Effets des modifications de l’utilisation des sols, du changement climatique et de la gestion des plantes sur la dégradation du sol et les rendements dans le bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé

Problématique

En raison de l’expansion démographique persistante dans le domaine d’étude, il est à noter une extension croissante des surfaces utilisées pour l’agriculture mais aussi une pression d’utilisation renforcée sur les champs déjà présents. En conséquence du raccourcissement du temps de friche, de l’utilisation insuffisante d’engrais, du brûlage de la biomasse ainsi que de l’érosion hydrique, les sols montrent déjà dans certaines parties du domaine d’étude de fortes apparitions de dégradation. En raison de la perte de fertilité du sol et de la possibilité réduite d’enracinement, il faut compter avec des pertes de rendements à court (quelques années) et à moyen (décennies) terme. Ceux-ci sont en partie irréversibles et d’une signification existentielle devant l’économie de survie dominante pour la population rurale.

Le développement des rendements joue un rôle central en ce qui concerne les modifications futures d’utilisation des sols, car il détermine de façon décisive l’extension des surfaces utilisées pour l’agriculture. Aussi bien la surface quantitative utilisée que l’intensité de l’utilisation ont une influence directe sur le budget de l’eau dans la région.

Sur le plan de la sécurité alimentaire, il est de ce fait important d’analyser et de quantifier les relations entre climat, utilisation des sols, rendements, propriétés du sol et systèmes de cultures.

Dans ce contexte, quatre questions centrales se posent:

Quels effets ont les modifications actuelles et futures de l’utilisation des sols et du climat sur l’érosion du sol? Quelles régions dans le bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé sont particulièrement menacées par l’érosion ?
Comment se répercutent les changements climatiques et la dégradation du sol sur le rendement des principales cultures ?
Peut-on augmenter le rendement des récoltes ou réduire l’érosion du sol par des changements de stratégie de gestion, comme par exemple l’utilisation d’engrais ?

Participants

Hiepe, Gaiser

Objectifs

L’ampleur de l’érosion du sol dans le bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé et des bassins versants partiels correspondants est quantifiée pour les conditions récentes et les scénarios d’IMPETUS. Les points chauds de l’érosion du sol sont identifiés. Les rendements du maïs, de l’igname, du sorgho et du manioc sont simulés à l’échelle des champs et à l’échelle régionale pour des conditions récentes et pour différents scénarios (climat, dégradation du sol). En outre, des scénarios de gestion des plantes doivent être calculés à plusieurs échelles à l’aide de modèle d’érosion SWAT et du modèle de rendement EPIC. En s’appuyant sur les relations déterminées entre climat, utilisation des sols, dégradation du sol, stratégies de gestion et rendements, des énonciations sur de possibles conséquences concernant la situation d’alimentation future au Bénin seront faites.

Pour une mettre à disposition des intervenants de manière conviviale ces processus en interconnexions complexes et leurs relations comme base de prise de décision, un SSPD doit être développé dans le cadre de ce NCR.

Modélisation

L’organigramme montre les principales données entrantes et sortantes pour les modèles utilisés SWAT et EPIC. Les échelle spatiales considérées nécessitent l’utilisation de deux modèles différents. EPIC est un modèle d’emplacement, celui-ci pouvant être utilisé pour de nombreux d’emplacements différents par le biais de SIG dans le domaine d’étude.

En revanche, SWAT est un modèle de simulation régional, celui-ci simulant les processus hydrologiques et érosifs avec une résolution plus grossière et tenant compte du couplage avec le système exutoire. EPIC calcule la croissance des plantes de manière beaucoup plus détaillée que SWAT, mais a besoin de beaucoup plus de données entrantes, celles-ci n’étant d’une disponibilité que très limitée au niveau régional. De ce fait, SWAT est plus approprié pour une classification des points chauds et une estimation régionale de la dégradation du sol. Pour les régions classées critiques par SWAT, il est possible d’effectuer par la suite des simulations détaillées de rendement et de gestion des plantes avec EPIC. Entre les modèles, les paramètres de sol et de plantes pour les calculs de scénarios sont échangés, un couplage de modèle au sens strict n’a pas lieu. Les résultats des deux modèles sont interprétés et discutés avec les intervenants.

Modélisation de l’érosion avec SWAT

A l’aide du modèle SWAT (« soil water assessment tool ») continu dans le temps, semi-distributif conceptionnel, l’érosion du sol pour tout le bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé est calculée sur la base des processus hydrologiques et de la « modified unified soil loss equation » semi-empirique. A partir du l’érosion du sol, la perte de couche supérieure et de fertilité du sol est estimée. Les scénarios d’IMPETUS sont implémentés au moyen de cartes d’utilisation des sols et de données climatiques dans le modèle d’érosion calibré et validé. Lorsque les surfaces agricoles par commune avec les parts des cultures et la rotation dominante des cultures sont paramétrées, il est possible également de calculer avec SWAT des scénarios régionaux de gestion des plantes en vue de l’érosion.

Résolution spatiale : échelle régionale, bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé et bassins versants partiels

Résolution temporelle : valeurs quotidiennes avec possibilités de simulations à long terme

Modélisation du rendement avec EPIC

Avec le modèle conceptionnel EPIC (avant: « Erosion-Productivity-Impact-Calculator », aujourd’hui « Environmental-Policy-integrated Climate ») tous les processus bio-physiques d’importance d’un système agro-économique sont relevés en différents modules partiels. La modélisation du rendement des récoltes est effectuée pour quatre des principales cultures au Bénin: maïs, igname, sorgho et manioc. Les cultures du sorgho, maïs et manioc contenues dans EPIC pour les conditions régnant aux Etats-Unis sont paramétrées pour les conditions béninoises. En revanche, l’igname doit être nouvellement intégrée dans le modèle. Pour le modèle calibré et validé à l’échelle des champs, les scénarios d’IMPETUS sont utilisés et, par la suite, avec un SIG, des estimations actuelles et futures de rendements pour le bassin versant de la Haute Vallée de l’Ouémé sont faites.

Résolution spatiale: échelle des champs

Résolution temporelle: valeurs quotidiennes avec possibilités de simulation à long terme

SSPD/SI/OS relatif à ce NCR

Dans le cadre de ce nœud complexe de recherche (NCR) il est prévu de créer un système de support à la prise de décision (SSPD) pour une « protection du sol et durabilité des ressources agricoles dans le bassin versant de l'Ouémé ». Le nom de ce système est PEDRO.