les propos que vous tenez dans ces lignes sont des plus intéressants par leur clarté et la simplicité du discours. Toutefois, comme la grande majorité des auteurs, lorsque vous vous approchez de la réalité, vous bifurquez tout de go dans la théorie laissant la biologie pour la physique puis avec Vitousek dans la physico-chimie puis directement dans la chimie, tout comme si le sol était une paillasse de labo. L'analogie la plus explicite sur cet aspect de votre texte serait, par rapport à une voiture, de la décrire dans son évolution, sa structure, mas lorsqu'on approche de la dynamique, on retourne aux règles de la physique et de la chimie. Ainsi, au monde biologique dont vous expliquez fort bien l'évolution, vous n'apportez que des conclusions physiques qui n'aboutissent à la découverte et la compréhension des lois qui régissent la vie dans ses mécanismes intimes et pérennes Je conçois que la difficulté est de taille et que le labo est d'une utilité toute relative, mais les commentaires que vous faites sur l'évolution doivent s'appliquer à tous les niveaux trophiques. C'est ici que les BRF apportent un outil de travail sans pareil en permettant la restructuration «naturelle» de ces mécanismes intimes qui permettent le «discours» entre les différents niveaux biologiques en temps réel et de refaire ce que nos détruisons ou altérons sans comprendre l'ABC des mécanismes qui se sont mis en place au cours des millions d'années qui précèdent. Je terminerai en reprenant votre jugement sur l'importance des rameaux dans l'évolution. Ainsi, les rameaux représentent une impasse dans le cycle de la vie où les nutriments accumulés et ceux synthétisés (biochimiques cette fois) ne sont pas cyclés du vivant de la plante. En prélevant des rameaux et en les soumettant à l'attaque des microorganismes par la fragmentation, nous participons ainsi «artificiellement» au déblocage de cette impasse, en suscitant un retour à la mise en action des mécanismes de régénération. C'est la mise en action de la loi d'action de masse du physicien hollandais Vant'Hoff qui, à mon sens, a toujours été une loi fondamentale à laquelle bien peu font référence. 17 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada Sur les cycles...... Godron, M. et Lemieux, G. 1996 BIBLIOGRAPHIE De Angelis, D.L., Post, W.M. & Travis, C.C. (1986) «Positive feedback in Natural Systems» Springer Verlag, Berlin. Lee, R. (1980) «Forest hydrology» Columbia Univ. Press, New-York, 349 p. Nye, P. H. & Greenland, D.J. (1960) «The soil under shifting cultivation» Commonwealth Bur. Soils Tech. Bull 51, 156 p. Nyquist, H. (1928) «De quelques sujets importants dans la théorie de la retransmission télégraphique» (anglais) Phys. Rev. 23:110 pp. Perry, D.A., Amaranthus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.E. (1989) «Bootstrapping in Ecosystems» BioSciences 39 (4): 230-237. Shannon, C, (1948) «A mathematical theory of communication» Bell. Syst. Tech. Journ. 27: 379-423 et 623-656. Tissaux, J.-C. (1996) «Une revue bibliographique des principaux mécanismes pédogénétiques pour caractériser le rôle du bois raméal fragmenté (BRF) dans le processus d'humification» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université laval, publication n° 60 34 pages, ISBN 2-550-28792- 18-4. Vitousek, P.M. (1983) «Mechanisms of ion leaching in natural managed ecosystems» in Mooney, H.A. et Godron, M. (eds) «Disturbance and ecosystems», Springer Verlag 129-144. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 139 juin 2001 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN: 2-921728-57-5 18 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt, Université Laval Québec G1K 7P4, Canada LAVAL UNIVERSITY Faculté de Foresterie et de Géomatique Faculté des Sciences sociales Canadian International Development Agency International Development Research Center The World Bank (African Soil Fertility Initiative -ASFI) «RCW TECHNOLOGY AND SOIL FORMATION : A COMPREHENSIVE VISION IN THE AFRICAN CONTEXT» by Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval QUÉBEC Canada June 2001 PubIicatinn n° 140 odilod by Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 2 Laval-McGill Consortium Québec, Canada FOREWORD On February 16, 2001, the World Bank, IDRC, CIDA and Laval University held a consultation meeting in Ottawa. Those present felt the need to have a comprehensive vision of RCW [ramial chipped wood] technology and to set the concept clearly in the African context, for which the World Bank specifically created ASFI [African Sustainable Fertility Initiative]. A great deal of effort was devoted to drafting this document. It traces the history of Africa's biophysical framework, broadly outlines the technology, and indicates the results of its application. These considerations lead to academic and professional proposals, and indicate the path to follow in establishing new paradigms. This will involve reconciling agriculture and forestry, and eliminating the conflicts that thousands of years of hunting, gathering and slash and burn, have inflicted on a continent that is so rich and yet now is most often reduced to poverty. Professor Gilles Lemieux Coordination Group on Ramial Wood Laval University, Quebec, Canada RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 3 Laval-McGill Consortium Québec, Canada RCW TECHNOLOGY AND SOIL FORMATION A COMPREHENSIVE VISION IN THE AFRICAN CONTEXT by Professeur Gilles Lemieux Department of Wood and Forest Sciences Laval University Québec G1X 7P4 Canada Introduction This vision paper is definitely the hardest text we have ever had to write. We must continually make use of basic data that science has neglected or simply obscured. We must also highlight the results we have obtained and their interpretation. We hope our readers will indulge us and make the connection between past and present. We could easily have made far more specific proposals, but we deliberately limited ourselves to the problem, possible solutions, and their social and economic implications. To make the problem more understandable, we have frequently referred to the Laval-McGill Consortium, why it was formed, and how the various disciplines are interrelated. Finally, in conclusion, we appeal to the private sector and call for the establishment of an international institute responsible for consistently disseminating knowledge among major academic institutions. This study should actually be approached from a global perspective. For now, we will limit ourselves to the African context, which is so special and unique that it richly deserves our efforts to develop a comprehensive vision. Historical context For some unexplained reason, Africa seems to have been the cradle of humanity with its many cultures and characteristics. We must regard Africa as the birthplace of the whole human race. Life is unpredictable, however. The earliest peoples of Africa evolved under conditions that have remained largely unchanged, unlike those that would develop later in Asia, Europe and the Americas. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 4 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Geologically, this ancient continent is more regular and even than the rest. It is unique by virtue of its area, its fairly smooth terrain, its continuum of climates, its searing heat and scarcity of water. As far as we can see and understand the history of its plant life, this ancient continent has been marked by forestry rather than agriculture, as we might be inclined to think. This timeless history of the forest has shaped the landscape, but above all animal and human life, with many complex food chains, often fiercely competing with each other. We have thus postulated that Africa is above all a forest continent. The characteristics that make African soil fertile are not the same as the well-known criteria of soil in the Northern Hemisphere, where agriculture took root. This makes matters even more mysterious and confusing, so that it is difficult to say much more on the subject. We must rely on our experience of the past 25 years, both in Canada and in Europe or the Caribbean, for possible answers to the questions and issues raised in Africa. In the regions that we have just mentioned, forests have cycles in which softwoods almost always pioneers. In the evolution of trees, softwoods [conifers] (or Gymnosperms) emerged about 300 million years ago, long before hardwoods [Angiosperms], which made their appearance about 60 million years ago. Note that only traces of the softwoods of ancient times subsist in Africa and North Africa, where cedar groves prevail. We concluded that the lack of softwoods in a forest made it vulnerable to degradation and was not conducive to regeneration after the shock of a natural or human disturbance. In Africa, more than any other continent, forest loss does not give way to regeneration cycles. It gives way to rapid desertification, in tandem with population growth and the introduction of techniques focused on production. As a consequence of the adaptation of hardwood Angiosperms to the development of the African continent, hardwood fertility was transferred directly from soil to tree tops. Both genetic and trophic evolution thus became dependent on the forest. Several physical factors come to mind, such as water cycles, heat regulation and so on. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 5 Laval-McGill Consortium Québec, Canada The other burning question is, "What mechanisms governed these fertility transfers, and why?" Here we must look back to the Industrial Revolution, which occurred after Europeans colonized the globe. They were once Africans themselves and practiced the same lifestyles: hunting, gathering and fishing. In a troubled Europe, with its seasonal extremes, shortages were common, resulting in war, epidemics and other calamities. Raids and conquests were thus followed by a period of development through the invention of technology and the domestication of plants and animals. The lack of effective technology quickly forced some Europeans to conquer Africa to obtain labour in the form of human trafficking or slavery. Slaves were the forerunners of modern mechanization and mass production, whose effects we now see all over the world and in our respective environments. Von Liebig's discovery in the mid-nineteenth century proved the importance of nitrogen in crop yield and growth. Productivity would henceforth focus on the chemical fertilizer industry, one of the crowning jewels of global major industry. The discovery was a major one. It propelled agriculture to heights of production that increased population growth while decreasing disease and epidemics, thanks to toxic biocides, the product of industrial technology that was increasingly powerful and increasingly profitable for major industry. In the forest environment of Africa's biological development, the advent of technology focused on production was initially viewed as rescuing millions of people from an increasingly precarious fate. These techniques are proving to be bankrupt and are threatening the worst calamities, whose advent we can expect within the next fifty years. Africa has thus been transformed from a primitive, arboricultural but healthy economy, to a sophisticated agricultural economy that is nevertheless unhealthy and maladjusted, as shown daily by the food dependency established as early as the nineteenth century by colonial and mercantile powers. We are betting that the necessary compromises can be made for the emergence of development that reflects both the forest environment and the need to promote diversified and profitable agriculture. This requires innovation in the African context, not in the industrial framework of developed countries, by making RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 6 Laval-McGill Consortium Québec, Canada compromises between forestry and agriculture that are necessary for the entire biophysical environment. This is what we will try to show. In closing, we cannot dodge social issues, since the economy largely depends on what we have just described. The premises of the project that we are submitting to the World Bank are above all social. The disappearance of the forest as an environment for life and production has caused insecurity and disturbances that have produced rigidity and distortions in communities that must adapt to age- old constraints. We believe we can outline a comprehensive, ecologically viable framework that is cruelly lacking in societies divided by historic, social and economic divisions. We must suggest new harmonies and solutions to underlying conflicts. This will be very difficult, but not impossible, although it is a task far too enormous for ourselves alone. We must remember that humanity forms part of long food chains. The advent of new prosperity could mean inviting new stakeholders from the animal kingdom to the table in direct competition with human efforts. We will be forced to make agonizing choices for which we have no collective experience, and there will be much gnashing of teeth. Poor productivity and endemic poverty have spared us the need for such choices. Things will be very different in a wealthier, more technologically advanced society. Soil, soil science and soil formation, or how fertility is transferred to trees We cannot hold expressing our astonishment at the initial results obtained in the early 1980s. We noted and described wide variations among various experimental plots on the same site. These variations affected plant composition and forest regeneration, in the absence of other nutrients and on particularly poor sites. Moreover, this increase in fertility emerged from the second year after soil treatment. Even more intriguing was the difference in fertility produced by spreading chipped hardwood twigs on the ground in the soil test experiment instead of softwoods. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 7 Laval-McGill Consortium Québec, Canada We thus quickly turned to the scientific literature of the past 25 years and realized some very surprising things: • a) All of that literature was based on agricultural premises, described with a focus on production, based on the availability of nutrients. • b) The term "pedogenesis" was unknown in most major scientific databases. • c) Soil science focused strictly on production or mapping. • d) Soil biology was also neglected and even unknown to science. • e) Only bacteria generated some interest. • f) Basidiomycetes fungi were known only for their role in cuisine or as pathogens. • g) Lignin and polyphenol polymer soil biology was virtually unknown. • h) Finally, the biological dynamics of soil were virtually unknown. Everyone saw organic matter, compost, industrial waste and the fecal pharmacopeia as the saviours of agriculture and the staff of life of humanity. Such a state of ignorance was enough to frustrate even the most clever and determined. We quickly realized there were so many inconsistencies that the entire soil paradigm required a closer look. By scrutinizing the approach to soil and fertility in Africa, in the absence of specific knowledge and a refined understanding of the growth process, we realized what was really happening. Most of the work done in the past 20 years shows that the biological richness characteristic of forest soil in temperate zones has been transferred from soil to tree tops over millions of years. The reasons are fairly simple if you understand the role of polyphenols, and especially condensed lignins and tannins, in producing and managing biodiversity. This is how we now conceive the role of trees in producing and conserving wealth. It pains us to see peasants use branches that are incredibly rich in protein to cook food. Research on biodiversity in the rain forests of Panama recently showed that 90% of insects living in the canopy were unknown to science. This is obvious for the claim we are making here. These findings were supported by numerous studies of the canopy in Brazil, French Guyana and Indonesia. As the savanna develops and desertification begins, fertility is not transferred downward from tree tops to soil. In most cases, it remains unavailable, except for very brief periods. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 8 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Once again, we must look at polyphenol biochemistry to understand the very strong resistance of trees to the drought. This biochemistry enables trees to store all of the resources of the environment during dry spells. Desertification, which damages crops and other types of vegetation, can sometimes be reversed in its early stages. We know that, without trees, the phenomenon of desertification becomes permanent and irreversible. This is an extreme disaster, but human beings may survive as a result of their intelligence, and if there is no competition along the food chain. Poverty thus becomes a means of resistance. I hope those comments will enable readers to grasp the importance of the forest in regulating fertility. Most experts continually state that tropical soil is poor, since no phenomenon (such as glaciation) allows soil to be renewed and enriched with allochtonous (or non-native) material, as in volcanic activity. We must instead look at forest biology to understand that biodiversity is controlled by timely application of nutrients to the soil. This is important to avoid a proliferation of plant and animal species that would quickly reduce the forest to a desert where water would no longer be available. Sources of RCW technology The new knowledge provided by the literature since 1980 has provided several interesting paths. We had noted a regular absence of knowledge of the soil beyond chemical fertilization, a plethora of insects, and diseases caused by viruses, bacteria and fungi. We could say a great deal about our philosophy and the warlike mindset of our world, but let us put aside these considerations of a different kind. We thus implicitly witnessed the emergence of the structure of lignins, the array of polyphenols and their relationships with the biological elements of soil dynamics, mainly with reference to forest soil. Oddly enough, it was from biological research by scientists on paper bleaching that made us aware of the relationship between Basidiomycetes fungi and lignins. Major industry paid enormous amount RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 9 Laval-McGill Consortium Québec, Canada of money for damaging to the environment. The use of mercury in the chemical process of paper bleaching was the way to go. We thus understood that soil formation was involved, with its many effects on all aspects of the regeneration of life, and the dynamics of biological, biochemical, chemical and water balances. Ramial wood Much has been said and written about the wood of tree trunks in general, but not about tree branches. Nothing was said or written about the characteristics of ramial wood (which did not even have a name until 1986), even though billions of tons were produced annually around the world. Unlike trunk wood, or caulinary wood, where the bark comprises only an insignificant volume of the wood, ramial wood is largely made up of bark. Among other things, this bark contains condensed and often hydrolyzable tannin, a polyphenol polymer, as well as gayacyl and syringyl lignin, another polyphenol polymer. It seems increasingly clear to us that the linkage of these two groups of polymers constitutes the basis for soil structuring, especially when they are associated with numerous proteins (often more than 20% of ramial wood), and when we find other polymers that are responsible for sustaining life on a short-term basis, such as cellulose, which is associated with sugar. Tannins, lignins and terpenes combined From all of these assumptions and findings we conclude that these products of photosynthesis are responsible for medium- and long-term fertility. They trigger nitrogen, often from sources that are deemed inaccessible but whose availability can be timed with the needs of plants in their various stages of growth. We thus believe we have found what drives soil stability and fertility, the two main ingredients of sustainable agricultural development. According to the scientific literature the presence of those polyphenol polymers, incomparably rich fungal flora, largely dominated by Basidiomycetes, are able of RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 10 Laval-McGill Consortium Québec, Canada producing the enzymes needed to partially transform aromatic rings into humic and fulvic acids, by-products of primary importance in the soil formation process. Much remains to be done from a biochemical standpoint to understand and identify the by-products of lignins and tannins, which vary depending on the type of tree. Science is virtually silent in this area. We need to make substantial investments and establish laboratories specializing in this field. In this regard, our German colleagues, with whom we enjoy good relations help in the field of lignin chemistry, and our Italian colleagues, who have developed considerable expertise in humic substances. Tropical soil and the energy needed for trophic chains It seems increasingly clear to us that the greatest tropical disaster is the lack of available energy to operate this complex "biological machine" that is soil. This "machine" needs thousands of species, from viruses to mammals, that interact and create their own niches. Communication occurs largely through enzyme systems that are simple or complex, but ad hoc and fleeting. The best known example in this regard is definitely nitrogen fixing in all of its forms. Another example is phosphorus, which can be recovered from complex, inert forms by special enzymes, such as phosphatases. From those phosphatases, phosphorus can be stored in mycorrhiza tissues in the form of phospholipids, and made available to plants, regardless of soil conditions at the time of growth. All of these transfers require energy, often unavailable from sugars or other polysaccharides broken down by bacterial flora. However, polyphenols act in various ways, given their ability to form complex compounds by modifying carbon or other chains. We know more than four million different compounds. The intensity of UV [ultraviolet] radiation, high surface temperatures, and rapid evaporation of water in the absence of a forest cover: these are factors virtually ruling out biological activity and fertility that should be transferred to tree tops with its biological components. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 11 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Without trees, the soil is in a nutrient-poor physical medium. A special niche is thus created. This niche is invaded by forms of life that are often allochtonous (or non-native), such as nematodes and certain viruses (in some cases, human pathogens). In semiarid zones, this niche may also promote the development of locusts that invade entire continents. In this case, we believe that life must be regulated by polyphenols, especially in tropical regions. Food chains cannot develop or become more complex without equally complex and flexible regulators. Polyphenol polymers, complex molecules that are branded as industrial waste and nuisances of all kinds, thus actually appear to be the biochemical medium required by soil to exist. Moreover, than the biodiversity of terrestrial ecosystems need to exist the contribution of the forest. Trophic chains Much has been said and written about trophic chains, but mainly in an agricultural context, that is, an environment of limited in biodiversity, and often in advanced degradation, to satisfy industrial needs. Thus, over the years, the forest has been seen as an agricultural variant of the food industry. All the aspects described above have been overshadowed by the chemical industry, which is more convinient to economy and industry. The phytopharmacological and multiple- biocide industries subsequently have developed products incompatible with tropical environments, and causing visible deterioration of their agriculture and its failure to meet their most basic needs. Basidiomycetes All biological management of soil occurs as a result of fungi known as cap mushrooms because of their carpophores (or caps). As we have just seen, they are able to produce a large number of different enzyme systems, forming a differential digestive system that attacks dead tissue to recreate living tissue, this time simpler life forms with functions that seem insignificant to us at first glance. Arthropods RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 12 Laval-McGill Consortium Québec, Canada These tiny animals, which bring about many changes, depend on the mycelium of Basidiomycetes for their food. They help to store nutrients in their biomass, just like the metabolism of nitrogen in soil, through their characteristic fixing mechanisms. Earthworms Earthworms are particularly interesting because of their ability to separate polyphenols from proteins. They thus free large quantities of nitrogen that would otherwise be trapped in the polyphenol-protein complex. This phenomenon is characteristic of soils rich in humic substances. Organic matter As you can see, we have made no reference to "organic matter", a term found ad nauseam throughout the literature on agriculture and forestry. This term does not cover any biochemical or biological reality. It is a catchall term that has shaped agriculture for over 150 years, without being based on any knowledge whatsoever of the origin of humic substances or polyphenol polymers. Our thinking, and the resulting technology, have pointed our attention on this term which has produced all kinds of fantastic notions. We have concluded that agriculture and forestry developed within a paradigm focused on production, based on economic reasoning limited to cycles lasting no more than 20 years. This is another source of deterioration that occurs in all countries and is particularly significant in the tropics, with Africa unquestionably suffering the most. RCW technology Traditional agriculture, both in Africa and in the tropical Americas, is largely based on burn-beating and fallowing. We have thus developed technology that would combine the benefits of the forest and of agricultural productivity. Rather than burning tree branches, why not use them to restore soil fertility? Chipped wood is produced using a specialized machine that is increasingly found in urban areas. We spread wood chips on the ground (as mulch) and then mixe them into the first few centimeters of topsoil. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 13 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Various types of results were obtained in temperate zones by using these wood chips, which we called "ramial chipped wood" or RCW: a) Although rich in nutrients (particularly gayacyl lignin), RCW from gymnosperms [softwoods] was not very effective in promoting soil fertility. b) Although less rich in nutrients, RCW from hardwood angiosperms produced good fertility, especially in the second year. From a forest perspective, they almost exclusively allowed the sprouting of seedlings from hardwood trees. c) Productivity did not increase very much in the first year, which was devoted to establishing Basidiomycetes and arthropods, but rather in the second year. d) Increased yields were shown in several ways, especially by a 30% increase in solid content matter in potatoes or a 300% in volume yield in strawberries. We then understood that RCW did not influence the flow of nutrients, but rather the overall physical, chemical and biological factors, as seen from the fact that soil changed in texture and colour, turning reddish-brown. No deficiencies or diseases were observed. The entire dynamic was designed to achieve a series of balances that subsequently never failed. Talking to a brick wall For a number of years, with the results obtained instead of a total absence of any reference in the scientific literature questions were asked on the value of these results, which did not arouse any coments among our colleagues. In several countries visited, in Europe, Africa, and the Caribbean, no one raising the slightest question about this technology. In 1993, paper presented to FAO executives in Rome. A few months later, we were told no one believed such a "tale". The 12 countries of the Club du Sahel were a less hostile though unenthusiastic reception in 1995, except for one person from IDRC. In the tropics Keenly aware of the value of our measurements and findings, and with the support of CIDA and the cooperation of Mamadou Seck, an assistant professor at Cheikh Anta Diop University in Dakar, Senegal, we began a series of tests with Australian pine (Casuarina equisetifolia) RCW in the Les Niayes region east of RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 14 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Thiès. The results obtained were immediately very impressive, especially for eggplant, tomatoes and Ethiopian nightshade, with yields four to ten times greater than those of control plots. In Côte d'Ivoire and the Dominican Republic, tests with maize, using RCW from dicotyledonous angiosperms, produced yields four times greater than those of control plots. I will limit any comments to these facts, but many other parameters were improved. Water consumption decreased, salinity was reduced, pH balance tended to become neutral, several weeds were eliminated, and so on. Similar results were achieved in the Ukraine, but to a lesser extent, because of the harshness of that country's continental climate. This led us to state that: • a) RCW technology has universal applications to agriculture and forestry. • b) We are intervening in a positive manner by restoring biologically derived soil formation mechanisms, but in a specific biochemical framework, that of polyphenol polymers. • c) Sustainable fertility comes from tree tops and not from nutrients, which depend on biological activity to be available (nitrogen and phosphorus). A change in Africa's basic agricultural paradigm In proposing this technology, we are perfectly aware that we are proposing a full-fledged "agricultural revolution", but we believe that scientific integrity requires us to propose this technology, based on forest balances in soil formation. The past 20 years have highlighted the difficulty of changing such a paradigm in industrial and developing countries. The promise of success is such that we have spared no sacrifice in publicizing the benefits of going against tradition by seeing the forest as agriculture's main ally and not its adversary. We thus feel warranted in claiming to offer the key to sustainable agriculture and forestry, so that both are closely involved in maintaining chemical and biological soil balances, while restoring the water cycles characteristic of all forest systems. As degradation is increasingly extensive and severe, technology RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 15 Laval-McGill Consortium Québec, Canada alone cannot succeed. We must talk to people directly, through their current or ancestral social, economic or ethical problems. The RCW Senegal project It was not until 1997 that the Coordination Group on Ramial Wood, Department of Wood and Forest Sciences, Laval University, Quebec, Canada, saw the necessity for a more broad-based association with another Canadian academic institution. At the same time, the social issue had been raised, and we saw the need to call on the resources of anthropology, a science that is too often neglected in agriculture and forestry. However, biochemistry, as it refers to polyphenols and more specifically condensed tannins and lignins, lies at the core of scientific and technological innovation. Biochemistry is followed by agronomy, forestry, economics and administration. Anthropology The paradigm shift that we propose cannot be effected haphazardly and single-handedly. Activities before, during and after initial field experiments must be properly assessed and keenly perceived to identify social failures and successes, and to monitor their intricacies among farmers, politicians and intellectuals. Professor Serge Genest, Department of Anthropology, Laval University, is responsible for this task. Polyphenol biochemistry Needless to say, the greatest innovation is the introduction of a scientific field that has almost always been excluded from the biological sciences in favour of industrial innovations. Through RCW technology, this field of research __ polyphenol chemistry __ is interested in the wine industry, the drug industry and pollution control. This is a new development that, even recently, no one expected. This scientific field has been entrusted to Professor Tatjana Stevanovic-Janezic, a world-renowned lignin specialist. She is a full professor in wood chemistry in the Department of Wood and Forest Sciences at Laval University. She is responsible for all biochemical links with ramial wood in the soil formation process. She plays a RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 16 Laval-McGill Consortium Québec, Canada key role and will help to determine the soundness of recommendations. Above all, she will help to explain, through biochemistry, the effects of polyphenol polymers in all trophic chains. We believe this will represent a major contribution to science, agriculture and economics. Forestry Although it is central to any future development, forestry plays a very modest role in the RCW Senegal project. This will not be the case in the future. The RCW Senegal project will almost exclusively use branches and twigs from the necessary development of Australian pine along the shoreline from Dakar to Saint- Louis. Since UCAD [Cheikh Anta Diop University] in Les Niayes has conducted preliminary tests, we know the quality of RCW that we will obtain. Professor Gilles Lemieux will handle this aspect and ensure the coordination of all scientific and technical aspects of the RCW Senegal project. Later, we shall see the importance of the forest and its regeneration in agricultural development through RCW agroforestry technology. This aspect will be far more important in the overall development of technology throughout Africa. Economics This aspect is causing implementation problems at the present stage. Preliminary tests, done in Canada, have shown us that technology has impacts on several levels that must be measured, and long-term funding for this purpose is never available. This is also the case here, where we will have access only to harvest yield in terms of yield, sales and economic rates. However, such a project is not designed or funded to measure the positive effects of water quality adjustment, soil stability, or the decreased impact of a given insect. We will try to do what we can in a given project. Administration The administrative aspect of such a project is of crucial importance in establishing new rules and making them acceptable to national or international institutions that provide the necessary capital for such a project. Professor Michel RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 17 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Dessureault, head of Department of Wood and Forest Science, Faculty of Forestry and Geomatics, Laval University, is responsible for this aspect. François Carrier, International Research Office, McGill University, and Jacques Parent, Director, International Bureau, Laval University, are also involved in this area. Suggestions for ASFI ASFI [African Soil Fertility Initiative] has filled a void in the World Bank's African project to promote fertility. We identified this void several years ago, but the time was not yet right. We think the current structure of the Laval-McGill Consortium would form an excellent basis for ASFI in its mission. We thus suggest focusing on the following aspects: a) Sociology-anthropology b) Polyphenol biochemistry c) Soil biology (viruses, bacteria, mushrooms - mycorrhiza, algae, arthropods - mites and so on) d) Farming (subsistence and factory) e) Forestry (silviculture, plantation, RCW production management and so on) f) Economics (forest and agricultural) g) Involvement of the private sector h) Administration (national, international and academic institutions) Essential involvement of the private sector While it is important to involve major national and international institutions, the academic sector makes an equally important contribution, as shown by the development of new global technologies. No matter how honourable, however, none of these institutions can implement and manage a technology such as RCW in every African country. The private sector must become involved in all ramifications of such a technology, such as production and distribution of wood chippers specifically to produce RCW; training for farmers, technicians and RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 18 Laval-McGill Consortium Québec, Canada professionals in managing production surpluses and conservation techniques; and so on. The whole area of producing RCW through systematic planting and reforestation must also be managed. Once again, neither national nor international organizations can claim to act in this field of competence. Only a commercial or industrial institution can claim to assume such a task and to obtain positive results. This requires core funding, which the World Bank can provide with the support of countries such as Canada, Germany and Japan. In Canada, such a firm has just been established, with the support of the academic sector, to transfer this technology to countries in need. This firm's experience already promises largely positive impacts, based on field experiments in Madagascar, where local initiatives by farmers quickly led to planting trees to produce RCW, with significant effects in producing rice, vanilla and tea. Initial tests on locust larvae clearly show RCW's lethal effect on their development. The same applies to managing surplus market garden production, which is dried and then rehydrated for use during shortages. Urgent need to establish an international institution on pedogenesis We believe we have clearly shown innovative aspects and scientific weaknesses of such enormous scope that they make us wonder about the impact of RCW technology. Our tour of several countries leaves no doubt that people do not know the importance of polyphenol polymer biochemistry in regulating life and soil fertility. International institutions, supported by donor countries, must thus ensure the establishment of an International Institute of Pedogenesis, which would have impacts both in tropical countries and in temperate zones, as shown by our research in the Ukraine. This would strengthen the 180°turn we must make away from traditional agriculture that cannot be sustainably adapted to the tropics, and significantly contributes to air and water pollution in industrialized countries. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 19 Laval-McGill Consortium Québec, Canada We must engage our major academic and research institutions in disseminating this concept of soil formation from the forest, without any trees in the immediate vicinity, to regenerate the flow of biodiversity and deliberately to control its parameters. In today's world, where so many scientific innovations have emerged, we still depend on agriculture that degrades the soil, when we could do so much better for future generations. We could eliminate food insecurity and water shortages that increase the toll of death and disease. We must apply what science teaches, what technology tells us, and what capital investment can achieve to change the present worn-out and outmoded agricultural paradigm. Modern industrial parameters scarcely offer much more hope, since they often stem from a philosophy of war and confrontation, rather than peace and cooperation. What can we conclude? In the face of such evidence, we have an obligation to study the matter further, to learn lessons and to make proposals for the future. How did we end up with food and water shortages by thinking solely in agricultural terms, based on technology unsuited to Africa, without batting an eye or shedding a tear over the loss of millions of human lives? The answer lies, not in moaning and groaning about the past, but in looking ahead to the future. Inventing environmentally friendly bioengineering It is almost unbelievable that, after such collective vicissitudes that have lasted for over a century, we are still extolling the virtues of professions that are focused entirely on production in an environment of confrontation. This model was exported to Africa at the same time as similar technologies arrived from temperate climates. We are inclined to think that burn-beating and agriculture developed in temperate zones are the source of the absolute poverty that is developing at a virtually unimaginable pace under African skies. Some object to such a statement, but then why is productivity in Africa only 30% of what it is in temperate countries? RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 20 Laval-McGill Consortium Québec, Canada Major industry suggests that GMOs [genetically modified organisms] are the wave of the future. We think this is the height of the ridiculous, but it is consistent with the warlike philosophy of building strength to fight "enemies". But how can we be strong in a barren wasteland without knowing and using the mechanisms responsible? This is where the agricultural paradigm fails in Africa. We must view the situation from the perspective of the forest. This means setting aside professional and industrial rivalries between agriculture and forestry, for the reasons suggested by RCW technology. Promoting training for environmental engineers People must be trained in accordance with the demands of the African environment. They must be trained very differently than they are currently in every country of the world. We must redraw the circle of life by changing our traditional perceptions of agriculture, livestock breeding and forestry. SCIENCE NOW CHALLENGES US TO FORGE PRODUCTIVE TIES BETWEEN THE LAND AND THE TREES, BETWEEN AGRICULTURE AND FORESTRY, BY RESTORING WATER CYCLES INSTEAD OF WATCHING WATER DISAPPEAR. This task does not belong to the major international institutions, but rather to universities, which must be supported and encouraged in one of the world's greatest professions: shaping people through knowledge. The United Nations, FAO, UNESCO and the World Bank must play a positive role in this regard. The challenge is enormous, but the technology is now available to generate and maintain balances whose absence is leading to absolute chaos in the intimately associated processes of water and food. A Marshall Plan to reforest Africa Although all of the major international organizations are beating their breasts publicly about the gigantic problems developing in Africa, proposals are only occasionally advanced. These proposals are half-baked and frequently unsuited to the African environment. Nevertheless, we acknowledge the daily expression of willingness to provide solutions to desperate situations. RCW Technology and Soil Formation...... Lemieux, G. June 2001 21 Laval-McGill Consortium Québec, Canada We sincerely believe that, in a few years, the systematic use of RCW technology could sow the seeds of positive productivity using African resources. However, we must fight resignation to poverty and shortage, and we must promote a new culture of wealth and productivity. We believe the challenge is just as great in terms of culture and economics as in agriculture and forestry. Such an approach will produce, not only new agricultural paradigms, but also new economic and cultural paradigms unknown to Africa and many of the peoples living in tropical regions of the world. 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[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 ISBN: 2-921728-57-5 UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux et la Belgian Urban Forestry, Practice and Research Association «UN AUTRE REGARD SUR LA FERTILITÉ DU SOL» par le Président Jean Cornelis octobre 2001 Publication nº 144 http://forestgeomat.ffg.ulaval.ca/brf/ Il ne suffit pas de savoir, Il faut aussi appliquer Il ne suffit pas de vouloir Il faut aussi le courage Goethe édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada INTRODUCTION Ce texte a été donné en conférence à Bruxelles, lors de la journée d ‘étude et de formation des Jardins populaires d’Uccle, le 13 janvier de cette année. Il a été rédigé et livré par son auteur en langue néerlandaise et traduit en français par Stéphanie Vandevoorde Les particularités propres à cette technologie dans ses aspects scientifiques en ont fait un défit que la traductrice à bien traduit. Toutefois, devant des points particulièrement délicats et difficiles d’interprétation dans une langue vernaculaire, nous avons dû apporter des changements, qui n’ont que pour but de rendre le texte plus léger et plus facilement interprétable du point technique et scientifique. Nous remercions notre ami Jean Cornelis et tous les membres du Comité Jean Pain de Londerzeeel pour leur contribution et leur appui à nos travaux dans le domaine de la pédogénèse et de la connaissance sur les bois raméaux fragmentés. Professeur Gilles Lemieux Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Un autre regard sur la fertilité du sol par Jean Cornelis 1 Introduction Il ne faut pas être un expert en pédogénèse pour constater que le traitement traditionnel ne s’applique pas aux bois et forêts, ce qui est le cas des sols agricoles qui font l’objet notamment de cultures et de fumages réguliers. On peut donc conclure que le bois en tant que tel peut être presque assimilé à la «nature». Il va de soi que ceci est moins évident lorsqu’il se rapporte à la «culture» au sens communément employé en agriculture. Peu de personnes ont en effet cherché à comprendre le mécanisme naturel qui régit la structure, la fertilité et la formation du sol dans la forêt (Pédogénèse dixit G. LEMIEUX -Québec). Ainsi, le terme «HUMUS» fut utilisé pour la première fois il y a à peine un siècle, alors que le rôle de l’«ÉDAPHON» n’avait pas encore été mis au grand jour. Concernant l’évolution qui s’est développée à travers les siècles, il nous échappe trop souvent que les sols agricoles actuels sont nés du…. défrichement des forêts. Selon toute probabilité, on en a déduit….. que les sols agricoles sont à l’origine de l’évolution du genre humain! On devrait être davantage conscient du rôle des forêts pendant des siècles : non seulement le sol apporta la vie mais les forêts ont maintenu cette vie, et ce, sans la moindre intervention humaine! Ces mécanismes biologiques ont cependant progressivement été négligés par les techniques modernes couramment utilisées en agriculture. Ils ont effectivement été remplacés par des mécanismes chimiques… visant le rendement immédiat. Qu’entend-on par la fertilité du sol? Le sol possède des propriétés physiques, chimiques et biologiques qui déterminent sa fertilité. 1 Président de la Belgian Forestry, Practice and Research Association, Beersel, Belgique. Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Les propriété physiques p. ex. La structure du sol exerce une influence sur l’aération, la circulation de l’eau et les nutriments nécessaires à la croissance des végétaux. Les propriétés chimiques Celles-ci déterminent la présence et la mise à la disposition des nutriments, tels que l’azote et le phosphore ainsi que les autres sels minéraux dont les végétaux ont besoin. Certains minéraux comme le calcium et le magnésium améliorent également la structure du sol (FALISSE 1974) Les propriétés biologiques Elles sont également influencées par : la minéralisation de la matière organique permet à la biomasse de mettre les nutriments disponibles. La biomasse peut aussi améliorer la structure du sol en excrétant les polysaccharides (GUCKERT,1973) par les micro-organismes et en enrobant les minéraux de mycélium de champignons. Dans certaines circonstances, la biomasse peut cependant aussi détruire partiellement la structure du sol notamment en dégradant les liants organiques (HARRIS 1966) Structure du sol et ses nutriments Rôle de la vie dans le sol La structure du sol se forge d’après le rapport entre les différentes formes de vie et plus particulièrement d’après la microfaune qui l’habite. Beaucoup de formes de vie sont impliquées dans cette dynamique, tant par le recyclage des substances nutritives que par la formation du sol. L’objectif final est de mettre à disposition les substances nutritives d’origine chimique, minérales et biologiques. L’énergie joue un rôle crucial tout au long de ce processus. Biologie du sol Diversité de la vie du sol La vie dans le sol peut être très différente d’un endroit à l’autre. À cet égard, le rôle important des Basidiomycètes est très frappant. En effet, on les trouve en grand nombre dans les sols forestiers alors que dans les sols agricoles, on ne les rencontrent que très peu. Nature et rôle des Basidiomycètes Ce sont les champignons du sol qui sont considérés comme les principaux organismes impliqués dans la décomposition de la végétation riche en Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux lignine comme le bois. Il sont mieux connus sous le nom de «Pourritures blanches» -« Witte rottingszwammen » en néerlandais et en anglais «White rots» encore qu’ils mériteraient bien un nom moins péjoratif. Ils sont aérobies et particulièrement bien adaptés pour dégrader des substrats humides qui ont un rapport C/N élevé (100-170). Sous l’effet des Basidiomycètes et de la faune du sol, la matière organique va permettre l’émergence d’autres organismes tels que les Ascomycètes. Nature des Mycorhises Ces champignons ont joué un rôle très important dans l’évolution. Sans les Mycorhizes, les vég étaux n’auraient jamais pût quitter l’eau de la mer pour s’installer sur la terre! Aujourd’hui encore, les Mycorhizes alimentent les végétaux en eau et les aident à absorber et assimiler les minéraux présents dans le sol. Comment ces champignons agissent-ils? Ils consomment des sucres que les végétaux produisent à partir d’eau et de bioxyde de carbone. À charge de revanche, ils apportent l’eau et les éléments minéraux nécessaires aux végétaux. Cette subite symbiose favorise par exemple la croissance des arbres… mais aussi le développement des champignons : les Basidiomycètes! Le mycélium des Basidiomycètes fonctionne en effet comme un « pipe- line » par lequel les substances nutritives sont transportées en toute sécurité du sol vers la plante et vice versa! Il est utile de signaler qu’une grande partie des Basidiomycètes sont en réalité des Mycorhizes, qui sont ainsi l’instrument le plus important dans l’écosystème forestier. Rôle de la lignine La lignine remplit notamment un rôle important dans la formation du sol et la gestion des substances nutritives à ses différents niveaux. Cependant, les rameaux vivants n’ont jamais été considérés comme des matières utiles à l’agriculture et l’horticulture. La lignine se présente sous la forme d’une structure complexe. Elle un joue rôle important dans la formation de l’humus mais elle est aussi à la base de la production de nombreux polyphénols 2 classés par les agronomes et un grand nombre de biologistes comme « métabolites secondaires » 2 La lignine est un polyphénol polymère Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Dans le bois d’élagage par exemple, la structure de la lignine en tant que source d’énergie constitue une matière jeune qui va se polymériser faiblement. De ce fait, elle peut rapidement et sans trop de difficultés se dépolymériser 3 . C’est de là que naît le grand intérêt pour la lignine qui prend le relais des sucres et celluloses et devient ainsi une source énergétique importante à long terme par la lente dégradation des divers polyphénols en utilisant l’énergie considérable des noyaux benzéniques tout en participant à la structure du sol. La lignine joue donc un double rôle, à savoir d’une part celui d’une source énergétique et d’autre part celui de constructeur du sol. Siège de la régulation et de la gestion par le recyclage tant de la vie que des substances nutritives. Nature et rôle des polyphénols Il y a peu de temps encore, les polyphénols étaient considérés comme nuisibles. Aujourd’hui nous savons qu’ils agissent différemment selon qu’ils proviennent de feuillus ou de conifères chacun possédant un type qui lui est propre. Les feuillus climaciques ont une lignine plus facilement hydrolysable que celle des feuillus de transition C’est à l’intérieur des noyaux benzéniques que se trouve la source d’énergie la plus importante et la plus durable alors que ces mêmes noyaux sont associés directement et structurellement au sol dans le complexe organo-minéral. C’est ce double rôle des noyaux benzéniques, associés à la kyrielle de polyphénols secondaires qui sont à la base de la gestion biologique, biochimique et chimique des sols par une dynamique exigeant sans cesse un renouvellement. Ce processus de dépolymérisation progressive des lignines et autres polyphénols polymères est l’œuvre des champignons Basidiomycètes principalement par l’intermédiaire d’une groupe d’enzymes que sont les lignoperoxydases. Ce qui confère aux sols fertiles cette teinte brune foncé si caractéristique. Importance du rapport C/N Les différents «amendements du sol» d’origine organique en vente dans le commerce ainsi que les engrais sont entre autre caractérisés par leur rapport C/N. L’importance de ce rapport apparaît lorsqu’on en examine les conséquences: Un rapport C/N <20, ce qui représente une faible teneur en carbone, indique que cette matière va rapidement se minéraliser. Les minéraux ainsi libérés sont donc 3 C’est une explication technique qui a sa valeur mais ne correspond pas à la réalité biochimique par rapport aux matériaux minéralogiques ou biologiques inertes (tourbes oligotgrophes). Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux rapidement disponibles pour la croissance des végétaux. À titre d’exemple, l’incorporation d’un engrais vert pendant la période de croissance. Un rapport C/N >20 représentant une valeur élevée en carbone, indique que cette matière organique va se transformer en humus, Dans ce cas, les structures du sol seront améliorées et des substances nutritives pourront y être fixées sous une forme plus ou moins stable. Les sources de carbone Une fois établie que la matière organique avec une teneur élevée en carbone peut jouer un rôle important dans la formation et l’amendement de la structure du sol, on peut alors s’orienter vers une matière particulièrement riche en lignine ou autres polyphénols polymères provenant des arbres, ces plantes qui produisent lu bois. Utilisation des sources de carbone Choix des végétaux Au début des années ’80, un travail innovateur a été réalisé sur l’utilisation du bois des végétaux comme matériau d’aggradation du sol, et dans une certaine mesure comme engrais. Ces recherches ont été effectuées par Monsieur Jean Pain en Europe et selon une approche plus scientifique par l’Université canadienne de Laval à Québec, sous la direction du Professeur émérite Gilles Lemieux, Faculté de Foresterie et de Géomatique, département des Sciences du Bois et de la Forêt, touchant les rameaux des arbres de faibles diamètres. Il y a peu de temps encore, beaucoup considéraient de matériau comme un pur déchet, probablement à cause d’une certaine méconnaissance de celui-ci, alors qu’il concerne un énorme volume produit chaque année (30% des résidus de l’abattage d’un arbre). Il faut s’assurer de faire le choix du matériau correctement et distinguer entre les résineux et les feuillus de même qu’entre le bois caulinaire (celui des tiges) et le bois des branches (bois raméal) Choix du type d’arbre Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un matériau provenant d’arbres feuillus que sont les Angiospermes. En voici la raison: en milieux forestiers, un grand nombre d’espèces forment un climax, c’est-à-dire un système diversifié et naturellement équilibré qui donnent des populations qui se maintiennent ainsi à l’infini, d’où le terme de «climax». Cela n’est pas le cas des essences résineuses, les Gymnospermes, qui tendent à donner des populations uniques ou bispécifiques en restreignant la Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux diversité par une concurrence féroce. Peu ou prou de Gymnospermes donnent des forêts climaciques, les populations, venues à maturité, ont un comportement catastrophique, la majorité des individus disparaissant ensemble, soit par le feu ou d’autres catastrophes météorologiques. Si on joint, à ces deux types de comportement phytosociologiques, le fait que les deux groupes sont pourvus de lignines différentes donnant des humus et des sols différents, les feuillus ont une lignine syringyl qui se transforme rapidement en un humus doux alors que les Gymnospermes à lignine gaïacyl donnent des tourbes ou des humus fibreux. Ainsi, ce sont les forêts feuillues climaciques qui ont donné à notre monde les meilleurs sols agricoles. L’utilisation d’un matériau riche et biochimiquement diversifié issu des arbres formant cette forêt feuillue climacique est donc susceptible d’amender positivement des sols constamment dégradés par des méthodes agricoles. Choix du matériau Il faut différencier le bois caulinaire ou bois de tronc qui, à cause de son volume, contient un ratio peu élevé d’écorce et le bois raméal qui, à cause de son faible diamètre, contient un ratio élevé d’écorce en plus d’une grande quantité de nutriments, de sucres, de protéines et de lignines. Bois caulinaire et écorce Tous les végétaux sont composés de celluloses, d’hémicelluloses et de lignines provenant de la synthèse du glucose. Dans le cas des arbres, ces trois produits sont stockés et contiennent de l’énergie provenant de la photosynthèse. L’une des conséquences est de nature purement physique: offrir la possibilité de former et de maintenir des troncs droits et solides, tout en assurant un accroissement du diamètre. Ce bois de tronc, ou bois caulinaire, est un excellent matériau pour l’industrie, mais n’apporte à peu près rien aux techniques agronomiques, étant donné qu’il ne comprend aucun nutriment à l’exception de ceux contenus dans la zone cambiale. Le rôle du tronc peut être comparé à celui de notre squelette. Il est en outre responsable de l’acheminement du flux de sève. Dans le meilleur des cas, on peut accorder un peu de valeur à un tronc totalement vermoulu qui ainsi peut générer un produit tourbeux. Bois raméal ou bois d’élagage Il va de soi qu’il ne peut être utilisé qu’après fragmentation. En raison de l’intérêt mondial pour ce matériau, on trouve des dénominations différentes en usage pour dire bois d’élagage en fonction de l’endroit où il se trouve. Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux L’acronyme B.R.F. provient du Québec francophone au Canada et signifie Bois Raméal Fragmenté. Il rend clairement la spécificité de ce matériau en différenciant nettement les rameaux (bois raméal) du bois de tronc (bois caulinaire). En néerlandais, on pourrait faire valoir V.S.H ou V.T.H pour versnipperd snoei-of takhout. En allemand : Fragmentiertes Zweigholz En espagnol : Madera Rameal Fragmnetada En portugais : Aparas de Ramos Fragmentados En anglais : Ramial Chipped Wood Bois raméal fragmenté ou B.R.F. La fragmentation du bois d’élagage vise à lever la barrière physico- chimique formée par l’écorce des arbres. Cette cassure permet aux micro- organismes de pénétrer dans le matériau. La fragmentation augmente la surface du matériau de sorte que le processus de décomposition peut s’accélérer. Comment fragmenter? Les branches sont fragmentées mécaniquement en longueur sous un angle d’incidence de 57° afin d’obtenir des débris lamelliformes d’un maximum de 8 mm d’épaisseur. À cet effet on utilise du bois d’élagage ayant au maximum 7 cm de diamètre, de préférence sans feuilles (période dormante), les feuilles vertes contenant des éléments qui ouvrent facilement la voie aux bactéries au détriment des utiles Basidiomycètes. Selon Hendrickson(1987) 4 il y a une autre raison : 75% des substances nutritives de l’arbre se trouvent dans les branches ou les rameaux d’un diamètre inférieur à 7 cm. Lors de l’opération de fragmentation, il est pratiquement impossible d’éliminer tout le bois d’élagage de plus de 7 cm de diamètre. Il faut cependant savoir que la fragmentation de bois d’élagage d’une section plus importante ralentira le processus de décomposition. Pourquoi des copeaux minces? La fragmentation permet la colonisation rapide des copeaux par le mycélium. On observe rapidement une carence en azote qui engendre la décomposition de la lignine selon Kirk & Fenn (1982) 5 . Comme détaillé ci-dessus, la lignoperoxydase est une enzyme importante dans la dépolymérisation de la 4 Hendrickson, O. (1987) «Winter branch nutrients in northern conifers and hardwoods For. Sci. 33 :1074-1086 5 KIRK, T.K & Fenn, P. (1982) « Formation and action of ligninolytic system in Basidiomycetes in : Decomposer Basidiomycetes : their Biology and Ecology (Franklin, Hegger adn Swift edt.) p 67-90 Cambridge University Press Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux lignine. Cette enzyme est produite par les Basidiomycètes aux extrémités du mycélium Utilisation du bois raméal fragmenté Le bois raméal fragmenté est épandu en couche d’environ 2 cm ou a raison de 200m 3 /ha., puis incorporé aussi vite que possible aux dix premiers centimètres du sol. Cette opération est utile aux points de vue physique et biologique et vise à favoriser l’action d’enzymes spécifiques. Ainsi les grosses molécules d’acide humique se fixent sur le mycélium des Basidiomycètes alors que les plus petites sont libérées dans la solution du sol; celles d’acide fulvique (Leisola & Garcia [1989] 6 ) Il en résulte une combinaison stable qui présente des propriétés de contrôle biologique, caractère propre à un grand nombre de polyphénols. Les conditions dans lesquelles l’ensemble du processus de décomposition a lieu sont primordiales. L’exemple de la forêt en est la meilleure illustration. Lorsque les conditions deviennent défavorables, la litière sert de protection aux organismes locaux. Dans le cas du sol agricole, cette migration est impossible, étant donné que les organismes du sol ne peuvent profiter de la protection de la litière. En conséquence, les organismes du sol ne peuvent résister à la moindre vague de sécheresse ou de froid. Par l’incorporation superficielle du broyat 7 , on garantit l’humidité constante nécessaire qui se situe entre 60% et 100%, 60% étant le pourcentage idéal. En outre, lorsqu’on épand du B.R.F., il n’est pas nécessaire d’ajouter d’autres ingrédients. Le B.R.F. contient tous les éléments nutritifs nécessaires, de sorte que le sol traité ne présentera aucune carence, tout comme la forêt qui se nourrit exclusivement de rameaux tombés et de feuilles mortes. Ce processus ne tolère toutefois aucune perturbation car sous l’effet des copeaux 8 , en comparaison avec ce qui se passe en forêt, il se forme une chaîne complexe dont tous les maillons sont indispensables. Ceci nous permet de mieux comprendre la grande sensibilité des sols aux biocides, herbicides et spécialement aux fongicides. En pratique, les bienfaits d’un traitement au B.R.F. ne seront observables qu’à partir de la 2 ième année. Période d’application Sous notre climat tempéré la meilleure période de l’année pour épandre le bois raméal fragmenté est l’automne et le début de l’hiver. 6 Leisola, M.S.A & Garcia S. (1989) «The mechanism of lignin degradation.» In Enzyme systems for lignocellulose degradation Elsevier Applied Science pp 898-99 7 Terme générique utilisé en Europe francophone pour désigné le bois de trituration, broyé ou fragmenté. 8 Terme de menuiserie utilisé pour désigner les fragments de BRF Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux En voici la raison : l’incorporation du B.R.F., riche en carbone et pauvre en azote, provoque une immobilisation temporaire de l’azote du sol par les microorganismes. De ce fait, on observe une carence en azote assimilable lors de la croissance au cours des mois ou semaines qui suivent. Cependant, des chaînes trophiques se sont constituées entre temps de sorte que les nutriments disponibles vont augmenter et être libérés. Ainsi, l’application de B.R.F. au printemps peut provoquer une carence en azote au cours de la période de croissance, ce qui n’entraîne que momentanément des effets néfastes. Paillis de bois raméal fragmenté Les problèmes mentionnés ci-dessus liés à une carence temporaire en azote ne se posent pas dans le cas du paillis de bois raméal fragmenté. La décomposition finale va se dérouler bien plus lentement, et ce, en particulier dans les sols agricoles. En effet, la vie y est beaucoup moins riche que dans les sols forestiers. Un paillis en automne est aussi bénéfique pour les Basidiomycètes, dont nous avons déjà beaucoup parlé. Les champignons restent en effet encore actifs à des basses températures, contrairement aux bactéries qui s’enkystent ou hivernent en masse pendant la saison froide. Dans le cas d’un paillis (B.R.F. sans incorporation). Les copeaux vont non seulement se décomposer beaucoup plus lentement, mais ils vont également remplir un autre rôle! Le paillis va notamment contrecarrer le dessèchement et aussi remplir le rôle de «niche» écologique au détriment des prédateurs de certains parasites, De par sa nature, cette couche de matière non décomposée empêche et retarde la germination des adventices; au moins jusqu’au début de la décomposition. Au bout d’un certain temps, l’effet final d’un paillage sera peut-être comparable à un traitement par incorporation des copeaux. Compostage de bois raméal fragmenté Le but recherché dans un traitement par incorporation de B.R.F. est de nourrir la vie du sol, qui met par après la nourriture à la disposition des végétaux. Dans le cas du compostage, l’objectif visé en premier lieu est de fabriquer un produit qui peut être utilisé comme source d’alimentation pour les végétaux. Lors du compostage, le bois raméal fragmenté va se décomposer en libérant du carbone instable qui sera confié, après la période de maturation nécessaire, à la couche superficielle du sol. Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Selon Lemieux 9 ] cette méthode est incorrecte pour la raison suivante: ce serait justement ce carbone instable qui apporte aux organismes qui vivent dans le sol l’énergie pour s’organiser et se structurer. Pour la même raison, il est néfaste d’incorporer profondément dans le sol une couche de copeaux, étant donné que la couche en aérobiose se trouve dès lors dans des conditions d’anaérobiose, ce qui est entre autre très défavorable pour les indispensables Basidiomycètes. L’élaboration d’un tas de compost va provoquer un échauffement pendant la phase thermophile qui va atteindre les 60°C. Cette phase offre comme gros avantage de «pasteuriser» pour tout simplement éliminer les germes pathogènes éventuellement présents. De plus, au cours de cette même phase, une part importante du potentiel énergétique du B.R.F. se perd par le dégagement de chaleur produit par les bactéries au cours de la fermentation. Au cours du compostage, un rapport C/N trop élevé sera ramené à un niveau acceptable afin de livrer, après un certain temps, un produit fini prêt à l’emploi. La période de maturation d’un compostage dépend non seulement du rapport C/N, mais aussi des conditions climatiques. C’est ainsi que la période de maturation nécessaire au B.R.F. est de 18 mois dans le Haut-Var (France) alors qu’en Belgique elle est ramenée à seulement 16 mois en raison du climat plus humide. À un stade moins avancé, le compost de B.R.F. peut aussi être utilisé comme matériau d’épandage (mulching). À maturation complète (quand il se laisse complètement écraser entre le pouce et l’index et qu’il dégage une saine odeur de champignon) le compost de B.R.F. peut également être utilisé comme terreau. À cette, fin il y a lieu d’incorporer au compost de la tourbe et de l’argile (ou une terre limoneuse) en vue de favoriser la cohésion et la gestion de l’eau et de l’air dans le substrat. W & H Pacific ’90 ont entre autre démontré qu’une couche de compost de 7 cm d’épaisseur ralentit l’érosion et retient aussi les substances nutritives et les polluants. Selon Noël, B. (1996) 10 , lors de l’application de compost, les végétaux puiseraient leur nourriture dans ce matériau au lieu de l’extraire de la couche sous- jacente. Bien qu’ayant une utilité bien établie, ce procédé n’en est pas moins coûteux et demande beaucoup de travail pour résoudre par le compostage la problématique posée par le volume phénoménal de bois d’élagage produit chaque année. 9 Lemieux,, G. (1997) «Les fondements pédogénétiques des écosystèmes forestiers : une approche de la métastabilité par la biologie tellurienne» Université Laval, Québec, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 71, ISBN 2- 921728-25-7 10 Noël, B. (1996) «Mémorandum de l’usage du B.R.F.. le comment et le pourquoi» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québ ec, Canada publication n° 79, ISBN : 2-921728-29-X Université Laval, Québec, Canada Un autre regard sur la fertilité… Cornelis, J., janvier 2001 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Conclusion Il semble évident, d’après ce qui a été dit ci-dessus, que seuls les Basidiomycètes peuvent dégrader la lignine qui constitue l’élément principal du bois d’élagage. Ce processus demande beaucoup d’énergie. Ce «combustible», dont l’accès est réservé à ces champignons, leur donne la capacité de construire le sol. Ils peuvent en outre fabriquer des antibiotiques qui limitent les populations bactériennes. D’autre part, par leur action, les copeaux sont ouverts aux micro- organismes. Leur mycélium fournit en plus de la nourriture aux micro-arthropodes comme les acariens et les collemboles, dont les excréments servent à leur tour de nourriture à d’autres organismes. Dans les forêts tropicales, on évalue leur nombre à 50,000 au m 2 , et dans nos régions tempérées ce nombre atteint 300,000 au m 2 . Selon Ghilarou (1975) ce nombre est cependant considérablement plus bas dans nos sols agricoles fertiles que dans le sol forestier. La raison principale en est qu’on doit veiller à réunir les conditions les plus favorables tant pour les champignons que pour l’ensemble des organismes qui habitent le sol. Selon Lemieux, ce n’est que de cette manière qu’on va pleinement contribuer à la formation et la gestion des substances nutritives à tous les niveaux. De même on offre un procédé raisonnable et acceptable d’un point du vue économique et écologique pour mener à bien la problématique posée chaque année, à savoir le traitement de l’énorme volume de bois d’élagage! Je remercie le Professeur Gilles Lemieux pour son travail innovateur et pour l’information obtenue. . °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 144 octobre 2001 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA
[email protected] FAX (1) 418-656-5232 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN : 2-921728-62-1 Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux «Les raisons du refus d’une agriculture biologique génétiquement modifiée » 1) La science doit s’occuper des objets du monde, et non des problèmes de l’esprit et du sujet humain qui relèvent de la métaphysique (objectivité de la science) 2) La science est par nature «amorale» en dehors des jugements de valeurs, du bien et du mal. Connaître pour connaître ne peut être que bon. 3) Le déterminisme: les lois de la nature sont immuables telle cause provoque tel effet 4) Pour comprendre le tout il suffit de comprendre les parties. Edgar Morin Par Frédéric Prat-Geyser décembre 2001 Publication nº 148 http://www.sbf.ulaval.ca/brf/ édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada INTRODUCTION Bien que nous ne nous sentons pas concernés par le débat actuel portant sur les Organismes Génétiquement Modifiées (OGM), tel qu’abordé par Frédéric Prat-Geyser rejoint à la fois nos préoccupations scientifiques avec des incidences économiques énormes. L’absence de profondeur dans la pensée scientifique actuelle et l’industrialisation de nos universités ne les portent en rien a éclairer par la critique du savoir universel le plus souvent reléguée aux oubliettes. Devant tant de « naïveté » économique où la vie est l’objet de toutes les prédations avec les résultats de la technologie, on ne peut que comprendre le dilemme d’Einstein devant le résultat tangible de ses calculs lors de l’explosion de la première bombe atomique. À mon avis, cette « révolution génétique » est du même ordre et cette fois nous sommes tous interpellés; les « bons » comme les « méchants ». La solution réside dans notre comportement collectif. Nous sommes l’Ulysse de la mythologie grecque et les sirènes du génie génétique nous convient au nom de la logique. Comment résister à la science prometteuse? Les propos du sociologue Edgar Morin qui sont repris ici donnent le ton fondamental de ce débat qui rejoint le nôtre sous plusieurs angles où la mécanique quantique et les lois de la thermodynamique tiennent les rennes de la logique contre la cupidité d’un jour. Nous avons à de multiples reprises. été à même de vérifier comme l’avait fait auparavant l’équipe de Corvalis que le tout est plus grand que la somme des parties. En appliquant les BRF en mélange avec le sol tout récemment, Pérez-Batallòn, Ouro, Macías & Merino [2001] 1 où ils observèrent que les résidus forestiers enfouis dans les 15 premiers cm du sol provoquèrent une immobilisation de l’azote à court terme mais aussi une grande activité « métabolique » avec une augmentation importante de la biomasse microbienne. Les résidus laissés sur le sol n’ont rien apporté ni azote, ni augmentation de la biomasse microbienne. Tout comme les « miracles » des OGM mesurés et attendus, la technologie issue des découvertes de Liebig en 1840 ont mené directement à la nutrition de plantes, évitant ainsi les pertes de temps à comprendre comment fonctionne le système plante-sol. Plus de 150 ans plus tard, nous sommes toujours aussi ignorants mais la littérature regorge d’articles touchant l’érosion des sols, la désertification etc. Si une partie importante de cette biotechnologie transgénique peut avoir des effets bénéfique à court terme, rien n’est moins sûr à long terme. Comment justifier la production de plantes qui tirent leur existence de processus antibiologiques en utilisant une toxine bactérienne créant des déséquilibres qui seront comblés par de nouvelles adaptations du cycle prédateurs-proies. Il y a ici une vue de l’esprit qui, a long terme, sera très certainement catastrophique mais au frais des générations qui viennent. Dans cette course folle à la modification de notre univers, sans tenir compte des règles qui le régissent depuis l’aube des temps, nous espérons pouvoir gagner plus en productivité sur des sols toujours de plus en plus pauvres et déstructurés. L’adjonction de quelques centaines de grammes de bois raméal fragmenté au mètre carré, permet de remettre toute la machine édaphique en marche avec des augmentations de rendement qui sont jusqu’à dix fois supérieurs aux témoins en milieux tropicaux où les populations sont souvent décimées par la faim et la maladie. Malgré ces résultats, nous arrivons à peine à obtenir les fonds nécessaires pour faire les démonstrations obligatoires auprès des paysans qui, traditionnellement, brûlent la frondaison des arbres si riches en minéraux et protéines dans toutes les régions du monde. Dans son analyse des effets pervers du financement de la recherche, Frédéric Prat-Geyser met le doigt sur ce qui est devenu la pensée unique, celle de la valeur des gènes, de la vie et de la liberté régis par le mercantilisme. Professeur Gilles Lemieux 1 –“Initial mineralization of organic matter in a forest plantation”. Ann. For. Sci. 58. 807-818 Espagne Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 LES RAISONS DU REFUS D’UNE AGRICULTURE BIOLOGIQUE GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉE par Frédéric Prat-Geyser rue Haute 34270 Claret France
[email protected] On lit de plus en plus que malgré l’interdiction actuelle des OGM dans le cahier des charges, l’agriculture biologique de demain sera génétiquement modifiée Cer t ai ns cher cheur s, not amment de l ’ I NRA 2 , met t ent en avant l a pr ot ect i on de l ’ envi r onnement et de l a sant é humai ne gr âce à l a r ési st ance des pl ant es qui évi t er ai ent l ’ usage de pest i ci des et donc l a pr ésence de r ési dus dans l es pr odui t s agr i col es. Cet ar t i cl e s’ i nt er r oge sur l e bi en- f ondé de ces af f i r mat i ons en met t ant en avant l es r i sques pot ent i el s et avér és des pl ant es OGM sur l es pl ans sci ent i f i ques, économi ques, soci aux et ét hi ques. À une cause cor r espond un ef f et , à un pr obl ème une sol ut i on, à un i nsect e pr édat eur , un pr odui t … t el est l e par adi gme sci ent i f i que depui s Descar t es. Les exempl es sont nombr eux : une pl ant e se nour r i t de NPK2, donnons- l ui du NPK sous f or me mi nér al e ( on va ai nsi j usqu’ à l ’ hydr oponi e) . La ci cadel l e, i nsect e pi queur , t r ansmet l a f l avescence dor ée de l a vi gne; t uons donc l es ci cadel l es pour él i mi ner l a f l avescence. On s’ at t aque ai nsi aux sympt ômes, pas aux causes mul t i pl es en i nt er act i ons 4 2 Institut National de la Recherche Agricole (France) Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 Agribio et OGM des paradigmes totalement opposés Que r épondent l es agr i cul t eur s bi o? La pl ant e doi t êt r e en har moni e dans son écosyst ème. Cul t i ver une pl ant e, c’ est cul t i ver avant t out un sol , un envi r onnement physi que et bi ol ogi que, qui t i ent compt e des pr écédent s cul t ur aux, d l ’ envi r onnement ( hai es et pl ant es al ent our s, cl i mat , sol …) C’ est une appr oche de l a compl exi t é de l ’ écosyst ème, où l es él ément s sont en i nt er r el at i on. Là aussi , l es exempl es sont nombr eux. Cer t es, une pl ant e se nour r i t de NPK, mai s aussi d’ ol i go- él ément s ; el l e est r el i ée au sol par une mul t i t ude d’ i nt er act i ons. I l f aut donc nour r i r l e sol avant de nour r i r l a pl ant e, f avor i ser l a vi e mi cr obi enne des sol s, pl ant er des hai es, cr éer des r ef uges pour l es pr édat eur s des i nsect es… Cer t es, l a f l avescence dor ée t ouche aussi l es vi gnes bi o. Cher chons donc à cour t t er me comment cont r ôl er l a ci cadel l e, mai s en mi ni mi sant l es ef f et s secondai r es sur l ’ ent omof aune, et sur t out , cher chons à compr endr e l e pour quoi de cet t e mal adi e : homogénéi sat i on de cl one por t e- gr ef f e non adapt és au t er r oi r , monocul t ur e de l a vi gne…On y r evi endr a. Dans une r écent e i nt er vi ew, l e soci ol ogue Edgar Mor i n énumèr e l es quat r e pr i nci pes qui ont per mi s à l a sci ence de «s’ épanoui r » Les deux pr emi er s sont posés par Descar t es : 5) La sci ence doi t s’ occuper des obj et s du monde, et non des pr obl èmes de l ’ espr i t et du suj et humai n qui r el èvent de l a mét aphysi que ( obj ect i vi t é de l a sci ence) 6) La sci ence est par nat ur e «amor al e» en dehor s des j ugement s de val eur s, du bi en et du mal . Connaî t r e pour connaî t r e ne peut êt r e que bon. 7) Le dét er mi ni sme: l es l oi s de l a nat ur e sont i mmuabl es t el l e cause pr ovoque t el ef f et 8) Pour compr endr e l e t out i l suf f i t de compr endr e l es par t i es. Mai s, r aj out e l e soci ol ogue, «ces f ondement s sont auj our d’ hui ébr anl és. La r évol ut i on de l a physi que quant i que avec ses par t i cul es aux compor t ement s al éat oi r es, a f or cé l es gens de l a sci ence à voi r l e monde di f f ér emment . Nous savons désor mai s que l e désor dr e et l ’ or dr e cohabi t ent , l à où l es sci ent i f i ques ne cher chai ent qu’ or dr e, Cel a si gni f i e not amment que l es dét er mi ni smes ne f onct i onnent pas absol ument , De même, de nouvel l es connai ssances comme l ’ écol ogi e nous appr ennent que l e t out possède des pr opr i ét és que l es par t i es n’ ont pas. On ne peut donc pl us seul ement si mpl i f i er pour compr endr e, ni seul ement f r act i onner l es pr obl èmes pour sai si r l es phénomènes dans l eur ensembl e, I l f aut dével opper une appr oche syst émi que » 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 On l e voi t donc: l es appr oches des pr obl èmes r encont r és en agr i cul t ur e sont r adi cal ement di f f ér ent es sui vant que l ’ on se pl ace dans t el l e ou t el l e vi si on de l a sci ence. Ceci expl i que par f oi s l es di f f i cul t és de communi cat i on… OGM : de quoi parle-t-on? La déf i ni t i on l égal e des OGM est donnée par l a di r ect i ve eur opéenne 90/ 220 qui r égl ement e l a di ssémi nat i on des OGM : « Aux f i ns de l a pr ésent e di r ect i ve, on ent end par « or gani sme », t out e ent i t é bi ol ogi que capabl e de se r epr odui r e ou de t r ansf ér er du mat ér i el génét i que; « un or gani sme génét i quement modi f i é [ OGM] » est un or gani sme dont l e mat ér i el génét i que a ét é modi f i é d’ une mani èr e qui ne s’ ef f ect ue pas nat ur el l ement par mul t i pl i cat i on et / ou par r ecombi nai son nat ur el l e ». I l s’ agi t donc de t out mi cr o- or gani sme, pl ant e ou ani mal dans l esquel s on a mani pul é l e génome, en i nt r odui sant , soust r ayant ou i nhi bant un gène, de f açon à modi f i er l a pr oduct i on de pr ot éi nes… Depui s 1996, année des pr emi èr es pl ant at i ons commer ci al es d’ OGM aux Ét at s Uni s, l es sur f aces n’ ont f ai t qu’ augment er : 2, 5 mi l l i ons d’ hect ar es en 1996, pl us de 44 mi l l i ons d’ hect ar es en 2000. Les OGM agricoles dans le monde Tr oi s pays r epr ésent ent quasi ment 100% des OGM cul t i vés dans l e monde : l es Ét at s Uni s [ 69%] , l ’ Ar gent i ne [ 23%] et l e Canada [ 7%] . Cependant , l e nombr e de pays qui adopt ent pr ogr essi vement l es cul t ur es t r ansgéni ques augment ent : de 6 en 1996 à 13 en 2000 [ Ét at s Uni s, Ar gent i ne, Canada, Chi ne, Mexi que, Ukr ai ne, Bul gar i e, Roumani e, Russi e, Aust r al i e, Af r i que du Sud, Espagne. Fr ance] . Quat r e cul t ur es domi nent l e mar ché des OGM : l e soj a ( 58% de l ’ ensembl e des OGM) l e maï s ( 23%) , l e col za ( 12%) et l e cot on ( 6%) . Par car act èr e conf ér é, c’ est l a t ol ér ance aux her bi ci des qui ar r i ve en t êt e ( 74%de t out es l a pl ant es OGM) , sui vi e par l a r ési st ance aux i nsect es ( 19%) et l e doubl e car act èr e Rési st ance aux i nsect es + Tol ér ance aux her bi ci des ( 7%) . Et n’ oubl i ons pas l es ani maux t r ansgéni ques, dont l ’ une des appl i cat i ons est l a pr oduct i on de pr ot éi nes phar maceut i ques. Bi en qu’ aucun ani mal t r ansgéni que ne soi t auj our d’ hui aut or i sé à l ’ échel l e commer ci al e, on évoque une possi bl e aut or i sat i on de 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 saumon t r ansgéni que ( t r ansf or mé pour cr oî t r e pl us vi t e) dans l es moi s à veni r . Des OGM agricoles, pour quoi faire? La pr ot ect i on de l ’ envi r onnement est l ’ un des pr i nci paux ar gument s ut i l i sés par l es déf enseur s des OGM : cr éer des pl ant es r ési st ant es au pr édat eur s, not amment aux i nsect es, mai s aussi l es vi r us, per met t r ai t en ef f et de l i mi t er l e r ecour s aux pest i ci des… C’ est ai nsi qu’ ont ét é cr éées une r i bambel l e de pl ant es i nsect i ci des ( B+) . El l es r epr ésent ent , r appel ons- l e 19% des OGM agr i col es. Ces pl ant es sont en f ai t des pl ant es qui pr odui sent l eur pr opr e i nsect i ci de Bt , gr âce à l ’ i nser t i on d’ un gène de l a bact ér i e du sol Bacci l l us t hur i ngi ensi s ( ut i l i sée en asper si on en agr i cul t ur e bi ol ogi que) , Pl us subt i l e, l a pr ot ect i on de l ’ envi r onnement passe aussi par l a pr ot ect i on des sol s pour l i mi t er l ’ ér osi on. Cr éer des pl ant es qui s’ adapt ent bi en aux t echni ques de semi s di r ect ( pl ant es r ési st ant es au gl yphosat e ou au gl uphosi nat e, her bi ci des t ot aux. évi t e donc l e l abour et donc l a dést r uct ur at i on du sol … Aut r e ar gument : en augment ant l es r endement s sur l es sur f aces déj à cul t i vées, l es i ndust r i es de bi ot echnol ogi es et l es cher cheur s af f i r ment que l ’ on pr éser ver a l es sol s encor e vi er ges de cul t ur es et l es espaces nat ur el s. Nour r i r l e monde est l e deuxi ème pi l i er d’ ar gument at i on des f i r mes de bi ot echnol ogi e. Si x mi l l i ar ds d’ habi t ant s auj our d’ hui , mai s sans dout e hui t à neuf mi l l i ar ds en 2020…Les par t i sans des OGM ar gument ent que l ’ augment at i on nécessai r e de l a pr oduct i on agr i col e i mpl i que une i nt ensi f i cat i on des cul t ur es et passer a par l es OGM, En cr éant , par exempl e, des pl ant es pouvant pousser sur des sol s et dans des cl i mat s j usqu’ al or s non apt es à l ’ agr i cul t ur e ( pl ant es r ési st ant es à l a sécher esse, à l a sal i ni t é ou suppor t ant un déf i ci t ou un excès de cer t ai ns ol i goél ément s…) . Et l e t out , en f aci l i t ant l es pr at i ques cul t ur al es. Her bi ci de de pr éémer gence, her bi ci de de l evée, de post - l evée, spéci f i que pour chaque f ami l l e d’ advent i ces…avant l es OGM, l a gest i on des advent i ces ét ai t en ef f et un casse- t êt e. Avec l es pl ant es r ési st ant es aux her bi ci des t ot aux ( 74% des OGM) , un ou pl usi eur s passages de cet her bi ci de cont r ôl ent t out es l es advent i ces, t out au l ong du cycl e. Ai nsi , l es pr oduct eur s ar gent i ns qui pr at i quai ent déj à l e semi s di r ect , sont passés en l ’ espace de quat r e campagnes agr i col es de 0 à 84% de soj a t r ansgéni que. Pour ce qui est des coût s de pr oduct i on, l ’ exempl e ar gent i n l à aussi est édi f i ant ; même avec des r endement s de soj a sou vent i nf ér i eur s aux r endement s convent i onnel s, l es coût s de pr oduct i on du soj a t r ansgéni que sont i nf ér i eur s. Pour quoi cet t e si t uat i on? Deux él ément s pour compr endr e. L’ Ar gent i ne ne 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 r econnaî t pas pour l ’ i nst ant l e dr oi t de br evet : l ’ agr i cul t eur ar gent i n achèt e donc sa semence une seul e f oi s, pui s l a r epr odui t l ui - même en t out e l égal i t é. D’ aut r e par t , l e Round Up 3 est vendu moi ns cher en Ar gent i ne qu’ aux Ét at s Uni s… au gr and dam des agr i cul t eur s nor d- amér i cai ns qui y voi ent une concur r ence dél oyal e! Mai s ce n’ est pas t out ! Les OGM per met t ent dans cer t ai ns cas d’ adapt er l es pr odui t s agr i col es au pr ocessi ng de l ’ agr o- i ndust r i e, C’ est l e cas par exempl e de l a t omat e à mûr i ssement r et ar dé. On peut ai nsi pr odui r e des mol écul es i nt ér essant es qui n’ ét ai ent pr odui t es que dans des cul t ur es t r opi cal es, Ai nsi , un succédané d’ hui l e de copr ah 4 peut auj our d’ hui êt r e pr odui t à par t i r du col za. À t i t r e i ndi cat i f , l es expor t at i ons d’ hui l e de copr ah r epr ésent ent auj our d’ hui 7% des expor t at i ons t ot al es des Phi l i ppi nes… qui pour r ai ent bi en à t er me per dr e ce mar ché! On peut aussi adapt er l es pr odui t s au goût du consommat eur , comme ce mel on pl us sucr é à mûr i ssement r et ar dé sur l equel pl anche act uel l ement l ’ I NRA d’ Avi gnon. Enf i n, l ’ ar gument de l a pr ot ect i on de l a sant é humai ne est l ui aussi avancé. L’ exempl e l e pl us médi at i sé : l e r i z dor é, enr i chi gr âce au géni e génét i que avec du bét a- car ot ène, un pr écur seur de l a vi t ami ne A. Mai s d’ aut r e r echer ches sont menées pour enr i chi r l es pl ant es avec d’ aut r es ol i go- él ément s ( f er , magnési um…) , en l eur per met t ant de mi eux capt er ces ol i go- él ément s déf i ci ent s dans l e sol ( r echer che CNRS/ I NRA Mont pel l i er ) . On l e voi t , l es appl i cat i ons de l a t r ansgénèse sont mul t i pl es et pr omet t euses, et sembl ent sans l i mi t es. Al or s, pour quoi t ant de r ét i cence aux pl ant es t r ansgéni ques? Une pl ant e t r ansgéni que possède dans t out es ses cel l ul es l es t r ansgènes i nt r odui t s, y compr i s donc dans son pol l en. Les risques liés aux OGM agricoles Pour cer t ai nes pl ant es di t es al l ogames, l e pol l en est t r anspor t é, l es i nsect es ou par l e vent , et se di ssémi ne aux al ent our s par f oi s sur de l ongues di st ances ( pour l e col za, du pol l en a ét é r et r ouvé à pl usi eur s cent ai nes de mèt r es! ) . Une f écondat i on cr oi sée est al or s possi bl e, soi t avec des pl ant es non t r ansgéni ques de l a même var i ét é, soi t , comme dans l e cas par exempl e du col za, avec des pl ant es af f i nes comme l a r avenel l e 5 . 8 3 Glyphosate 4 Huile de palme de cocotier 5 Raphanus raphanistrum Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 Dur ant l ’ année 2000, de mul t i pl es cont ami nat i ons de par cel l es non t r ansgéni ques ( maï s, col za, soj a) sont venues nous r appel er que l e pol l en ne connaî t pas de f r ont i èr e. Pour l e soj a, pl ant e aut ogame, c’ est - à- di r e qui s’ aut of éconde, c’ est vr ai sembl abl ement un mél ange de var i ét és ( l or s du st ockage et / ou du t r anspor t ) qui ser ai t l a cause de cet t e cont ami nat i on. Aux Ét at s Uni s, ce sont pr ès de 4% de l ’ ensembl e des sur f aces agr i col es semées en maï s qui ont ét é cont ami nées en 2000 par l e maï s t r ansgéni que St ar l i nk, i mpr opr e à l a consommat i on humai ne. Et ces cas se mul t i pl i ent , comme en mar s 2001, où un l ot de soj a donné à des ani maux en bi o en Sui sse s’ est r évél é cont eni r 17% de soj a t r ansgéni que! Qui va payer , se demandent al or s l es pr oduct eur s? À l ’ heur e act uel l e, l a l oi ne l e pr évoi t pas! Ce manque de cont r ôl e, cet t e i mpossi bi l i t é de sépar at i on des f i l i èr es, i mpl i que qu’ auj our d’ hui l e consommat eur ne peut pl us choi si r , et que demai n, l ’ ensembl e de l a pr oduct i on ser a peut - êt r e t r ansgéni que, mal gr é nous, mal gr é l es r égl ement at i ons ( st r at égi e du f ai t accompl i ) …L’ I FOAM 6 , dans un communi qué du 9 mar s 2001, al er t e l ’ ensembl e du monde sur cet t e quest i on. En ef f et , l e dével oppement des pl ant es t r ansgéni ques est synonyme de l a f i n de l ’ agr i cul t ur e bi ol ogi que, qui l es i nt er di t dans son cahi er de char ge. Mai s l a pol l ut i on géni que n’ est pas l e seul r i sque. La pr essi on de sél ect i on des i nsect es conf r ont és sans cesse au même t ype d’ i nsect i ci de engendr e en ef f et des espèces mut ant es r ési st ant es. Les pl ant es Bt , déj à cul t i vées sur pl usi eur s mi l l i ons d’ hect ar es ( pr ès de 7 mi l l i ons d’ hect ar es pour l e maï s, 3 mi l l i ons d’ hect ar es pour l e cot on) , n’ échapper ont pas à cet t e r ègl e. Pour f r ei ner l ’ acqui si t i on de r ési st ance, des obl i gat i ons de semi s de var i ét és convent i onnel l es mél angées aux OGM ( ai r e de r ef uge) ont ét é mi ses en pl ace, mai s non r espect ées par l es agr i cul t eur s qui par f oi s ne l es connai ssent même pas. Application d’herbicide : en augmentation De pl us, l es sécr ét i ons r aci nai r es des pl ant es Bt pr opagent l a t oxi ne du Bt dans l e sol . Un ar t i cl e de l a r evue NATURE du 2 décembr e 2000 i ndi que ai nsi que « l a t oxi ne i nsect i ci de que sécr èt e l e maï s génét i quement modi f i é sui nt e dans l e sol envi r onnant , s’ y f i xe pendant des moi s et , en l abor at oi r e, r est e mor t el l e pour l es i nsect es r avageur s pendant 25 j our s, avec l e r i sque de dét r ui r e d’ aut r es i nsect es » Enf i n des 9 6 International Federation of Organic Agriculture Mov ements Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 espèces non ci bl és sont aussi t ouchées, comme l ’ embl émat i que papi l l on Monar que aux Ét at s Uni s. La r ési st ance appar aî t aussi pour l es mauvai ses her bes : en Ar gent i ne, on est ai nsi passé d’ une à t r oi s appl i cat i ons de Round up, et l es pr emi er s cas de r ési st ance au Round up sont appar us en Aust r al i e et au Canada. Touj our s en Ar gent i ne, l es quant i t és ut i l i sées de Round up ont ét é t r i pl ées en deux ans. De pl us des ét udes commencent à mont r er l a noci vi t é du Round up, not amment ses ef f et s cancér i gènes. Non seul ement l es advent i ces commencent à r ési st er au Round up, mai s cer t ai nes pl ant es comme l e canol a au Canada, ont acqui s en l ’ espace de quel ques années une t r i pl e r ési st ance aux her bi ci des, sui t e à une pr opagat i on de gènes de r ési st ance. De pl us, l es agr i cul t eur s nor d amér i cai ns se pl ai gnent de pl us en pl us de ne pouvoi r maî t r i ser cer t ai nes r epousses de pl ant es r ési st ant es l or s de r ot at i ons… À not er « qu’ au début des années 1990, l ’ I NRA avai t engagé des r echer ches avec un par t enai r e semenci er pr i vé dans l e but d’ about i r à l a co- obt ent i on de var i ét és r ési st ant es au gl yphosat e, compt e t enu des avant ages cul t ur aux que l ’ ut i l i sat i on de cel l es- ci ser ai t suscept i bl e d’ appor t er , Ces cont r at s ont ét é dénoncés en 1998 par l ’ I NRA qui a est i mé que l es r i sques agr i - envi r onnement aux de cet t e cul t ur e ét ai ent i nsuf f i samment car act ér i sés et éval ués. En ef f et , l es t r avaux menés au cent r e de r echer che de Rennes en condi t i ons conf i nées ( ser r e) avai ent r api dement mont r é que l e gène de r ési st ance ét ai t suscept i bl e de se t r ansf ér er nat ur el l ement chez cer t ai nes espèces advent i ces appar ent ées ( r avenel l e not amment ) » Pol l ut i on génét i que, r ési st ance des pr édat eur sn peut donc êt r e un ar gument en f aveur des OGM. Mai s i l y a pi r e : l es OGM ne nour r i r ont pas non pl us l a pl anèt e! En ef f et , nour r i r l a pl anèt e est avant t out un pr obl ème pol i t i que et de pouvoi r d’ achat . Des pays comme l e Br ési l ou l ’ Ar gent i ne sont de gr ands expor t at eur s agr i col es, Pour t ant , un t i er s de l a popul at i on en Ar gent i ne et 40% au Br ési l sont sous- al i ment és…Le pr obl ème de l a f ai m est un pr obl ème de pauvr et é avant d’ êt r e un pr obl ème de quant i t és pr odui t es. Rest e l ’ ar gument sant é. Mai s l ’ i nser t i on de gènes peut avoi r des ef f et s non dési r és. C’ est ai nsi qu’ un gène de l a noi x du Br ési l i nsér é dans un soj a ét ai t suscept i bl e de pr ovoquer des al l er gi es aux consommat eur s al l er gi ques à l a noi x du Br ési l . Ce cas a heur eusement ét é dét ect é avant l a mi se sur l e mar ché de cet t e pl ant e. Mai s beaucoup des t r ansgènes i nsér és vi ennent de pl ant es, de mi cr o- or gani smes, ou d’ ani maux. que l ’ homme n’ a pas l ’ habi t ude d’ i ngér er : gènes de scor pi on dans du maï s, ou de pét uni a…Dès l or s comment pr évoi r l es al l er gi es? D’ aut ant pl us qu’ aucune ét ude de t oxi col ogi e chr oni que n’ est r éal i sée… 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 Et l ’ enr i chi ssement d’ une pl ant e en ol i go- él ément s : est - ce r éel l ement l a sol ut i on aux car ences? Ne vaudr ai t - t - i l pas mi eux changer l es r égi mes al i ment ai r es? Dans une ét ude r écent e, Vandana Shi va mont r e que l es déf i ci ences en ol i go- él ément s ( et not amment en vi t ami ne A) sont dues en par t i e à l a massi f i cat i on et homogénéi sat i on de quel ques var i ét és de r i z i nt r odui t es par l a r évol ut i on ver t e, au dét r i ment d’ un évent ai l pl us l ar ge de cul t ur es… De pl us, de r écent s cal cul s mont r ent qu’ i l f audr ai t i ngér er pr ès de neuf ki l ogr ammes quot i di ennement de ce r i z dor é pour acquér i r l a dose nécessai r e de bét a- car ot ène… al or s que d’ aut r es pl ant es sont nat ur el l ement pl us r i ches en bét acar ot ène La FAO, quant à el l e, pr omeut l a di st r i but i on de semences mar aî chèr es pour di ver si f i er l a di èt e al i ment ai r e, avec sembl e- t - i l succès. Des compl ément s vi t ami ni ques sont égal ement di st r i bués. Les pl ant es t r ansgéni ques sont br evet ées, comme une i nvent i on i ndust r i el l e. Ce br evet age est cependant à l a l i mi t e de l a l égal i t é : j usque dans l es années 80, on ne pouvai t en ef f et br evet er une découver t e, l e br evet ne s’ appl i quant qu’ aux i nvent i ons. Or , une pl ant e t r ansgéni que ne di f f èr e d’ une pl ant e nor mal e bi en souvent que par un seul gène… Peut - on vr ai ment par l er d’ i nvent i on? Non, et l e br evet age du vi vant r epr ésent e une pr i vat i sat i on des r essour ces génét i ques de l a par t des f i r mes de bi ot echnol ogi e, al or s que ces r essour ces sont et devr ai ent r est er un bi en commun de l ’ humani t é. C’ est ce que cer t ai ns qual i f i ent de « hol d up » sur l es r essour ces génét i ques mondi al es. Brevets : des agriculteurs sous dépendance Ce poi nt est f ondament al , car si l es br evet s sur l e vi vant n’ exi st ai ent pas, i l n’ y aur ai t pas possi bi l i t é de r et our sur i nvest i ssement et donc pas d’ OGM, du moi ns i ssus des ent r epr i ses pr i vées de bi ot echnol ogi e. Par ai l l eur s, un agr i cul t eur aux Ét at s Uni s s’ engage par cont r at avec l a f i r me bi ot ech à ne pas r esemer sa semence t r ansgéni que. C’ est une conf i scat i on du dr oi t nat ur el d’ ut i l i ser une des car act ér i st i ques des êt r es vi vant s : cel l e de se r epr odui r e. C’ est aussi une f açon de cont r ôl er l ’ ensembl e de l a chaî ne al i ment ai r e, en par t ant des semences. En avr i l 2001, un agr i cul t eur canadi en chez qui des dét ect i ves de Monsant o avai ent r et r ouver des semences t r ansgéni ques, a ét é condamné à ver ser des mi l l i er s de dol l ar s d’ i ndemni t és à l a f i r me. Pl us génér al ement , l a cour se aux br evet s sur l e vi vant , l a f oi aveugl e en l a t out e- pui ssance du géni e génét i que, mai s aussi l a r éduct i on des f i nancement s de l a r echer che publ i que condui sent de pl us en pl us cet t e der ni èr e à f ai r e des al l i ances avec l a r echer che pr i vée. C’ est évi dent dans l es pays angl o- saxons, 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 not amment aux Ét at s Uni s. Cel a commence à êt r e l e cas en Fr ance. Deux conséquences : d’ une par t , l ’ envel oppe de r echer che ut i l i sée sur l a t r ansgénèse n’ est donc pl us di sponi bl e pour d’ aut r es t ypes de r echer che; d’ aut r e par t , on peut l égi t i mement s’ i nt er r oger sur l a dépendance des or i ent at i ons de l a r echer che publ i que. À ce suj et , l e cas de l a vi t i cul t ur e est exempl ai r e. Les r echer ches en t r ansgénèse y sont en ef f et bi en avancées. Mai s l es vi t i cul t eur s, qui n’ en demandai ent pas t ant , commencent à se mobi l i ser dans t out e l a Fr ance pour r écl amer un mor at oi r e sur l a di f f usi on commer ci al e de ces r ésul t at s. Alors que faire? Faut - i l changer l e cahi er des char ges de l ’ agr i cul t ur e bi o, en per met t ant l ’ i nt r oduct i on des OGM? I l f aut en t out cas êt r e consci ent de l ’ ur gence de t r ouver une r éponse au dével oppement des OGM. L’ Uni on eur opéenne doi t , en cet t e année 2001, adopt er une di r ect i ve qui r égl ement e cet t e cont ami nat i on, La commi ssi on a donc t out d’ abor d pr oposé un pr oj et de di r ect i ve avec des seui l s admi ssi bl es d’ OGM dans l es l ot s de semences convent i onnel l es; 0, 3% pour l es pl ant es al l ogames; et 0, 5% pour l es pl ant es aut ogames ( aut of écondat i on) et pl ant es à mul t i pl i cat i on végét at i ve. Mai s ces seui l s de t ol ér ance concer ner ai ent uni quement l es OGM aut or i sés dans l ’ Uni on Eur opéenne. La Commi ssi on pr opose en ef f et 0% de cont ami nat i on par des OGM non aut or i sés. Sui t e à cet t e pr oposi t i on, l a Commi ssi on a consul t é un panel d’ exper t s ( Sci ent i f i c Commi t t ee on Pl ant s) , pour l eur demander s’ i l s pensai ent que cet t e pr oposi t i on ét ai t r éal i st e. Le ver di ct de ce panel est t ombé l e 13 mar s 2001 : en t r ès cour t e synt hèse l es exper t s di sent qu’ i l n’ est pas r éal i st e de voul oi r un zér o de cont ami nat i on par l es OGM i nt er di t s en Eur ope! Aut r ement di t l a cont ami nat i on est i névi t abl e, que ce soi t par l es OGM aut or i sés ou par l es OGM non aut or i sés L’ i nél uct abi l i t é annoncée est cependant à nuancer . Ne f audr ai t - i l pas di r e pl ut ôt : si l e dével oppement des OGM cont i nue, al or s l a cont ami nat i on génér al e ser a i nél uct abl e? C’ est essent i el l ement à cause de cet t e cont ami nat i on que cer t ai ns opposant s aux OGM n’ hési t ent pas à qual i f i er ces cul t ur es de « di ct at or i al es » en ce sens qu’ el l es ne l ai ssent pl us de choi x, ni aux consommat eur s ni aux agr i cul t eur s, de r ef user l es OGM. Ref user , du moi ns en l ’ ét at act uel des choses, l a cul t ur e commer ci al e des OGM, comme l ’ ont f ai t l es vi t i cul t eur s 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Les raisons du refus……… Prast-Geyser, F. 2001 bour gui gnons, i mpl i que aussi en par al l èl e de mener des r echer ches sur t ous l es goul ot s d’ ét r angl ement des aut r es f or mes d’ agr i cul t ur e dur abl e. Et not amment l ’ agr i cul t ur e bi ol ogi que. Mai s, on l ’ aur a compr i s, ceci i mpl i que pour l a r echer che un changement de par adi gme, en consi dér ant l ’ ensembl e de l ’ écosyst ème, et not amment l a conser vat i on d’ une l ar ge bi odi ver si t é. Sur ce suj et , Al ai n Bouquet de l ’ I NRA af f i r me : « j ’ est i me per sonnel l ement que l e pr i nci pal r i sque des vi gnes t r ansgéni ques se si t ue au ni veau de l a r éduct i on de l a var i abi l i t é génét i que ( …) . Mai s à ce pr obl ème, l a r echer che a des sol ut i ons à pr oposer . En par t i cul i er , r ecr éer par cul t ur e i n vi t r o à par t i r d’ un cl one uni que une var i abi l i t é génét i que pl us ou moi ns cachée ( ce que l ’ on appel l e l a var i at i on somacl onal e) sans qu’ el l e ent r aî ne aut omat i quement des modi f i cat i ons mor phol ogi ques ou qual i t at i ves chez l e cépage. J’ y t r avai l l e égal ement depui s 15 ans et i l y a des per spect i ves encour ageant es ». Al or s, i ncor r i gi bl es sci ent i f i ques, l es OGM l à aussi aur ai ent l a sol ut i on du pr obl ème qu’ i l s ont cr éés? Ar r êt ons cet t e f ui t e en avant . Le débat doi t sor t i r des mai ns des sci ent i f i ques, et l a démar che des vi t i cul t eur s bour gui gnons est en ce sens exempl ai r e. Consommat eur s, agr i cul t eur s, écol ogi st es. Ci t oyens, nous sommes t ous concer nés. Et nous devons ouvr i r des espaces de di al ogues, nous i nf or mer , et par f oi s di r e cl ai r ement non, l or squ’ une t echni que nous sembl e appor t er pl us d’ i nt er r ogat i ons et de r i sques pot ent i el s que de r éponses. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 148 décembre 2001 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA courriel
[email protected] http//www.sbf.ulaval.ca/brf/ FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 ISBN : 2-921728-66-4 Exrait de la revue L’ACACIA n° 22 p. 3 à 10 septembre 2001 éditée par AGRECOL-AFRIQUE
[email protected] BP 347, Thiès Sénégal 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada UNIVERSITÉ LAVAL Faculté de Foresterie et de Géomatique Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Mémoire à l'intention du Centre de Recherche en Développement International CRDI Ottawa Canada «PROJET DE DÉVELOPPEMENT INTÉGRANT LA FORET, L'AGRICULTURE ET LES MILIEUX RURAUX EN AFRIQUE» Le bois raméal fragmenté (BRF), la base d'une agriculture durable par le Professeur Gilles Lemieux décembre 1997 Publication n° 173 deuxième édition novembre 2003 édité par le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada 6ième version 9 décembre 1997 2 Mémoire à l'intention du Centre de Recherche en Développement International Professeur Gilles Lemieux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval Québec Canada PROJET DE DÉVELOPPEMENT INTÉGRANT LA FORET, L'AGRICULTURE ET LES MILIEUX RURAUX EN AFRIQUE LE BOIS RAMÉAL FRAGMENTÉ (BRF), LA BASE D'UNE AGRICULTURE DURABLE I - Introduction Ce projet émane de nombreuses consultations, rencontres, échanges et surtout de propositions prises à la suite de l'atelier qui s'est tenu grâce à l'accueil de l'ICRAF 1 les 20 au 22 octobre 97, avec le financement et la bienveillance du CRDI Le présent mémoire met l'accent sur le développement possible en Afrique de productions agricoles axé sur la régénération des sols que seul l'utilisation du bois raméal fragmenté (BRF) peut réaliser et partant instaurer le bases véritables pour une agriculture durable. Un tel projet doit reposer sur une ferme volonté des promoteurs, sur une participation active des États intéressés ainsi que sur l'engagement des milieux et des populations visées. Dans un premier temps il fallait cerner la situation pour démontrer la valeur exceptionnelle du bois raméal fragmenté (BRF) puis formuler les grandes lignes du projet; enfin il nous fallait indiquer les moyens à prendre pour mener à terme un projet aussi vaste et e longue durée II - ÉTAT DE LA QUESTION Selon les notes échangées au cours des derniers mois, il est évident que les deux grands préoccupations de l'ACDI et du CRDI sont «food security» et «environmental degradation». 1 International Centre for Research in Agroforestry, ICRAF House, Nairobi, Kenya Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 3 Les données concernant les besoins alimentaires sont disponibles depuis des décennies dans toutes les agences internationales concernées 2 . Les rencontres, séminaires, colloques, conférences et réunions ont confirmer l'urgence de corriger la situation, d'abord en Afrique, mais également dans toutes les parties du monde en mettant l'accent sur la production d'aliments et sur les cultures vivrières qui sont insuffisantes, limitées par la faiblesse des sols à produire et le manque de moyens scientifiques et techniques. Les rencontres et les échanges ont également mis en évidence dans les pays visés de prime abord 3 la volonté ferme du CRDI d'intervenir en mettant de l'avant un projet précis et bien articulé pour que des moyens efficaces et connus soient utilisés pour corrigé le vrai problème qui est celui de la dégradation des sols, donc celui milieux et partant réhabiliter les sols et développer une agriculture durable. Le moyen est maintenant connu, car il a fait ses preuves en Afrique comme en Amérique, dont le Canada est à l'origine retenu pas les participants à la consultation de l'ICRAF en octobre 97; ce sont les bois raméaux fragmentés. 4 L'utilisation de ces derniers selon une technologie relativement simple a permis de multiplier les rendements de cultures vivrières en améliorant l'environnement et la qualité de la vie dans ces milieux On a également constaté que les sols retrouvaient leur vitalité, leur stabilité et que soumis à une gestion rationnelle. l'agriculture devenait durable. Dans le passé, de nombreux efforts ont été faits et des sommes énormes consenties à un pléiade de projets visant à combler les besoins alimentaires de plusieurs pays d'Afrique. La pays industrialisés ont généreusement consentis des transferts des technologie efficaces chez-eux, mais relativement peu et surtout mal adaptés aux conditions pédo-climatiques de l'Afrique. On comprend depuis peu que le sol est un milieu vivant au même titre que les plantes ou les animaux. Il peut donc se dégradé à la suite d'une gestion abusive ou inapropriée, mais également peut être reconstitué, retrouver sa fertilité et sa stabilité continuant à fournir les aliments nécessaire de manière durable. III - UNE TECHNOLOGIE NOUVELLE Depuis plus d'un siècle, les professionnels de l'agriculture et de la forêt ont crû, avec les résultats que l'on constate, qu'il suffisait de retourner au sol les 2 Kidd, C.V. & Pimentel, D.(1992) «Integrated Resource Management: Agroforestry for Development» Academic Press Inc. San Diego, USA 233 pages, ISBN 0-12-406410-8 3 Côte d'Ivoire, Kenya, Sénégal Tanzanie, Zambie, République Dominicaine « Atelier portant sur la fertilité et les BRF tenu à l'ICRAF, Nairobi, Kenya à l'initiative et grâce au financement du CRD!, 20-22 octobre 1997. 4 En français BRF et en anglais RCWs (Ramial Chipped Wood). Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 4 éléments chimiques prélevés par une culture, pour s'assurer de sa fertilité permanente et d'une productivité constante. Ils font donc fait appel à des produits issus de la chimie minérale et organique pour maintenir ou augmenter les rendements et pour combattre les ennemis des cultures. Ils ont également constaté que la partie végétale du sol, («matière organique») jouait un rôle, c'est-à-dire qu'elle était nécessaire mais sans autres préoccupations. IV - LA REVUE DES TRAVAUX Après avoir cherché à augmenter les revenus des petits producteurs forestiers par l'utilisation des branches 5 dans l'extraction et la production d'huiles essentielles de conifères, Edgar Guay passa rapidement à l'utilisation possible des résidus de cette industrie se montant à plusieurs milliers de tonnes annuellement pour des fins agricoles. Les résultats ne se firent pas attendre et publiés dans deux rapports technique en 1982 6 . Il semble que cette approche n'ai plue à aucune ministère puisqu'elle devait entrer en conflit entre les ministères des Forêts, de l'Agriculture et de l'Environnement. La flamme persista uniquement au niveau des forêts jusqu'à tout récemment. La publication en 1985 des résultats de 3 années 7 de mesures sur plus de trente parcelles en ce qui regarde la régénération forestière, remet le débat et la recherche en selle 8 . En 1989 une étude statistique portant sur la régénération confirme l'influence des BRF sur la germination et la survie des semis naturels en milieux forestiers, mais sans fournir d'explications sur les mécanismes en cours Plusieurs travaux publiés en Europe et aux États-Unis à la fin de la décennie 80 apportent des lumières nouvelles et inattendues 9 . Nous devons passer sous silence à ce stade-ci les importants travaux de l'école de Corvallis 10 et de nombreux autres fait aux États Unis dans le cadre du Programme Biologique International. (Borman, F.H., Likens, G.E., Gosz, J.R., Holmes,. R.T. etc. Dans le même temps des relations plus étroites ont été entretenue avec la société d'état REXFOR dans a région québécoise et dans le Bas Saint-Laurent. En parallèle nous avons tenu à deux reprises des colloques régionaux sur les BRF dans 5 Lapointe, R.A. (1979) «Les huiles essentielles et leur approvisionnement en branches» Ministère de l'Énergie et des Ressources, Service de l'Exploitation, 42 pages. 6 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 7 Lemieux, G. (1985) «Essais d'induction de la végétation forestière vasculaire par le bois raméal fragmenté» Département des Sciences Forestières, Université Laval, 109 pages, ISBN 2-550-21340-8. 8 Lemieux, G. (1986) «Compte-rendu du colloque d'évaluation sur les bois raméaux, Université Laval, Québec, 59 pages 9 Rayner, A.D.M. & Boddy, L. (1987) «Fungal decomposition of Wood» John Wiley & Sons 597 p. Erikson, K.E.L. Blanchette, R.A. & Ander, P. (1990) «Microbial and enzymatic degradation of wood and wood components» Springer- Verlag, Berlin, 407 pages. Leisola, M.S.A. & Garcia, S. (1989) «The mechanisms of lignin degradation» In enzyme systems for lignocellulose degradation, Elesevier Applied Science pp 89-99. 10 Perry, D.A., Amarantus, M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainers, R.E. (1989) «Bootstrapping in Ecosystems» BioSciences 39 (4) pp 230-237. Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 5 la vallée de la Matapédia 11 suite au colloque de 1990 ici à Laval. C'est en 1993 que se tient le quatrième colloque international sur les BRF dans la vallée de la Matapédia et auquel participeront plusieurs chercheurs et scientifiques d'Europe, d'Afrique et du Québec 12 Les résultats obtenus en Afrique et divulgués à ce colloque de Val d'Irène nous confortèrent en faisant une premier assaut de la «forteresse FAO» où le professeur Lemieux se rend en décembre 1994 13 . L'ACDI invite le Professeur Lemieux à prononcer un exposé sur les BRF dans une optique de développement devant les 12 pays qui financent le développement du Sahel lors de la réunion du Club du Sahel de Pointe au Pic en octobre 14 , Dans les jours qui suivent, nous présentons un projet pour le 50 anniversaire de la fondation de la FAO qui se tient à Québec 15 Dans les semaines qui suivent, M me Céline Caron ira présenter une conférence 16 sur le sujet lors de la réunion annuelle de l'IFOAM qui se tient à l'Université Lincoln de Christchurch, Nouvelle-Zélande. Elle demeurera invalide à la suite d'une maladie bactérienne contractée en Nouvelle-Zélande et ne sera rapatriée que plusieurs mois plus tard. En 1996, à la demande du CRDI nous nous rendons à l'ICRAF de Nairobi (Kenya) pour y présenter un important exposé, mais qui fut reçu avec quelques réticences 17 . La même année le Professeur Lemieux se rend pour la deuxième fois en République Dominicaine pour y .établir plusieurs essais dans différentes cultures après quoi il rencontre le Prof. Chablyi de l'Académie des Sciences Agricoles d'Ukraine avec l'aide du CRDI pour mettre sur pied un dispositif de recherche dans la région de Kiev 18 . 11 Lemieux, G. (1992) «L'introduction des bois raméaux fragmentés dans le plan de relance de la Matapédia» Amqui, Université Laval, 13 pages, ISBN 2-550-22851-0. Lemieux, G. (1993) «Les actes du deuxième colloque régional sur les bois raméaux fragmentés» Amqui, vallée de la Matapédia, Université Laval Québec 39 pages. 12 Lemieux, G, & Tétreault, J.-P. (1994) «Les Actes du quatrième colloque international sur les Bois Raméaux fragmentés» Amqui, Québec, Université Laval 195 pages ISBN 2-550-28792-4. 13 Lemieux, G. (1993) «L'aggradation pédogénétique, un processus universel sous l'influence des BRF: les effets sur la biodiversité et la productivité» FAO, Rome, Université Laval, 6 pages ISBN 2-921728-04-4. Lemieux, G. (1993) «A universal upgrading processus: RCWs to enhance biodiversity and productivity» Université Laval Rome FAO 6 pages (traduction anglaise) 1414 Lemieux, G (1995) «Les germes économiques et scientifiques de la révolution verte au Sahel» ACDI et Université Laval, Club du Sahel, rencontre de Pointe-au-Pic, 21 pages ISBN 2-921728--13-3. Lemieux, G, (1995) «The basics of the economical and scientifical green revolution of Sahel» CIDA and Laval University 26 pages ISBN 2- 921728--13-3. 15 Lemieux, G. & Tétreault, J.-P. (1995) «Le bois raméal, le système humique et la sécurité alimentaire» FAO et Université Laval, 16 pages ISBN 2-921728-10-9 16 Caron, C. (1995) «Ramial Chipped Wood: a basic tool for regenerating soils» 8 pages, ISBN 2-921728-07-9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval 17 Lemieux, G. (1996) «Cet univers caché qui nous nourrit: le sol vivant» Université Laval-CRDI, 51 pages ISBN 2-921728-15-X. Lemieux, G. (1996) «The hidden world that feeds us: the living soil» 49 pages (traduction anglaise) ISBN 2-921728-17-6. 18 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, 284 pages ISBN 2921728-22-2. Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 6 En 1997, les choses progressent encore avec la participation du Professeur Lemieux à l'atelier d l'ICRAF portant sur la participation des ONG à la recapitalisation de la fertilité des sols en Afrique 19 C'est à la suite de cette mission que se tiendra le 27 août deux réunions consécutives qui permettront de camper l'initiative canadienne lors d'un atelier sur la question des BRF qui se tiendra à Nairobi les 20-22 octobre 1997 20 . V - LES OBJECTIFS 1- Objectifs préliminaires a) Connaître le contexte socio-économique de chaque milieu visé, ses habitants leurs statuts, les besoins alimentaires. b) Identifier les partenaires, les informer et les former. c) former des équipes locales et le personnel au champ. d) envisager des ententes, identifier les autres activités liées aux projets visés dont le rétablissement de la forêt et la régénération des sols. e) recueillir auprès des groupes ou entreprises intéressées les données relatives à la qualité des sols, aux diverses cultures végétales et aux pratiques agricoles ainsi qu'aux outils de travail f) choisir des milieux et en dresser une description complète surtout de la couverture végétale et des sols. 2 - Objectifs principaux a) Implanter des sites choisis et représentatifs des forêts composées d'essences variées et destinée en partie à fournir les rameaux essentiels à la régénération des sols. b) Caractériser et inventorier les sols devant être réhabiliter c) mettre en place de petits champs de démonstration pour initier les milieux visés aux pratiques nouvelles de la technologie des BRF d) mettre en place selon des protocoles, des essais destinés à établir la valeur comparative des essences forestières locales ou introduites à produire les BRF recherchés 19 Lemieux, G. (1997) «Rapport de mission à l'ICRAF- L'approche des organisations non gouvernementales (ONG); une perspective sur le rétablissement de la fertilité des sols en Afrique et au Moyen-Orient» CRDI-Université Laval 26 pages (première partie). 20 Lemieux, G. (1997) «Réunions concernant les suites à donner à celle de l'ICRAF de juin 1997 pour la mise sur pied d'un réseau de recherche et de mise en application des BRF en Afrique» Université Laval - CRDI/ACDI 5 pages. Peden, D, & Smith, O.(1997) «L'amélioration des sols en Afrique: le rôle potentiel du bois raméal fragmenté (Atelier de planification) Esquisse conceptuelle -Concept Paper CRDI-Université Laval 10 pages Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 7 e) mettre en place dans les milieux visés des essais de longue durée selon des protocoles permettant de mesurer l'évolution biologique des BRF prometteurs f) favoriser dans les milieux visés la formation technique, l'initiation au commerce et l'utilisation pratique des connaissances nouvelles de la valorisation des milieux g) aider les entreprises locales à obtenir les moyens financiers indispensables pour refaire les forêts nécessaires à réhabiliter les sols et organiser la production, récolte et autres façon de répondre aux besoins alimentaires des habitants d ces milieux. h) prévoir un encadrement local et extérieur de longue durée (plus de 20 ans) pour que les connaissances et les activités nouvelles s'intègrent aux traditions agricoles locales et persistent. 3 Objectif final S'assurer que les divers milieux ont bien intégré les connaissances nouvelles: - les techniques liées à la reforestation, - les techniques liées à la réhabilitation des sols - les techniques liées à la production des cultures - les techniques liées aux moyens efficaces de suffire à leurs besoins alimentaires - les techniques propres à organiser la répartition et la commercialisation de toutes - - les productions végétales possibles. VI - LES RESSOURCES 1 - Le ressources humaines Le Centre de Recherche en Développement International dispose d'un personnel compétent et il peut assurer l'administration générale du projet. De plus ses cadres recèlent des professionnels possédant des expériences et des connaissances pertinentes au projet destiné à l'Afrique. Il peut compter sur la participation active de deux grandes université canadiennes. Les universités Laval de Québec et l'Alberta University d'Edmonton ont déjà des ententes de service avec l'ICRAF, reconnue comme leader de la recherche en Afrique. Ces uiversité ont également au sein de leur personnel et dans leurs corps professoraux respectifs des personnes engagées dans la recherche sur les BRF et tout particulièrement Laval. Le Centre de Recherche en Développement International peut aussi compter sur la contribution d'autres universités canadiennes et un grand nombre de partenaires dans la pays d'Afrique visés. Toutes ces ressources humaines sont Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 8 certainement disposées à assumer, selon leurs compétences et leurs intérêts, des responsabilités précises qui leur seraient confiées par la direction du CRDI. véritable maître d'oeuvre dans la poursuite et la réalisation d'un grand projet en Afrique. La mise en place d'une structure opérationnelle responsable de la mise en place, de la réalisation et du suivi scientifique, technique et financier du projet, est essentielle à la crédibilité et à la réussite du projet. 2 - Les ressources physiques Le CRDI, maître d'oeuvre du projet, sera appelé à orienter et à faciliter l'accès à des laboratoires, des équipements spécialisés, des moyens de transport, des outils agricoles et forestiers, etc. Il faut que les équipes qui réalisent les projets dans les pays visés agissent en partenaires engagés et encouragés. Dans chacun des pays impliqués un périmètre de plusieurs hectares sera désigné comme le centre d'activité principal. Les caractéristiques des sols, de la végétation, des cultures, sa localisation déterminée par rapport au village à la tribu, à l'ethnie principale, aux voies de communications à la proximité de plantations d'arbres ou de forêts. enfin tout ce qui est nécessaire pour bien décrire et situer ce centre. Il sera chargé d'une mission touchant à la fois la forêt, l'agriculture et surtout les humains, leurs pratiques agricoles et leurs traditions Dans ce centre, des équipement, des outils, des moyens de transport, des communications, des essences, des semences, etc., seront nécessaires. 3 - Les ressources financières Elles seront identifiées au chapitre des implications financières. VII - MATÉRIAUX ET MÉTHODES Avant d'en arriver à un plan d'action, il faut rappeler la priorité accordée à la forêt qui sera intégrée au développement d'une agriculture efficace et durable. Les matériaux de base nécessaires sont d'origine forestière. Il faut avoir accès à une source de production de bois rameau produit essentiellement par la forêt d'origine naturelle ou artificiellement créée localement, Il n'est pas exclus de se procurer ce matériaux par voie de commerce provenant de régions limitrophes. Le but ultime sera donc d'utiliser ce bois rameau après fragmentation pour suscité la régénération et la réhabilitation des sols des centres désignés. Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 9 Si le milieu dispose de plantations d'arbres, le prélèvement des rameaux destinés à la production de BRF doit se faire conformément aux protocoles qui auront été négociés et acceptés par les parties. Il faudra donc éventuellement, mettre à la disposition des responsables locaux des équipements spécialisés et former les utilisateurs. Comme les recherches l'ont déjà indiqué, des essences forestières possèdent les qualités nécessaires à la production de BRF. Un inventaire sommaire devrait permettre de repérer les essences et d'en évaluer la rentabilité dans le cadre qui nous intéresse. Si le milieu désigné ne peut compter sur une récolte locale de BRF, il faut dans un premier temps lui fournir les moyens nécessaires pour s'approvisionner ailleurs, car la réussite du projet repose sur la richesse et les vertus des BRF à régénérer le sol et à le rendre productif d'une manière durable. Pour ce qui est de la méthodologie d'utilisation et de gestion des BRF, elle résulte de nombreux essais tant au Canada 21 , qu'en République Dominicaine 22 , au Sénégal 23 ainsi qu'en Côte d'Ivoire 24 . Plusieurs autres publications tant en langue française, allemande, anglaise, espagnole et ukrainienne renferment la description de matériaux, l'incorporation au sol, la préparation des lits de semence (agriculture) ou du milieu de plantation (forêt). Elle s'intègre aussi aux activités agricoles ou forestières qui ont lieu tout au cours des années subséquentes Ainsi, pour les sols qui sont traités aux BRF et destinés à des productions agricoles diverses selon les besoins des milieux, des programmes de cultures intégrées à des apports de BRF doivent être établis. Ces programmes détaillés vont prévoir toutes les interventions, les observations, les prélèvements d'échantillons, la mesure des rendements, la qualité des productions, l'évaluation des coûts et surtout la connaissance de la biologie du sol, le point central du projet. Dans le cas des milieux qu'il faut retourner à la forêt pour respecter les exigences du projet, les apports de BRF, dès le départ sont essentiels. Quant aux techniques de reboisement, elles seront décrites tout comme les essences les plus prometteuses. Il va de soi que la gestion des plantations, leur entretien, ainsi que toutes les observations, échantillonnages, prélèvements, élévation des coûts et surtout les mesures reliées à la croissance et au développement des arbres, enfin toutes ces activités devront se poursuivre pendant plus de dix ans pour éviter que la ou les nouvelles forêts ne soient la proie de prédateurs connus... 21 Guay, E., Lachance, L, & Lapointe, R, A. (1981) «Emploi des bois raméaux fragmentés et des lisiers en agriculture» Ministère de l'Énergie et des Ressources et Faculté de Foresterie de l'Université Laval, 75 pages ISBN 2-550-21339-4 22 Lemieux, G. (1996) «Rapport des missions internationales de 1996: Sénégal, Kenya, République Dominicaine, Ukraine, France, Belgique. Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, pages 25-8, ISBN 2921728-22-2. 23 Seck, M.A. (1994) «Essais de fertilisation organique avec les bois raméaux fragmentés de filao (Casuarina equisetifolia) dans les cuvettes maraîchères des Niayes (Sénégal) In “Les actes du quatrième colloque international sur les bois raméaux fragmentés” Lemieux, G. & Tétreault, J.P. éditeurs ISBN 2-550-28792-4 pp 36-41 24 Aman, S. (1995) «Effects of chopped twig wood on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» sous presse dans Tropical Agriculture 20 pages Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 10 Dans le cas de reboisement et de régénération des sols et de gestion, etc., des protocoles devront être rédigés et surtout respectés par les partenaires et artisans des pays engagés. Aucun laisser aller de doit être permis car les interventions projetées sont à la base d la chaîne alimentaire, de l'amélioration des milieux et surtout d'une agriculture durable. VIII - LE PLAN D'ACTION AGRICOLE 1 - Localisation des champs d'essais Le plan de chacun des sites à l'échelle doit bien situer les différents champs d'essais selon les objectifs poursuivis. Au départ, il faut disposer d'une superficie de 2 à 5 hectares, bornée si possible et bien identifiée de façon à ce qu'elle soit un centre d'attraction pour le village ou la tribu. C'est ainsi que les espaces prévus pour des essais de démonstration devraient se trouver entre un espace géré selon les us et coutumes, servant de témoin, et les espaces réservés aux essais de développement. Ces essais sont essentiels pour vérifier le potentiel des essences forestières utilisées ou à introduire et fournir les BRF nécessaires. 2 - Les essences forestières Comme elles sont les atouts majeurs en produisant les rameaux nécessaires à la fragmentation pour en donner des BRF, elles doivent être disponibles à proximité ou bien être implantées comme partie intégrante au projet dans des terres choisies à cet effet. 3 - La fragmentation ou broyage Les rameaux, une fois prélevés, doivent être fragmentés ou broyés selon les modes utilisé pour que la dimension de particules ne dépasse pas 10 à 12 cm. Ainsi réduites, ces particules de rameaux sont facile à manipuler et leur incorporation au sol est mieux répartie. Les mécanismes pédogénétiques sont ainsi rapidement amorcés par les micro- organismes qui en sont les uniques responsables. La fragmentation est pus facile si elle est faite à l'aide d'appareils conçus à cet effet, mais elle peut être faite manuellement à l'aide de machettes même si le travail est fastidieux. 4 - L'incorporation au sol Le travail d'épandage à la surface des champs d'essais destinés aux démonstrations et au développement peut être fait à la main, si les parcelles sont de Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 11 petites dimensions (de 10 à 20 m 2 ). Pour des champs de plus grandes superficies, le motoculteur peut s'avérer un outil utile et efficace. On doit incorporer les BRF quand ils sont frais ou séchés évitant ainsi toutes dégradations par des moisissures ou bactéries de manière à favoriser le contact avec le sol et ainsi amorcer tous les mécanismes de régénération. Les BRF doivent être incorporés aux premiers 10 cm du sol. Quant aux quantités nécessaires elles peuvent varier selon l'intensité des carences, la texture du sol et l'efficacité des différentes essences forestières ou mélange d'essences. Dans les essais fait jusqu'ici les volumes ont variés de 150 à 200 m 3 /ha. 4 - L'ensemencement Compte tenu des exigences des protocoles, pour la démonstration; pour le développement; pour le reboisement des essences nécessaires; les premières cultures à installer sur ces champs traités aux BRF doivent l'être selon des plans de culture qui vont en déterminer la séquence, les apports additionnels de BRF, les façons culturales, les suppléments d'engrais nécessaires, les modes de récolte, la mesure des rendements et l'état de la végétation. Ici encore, le travail d'ensemencement peut être effectué à la main quand les superficies sont restreintes ou encore à l'aide de machines adaptées. 5 - Les observations Que ce soient des champs de démonstration ou de développement, il faut dans les deux cas que les personnes responsables de chaque centres apprennent ou sache observer les comportements et l'évolution des cultures et surtout puissent en prendre note d'une manière systématiques. La vulgarisation éventuelle de cette technologie reposera très largement sur la perception de ces artisans observateurs. 6 - La cueillette des données Elle devient essentielle dans tout le volet développement du programme. La caractérisation des sols fournira les données de base sur l'état de ce dernier avant toute intervention. Il en sera de même de la caractérisation des BRF après fragmentation avec une attention toute spéciale aux lignines, polyphénols et terpènes avant l'incorporation au sol. Par la suite, selon les séquences des cultures au cours des années, des prélèvements de sols seront nécessaires pour connaître l'évolution de la structure et de la biologie du sol pour en évaluer le rythme de la régénération et de la réhabilitation, Les paramètres liés à la régénération du sol fourniront les indicateurs biologiques, biochimiques et physiques recherchés pour lutter contre la dégradation et la désertification dans bien des cas. Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 12 L'analyse de l'ensemble des données recueillies dans chaque centre devrait fournir les lignes directrices nécessaires aux décideurs pour intervenir avec discernement. Il devient évident que des plans d'action axés sur des protocoles souples seront nécessaires pour chacun des centres désignés Les entreprises, organisations, ONG, universités ou organisations de recherche et de développement internationales ou nationales se verront confiées des parties de projet se verront demander leurs propres plans d'action que le CRDI devra approuver, surveiller et réajuster au besoin. 7 - Compilation et analyses des données Chaque centre fera une première compilation des données recueillies chaque année, analysera les chiffres, discutera les résultats et fournira un rapport d'étape pour l'ensemble des essais en cours. Il commentera le comportement des gens du milieu, leurs perceptions et leurs opinions. Ainsi, les activités du centre seront connues, Le CRDI, maître d'oeuvre du programme, revisera les chiffres en regard des protocoles et des attentes du programme. Selon le cas, il pourra rectifier le tir, encourager les activités, souligner les carences, accroître les moyens logistiques, faciliter les communications, les échanges augmenter le nombre de centres, etc... La continuité devient alors possible et les responsables locaux peuvent compter sur l'appui et les conseils du CRDI. 8 - La diffusion des résultats Il serait sage de la part du CRDI de prévoir des échéances et des médias d'information avant de laisser se disperser à tous vents les résultats des premières années. Les essais de démonstration serviront à informer les populations locales d'abord et seules des observations seront communiquées aux intéressés. Les essais de développement structurés, échantillonnés, analysés et poursuivis pendant plusieurs années fourniront des résultats scientifiques et techniques de grande valeur et destinées à appuyer de grands projets de développement. La diffusion de leurs résultats doit donc être dirigée vers les décideurs, les chercheurs et les pays les plus fragiles et les plus demandeurs. IX - LE PLAN D'ACTION FORESTIER La principale caractéristique de ce programme et ce qui en fait son caractère unique et innovateur est de lier deux secteurs fondamentaux, depuis des temps immémoriaux perçus et traités comme des «ennemis» avec les conséquences catastrophiques qui font leur apparitions. Le but de cette proposition est de lier ces Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 13 deux secteurs dans une cause commune comme il a été dit dans les lignes qui ont précédé. Il va de soi que la forêt, pour la première fois se voit solliciter pour intervenir directement dans l'amélioration et la correction de tous les facteurs environnementaux dont le sol est le gestionnaire quoiqu'on en pense et quoiqu'on en dise. La quasi totalité des milieux techniques et scientifiques favorisent encore et toujours l'approche chimique et la gestion des nutriments, En fait, cette gestion est faite par les caractéristiques biologiques et accessoirement chimiques du sol. La disparition des forêts engendre l'effondrement de cette magnifique machine biologique qui doit être remise sur les rails. L'histoire africaine nous indique que plus que partout ailleurs le sol s'est développé sous la forêt durant des centaines de millions d'années avec une gestion des nutriments très différente des autres continents. Il nous faut donc mettre d l'avant un plan d'action bien spécifique et adapté aux différents parties du continent africain avec des chance de réussite à moyen et long terme assurant à la fois le rôle essentiel de la forêt et c'est le défi colossal qui nous incombe: former une génération de savants, chercheurs et techniciens qui sauront lire, comprendre et manipuler positivement un très grands nombre de critères et caractéristiques que nous prenons comme étant sans valeur réelle aujourd'hui. 1 - Localisation des forêts et des arbres Deux réalités s'imposent dès le début; celle de la disponibilité immédiate de BRF et celle d'un approvisionnement plus conséquent et à moyen et long terme Les plantations d'alignement le long des routes et sentiers sont bien connues dans un grand nombre de pays en tant que producteur de bois de feu. Il faut donc songer à détourner l'attention des utilisateurs pour une autre source de combustible. Ici la République Dominicaine nous suggère une solution susceptible d'augmenter le capital «arbre» en finançant avec l'aide internationale le gaz propane à un très vil prix. Le résultats ne se fait pas attendre et en peu temps la désertification est stoppée et retraite. Pour ce qui est de l'instauration de forêts il faut encourager la constitution de forêts «privées» appartenant à des communautés et des forêts d'état dont l'aménagement sera innovateur et très particulier. Ces forêts, pouvant avoir souvent la taille de bosquets par endroit doivent être dans l'environnement immédiat des villages et des communautés rurales. Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 14 2 - L'aménagement des forêts La place de la forêt dans les cultures traditionnelles de tous les peuples mis à part le Inuits est partie intégrante de la vie des peuples. Nous proposons ici un aménagement non conventionnel compatible avec la tradition et les cultures locales mais destinée en partie à une fin non traditionnelle. Ainsi, des efforts devront être consentis à aménager les forêts actuelles ou celles qui seront construite, pour rencontrer les besoins et la sécurité des populations visées qui souvent craignent animaux prédateurs et serpents qui y pullulent. Tout comme dans les pays de climat tempérés il faudra trouver de nouveaux équilibres dynamiques permettant une vie communautaire pacifique sécuritaire, riche émotionnellement et culturellement, axée sur des harmonies multiples plutôt que des conflits lancinants. 3 - La redistribution et le commerce Dès les premières années d'un tel programme, le commerce et la redistribution d'une telle richesse que représente les BRF à tous les points de vue. Dans une première phase, il s'agira d'une activité de redistribution d'une richesse mal répartie par les hasards de l'hiloire et de l'écologie. Bien que peu connue à ce stade- ci cette richesse s'évalue facilement en une production de plusieurs milliards de tonnes annuellement de parle monde et certainement quelques un pour l'Afrique. Il faudra, dans la mesure du possible, faciliter le transport d'importants volumes vers des régions dépourvues pour l'implantation de forêts qui nécessiteront ce matériau d'abord et qui pourrait être une source importante de revenu pour d'autres avec des techniques appropriées X - LES ATTENTES Au delà des objectifs du programme, les promoteurs et les pays d'accueil sot en droit de formuler des attentes qui projettent dans l'avenir la mise en oeuvre des résultats et des pratiques des plus prometteuses. On a compris que la réhabilitation des sols s'imposait et que les milieux socio-économiques devront disposer des connaissances et des moyens d'intégrer des secteurs forestiers aux pratiques agricoles renouvelées. La remise en valeur des sols dégradés devra faire partie de toutes les interventions destinées à accroître les superficies à mesure que de vastes projets de développement de cultures vivrières, horticoles et industrielles seront nécessaires. La prise en charge par des organismes locaux de l'implantation et de la vulgarisation de la technologie des BRF est essentielle pour le milieu car il pourra Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 15 orienter et développer les productions agricoles nécessaires pour satisfaire les besoins alimentaires et organiser efficacement les diverses productions. Pour assurer la réussite et surtout le développement et l'expansion des cultures. les formations professionnelles agricoles, agroforestières et forestières de même que l'intégration des connaissances et pratiques nouvelles aux coutumes et pratiques locales auront été intégrées à la vie des communautés. Après avoir réhabilité les sols, avoir organisé les productions diverses et assurer les besoins alimentaires, le milieu devra prendre en charge tout ce qui touche la commercialisation. L'ensemble des interventions, tout au cours de la réalisation du programme; réhabilitation des sols, intégration de la forêt au processus de réhabilitation des sols, implantation d'une technologie adaptée aux milieux, etc., doivent conduire à l'autosuffisance alimentaire, l'équilibre socio-économique et au bien-être de tous les habitants de la communauté. XI - LES IMPLICATIONS FINANCIÈRES Elles sont nombreuses et variées, les implications financières d'un programme aussi vaste et qui vise plusieurs pays en voie de développement au départ, des populations différentes ,des milieux physiques et humains si variés et mal connus. La grande responsabilité du CRDI, basée sur les connaissances acquises, les expériences vécues et la volonté d'intervenir, sera d bien apprécier les grands problèmes portés à son attention, évaluer les propositions, approuver celles qui apportent des solutions réelles et enfin contribuer à la recherche des fonds nécessaires. Il n'est pas possible à ce stade-ci de fournir un budget pro forma qui rejoindrait tous les postes d'un budget bien ventilé. On peut toutefois, depuis les frais d'administration nécessaires au CRDI, identifier les postes qui auront besoins de fonds a) Le CRDI (pour administrer le programme) - le comité consultatif incluant des représentant des pays impliqués - le comité exécutif - les consultations et les réunions - les déplacements - les communications - les rapports Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 16 b) Le RÉSEAU (les pays impliqués) - les protocoles, les contrats - le personnel (formation e salaires) - les centres de développement et de recherche (démonstration et développement) - la main d'oeuvre - la location des terrains - les matières premières (plants d'arbres, semences, engrais) - les activités de démonstration - la vulgarisation - les rapports d'étape - les rencontres LES FRAIS LIÉS AU FONCTIONNEMENT - des équipements spécialisés - des outils pour prélever les échantillons - des moyens de transport pour les centres - les services de laboratoires pour le développement - l'informatique (compilations et analyses) - expédition des items nécessaires FORMATION SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE - formation du personnel scientifique (colloques, stages) - formation technique (coopération,. recherche) - frais de laboratoire, appareils scientifiques, informatique - divers. PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES TECHNIQUES VULGARISATION - Contribution à des revues scientifiques - mise sur pied d'une revue africaine (français-anglais) - émission de publications locales en langues du pays COMPENSATION POUR DIVERS CONSULTANTS - au Canada - à l'étranger XI - LE SUIVI ET LA DURÉE a) LE SUIVI Le suivi administratif, la gestion des fonds engagés sont essentiels a une administration responsable, Cependant le programme a une dimension telle que tous les aspects scientifiques et techniques doivent faire l'objet de suivis systématiques pendant toute la durée du programme, car la connaissance et l'expansion de cette Projet de développement..... 6ième version 9 décembre 1997 17 technologie de pointe sont dépendantes des acquis scientifiques et techniques qui seront observés et analysés par chaque pays, chaque année et communiqué aux intéressés. Ce suivi est essentiel sur le terrain, mais il l'est encore plus au niveau des pays au niveau des pays engagés et davantage pour le CRDI car il permettra de mieux adapter le programme aux conditions et contraintes observées et ainsi en faire l'outil de développement économique social et humain recherché par les pays concernés. À titre de maître d'oeuvre. le CRDI a l'autorité et les moyens pour favoriser ce type de suivi que des Universités pourront assumer avec compétence et efficacité. b) LA DURÉE Un programme de cette envergure doit être mené à terme. Les pays qui vont s'y engager, le feront en toute connaissance de cause et leurs attentes seront formulées en vue d'un développement durable. ----------------- publication n° 173 décembre 1997 deuxième édition novembre 2003 édité par Le Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Faculté de Foresterie et de Géomatique Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC Canada courriel:
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 Projet de développement..... ) UNIVERSITÉ LAVAL IacuIló do Ioroslorio ol do Góomaliquo Département des 5ciences du Bnis et de Ia Fnrêt Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux Une alliance entre forêt et agriculture pour sauver les sols et l'eau en voie de perdition à travers des milliers de conflits territoriaux et ethniques par Io Professeur Gilles Lemieux mars 2004 Publication nº 184 édité par Ie Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Une alliance entre forêt et agriculture pour sauver les sols et l'eau en voie de perdition à travers des milliers de conflits territoriaux et ethniques. par le Professeur Gilles Lemieux Département des Science du Bois et de la Forêt Université Laval Québec G1K 7P4 QUÉBEC, Canada
[email protected] S'il y a eu de l'eau sur la planète Mars comme semble l'indiquer les robots américains, les preuves apparaîtront dans les traces de vie à l'intérieur des roches sédimentaires mais également dans les sols fossiles, comme quoi eau et vie sont intimement liées. Dans ce cas il faut bien admettre que l'eau libre n'existant plus, il en serait fini de même pour la vie. N'observons-nous pas une tendance analogue depuis à peine un demi-siècle sur terre? Nos institutions, tant nationales qu'internationales, n'ont fait la promotion de ce qui est connu depuis des millénaires dans la production alimentaire, mais rien ou très peu des nouvelles connaissances apportées par la science concernant le fonctionnement des écosystèmes. Seules d'énormes sommes ont été consacrées pour la description des composantes de base en estimant que les écosystèmes sont statiques avec une dynamique, à court terme seulement, s'inscrivant dans la production pour des besoins anthropiques, assurant une production alimentaire en toute sécurité. Cette vision découle du fait que seul le modèle agricole, tout à fait artificiel, est considéré. Pourtant, le résultat est palpable et limpide, forçant les pays tropicaux du Tiers-Monde à utiliser un modèle agricole, mis au point en climat tempéré, mais particulièrement inadapté pour les pays tropicaux à forte densité de population. En milieux tropicaux, plus encore que sous les conditions de climat tempéré, la consommation d'eau est exponentielle particulièrement dans les cultures irriguées. Cette expansion de l'utilisation de l'eau va de pair avec une diminution vertigineuse des réserves avec une distribution temporelle de plus en plus anarchique. Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Tous les problèmes que nous connaissons et connaîtrons avec la production et la sécurité alimentaire sont directement liés à la dégradation et l'érosion des sols de même qu'au manque de disponibilité de l'eau, de sa piètre qualité et de l'effet dévastateur et cyclique des sécheresses. À ce jour, aucune technologie ne peut prétendre produire des sols productifs et stables, C'est particulièrement le cas des pays du Moyen-Orient où l'absence de solutions condamne ces derniers à d'impossibles solutions valables à court, moyen et long terme. Cela s'applique également à l'Afrique sub-saharienne et probablement à de larges portions du territoire chinois pour des raisons analogues. Le surpâturage et l'écobuage semblent en être les causes premières. Pendant des siècles, une agriculture primitive et frugale, donnant une mortalité hâtive parmi les populations, furent sans doute à la base de la conservation des sols et de l'eau. Tout ceci se présente en même temps que l'explosion sans précédent des technologies qui insistent à la surconsommation au détriment de la conservation avertie des sols et de l'eau dans le cadre de l'urbanisation rapide et sans précédent des populations. Cela se traduit par un abandon des milieux ruraux, souvent dégradés ou surpeuplés, comme dans la région des Grands lacs africains excédant largement la capacité de se nourrir adéquatement. Des pépinières perpétuelles à kamikazes Sans apports nouveaux de la science et de nouvelles connaissances, dont certaines sont déjà disponibles, nous sommes voués à osciller entre l'homme et ses technologies et une structure sociale archaïque et instable comme il y a des millénaires. Le pouvoir et la richesse, issus de la technologie, montrent des effets similaires comme la dominance de l'homme sur l'homme avec, en fond de scène une pauvreté ancillaire et récurrente, le terreau propice au racisme et à la ségrégation. Si on y prend garde, nous sommes à imposer un vieux paradigme social. Le temps et les moyens sont à notre disposition pour changer les paramètres de base de ce vieux paradigme. Cela est possible grâce à la somme phénoménale des nouveaux savoirs accumulés par le genre humain, jour après jour, tout au long des deux derniers siècles. L'un des paradigmes les plus tenaces est sans doute l'agriculture, elle-même à la base de la vie des hommes par la nourriture qu'elle procure. De ce fait, l'agriculture a évolué à l'extérieur du monde scientifique mais plutôt dans un Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada monde technique aussi vieux que l'homme lui-même avec des conséquences économiques majeures. Dans son travail, Jackson (1985) 1 pose l'hypothèse que l'agriculture "moderne" telle que nous la connaissons aujourd'hui utilise des pratiques et des "croyances". un "paradigme d'ignorance". Ici la technologie et l'argent sont toujours au service de vielles croyances basées sur l'homme et sa survie. Cela a comme conséquence l'exclusion de nouvelles connaissances en l'absence de consensus entre les individus et les sociétés responsables des productions alimentaires. Cette situation a permis aux industries d'imposer par des voies détournées des technologies très pointues dont les règles de base sont l'acceptabilité, la commercialisation et surtout les profits. L'autre côté plus sombre est certainement l'utilisation de "l'arme alimentaire" pour des fins bassement politiques, voire commerciales et de domination des marchés. Si la politique, les compétitions ethniques, le contrôle des monnaies et des changes ont des effets profonds sur l'accessibilité alimentaire, le contrôle des connaissances par les "secrets" scientifiques devenus "propriétés privées" de la grande industrie sont un frein incommensurable au développement de l'agriculture. Cela est particulièrement le cas dans l'évolution du maïs et le sera davantage pour les OGM (organismes génétiquement modifiés) dans l'avenir. Le vieux paradigme agricole et la naissance d'un nouveau La compétition entre les hommes, les hommes avec le genre humain et l'environnement sera toujours notre lot, ce qui se traduit par différents types de civilisations à travers les cultures qui nous caractérisent. L'évidence de notre monde est qu'il est confiné à notre planète ; la Terre. Aussi longtemps que la technologie a été embryonnaire, presque inconnue, ce sont les interactions entre tous les "acteurs" de notre monde laissant, de-ci de là, des niches plus stables nous permettant de nous développer en atteignant une certaine maturité sociale. Depuis lors, nous avons acquis des connaissances scientifiques portant sur les phénomènes qui régissent notre évolution., mais nous ne pouvons augmenter les bases de notre monde comme l'espace, l'eau, l'air où le SOL qui a presque toujours été ignoré par les scientifiques et la science en général. Ce sont les règles de l'économie qui ont identifié les sols en général comme un coût et un 1 Jackson, W. (1985) «New roots for agriculture» University of Nebraska Press , 150 pp Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada fardeau nécessaire, conférant au sol de la part des producteurs agricoles, le rôle de support de nutriments pour toutes les espèces vivantes En réalité, le sol est issu de l'évolution biologique de notre monde, tout comme le lien fondamental entre la vie et le monde minéral. Ce sont les hommes de science ukrainiens qui, les premiers, décrivirent les traits physiques des sols en leur conférant des noms russes comme podzol, tchernozem, rendzine, solonetz… universellement acceptés depuis la fin du XIX e siècle. La vitesse avec laquelle se sont développées et répandues les technologies associées aux nouvelles connaissances au cours du XX e siècle, n'a pas permis de reconnaître les caractéristiques fondamentales des sols. Cela a eu pour effet de maintenir, voire de renforcer le vieux paradigme agricole qui avait été partiellement modifié au XIX e siècle par l'homme de science d'origine allemande, von Liebig. Il fut le premier à reconnaître le rôle fondamental des nutriments chimiques comme l'azote dans la structure des protéines de tous les tissus vivants. Cette perception "chimique" de la productivité des sols fut vite mise à profit par une industrie chimique en pleine expansion, pour laquelle ce fut une véritable mine d'or. Cette approche chimique à la productivité végétale suscita la "venue" de nombreux problèmes, tant de la part des insectes que des maladies cryptogamiques. Cela donna naissance à une autre "mine d'or" industrielle, celle de nouvelles molécules toxiques pour contrôler les nouveaux parasites que sont les insectes, bactéries ou virus. Ce fut le départ d'une vaste opération industrielle tant biologique qu'économique où le DDT, introduit au début des années 40, fit office de pionnier en la matière. Il est à propos de souligner ici que la presque totalité des molécules développées par l'industrie chimique sont, tour à tour bannies du marché, par la loi des différents pays parce qu'elles interfèrent négativement dans la santé humaine, sinon responsables de cancer et de mortalités importantes. Une ouverture sur un nouveau paradigme agricole Toutes les nouvelles connaissances scientifiques nous indiquent combien l'agriculture et la forêt sont intimement liées, plutôt que d'être d'irréductibles ennemis comme le veut la tradition du vieux paradigme. Toutefois, il nous faut admettre que l'agriculture a toujours été l'activité de base la plus importante pour l'humanité pour survivre et prospérer. C'est principalement cette raison qui a fait Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada de la forêt un "ennemi" pour l'homme puisqu'elle devait "livrer" des terres arables tout en détruisant l'habitat des plus dangereux prédateurs pour l'homme, loups, ours, lions tigres ou serpents etc. En éliminant les sombres et dangereuses forêts pour en tirer des terres arables et fertiles a toujours été, partout au monde, la façon d'échapper aux famines et aux guerres. L'appétit insatiable, suscité par les nouvelles technologies pour les ressources chimiques, semble être en voie de stériliser les sols agricoles en provoquant des sécheresses et faisant fondre ce qui reste de forêts naturelles comme neige au soleil. Les nouvelles variétés plus productives créées par l'homme comme le riz et le maïs ne peuvent que croître sur des sols de bonne qualité qui doivent pouvoir être irrigués si nécessaires. La réponse apportée par le vieux paradigme agricole au manque d'eau, de nourriture tout comme à l'érosion et la dégradation des sols, a toujours été strictement traditionnelle. Il est indubitable que l'approche technologique de l'industrie est économique avant tout sans autres véritables préoccupations tout autour du monde Pour sa part le nouveau paradigme agricole est basé sur les mécanismes de l'évolution que nous montrent les caractéristiques biologiques historiques de notre univers. Tous les essais pour définir la durabilité sans référence à la forêt ne peuvent avoir de crédibilité puisque la forêt est l'unique écosystème naturel terrestre capable de produire et de se reproduire de manière prévisible tout au long des siècles. Nos ressources principales, quelle qu'elles soient, n'ont de valeur qu'industrielle et économique de plus en plus fragilisées dans un système régi par l'éphémère et l'immédiat, Ce type de système en agriculture est affublé du joli nom d'agro-éco- système sans référence à la biologie des sols, si ce n'est que pour le contrôle des insectes et des maladies fongiques, ou bactériennes. En même temps les forêts disparaissent à un rythme comme jamais auparavant, réduisant les terres à de vastes amas de broussailles ou laissant les campagnes à la désertification, Ce paradoxe de l'utilisation à la fois de l'agriculture et de la forêt, les opposant de plus en plus férocement nous mène à l'inverse des "prédications" internationales qui appellent à la "durabilité" et un minimum d'harmonie. Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 7 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le sol est une "machine" à cycler et recycler. Ces deux systèmes biologiques que sont la forêt et l'agriculture ont une particularité commune: le sol. Cela semble être complètement ignoré de la part des producteurs agricoles, des forestiers et de l'industrie chimique en particulier, comme le montre la littérature scientifique et technique tout au long du XX e siècle. Le sol n'est perçu que comme un support physique des récoltes à venir, sans autre forme de procès. Dans la réalité, dès la fin du XIX e siècle, le sol n'était qu'un lit de semence où les "fertilisants" étaient les maîtres absolus. Ces maîtres étant, dans les faits, l'industrie chimique dépendante des subsides de l'État. Nos travaux portant sur différents types de sols nous ont prouvé l'impact de plusieurs facteurs qui ne peuvent être ignorés. À la fin de la décennie des années 1970, la recherche scientifique illustra combien étaient complexe les sols du point de vue biologique, Cela permit de constater la grande pauvreté biologique des sols agricoles en terme de biodiversité, alors que les sols forestiers étaient des plus riches et des plus diversifiés. Il est vite apparu évident que les sols agricoles fertiles et stables étaient des sols forestiers à l'origine, où la forêt a laissé place à la terre agricole. Les observations et l'expérience nous montrent que les sols dégradés par de mauvaises pratiques agricoles retournent lentement à la forêt par une reforestation naturelle et lente, ou transformées en déserts. Cela nous oblige à conclure que la stabilité ultime est atteinte en forêt, par une évolution biologique de plus en plus diversifiée et une plus grande stabilité. Ici l'eau est relativement abondante comme quoi fertilité et eau sont intimement liées. Cette équation étant connue de la part des hommes de science, cette différence entre sol agricoles et forestiers, suscita la curiosité de plusieurs d'entre eux. Pourquoi les sols forestiers sont si riches en biodiversité, et les sols agricoles si pauvres du point de vue biologique avec une faible productivité sans apports de "fertilisants chimiques"? À l'inverse, les sols forestiers sont riches en biodiversité et productifs par eux-mêmes à long terme. C'est en 1987 2 qu'une première orientation avec des réponses biologiques partielles apparut, puis en 1989 3 où le rôle des champignons sur les lignines ouvrait la porte toute grande à un monde négligé jusqu'ici; celui de la chimie des polyphénols, ce qui fut un important pas 2 Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. (1987) «The effect of soil transfers on ectomycorrhizal formation and the survival and growth of conifer seedlingson old non forested clearcuts» Can. Journ. For. Res. 17: 944-950. 3 Leisola, M.S.A. & Garcia , S. (1989) «The mechanism of lignin degradation» in "Enzyme systems for lignocellulose degradation" Elsevier Applied Science London, p. 89-99 Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 8 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada de l'avant en 1990 4 . C'est un premier pas à la compréhension véritable de la dynamique des écosystèmes forestiers et agricoles par incidence. C'est ainsi que la porte s'ouvre sur une approche totalement différente sur les sols et la dynamique des mécanismes impliqués. Cela devient la base du nouveau paradigme ou les équilibres fondamentaux reposent sur le monde biologique, non pas sur les fertilisants dans le vieux paradigme et tout l'arsenal chimique sur lesquels il repose uniquement, Dans cette perspective, les écosystèmes forestiers doivent être perçus comme l'essence même d'un équilibre durable à long terme plutôt qu'un système en constant déséquilibre comme le propose l'agriculture pour des fins de production. Cette nouvelle approche avec plusieurs autres défis, en utilisant les équilibres biologiques à long terme qui leur sont propres, permettrait aux sols agricoles de se régénérer et, du même fait, permettre à ces deux "ennemis séculaires". la forêt et l'agriculture de se réconcilier. Il était tout à fait prévisible qu'un jour, des conflits profonds de toutes sortes naîtraient du comportement même des agronomes qui n'ont d'intérêt que de la production alimentaire quels qu'en soient les coûts. Le vieux paradigme, toujours à la base de la production alimentaire sur une base quotidienne, exige que nous fassions la somme des ressources disponibles sans aucune restriction, dans un contexte où la biodiversité est presque toujours perçue en agriculture comme un coût, à la production. Cela est injuste pour l'air que nous respirons et l'eau qui assure la vie sur cette planète. Il y a consensus sur le fait que l'oxygène à la base de la vie sur terre n'est possible que par l'action de la vie elle-même, particulièrement celle des océans. Le prix Nobel de chimie que vient d'accorder l'Académie des Sciences de Suède pour 2003 a été attribué à Agre et MacKinnon 5 pour leur travail portant sur la description et le fonctionnement des mécanismes de circulation de l'eau et des ions à travers la membrane cellulaire, régissant l'entrée et la sortie de la cellule. En clair, ils ont montré et décrit les mécanismes par lesquels la vie ne dépend pas uniquement des nutriments, mais également comment l'eau est utilisée et surtout régie biologiquement. Cela ne peut être plus vrai ni plus clair au niveau du sol. 4 Perry, D.A., Amaranthus M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.R. (1989) «Bootstrapping in ecosystems» BioScience 39 (4) 230-237 5 Agre, P. & MacKinnon, R. (2003) «Les canaux hydriques et ioniques des membranes cellulaires» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 179 Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 9 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Le conflit entre Israéliens et Palestiniens se situe très largement au niveau de l'accès à l'eau, illustrant dramatiquement la réelle valeur de l'eau pour l'agriculture et tous les autres besoins vitaux. Il est possible d'acheter fertilisants et biocides à l'étranger, mais en aucun cas l'eau qui soutient toutes les facettes de la vie et de l'économie des deux entités nationales. Par ailleurs, des sécheresses récurrentes comme dans les régions subsahariennes en Afrique ont des effets analogues, créant des conflits économiques, tribaux, ethniques et religieux. Il y a un lien indissociable entre la disponibilité de l'eau et la fertilité des sols, les sources majeures de conflits à travers le monde. Il nous semble opportun de se questionner sur la perception, qu'a le gouvernement canadien, de la biotechnologie 6 concernant la forêt et l'agriculture où d'énormes fonds sont investis, À ce chapitre, il n'y a de référence qu'au vieux paradigme alors qu'il en faudrait plus encore pour valider le nouveau paradigme, la véritable voie d'avenir du point de vue scientifique, économique et social. D'après le World Watch Institute en juin 2001 7 la consommation en céréales de l'Égypte et de l'Afrique du Nord réunis, nécessiterait l'apport en eau d'un autre Nil pour répondre à la demande des populations. Il faut noter que les céréales exportées dans ces pays doivent être estimées en millions de mètres cubes d'eau qui ne sont pas disponibles dans ces pays rendant ces pays complètement dépendants de la production étrangère et des prix pratiqués sur les marchés internationaux. Pour l'instant ce sont les pays islamiques qui sont les plus instables avec un avenir peu prometteur du point de vue de la disponibilité de l'eau et de l'alimentation. Dès la fin des années 1970, une équipe de chercheurs de l'Université Laval, Québec, Canada, se mit à l'étude des questions de base concernant la fertilité des sols, Pour ce faire, cette équipe suivit un parcours de recherche inusité qui a mené à des découvertes majeures sur la fertilité des sols et l'aménagement biologique de l'eau. C'est ainsi que pour la première fois, les règles de la pédogénèse furent identifiées. Cela fut possible en utilisant les rameaux des arbres, lieux de la photosynthèse, mais perçus par les industries agricoles et forestières comme étant des déchets, des débris sans valeur. Il apparut 6 Anonyme (2003) «La biotechnologie transforme la société: une économie novatrice et une meilleure qualité de vie. Rapport sur la biotechnologie (1998-2003)» Gouvernement du Canada, 99 pages 7 Brown, L,R, (2000) «Population growth sentencing millions to hydrological poverty» The World Watch Institute Alert Issue, June 21, 4 pages Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 10 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada rapidement que ni la science, pas plus que l'industrie n'avaient jamais porté attention à ce matériau produit tout autour du monde par milliards de tonnes annuellement. Ces jeunes branches réduites en copeaux de quelques centimètres par fragmentation ont été apportées et incorporées à des sols dégradés et donnèrent la seconde année des résultats inattendus en termes de volume et de qualité de production agricole. En plus, l'irrigation fut réduite de moitié en chassant ou réduisant fortement parasites et maladies, tout en réduisant le nombre, l'agressivité d'un bon nombre de mauvaises herbes. En d'autre termes, la pédogénèse d'origine forestière était de retour utilisant les résidus forestiers que constituent les rameaux de petits diamètres pour augmenter la qualité des sols agricoles, tout comme leur biodiversité à long terme. Cette nouvelle technologie, maintenant connue sous le nom Technologie des BRF a fait l'objet d'essais en conditions tropicales au Sénégal, Côte d'Ivoire en Afrique, sur l'île de Madagascar et en République Dominicaine dans les Antilles. Les résultats obtenus furent plus spectaculaires encore sur les cultures comme le thé, la vanille, les plantes à huile essentielles. etc. Dans le but d'obtenir des données d'un autre pays de l'hémisphère nord, nous entrepriment des essais en Ukraine, 8 avec l'appui financier du CRDI (Centre de Recherche en Développement International), une institution canadienne. Les résultats obtenus furent du même ordre que ceux que nous obtenons ici. Nous ne craignons pas d'affirmer que la technologie des BRF est une biotechnologie universelle des sols. Sous notre climat tempéré, nous reconnaissons que les sols arables et fertiles ne dépassent pas 2% des terres émergées. Sous le climat des tropiques, les sols sont fertiles que pour de courtes périodes séparées par de longue jachères, pouvant atteindre 20 ans L'utilisation de bois raméaux fragmentés (BRF) comme amendement organique permet de maintenir la fertilité en réduisant les besoins en eau des cultures, en éliminant complètement les nématodes et donnant des 8 Chervonyj, A. (1999) «Rapport d'étape sur la technologie des BRF, utilisant le seigle (Secale cereale) comme référence pour les années 1997-98. Université Agricole Nationale d'Ukraine, et la Station de Recherche Forestière Expérimentale de Boyarska. Université Laval, Québec Canada, 63 pages, ISBN 2-921728-50-8. Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 11 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada récoltes avec des rendements supérieurs de 900% chez la tomate et de 300% chez le maïs 9 à titre d'exemple. Ces résultats et bien d'autres suffirent à convaincre l'équipe de recherche de l'Université Laval, travaillant sur le bois raméal et la pédogénèse, de faire une proposition de recherche accompagnée d'un budget conservateur pour une projet de recherche et développement en Afrique 10 Une profonde opposition, teintée d'agressivité, vint de la FAO 11 puis de l'ICRAF [International Research Centre in Agroforestry], Nairobi, Kenya 12 . Cette forte résistance des grandes institutions internationales fortement nanties économiquement, est une autre manière de maintenir le vieux paradigme agricole sur la place publique, si bien connu et documenté depuis des siècles. Depuis peu, c'est l'industrie riche de milliards de dollars supportant les fertilisants et les pesticides dont la philosophie de marketing repose sur le contrôle de l'information, en ignorant la promotion des sols fertiles et profonds régis par la biologie plutôt que par la chimie industrielle. C'est ainsi que les riches le deviennent plus encore et les pauvres sont laissés pour compte. Il y a un besoin pressant de faire la promotion d'un Institut International de Pédogénèse, où le sol serait le centre de tous les intérêts et de toutes les attentions, pour accroître nos connaissances sur la chimie des polyphénols, la base même de la formation des sols fertiles de même que l'action des fungus (Basidiomycètes et Ascomycètes) dans la dynamique de la pédogénèse et la constitution des chaînes trophiques. Les conflits et la pauvreté deviennent de plus en plus fréquents, aussi bien dans le Thiers Monde que du côté des pays développés. Ce sera le cas aussi longtemps que le sol ne sera pas reconnu comme la principale ressource d'origine biologique donnant un sol stable et productif pour des siècles, 9 Aman, S.A. (1996) «Effects of chopped twig wood on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada publication n° 169, 12 pages 10 Lemieux G. (2001) «LA TECHNOLOGIE DES BRF ET LA PÉDOGÉNÈSE:UNE VISION GLOBALE DANS LE CONTEXTE AFRICAIN» CRDI-ACDI-Banque Mondiale Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux ISBN: 2-921728-56-7. publication n° 135, 28 pages 11 Lemieux, G. (1993) «L'aggradation pédogénétique, un processus universel sous l'influence des BRF: les effets sur la biodiversité et la productivité». Université Laval, Rome, 6 pages. ISBN2-921728-04-4, 1995 12 Lemieux, G.(1996) « La mission africaine: Sénégal et Kenya, compte rendu et commentaires» in Lemieux G. (1996 " Rapports de mission pour l'année 1996, Sénégal, Kenya, République Dominicaine. Ukraine, France, Belgique" Université Laval publication 68, 261 pages, ISBN 2-921728-22-2 Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 12 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Une telle institution internationale de pédogénèse doit voir le jour le plus rapidement possible avec le concours des Nations Unies, tout comme des pays industrialisés. Cela devrait permettre aux énormes ressources financières qui circulent de par le monde, sans buts précis, hormis conflictuels, d'être investis dans le développement et la recherche. Cela devrait lever le voile de l'ignorance sur les mécanismes intimes du sol qui nous permettent de vivre où les minéraux et le monde biologique s'associent pour permettre aux diverses récoltes de croître sous tous les climats au tour de notre planète Terre. °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Une alliance entre la forêt et l'agriculture… Lemieux, G. (2004) 13 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec, Canada Publication nº 184 mars 2004 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA Courriel :
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 LAVAL UNIVERSITY Faculty of Forestry and Geomatics «Soil fertility and water availability, the main ingredients for conflicts of all kind throughout the world» by Professeur Gilles Lemieux Department of Wood and Forest Science Laval University QUÉBEC Canada March 2004 PubIicatinn n° 1185 odilod by Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 1 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada Soil fertility and water availability, the main ingredients for conflicts of all kind throughout the world by the Professeur Gilles Lemieux Department of Wood and Forest Science Laval University Québec City G1K 7P4 QUÉBEC Canada Since the early 50s, both national and international institutions have put forward data known for millennium on food production but very little, dealing with recent knowledge with regard to the basic functioning of ecosystems. Paramount sums of money were allowed describing the components taken for granted that ecosystems static for long term and dynamic for a short one may provide for food security and production. All of this was based on the assumption that agriculture is the only universal way to be taken into account. The result are clear: Third World countries have developed most agricultural practices best fitted for temperate climate countries but not so well fitted for many tropical soils. There is also the demand for water which is sky rocketing in modern agriculture when the reserves are shrinking year after year while the total world population is constantly increasing All problems related to food production and security are tied to soil depletion and water scarcity. So far, no applied technology was able to produce new stable soils nor more water. Consequently there are more and more regional conflicts in the Middle East countries and no real solution is expected rapidly. The same situation can be applied to sub-Saharan countries in Africa for almost the same reasons but with different actors for as poor crop production. Over grazing and slash and burn seems to be the main reasons. A primitive agriculture coupled with a high mortality rate among populations are the main factors that could favor soil and water improvement. A great number of diverse technology have taken its toll on both water and soil utilization with an increasing population, moving faster and faster to urban areas Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 2 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada leaving a country often depleted and, as in the Great Lakes area in Africa a density of population far exceeding the capacity of feeding themselves. The ingredients for an ever lasting universal conflict Without some new basic knowledge, some already available, it is clear that we are heading for an eternal combat between man and technology as well as a social structure alike millennia ago; because wealth and power are into the hands of small number of people in power while poverty seems to be a way of life for the multitude. Such a prevalence of wealth and power stemming from technology has some, similar effects of the dominance of man over man or communities over others. If we don't react we leave an old paradigm at work: Things much change because an incredible amount of new knowledge was accumulated day after day for the last two centuries. An old world may still exist, but a new one has been improved over the two deadly wars during the 20 th century. One of the most rooted paradigm is without any doubt the agriculture born with the need for man in search for food. By the same token outside the scientific world, but with a major industrial agriculture has been put in place only for its economic value Jackson (1985) 1 . suggests that modern agriculture practices are used in a "paradigm of ignorance" where technology and money are enhanced by old believes most of the time, and then closing the door to new knowledge where consensus cannot be reached between and among communities responsible for food production. Therefore speculations for prices stay at the international level. Moreover, international trades and the outstanding influence of few majors are involved by controlling both currency flow and usual information instead of new knowledge for competition purposes over the world market. In addition, industrial secrets with deep scientific implications are swept under the rug to prevent further competition. The old agricultural paradigm and the need for a new one This endless competition between men, mankind and environment will always be. and is translated into behavior ruling our societies. As we all know our physical 1 Jackson, W. (1985) «New roots for agriculture» University of Nebraska Press , 150 pp. Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 3 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada world is encompassed into a single planet: the Earth. As long as technology was almost unknown we were ruled by the interaction of all actors of this world giving some small niche where our "maturation" developed at all levels. However we have found scientific data acquired and dealing with the rules involved in evolution unfortunately cannot find new ones such namely in space, water, air, in SOIL, which was too long forgotten by science, but taking care by the economy as a cost, while seen by producers as a physical support to provide food for all living species. As a matter of fact the soil is the result of the evolution of biology as well as the fundamental link, the mineral world. The Ukrainians scientisis were the first to describe the physical differences in soils and gave them Russian names such as podzol, tchernozem, rendzine, solonetz, etc. which are universally known and used since the end of the 19 tn century, Unfortunately rapid increase of technology coupled with new knowledge during the 20 th century did not allow the recognition of the fundamental characteristics of soils but only the maintain the of the old paradigm partly renewed in the middle of the 19 th century by the German scientist von Liebig. He has recognized the basic role of chemical nutrients such as nitrogen for the growth of plants in the protein structure of tissues. The "chemical" approach to soil productivity was soon understood by bursting the chemical industry, which became a real gold mine. The "chemical nutrient approach for plant productivity" gave birth to many insect and plant disease problems, another gold mine for the biochemical industry, producing new toxic molecules for controlling some severe parasites, namely insects, bacteria or virus. This was the beginning of a large scale biologic as economic operation with the introduction of DDT in the '40s. It is worth stressing that most of the molecules found by chemical industries are banned from the market place by laws because they interfere long term on the quality of human health if not simply causing mortality. A slot to introduce new knowledge and building a new paradigm Recent scientific knowledge is showing how close agriculture and forestry are intertwined contrary to the perception that they are irreducible enemies as seen in the old paradigm. However, agriculture has been always seen as the most needed Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 4 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada activity for mankind to survive and prosper. Therefore, forests had to be removed in order to provide arable land, and keeping away all the dangerous predators such as wolves, bears lions, tigers, or snakes… Getting rid of the dangerous dark forests and their predators for good arable land, as seen, all over the world was the way retained to survive from famine and wars. The constant quest for chemical resources required by some new technologies is on the way to sterilize agricultural soils, to favor droughts and natural forests to melt like ice under the tropical sun. The new more productive varieties of cereals such as rice, maize, must be grown on good quality soils need to be provided with water for irrigation if needed. From the old paradigm the common answer to water scarcity, food shortage and soil erosion and depletion was strictly a traditional one. Obviously the industrial technology approach is firstly the economic with no reference to the real situations throughout the world, except the economic one. The new paradigm is primarily based on the evolutionary mechanisms we encounter into historic and biological features of the world. All attempts to define sustainability outside of a forest scope cannot be taken seriously, because it is the only biological living productive system being able to produce and reproduce in a predictable way over centuries. Our main resources based are on their industrial and economic values and more and more this fragile short sighted system, often called agro-ecosystem, is being fed with nutrients from the chemical industry, without any reference to biology except in terms of pests and diseases control. By the same way forests are destroyed at a rate never recorded before, reducing forestland to vast brush countryside in a process well known as desertification. According to their utilization paradox, agriculture and forestry are still in deep competition, more than ever before, instead of supporting one another for "sustainability" reasons and a minimum harmonious way. The soil an immense recycling machine These two biological systems, agriculture and forestry, have a basic and very important point in common, the soil, which seem to be unknown to farmers and all industrial taking into account what we published in both scientific and technologic literature all over the 20 th century. The soil is only seen as a physical support for the crops and not relevant at all. In fact at the end of the 19 th century the soil was Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 5 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada described as a seedbed to be activated by chemical "fertilizers" recommended to farmers from a multi million chemical industry operating with large subsidies from the State. Our research on different soil types has proven that many factors must be taken into account. In the late 1970s scientific soil research began to prove how complex were the soils from the biological standpoint and how poor are the agricultural ones in term of biodiversity while forested soils are being so rich. It appears obvious that stable fertile agricultural soils are derived from the forests, destroyed to gain agricultural land. It has been seen very often that soils depleted by some wrong agricultural practices are slowly invaded by early stage of natural reforestation, or left as deserts. Therefore, one must recognize that ultimate soil stable stage is forest's where it has evolved towards a greater biological diversity and stability, and where water scarcity was much less a problem. When that situation was known by some scientists, they began to pay attention on what was the differences between an agricultural and a forest soil and why the first one is biologically poor and need to be improved with "chemical fertilizers" while the other was rich in biodiversity and productivity by itself on a long run. A clear answer was given in 1987 2 with regard to some aspects of the soil biology, and in 1989 3 the role of fungi on lignins opening the door over polyphenolic chemistry was a big step for soil science in 1990 4 . The access to basic dynamics of ecosystems was finally described and published. So the door over a total different approach to the role of soil and dynamic mechanisms, was recognized and has given the base for the new paradigm where the basic equilibrium rely on the biological world, not on the fertilizers as the old paradigm was relying upon. On this regard, forested systems should be seen and assessed as living long term sustainable equilibrium instead of short term unbalanced. This new approach coupled with numerous new challenges in regard of transferring some forest long-term biological equilibrium to agricultural land for regeneration 2 Amaranthus, M.P. & Perry, D.A. (1987) «The effect of soil transfers on ectomycorrhizal formation and the survival and growth of conifer seedlingson old non forested clearcuts» Can. Journ. For. Res. 17: 944-950. 3 Leisola, M.S.A. & Garcia , S. (1989) «The mechanism of lignin degradation» in "Enzyme systems for lignocellulose degradation" Elsevier Applied Science London, p. 89-99 4 Perry, D.A., Amaranthus M.P., Borchers, J.G., Borchers, S.L. & Brainerd, R.R. (1989) «Bootstrapping in ecosystems» BioScience 39 (4) 230-237 Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 6 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada and so doing to reconcile two old enemies: forest and agriculture. In fact it was predictable that conflicts of all kind could arose mainly from agronomists whose interest and basic knowledge are devoted to grow plant for food production at almost any cost.. The old paradigm still used almost daily, calls for an assessment of natural resources without any restriction, because biology is seen to prevent wealth to increase. This is unfair namely for two basic resources, oxygen in the air we breath and water, which is essential for the life on this planet. If we agree on the fact that the oxygen we breath is due to the biological activity of ocean life, but hardly available on the land depending upon the way of life of so many nations.. The Nobel prize of chemistry given by the Royal Swedish Academy of Sciences for 2003 went to Agre and Mackinnon 5 for their extraordinary work on the description of intimate mechanisms of water and ions circulation in and out the cells membrane. In fact they have mapped and describe the basic mechanism by which the life not only depend on nutrients and how water is used at the nutrient level. It is clearer than ever at the soil level. The conflict between Palestinians and Israelis for water access dramatically underlined the real value of water for agriculture and all other needs of the life. All fertilizers and pesticides can be purchased abroad but not water needed to sustain life and the economy of both communities. Elsewhere, recurrent droughts have the same effects so often recognized in the sub- Saharan Africa and emphasized also by economic, tribal, religious or ethnical disparities. There is an unbreakable link between water availability and soil fertility as sources of major conflicts throughout the world. Question should be raised on the perception of forest and agriculture in biotechnology 6 innovation where Canada is shooting enormous amount of money, in term of agriculture and forestry only referring to the old paradigm when so much is needed to validate the new one, the real efficiency for thew future. 55 Agre, P. & MacKinnon, R. (2003) «Les canaux hydriques et ioniques des membranes cellulaires» Université Laval, Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, publication n° 179 6 Anonymous (2003) «La biotechnologie transforme la société: une économie novatrice et une meilleure qualité de vie. Rapport sur la biotechnologie (1998-2003)» Government of Canada, 99 pages Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 7 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada According to the World Watch Institute in June 2000 7 the grain consumption in Egypt and North Africa could necessitate a volume of water equal to another Nile river to meet demand. Otherwise grain exported from northern countries should be assessed in water by million of tons of water to provide million of people completely dependant upon foreign agriculture and market place. In 2004 some Muslim countries are the most unstable with a bleak future in regard to water and food availability. At Laval University, Québec, Canada, a research team has began in late 1970s to study this basic question of soil fertility taking an unusual path of research, leading to major discoveries upon soil fertility and afterward water biological management in identifying the basic rules of pedogenesis which is using branches of trees supporting the photosynthesis, but perceived by the forest industry also by the agricultural one as trash, debris, leftovers, so on and so fort. It was soon noticed that neither industry nor science has never paid attention on a commodity produced all over the world by the billion tons yearly. These young branches once reduced in chips were incorporated into depleted agricultural soil and in the second year gave yield no one had never expect in term high production and good quality quality. Irrigation was reduced and some parasites, diseases and aggressive weeds were reduced in number and even disappeared completely. In other terms pedogenesis of forest origin was introduced on the soil, using forested trash of small diameter branches to enhance fertility and soils biodiversity on a long term. This called the RCW (Ramial Chipped Wood) technology. This detailed biotechnology has been developed and promising data were recorded from all research works and from users. This new technology was tested afterward in tropical countries such as Senegal and Côte d'Ivoire in Africa, in the Dominican Republic in the Caribbean and in Madagascar has produced more spectacular results on many tropical crops such as tea, vanilla, essential oil plants… In order to have results from another northern hemisphere country with the support of the International Development Research Center in Canada gave us support a 77 Brown, L,R, (2000) «Population growth sentencing millions to hydrological poverty» The World Watch Institute Alert Issue, June 21, 4 pages. Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 8 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada very interesting project in Ukraine 8 has been initiated and the results obtained have shown the great efficiency which as confirmed the importance of the RCW in soil rehabilitation and can now be seen as "as a universal soil biotechnology". Under temperate climate all agricultural soils recognized fertile as arable land is restricted to about 2% of the total. Under tropical conditions the soil is fertile, over the short period of time between cultivation and the long fallow often for a 20 year period. Using ramial chipped wood (RCW) as a soil "organic" amendment bring back fertility, reduces water needs, completely eliminates very harmful nematodes while multiplying yields up to 900% for tomatoes and 300% in maize 9 with much less water needs These results added to many others have convinced the Laval University research team on ramial wood (RCW) and on pedogenesis to submit proposal with a moderate budget for a research and development an experimental project in Africa 10 . Deep and aggressive opposition to this concept of pedogenesis to restore soil fertility came from FAO 11 and again from ICRAF [International Research Centre in Agroforestry] Nairobi, Kenya 12 That strong resistance from international institutions dealing with large sums of money is a way to keep alive the old agricultural paradigm so well known and documented for centuries, and more recently supported by multi billion dollar industries of fertilizers and pesticides where their marketing philosophy is based on lack of knowledge of the deep nature fertile soils ruled by biological parameters. Consequently the rich become richer and the poor are left away There is an urgent need to promote the creation of an International Institute of Pedogenesis where the soil will be the main center of interest for gaining new knowledge on polyphenolic chemistry, the base of fertile soil formation, the role of 8 106, Chervonyj, A. (1999) «Research project on RCW technology on rye (Secale cereale)». Boyarska Forestry Research Station (Kiyv) Ukraine and Université Laval, Québec, Canada. 60 pages, ISBN 2-921728-49-4 9 Aman, S.A. (1996) «Effects of chopped twig wood on maize growth and yields in the forest-savanna transition zone of Côte d'Ivoire» Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux, Université Laval, Québec, Canada publication n° 169, 12 pages 10 Lemieux, G. (2001) "RCW TECHNOLOGY AND SOIL FORMATION: A COMPREHENSIVE VISION IN THE AFRICAN CONTEXT: CIDA-IDRC-The World Bank Université Laval, Québec Canada 27 pages ISBN: 2-921728-57-5 11 Lemieux, G. (1993) «A universal pedogenesis upgrading processus: RCWs to enhance biodiversity and productivity» Université Laval, Rome, publication 34b. 6 pages. ISBN 2-921728-05-2 12 Lemieux, G.(1996) « La mission africaine: Sénégal et Kenya, compte rendu et commentaires» in Lemieux G. (1996 " Rapports de mission pour l'année 1996, Sénégal, Kenya, République Dominicaine. Ukraine, France, Belgique" Université Laval publication 68, 261 pages, ISBN 2- 921728-22-2 Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 9 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada fungus (Basidiomycetes and Ascomyctes) as the most important agent in the soil formation as the food web. Poverty and conflict will arise more and more frequently in both Third World and developed countries as long as the soil is not recognized as the main natural resource based on its biological activities needed to keep a soil stable and productive for centuries. Such an international institution of Pedogenesis must be put into place rapidly and be supported by the United Nations as well as by all industrial countries. So the large amount of money devoted without any clear results for people could be invested in R & D in order to learn all the unknown mechanisms implying biological and mineral ingredients and their relationship with all different crops under all the various climates around the planet Earth °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Soil fertility and water availablity… Lemieux, G. (2004) 10 Research Group on Ramial Wood Department on Wood and Forest Science Laval University, Québec, Canada Publication nº 185 March 2004 Coordination Group on Ramial Wood LAVAL UNIVERSITY Department of Wood and Forestry Sciences Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA e.mail:
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 local 2837 0~-0s-2 Les sols: réflexions dans une perspective d'aide au développement partage de connaissance Daniel HENRY Mars 2004 Visions communes du sol • grand public: - un support pour les plantes - un réservoir d'eau - c'est là qu'on trouve les nutriments pour l es plantes • scientifiques, techniciens, agriculteurs: - étonnamment, la même représentation globale - et c'est le niveau de détails qui change dans ce même cadre Réfléchir au sol nous permet de toucher à bien des sujets: (suite) • on ne pourra donc pas tout couvrir dans cette causerie • on va donc essayer de trouver ensemble des questions qu'on pourrait se poser, • pour découvrir s'il y aurait des approches différentes dans la connaissance du sol, et des utilisations qu'on pourrait en faire dans une perspective de développement Réfléchir au sol nous permet de toucher à bien des sujets: • production alimentaire • production forestière • environnement: on demande au sol d'absorber bien des déchets! • régulation et changements climatiques (réservoir de carbone et réchauffement) • activités économiques ( même les énergies fossiles épuisables ont été produites à partir des sols) • dynamique de l'eau: (ruissellement, infiltration. réservoirs superficiel et profond) Mise en garde • théorie et pratique: cheminement de la connaissance • l es représentations explicites et • l es représentations implicites Comment on étudie les sols: la pédologie • par leur origine: les classifications - roche mère et climat - description par «horizons» - pas ou peu de place à la partie vivante, sinon comme «accumulateur» • par leur composition physique - l a grosseur des particules (sable, limon, argile) - correspondant à des propriétés physiques - qui conditionnent l'usage des sols 1 v 04- 03-25 (Suite) • par le contenu chimique i mportance particulière accordée à: • l' azote (pas celui de l'air, mais sous forme de nitrate), au phosphore, au potassium - en raison de leurs rôles dans la nutrition des plantes - cette composition est au centre des connaissances sur la nutrition des plantes et elle est au centre de tous les raisonnements et de toutes les pratiques de l'agriculture Peu eace aux organismes vivants dans tout ce que nous venons de voir! • sauf que les «micro-organismes» du sol «digèrent» les résidus en produisant des éléments utiles à la nutrition des plantes • et une exception révélatrice: les bactéries fixant l'azote de l'air en azote utilisable par les plantes • on s'intéresse au composant vivant du sol uniquement pour son lien direct avec la nutrition des plantes 1 er cas: cycles saisonniers et conditions de nutrition des plantes • climats tempérés: concordance de la transformation des résidus et des besoins de croissance • cli mats tropicaux: cycles indépendants, phénomènes de lessivage et d'érosion • si les lois de la chimie et de la physique sont les mêmes, les conditions où elles s'appliquent différent, donc, • l es systèmes d'exploitation devraient être différents Et la matière organique? • on insiste de + en + sur son importance • pour son impact sur les propriétés physiques et chimiques du sol • on la connaît de façon empirique • mais très mal de façon scientifique • c'est un assemblage complexe et variable de molécules minérales et de molécules organiques • c'est finalement un concept fourre-tout trompeur occultant bien des questions Et pourtant des questions se posent: • L'étude comparée de réalités et de pratiques sous climats tempérés et sous cli mats tropicaux va nous aider à en mettre en évidence ce n'est pas vraiment le cas! • et certainement pas l'attitude qui domine: on importe encore largement sous les tropiques des solutions élaborées en régions tempérées • l a même vision d'approche strictement minérale à la nutrition prévaut, sans relation à la biodiversité du sol et à son fonctionnement «if it works...dont t fix it....» 7- 1? 0_~- D3- 25 2 ème cas: la culture itinérante (sur Brûlis) • au départ: un forestier choisi un «coin» de forêt le plus riche possible • qu'il coupe et brûle • il y sème ou plante mais d'une saison à l' autre la production diminue • finalement la richesse est épuisée et on se déplace pour recommencer ailleurs: qu'arrive-t-il alors? d'où une série de questions • l' agriculture doit-elle forcément stériliser un milieu, quand elle l'exploite? • pourquoi la forêt est-elle capable de régénérer un milieu et peut se maintenir durablement? • pourtant les deux dépendent du sol: où est/sont la/les différences? • qu'est-ce qui distingue tellement les 2 dans leurs rapports au milieu, au sol surtout? Conclusions et Perpectives • bien des connaissances de base semblent manquer pour expliquer ce qui semble bien familier • de la recherche fondamentale apparaît nécessaire • elle pourrait exiger une révolution de la pensée et c'est peut-être pourquoi elle tarde à se faire malgré l'urgence des besoins ...une forêt se ré-installe • et avec le temps • elle rebâtira un milieu comparable à celui que notre agriculteur avait trouvé 10 ou 20 ans plutôt • malheureusement on dispose de très peu d'études qui décrivent et expliquent de façon fine comment se passe cette régénération • ???: l a chose paraît tellement naturelle qu'on ne s'y intéresse pas ou peu? une question de paradigme??? (des questions suite) • on questionne de plus en plus les techniques que l'agriculture emploie en substitut à ce qui se passe naturellement en forêt: pollution, érosion... • en milieu tropical, c'est encore pire: les destructions y sont plus massives et les i mpacts plus visibles: inondation, désertification.... • Pourrait-on inventer des techniques agricoles qui s'inspireraient de ce qui se passe en forêt (perspectives) • l es bases biologiques du maintien de la richesse des sols devront être considérées; elles trouveront certainement une place importante dans cette compréhension nouvelle • l' acuité des problèmes au Sud pourrait être à l'origine d'un nouveau paradigme qui sera profitable au Nord pour la compréhension du fonctionnement et de l ' utilisation des sols 1 ,3 - 1$ (perpectives) • je vois dans ces changements de la pensée l' ouverture d'une porte prometteuse sur une nouvelle vision de la gestion des ressources biologiques végétales, rendant possible de nouvelles approches à la sécurité alimentaire, au développement et finalement dans la lutte contre la pauvreté • pans exemple le dernier prix Nobel de biologie est une révolution dans la compréhension du rôle du vivant dans la dynamique de l'eau dans l es milieux! 19 2~t UN¡VER8¡TE LAVAL IacuIló do Ioroslorio ol do Góomaliquo Département des 5ciences du Bnis et de Ia Fnrêt Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux Requête à l'ACDI pour un support financier destiné à finaliser la planification du projet agricole : REVALORISATION DE L'AGRICULTURE AFRICAINE PAR UNE GESTION DE LA FERTILITÉ RESPECTUEUSE DES MÉCANISMES PÉDOGÉNÉTIQUES mars 2004 Publication nº 188 édité par Ie Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 Commentaire Requête à l'ACDI pour un support financier destiné à finaliser la planification du projet agricole: REVALORISATION DE L'AGRICULTURE AFRICAINE PAR UNE GESTION DE LA FERTILITÉ RESPECTUEUSE DES MÉCANISMES PÉDOGENÉTIQUES Du point de vue de l'origine et de l'évolution des sols, dont pourtant elles dépendent, les activités de production basées sur les ressources naturelles reposent sur une artificialisation des milieux. Les diverses techniques mises en œuvre dans ces activités sont à la fois comme des moyens de tirer profit de la nature et de la richesse des sols, mais aussi des substituts (engrais...) aux conditions et mécanismes qui ont prévalu à la genèse de ces sols, ou pédogenèse. Alors que toutes les formes d'exploitation recourent à cette approche par les substituts, ont se pose de plus en plus la question de leur pertinence devant la montée des conséquences négatives, sur les êtres humains, sur l'environnement, sur le développement et sa durabilité. Des recherches, et des raisonnements, en Afrique, en Amérique du Nord et en Europe montrent qu'il est possible et profitable d'adopter des approches et des techniques des gestion de la fertilité et de la conservation des sols qui s'inspirent directement des mécanismes de la pédogenèse plutôt que de s'y substituer. Une partie des problèmes rencontrées dans l'adoption de cette approche vient du fait qu'elle est une remise en cause profonde, pour les chercheurs, les techniciens et les agriculteurs des paradigmes qui prévalent depuis que l'être humains à cherché à dépasser l'économie de cueillette. C'est la raison d'être et l'objectif du présent projet: avancer la recherche sur cette approche novatrice et promouvoir son utilisation par les praticiens. La mise en œuvre du projet est basée sur la coopération entre chercheurs, techniciens et producteurs, du Nord et du Sud, en Afrique d'abord. Justification du projet La FAO vient de rappeler que la famine, loin d'être vaincue est un phénomène présent dont ; l'évolution qualitative et quantitative est préoccupante, alors que de 60 à 80 % de la population des régions les plus pauvres vie encore en milieu rural et que la démographie accroît les besoins et la demande sur les ressources, et que l'on assiste à une évolution inquiétante de la situation des ressources naturelles, en premier lieu, les sols. La situation actuelle et l'évolution de la fertilité et de la conservation dépendent directement des méthode et techniques d'utilisation ses sols dans les production: ces méthodes et techniques influencent donc les autres rôles des sols. Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 Jusqu'à présent la réponse aux besoins de production a emprunté 3 voies: - la production traditionnelle itinérante: une partie de la forêt est coupée pour installer des productions alimentaire (y compris des pâturages) puis abandonnée pour un nouvel emplacement quand la production baisse suite à l'épuisement de la fertilité. Ces pratiques concernent encore des étendues très importantes en régions tropicales, sèches ou humides, et particulièrement en Afrique. La croissance de la demande, locale ou extérieure, et la limitation des superficies disponibles amènent à un raccourcissement des cycles et à l'utilisation de milieu plus pauvres et plus fragiles au point où on assiste à un dégradation de l'environnement dans son ensemble qui va en accélérant. - la production moderne recourt à des apports extérieurs en engrais, semences sélectionnées, produits phytosanitaires pour palier à la chute de la fertilité du milieu. Les études montrent que les gains de productivité et la réponse à l'épuisement se paient à un prix croissant: pollution des eaux et de l'air, risques alimentaires, risques d'érosion, structure de coût qui rend les produits inaccessibles pour les pays plus démunis et pour leurs habitants les plus pauvres, concentration des moyens de productions et de la richesse qui accroît la pauvreté. - la production dite organique ou biologique, ancienne ou moderne, qui recycle les déchets sous forme de compost pour contrebalancer les pertes et changements que l'exploitation induisent dans les sols; Cette approche se révèle nettement plus durable, est moins exigeante sur les ressources et fait courir moins de risques en général à l'environnement. Toutefois les limites de sa productivité, surtout en conditions tropicales, et surtout les volumes disponibles pour les recyclages ne permettent pas de répondre au défi démographique Dans les trois cas on assiste à une dégradation de la biodiversité, considérée comme la toute première conditions d'un environnement stable et d'un développement durable. Cette dégradation est particulièrement tragique dans les 2 premiers: les feux de forêts associés à la culture itinérante représentent à eux seuls une ponction majeure sur les ressources naturelles avec une productivité très basse des richesses accumulés dans les sols sous couverts forestiers. EN FAIT, TOUTES CES APPROCHES APPARAISSENT COMME DES SUBSTITUTS AUX MÉCANISMES DE LA PÉDOGÉNÉSE QUE L'ON PEUT OBSERVER EN L'ABSENCE DE L'ACTIVITÉ HUMAINES. EN EFFET: 1.- Dans leur très grande majorité, les sols dont dépend l'agriculture ont «produit» ou formés par des forêts sur divers substrats géologiques, le tout bien avant et indépendamment de l'activité humaine; 2.- l'observation critique de la production itinérante nous apprend que la production vide de ses ressources en peu de saisons le milieu «riche» sur lequel s'est installée, MAIS que la forêt qui s'installe va recréer en peu d'année cette richesse. De là 2 questions auxquelles le présent projet veut apporter des réponses: Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 2.1 décrire et comprendre de façon scientifique et techniquement utilisable les phénomènes et conditions sous-jacents de cette reconstitution de richesse par la forêt (incluant la régénération de la biodiversité) 2.2 à partir de cette connaissance, concevoir des techniques de production qui tirent profit de ces mécanismes pour «inventer» des systèmes de production plus durable et avec moins d'inconvénients que ceux qui prévalent. Les recherches et des essais mentionnés en introduction montrent que cela est possible. Description du projet Finalité Contribuer à l’autosuffisance alimentaire sur le continent africain et ailleurs, au maintien et/ou à la croissance de la capacité productive des sols et à l’augmentation des superficies cultivables à partir d’une ressource renouvelable et d’une méthodologie durable dans le cadre des objectifs du NEPAD. Objectif approfondir et promouvoir l'utilisation de la technique des Bois Raméaux Fragmentés (BRF) dans les diverses zones écologiques de l'Afrique et par différents type de producteurs, comme une alternative ou en complémentarité aux modes de production qui prévalent couramment. Ressources Le projet en planification requiert un budget de 6 millions de dollars Canadiens sur une période de 5 ans. Il couvrirait environ 10 pays des différentes régions et zones écologiques de l'Afrique et les divers niveaux qui participent aux systèmes de production soit, la recherche, la vulgarisaton et les supports ainsi que les producteurs. Composantes du projet envisagé sont les suivantes: - constitution d'un forum ou réseau pour regrouper d'une part les chercheurs engagés sur le thème de solutions alternatives à la gestion de la fertilité et conservation des sols, d'autres part des agents divers de production, producteurs ou organismes de support, qui se sont engagés dans l'utilisation et la promotion de la technique- échange sur l'état des connaissances, surtout sur l'utilisation des BRF - établissement de programmes de recherche en collaboration entre plusieurs institutions de plusieurs pays. - mise sur pied de schémas et de programme de collaboration et d'échanges entre la recherche, les organismes actifs dans la promotion et les producteurs - appui matériel et intellectuel aux organismes, déjà actifs et à venir, dans la mise en œuvre de la technologie des BRFs auprès des agriculteurs - reconnaissance des conséquences et des défis que posent la dégradation généralisé des sols - promotion actives des échanges entre les producteurs par des visites et éventuellement des stages de courte durée. Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 Le projet part avec des actifs certains: - Au niveau des pays, le Mali, le Bénin, Madagascar le Gabon comptent déjà des membres actifs dans le réseau informel qui existe; - d'autres ont été sensibilisés au cours de contacts divers: Kenya, Zambie, Zimbabwe, Malawi. - Dans chacun de ces pays des contacts ont été établis avec des ONGs ou des projets actifs dans le support à la production. - Des membres de diverses institutions internationales comme ICRAF (WAC) ont montré un intérêt à mieux connaître l'approche et - Le CRDI a financé un 1 er cycle de recherches au Sénégal et dans d'autres pays d'Afrique, ainsi qu'en Ukraine - Le département des Sciences du bois et de la forêt de l'Université Laval a accumulé des données et participé à la plupart des programmes de recherche et d'échanges depuis des travaux initiés il y a près de 20 ans sur la valorisation de la partie petits bois des résidus d'exploitation forestière et d'élagage. Il anime un réseau informel d'échange et fournit la documentation et les références techniques et scientifiques pour appuyer l'avancement des connaissances, la promotion et la mise en œuvre de la technique - les recherches et les essais ont montré des résultats qui étaient inattendus au départ: impact sur la valorisation macro (érosion,infiltration, rétention...) et micro de l'eau de pluie (efficacité de l'utilisation par les plantes, facilité de mobilisation par les plantes..) - les résultats rejoignent et potentiellement renforcent ou complètent ceux obtenus avec d'autres techniques alternatives présentement objet de promotion, tels l'agroforesterie et les techniques de «Conservation Farming» qui font l'Objet de promotion et de recherches actives dans différentes régions de l'Afrique. Résultats escomptés de ce projet: - une meilleure connaissance des phénomènes sous-jacents à la régénération de la fertilité des sols par les forêts après leur épuisement par les autres productions - élargissement à une grande partie de l'Afrique d'une technique encore trop confidentielle pour un manque de vision institutionnelle et un manque de moyens - des techniques confirmées qui seront proposées aux producteurs dans leurs systèmes de production pour la question de la gestion de la fertilité de leurs sols Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 - la constitution de réseaux panafricains de connaissance sur la recherche et la mise en œuvre d'approche alternatives à la gestion et conservation des sols, basées sur les BRF - au niveau pratique et direct: régularisation des rendements des production, augmentation des rendements diminution de l'érosion sur les surfaces exploitées selon ces techniques, diminution des coûts «externes» (engrais, pesticides) et plus grande valeur ajoutée, calendrier de travail plus régulier sur les petites exploitations traditionnelles (étalement des périodes de travail), meilleure valorisation de l'eau aux niveaux macro et micro - la diminution du recours aux intrants coûteux et un support direct aux petits agriculteurs et à la réduction de la pauvreté Moyens de mesure des résultats - niveau de participation aux différents niveaux des réseaux, mesuré par le nombre de partenaires actifs - augmentation des connaissances, mesurée en elle-même et par l'impact potentiel sur les productions, sur l'environnement et ses composantes (eau et érosion) - nombre de recherche aboutissant à des propositions utilisables - évolution des rendements - analyse de l'impact environnemental à ses différents niveaux - évolution de la situation économique de producteurs pratiquant l'approche - évolution du nombre de producteurs pratiquant la technique - niveau d'adoption dans les politiques agricoles et effort mis dans la promotion. Requête présentée: 70 000 $ Cette requête est présenté par .............................................; le département des sciences du bois et de la forêt de l'université Laval fournira tout le support scientifique et administratif requis par ce projet. Afin de compléter la planification du projet un appui financier de 70 000 dollars est nécessaire; Il sera utiliser de la façon suivante pour arriver au projet exécutable dont les grandes lignes ont été décrites ci-dessus: Revalorisation de l'agriculture africaine…. Une requête de financement mars 2004 1. - coordination de l'approche par les Africains: un budget de 15 000 $ les membres actuellement actifs du réseau informel (Bénin, Mali, Madagascar, Zambie) sont invités à: - préparer par écrit un sommaire de la situation dans leur pays concernant la fertilité et conservation des sols, et plus spécifiquement l'avancement concernant la technique des BRF d'ici la mi janvier (rôle et position des institutions mais aussi des individus) - rassembler en autant que faire ce peu les informations comparables pour les pays africains avec lesquels ils ont des échanges sur ces sujets mais qui ne participent pas au réseau informel; - rassembler les idées et faire les choix en vue de la préparation d'une ébauche de projet qui sera détaillée à partir de l'exposé sommaire ci-dessus - mettre en place les éléments d'une ébauche projet qui sera présentée à leurs collègues africains qu'ils auront sélectionnée 2. - planification détaillée par les partenaires avec un budget de 55 000 $ - envoi de la documentation aux personnes et/ou institutions identifiées au cours de la rencontre à Laval des résultats et propositions issues de cette rencontre - préparation de documents d'état de situation et de proposition d'activités dans chacun des pays ou pour chacune des institutions invités - préparation d'une ébauche de projet détaillée, par le département de - organisation d'un séminaire de planification détaillée en Afrique dans un endroit déterminé lors de la 1 ère rencontre, avec 1 à 3 participants de chacun des pays identifiés (environ 10 visés). Le séminaire comprendra: point sur la problématique des sols et des acquis accumulés avec les BRF, mis en commun des apports des participants, discussion et ajustement de l'ébauche, échange d'une entente de principe - finalisation du document et présentation à l'ACDI pour approbation (objectif: entre juillet et août) Publication nº 188 mars 2004 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA Courriel :
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837 UNIVERSITÉ LAVAL IacuIló do Ioroslorio ol do Góomaliquo Département des 5ciences du Bnis et de Ia Fnrêt Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux Un nouveau projet BRF au Sénégal IRD (ex ORSTOM) Institut Sénégalais de la Recherche Agricole (ISRA) Université Cheik Anta Diop (UCAD) Optimisation des systèmes agroforestiers : gestion des litières dans des rotations courtes, jachères arborées mars 2004 Publication nº 189 édité par Ie Grnupe de Cnnrdinatinn sur Ies Bnis Raméaux UNIVER5ITE LAVAL Dóparlomonl dos Scioncos du Bois ol do Ia Iorôl Quóboc G1K 7I4 QUÉBIC Canada Projet BRF au Sénégal IRD-ISRA-UCAD mars 2004 2 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada COMMENTAIRE Voici une proposition de recherche sur les BRF qui devrait être financé par l'IRD (ex ORSTOM) un des nombreux organismes du gouvernement français dans le domaine de la R/D à l'international C'est un projet proposé en partenariat avec l'Institut Sénégalais de la Recherche Agricole et l'Université Cheik Anta Diop (département de biologie). Nous voyons en ce projet un effet direct de l'influence de la Banque Mondiale qui a suscité attentes et surtout questionnement et intérêt. Est-il utile de rappeler que nous avons tenu l'IRD au fait de tous nos travaux depuis plus de 12 ans en envoyant systématiquement toutes nos publications. Il aura fallu plus d'une décennie pour que nos idées et concepts percolent mutatis mutandis à travers les replis de la tradition agricole plusieurs fois séculaire. Une telle ouverture sur le paradigme agricole nouveau nous est particulièrement agréable et nos efforts de plus de 25 ans dans le domaine des BRF et de la pédogénèse trouvent ici un échos qu'il nous tardait d'ouïr. Néanmoins, nous nous devons de souligner que le vieux paradigme agricole laisse toujours pointer l'oreille et que nulle part les notions de pédogénèse et notre contribution à l'élaboration de ce virage fondamental que devra effectuer l'agriculture avec l'aide de son vieil ennemi plusieurs fois millénaire :la forêt ne sont évoqués. Professeur Gilles Lemieux Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Université Laval Québec 31 mars 2004 Projet BRF au Sénégal IRD-ISRA-UCAD mars 2004 3 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada Optimisation des systèmes agroforestiers : gestion des litières dans des rotations courtes jachères arborées ? cultures. 1 Proposant principal Institution chargée de la gestion administrative et financière du projet 2. Description du projet 2.1. Objectif global 2.2 Objectif spécifique 2.3. Justification 2.4. Résultats attendus 3. Importance par rapport aux priorités régionales 4. Aspects novateurs et originalité 5. Institutions partenaires et leurs rôles respectifs 1. Proposant principal Jean-Luc Chotte Couriel
[email protected] Institution chargée de la gestion administrative et financière du projet IRD (Ex ORSTOM) Laboratoire de Bio-Pédologie BP 1386, Dakar, Sénégal Tel: (221) 849 33 33 / 24, Fax: (221) 832 16 75 2. Description du projet 2.1. Objectifs globaux L'objectif global du projet est - de promouvoir les systèmes agroforestiers comme moyen de lutte contre la dégradation des sols et l'insécurité alimentaire ; - participer à l'émergence d'une expertise agronomique en matière de systèmes agroforestiers - 2.2. Objectifs spécifiques Les objectifs spécifiques du projet sont centrés sur les effets des systèmes agroforestiers sur la fertilité de sols et sur le rôle particulier des litières. Ces objectifs se déclinent en 4 points. - Etablir un inventaire de la composition élémentaire des litières des principales espèces ligneuses fréquemment utilisées dans les systèmes agroforestiers du Sénégal ; - Établir la qualité " agronomique potentielle" de ces litières ; - Établir les modalités les plus performantes en matière de gestion de ces litières (intactes, brûlées, enfouies en associant on non avec des intrants minéraux phosphatés ou azotés) ; - Quantifier en milieu paysan l'impact de ces litières (cas d'une plantation d'Acacia holosericea) sur la production d'une culture de mil. Projet BRF au Sénégal IRD-ISRA-UCAD mars 2004 4 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada 2.3. Justification 2.3.1 l'importance du projet par rapport aux besoins du développement des pays ou de la sous région Dans les zones de savanes situées au sud du Sahara, la croissance démographique a engendré de profondes transformations des systèmes de production. Dans ces régions, le maintien des rendements agricoles aux niveaux actuels ne permettra pas de faire face aux besoins alimentaires futurs. Le doublement de la production en moins de vingt ans est le défi que l'ensemble des acteurs du développement a à relever (Griffon, 1991). Parmi les moyens pour atteindre cet objectif, la gestion des ressources organiques est souvent nécessaire. Dans cette zone elle prend deux formes principales : la gestion des résidus de la ferme (résidus de culture, déjections d'animaux), et la gestion des arbres dans les terroirs villageois. Les effets bénéfiques de la jachère naturelle sur les stocks de matière organique des sols ne sont plus à démontrer (Feller et Milleville, 1977; Menaut et al., 1985). De nombreuses études avaient pour objet de déterminer la durée minimale d'une jachère afin qu'elle assure la reconstitution des stocks organiques (voir Young, 1989). Des durées variant de 10 à 15 ans sont souvent proposées (Laudelout et Van Bladel, 1967). Cependant, la pression anthropique sur le milieu ne permet plus à l'agriculteur de maintenir les jachères durant d'aussi longues périodes (Floret et Pontanier, 1993). La jachère naturelle ne peut donc plus remplir complètement son rôle moteur dans la régénération de la fertilité des terres. La gestion et l'introduction des arbres s'avèrent donc essentielles. Malgré l'abondante littérature concernant les parcs à arbres fixateurs d'azote, et tout particulièrement ceux à Faidherbia albida, leurs effets sur les rendements des cultures et la régénération de la fertilité des sols sont toujours à quantifier (Charreau et Vidal, 1965; Baumer, 1987; Bernhard-Reversat, 1982; Peltier, 1991 2.3.2. Les bénéficiaires intermédiaires et finaux Ce projet est centré sur la gestion raisonnée des ligneux dans les terroirs villageois. Il privilégie deux contraintes importantes auxquelles doivent faire face les communautés villageoises : -le manque de terre agricole de qualité, ne leur permettant pas d'adopter des assolements dans lesquels une parcelle est laissée sans culture durant de longue période ; - la nécessité de disposer à l'issue d'une mise en jachère d'une parcelle d'une plus value soit d'ordre financière par la vente des produits de la jachère soit (et) d'une plus value agronomique par une amélioration de la qualité des sols Ce projet en se focalisation sur des systèmes de rotations courtes et en étudiant l'un des facteurs importants dans l'augmentation de la fertilité de sols, en l'occurrence la litière produite par les ligneux répond parfaitement aux attentes des agriculteurs 2.3.3. L'impact sur la sécurité alimentaire, sur les revenus des populations, sur les ressources naturelles Les espèces ligneuses étudiées dans ce projet seront sélectionnées en fonction : De représentativité des formations naturelles ; De la plus value qu'elles peuvent apportées (production de bois, fruits, etc) De leur impact sur la qualité des sols. Projet BRF au Sénégal IRD-ISRA-UCAD mars 2004 5 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada En conséquence, les résultats de ce projet auront nécessairement un impact sur la sécurité alimentaire en étudiant l'impact des espèces sélectionnées sur la qualité des sols ; le revenu des populations en tenant compte des produits générés par ces espèces; - la gestion des ressources naturelles en s'intéressant à la dynamique de la matière organique. 2.4 Les résultats attendus 2.4.1.Inventaire de la composition élémentaire des litières des principales espèces ligneuses fréquemment utilisées dans les systèmes agroforestiers du Sénégal De nombreux paramètres ont été proposés pour déterminer l'impact de restitutions organiques sur la qualité et le fonctionnement des sols : teneur en carbone, teneur en azote, rapport C/N, teneur en éléments minéraux. Dans ce projet la composition des litières sera estimée non seulement à partir de ces données de base mais aussi à partir des teneurs : - en lignine ; - cellulose; - acides phénoliques totaux et solubles. En effet ces paramètres permettent de prédire la vitesse de décomposition des substrats organiques apportés au sol et leur impact sur les flux d'azote et de carbone. Ces caractérisations seront entièrement réalisées au Laboratoire de Bio-Pédologie (IRD) qui possèdent les équipements et les compétences nécessaires 2.4.2. Qualité " agronomique potentielle" des litières Il s'agira dans cette opération de tester en conditions contrôlées de laboratoire les effets des litières sur la croissance d'une plante prise comme modèle agronomique. A l'issue de l'expérience, les paramètres tels que la hauteur de la plante et la biomasse aérienne et racinaire seront mesurés. L'expérimentation comportera 5 répétitions par litière 2.4.3. Gestion de ces litières (intactes, brûlées, enfouies en associant on non avec des intrants minéraux phosphatés ou azotés) Cette opération à pour objectif de comparer les effets de différents traitements d'accompagnement de la gestion des litières sur la croissance de la plante. Ces traitements auront pour objectif de répondre aux questions suivantes : - le broyage des litières peut il améliorer leur efficacité agronomique ? - le brûlis est il souhaitable ? - Des apports additionnels d'engrais minéraux (N, P) améliorent-ils les effets des litières sur la croissance de la plante ? 2.4.4. Impact de la litière d'Acacia holosericea sur la production d'une culture d'arachide Ces essais de laboratoire seront complétés par une expérimentation conduite en milieu paysans. En effet une parcelle, localisé à Ngane (Kaolack) plantée depuis en Acacia holosericea sera coupée pour être mise en culture. Le dispositif mis en place permettra de comparer la gestion des litières : intactes, broyées ou brûlées sur la production végétale en condition de plein champ 3. Importance par rapport aux priorités régionales Les objectifs globaux de ce projet sont communs à ceux affichés par les Centres Nationaux de Recherche Agricole de la sous région : - Gestion des ressources naturelles ; Projet BRF au Sénégal IRD-ISRA-UCAD mars 2004 6 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux Département des Sciences du Bois et de la Forêt Université Laval, Québec G1K 7P4, Canada - Lutte contre la dégradation des terres ; - Amélioration de la production agricole. En matière de formation, deux étudiants seront accueillis et formés aux techniques nécessaires à ce projet, au Laboratoire de Bio-Pédologie de l'IRD Dakar. Ces stages feront l'objet de rapport d'étude et pris en compte dans leur cursus universitaire. 4. Aspects novateurs et originalité La gestion des litières des arbres constitue l'aspect novateurs en matière de pratiques agricoles 5. Institutions partenaires et leurs rôles Université Cheick Anta Diop (UCAD), de Dakar Département de Biologie Végétale Correspondante : Dr Aliou GUISSE Institut Sénégalis de Recherches Agricoles (ISRA) Laboratoire de Biochimie des sols Correspondante : Dr Aminata Badiane °°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° Publication nº 189 mars 2004 Groupe de Coordination sur les Bois Raméaux UNIVERSITÉ LAVAL Département des Sciences du Bois et de la Forêt Québec G1K 7P4 QUÉBEC CANADA Courriel :
[email protected] FAX 418-656-5262 tel. 418-656-2131 poste 2837