High spatial resolution mapping and temporal monitoring of soil salinity in a rice irrigation scheme in Niger to improve remediation strategies
Cartographie fine et suivi détaillé de la salinité des sols d'un périmètre irrigué au Niger en vue de leur remédiation
Résumé
The development of irrigation systems in Niger enabled to put into production arable lands in the Niger River valley. Irrigation contributed to increase yields and reduce the effect of food crisis. However, irrigation often generates land degradation related to salinity.
The objective of this work was to study the spatial and temporal variability of salinity for Vertisols in a rice irrigation scheme near Kollo, along the Niger River. Complementary approaches have been implemented for this purpose: (i) high spatial resolution mapping of lateral and vertical variations of soil salinity based on a non-destructive geophysical method: the electrical resistivity prospecting coupled to classical soil sampling; (ii) temporal monitoring over a 13 months period of soil salinity variations and soil hydrology particularly ground water fluctuations; iii) temporal dynamics of salinity and salt stocks during a desalinization experiment.
By coupling electrical conductivity measurements of soil extracts and geophysical measurements of soil apparent resistivity, we highlighted a strong lateral gradient of salinity decreasing from the embankment to the inner of the study area. Vertical variations of salinity were also significant and their shape could be explained by land use, namely the irrigation intensity. Natural rainfall and irrigation induced sseasonal changes of the soil salinity vertical profile, but these temporal variations appeared of less magnitude than the spatial variations within the irrigated perimeter. Even after a major flood of the Niger River, a new survey of the area attested a very high stability over time of the soil salinity spatial structure.
Ground water fluctuations appeared controlled by rain or irrigation with an effect of rain water more pronounced in non-irrigated plots. Water chemistry is mainly controlled by the dissolution of endogenous magnesium and calcium sulphate minerals.
Comparing the experimental plots of the desalinization experiment revealed that water supply in two different methods of irrigation had eliminated 115 kg and 249 kg of salt in the ploughed horizon (0 – 40 cm) respectively for cumulated irrigation of 1106 mm.m-2 and 1470 mm.m-2. This salt exportation represented 19 and 39 % of the initial salt stock in the (0 – 40 cm) layer.
Research outlooks are developed on the functional role of transition phases e.g. the beginning of the rain season or of the irrigation period, which may have a crucial role on hydrological and geochemical behavior of the pedological system. Perspectives on adequate modeling approaches of the complex system of irrigated Vertisols are also discussed.
Au Niger, l’introduction et le développement des systèmes irrigués ont permis la mise en valeur des terres arables dans la vallée du fleuve. L’irrigation a contribué à l’augmentation des rendements et à atténuer les effets de la crise alimentaire. Cependant cette irrigation s’accompagne souvent d’une dégradation des sols liée à la salinisation.
L’objectif de ce travail est l’étude de la variabilité spatio-temporelle de la salinité de vertisols du périmètre irrigué de Kollo. Des approches complémentaires ont été mises en œuvre, à savoir : i) la cartographie de la salinité à haute résolution spatiale à partir d’une méthode géophysique non destructive : la prospection de résistivité électrique, permettant de décrire l’extension spatiale de la salinité et de sa profondeur d’apparition ; ii) l’analyse conjointe de l’évolution saisonnière de la salinité de sols et du fonctionnement hydrique des sols sur une période de 13 mois, en tenant compte des caractéristiques des sols et des pratiques d’irrigation ; iii) la caractérisation in situ de la dynamique temporelle de la salinité lors d’une expérience de désalinisation des sols.
Le couplage des mesures ponctuelles de la conductivité électrique 1:5 des extraits aqueux des sols et de mesures géophysiques de la résistivité électrique apparente des sols a révélé, en début de suivi, un gradient de salinité très marqué décroissant depuis la digue jusqu'à l’intérieur du périmètre. Les variations verticales de salinité correspondent à des profils ascendants ou descendants imputables à l’usage de la parcelle, irrigué ou non. Les variations saisonnières, liées à la pluviométrie naturelle et aux campagnes d’irrigation, affectent le profil vertical, mais perturbent peu les variations latérales de salinité. Une campagne menée après une crue exceptionnelle du fleuve Niger a montré la très grande stabilité de la structure spatiale de la salinité.
Les variations du niveau de la nappe du périmètre irrigué sont apparues sous le contrôle des eaux de pluies et des apports par irrigation, avec un effet des eaux de pluie plus marqué dans les zones non irriguées. La composition chimique des eaux de la nappe est essentiellement contrôlée par la dissolution de minéraux endogènes de sulfate de magnésium et de calcium.
La comparaison des placettes expérimentales de l’expérience de désalinisation a révélé que les apports d’eau, selon deux modalités différentes d’irrigation, avaient permis d’éliminer 115 kg et 249 kg de sel de l’horizon cultural (0-40 cm) pour des irrigations cumulées de 1106 et 1470 mm.m-2. Ces exportations de sel représentaient respectivement 19 et 39% des stocks initiaux de sels de la couche (0-40 cm).
Les pistes de recherche proposées portent sur l’analyse des phases transitoires (début de la saison des pluies, début de l’irrigation) qui peuvent conditionner de façon importante le fonctionnement hydrique et géochimique du système pédologique, ainsi que sur des approches de modélisation adaptées aux caractéristiques spécifiques des vertisols irrigués.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)