Ecological process of water transformation in furrow and ridge mulching system in oat field under extreme drought scenario

Les conditions climatiques arides extrêmes affectent grandement les processus hydrologiques et le rendement des cultures des terres dans les zones agricoles semi-arides non irriguées. Peu d’études au champ pertinentes ont toutefois été publiées sur ce sujet et à ce jour, la solution à ce problème reste à définir. Depuis les années 1990, une technologie agricole de collecte d’eau de pluie au champ est mise au point et appliquée à grande échelle dans le plateau de loess semi-aride du nord-ouest de la Chine, mais son rôle fonctionnel comme solution pour faire face aux changements climatiques extrêmes n’est pas bien connu. Dans le cadre de la présente étude, nous avons conçu une expérience au champ de deux ans portant sur la productivité de l’eau et les processus hydrologiques au champ, pour laquelle nous avons appliqué un système à billons et sillons dans des conditions météorologiques extrêmes. Le cultivar d’avoine Bayou 3 a été utilisé comme matériel de recherche dans cette étude. L’expérience au champ a été menée en 2010 et en 2011 à la station expérimentale Arid Meteorology and Ecological Experimental Station du Lanzhou Institute of Arid Meteorology, qui fait partie de la China Meteorological Administration (comté de Dingxi, province du Gansu). Cinq traitements ont été étudiés : traitement témoin avec irrigation complète, semis à plat, billons et sillons sans paillis, billons et sillons avec paillis plastique et champ nu sans irrigation. Certains paramètres essentiels ont été systématiquement mesurés et consignés, dont la quantité de pluie, l’humidité du sol dans le profil pédologique (profondeur de 0 à 140 cm), la croissance des plantes et le rendement durant toute la période de croissance. La plus petite différence significative (p.p.d.s.) a été utilisée pour détecter les écarts moyens entre les traitements (P < 0,05). Les résultats ont indiqué que les années 2010 et 2011 avaient été marquées par deux types de climat extrêmes, soit la sécheresse extrême progressive et la sécheresse extrême constante, pendant la période de croissance. Pour les deux années, la sécheresse extrême a entraîné un phénomène de « couche de sol sec » dans le profil pédologique de 60 à 100 cm pour tous les traitements. Par contre, nous avons observé que le traitement par billons et sillons avec paillis plastique avait un effet positif significatif sur l’atténuation de ce phénomène. Le traitement par billons et sillons avec paillis plastique a entraîné une importante augmentation globale de la quantité d’eau stockée dans le sol durant la période de récolte, avec des augmentations de la quantité d’eau stockée de 41,2 mm en 2010 et de 22,4 mm en 2011par rapport au groupe témoin, respectivement. De plus, l’efficacité d’utilisation de l’eau et la productivité de l’eau du traitement par billons et sillons avec paillis plastique ont augmenté de 1,7 kg hm-2•mm-1 et de 0,4 kg hm-2 mm-1 en 2010 et de 6,5 kg•hm-2•mm-1 et de 9,8 kg hm-2 mm-1 en 2011, en comparaison avec le groupe témoin, respectivement. La performance du traitement par billons et sillons avec paillis plastique était significativement supérieure à celle des autres traitements. Cette technologie a amélioré de façon significative l’efficacité de transformation de l’eau de pluie naturelle en eau du sol et en eau utilisée par les cultures. Par ailleurs, la biomasse aérienne dans le groupe du traitement par billons et sillons avec paillis plastique a diminué de 30,5 % en 2010 et de 67,42 % en 2011 en comparaison avec celle du groupe témoin, mais l’indice de récolte du groupe du traitement par billons et sillons avec paillis plastique a augmenté de 33,4 % en 2010 et de 55,6 % en 2011 en comparaison avec celui du groupe témoin, respectivement. De plus, le traitement par billons et sillons avec paillis plastique a joué un rôle positif dans l’optimisation des traits architecturaux des épis, en augmentant le poids des grains, le nombre de grains par épi et le poids des grains par épi. Notre étude indique que le système par billons et sillons avec paillis plastique peut optimiser la répartition des ressources hydriques, atténuer l’écart temporel et spatial entre l’apport en eau et la demande en eau pour la production d’avoine, et permettre à la plante d’allouer davantage de photosynthétats à la croissance des parties reproductives plutôt qu’à celle des parties végétatives. En conclusion, le traitement par billons et sillons avec paillis plastique a démontré un grand potentiel pour ce qui est d’atténuer le phénomène de la « couche de sol sec » et d’améliorer la productivité de l’eau dans un champ d’avoine non irrigué en 2010 et en 2011. Le système par billons et sillons avec paillis plastique pourrait constituer une stratégie écologique importante en réponse aux phénomènes climatiques extrêmes et améliorer la sécurité alimentaire dans les régions arides.