Bilan hydrique comparé d’une savane et d’une plantation d’eucalyptus dans le bassin du Kouilou (République Populaire du Congo)

Soil-water balance of savannah and of Eucalyptus plantation in the Kouilou basin (D.R. of Congo)

¹ Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UR 060 CLIFA ‘Climat et fonctionnement des agro-écosystèmes’, Centre IRD de Montpellier, 911 avenue Agropolis, B.P. 64501, 34394 Montpellier cedex 5, France
² Centre IRD, B.P. 1286, Pointe Noire, R.P. Congo

^* georges.nizinski@mpl.ird.fr

Résumé

Depuis 1950 environ, la savane du littoral congolais est progressivement plantée d’Eucalyptus en peuplements denses exploités par rotations d’environ sept ans. Pour apprécier la durabilité de ces plantations d’Eucalyptus, il faut faire l’étude comparée des bilans énergétique, carboné, minéral et hydrique des deux écosystèmes, l’écosystème d’origine, la savane, et l’écosystème artificiel qui lui a succédé, les plantations d’Eucalyptus. L’objectif de ce travail est d’étudier le bilan hydrique des deux écosystèmes et, plus particulièrement, leur évapotranspiration réelle (transpiration et évaporation). La futaie d’Eucalyptus étudiée est âgée de cinq ans (Eucalyptus PF1 et Eucalyptus 12ABL*saligna), a une hauteur moyenne de 24,2 m, une circonférence moyenne de 53,4 cm, une densité de 502 arbres ha⁻¹, une surface terrière de 11,0 m² ha⁻¹, un indice foliaire de 3,2 et un volume de bois de 118,5 m³ ha⁻¹. La savane étudiée est une savane à Loudetia arundinacea. On a mesuré toutes les semaines en saison des pluies de novembre 1996 à avril 1997, de novembre 1997 à avril 1998, de novembre 1998 à avril 1999 et en saison sèche, de juin à septembre 1997 et de juin à septembre 1998, les précipitations incidentes, les précipitations au sol (pluviomètres) et la réserve en eau du sol (sonde à neutrons, sonde TDR). L’évapotranspiration, l’interception et la transpiration de la plantation et de la savane ont été estimées à partir de l’équation du bilan hydrique. La transpiration de la plantation a aussi été estimée par la méthode du flux de sève. L’établissement des profils hydriques du sol (humidité volumique et potentiel hydrique en fonction de la profondeur) nous a donné les zones d’absorption préférentielle et la profondeur de sol exploitée par ces communautés : 5 m pour la plantation d’Eucalyptus et 3 m pour la savane. Le drainage dans la plantation est moindre que celui dans la savane; cumulé sur trois ans, il est de 470,3 mm dans la plantation et de 827,3 mm dans la savane. La plantation d’Eucalyptus est un écosystème artificiel qui absorbe/transpire toute l’année et qui consomme toute l’eau disponible. La succession de plusieurs années déficitaires réduira la production de bois de la plantation, mais sachant qu’entre 1950 et 1998, il n’y a eu qu’un seul épisode de quatre années déficitaires successives dans le bassin du Kouilou, et compte tenu de la durée de rotation de sept ans, cet épisode « sec » ne compromet pas la survie de la plantation, mais réduit seulement sa production. La savane a un cycle de végétation tel qu’à la fin de la saison sèche (septembre), il subsiste dans le sol de l’eau qui représente 15% de R_RU, lui permettant de subir trois années déficitaires successives sans incidence sur sa production.

Abstract

Since 1950 approximately, the savannah of the littoral Congolese is gradually planted of Eucalyptus in dense populations exploited by rotations of seven years. To appreciate the sustainability of these plantations of Eucalyptus, it is necessary to make compared study of energy, carbon, mineral and water balances of two ecosystems, the origin ecosystem, the savannah, and home-made ecosystem that have succeeded it, Eucalyptus plantations. The aim of this work is to study the water balance of the two ecosystems and more particularly their actual evapotranspiration (transpiration and evaporation). In a five years-old Eucalyptus plantation (Eucalyptus PF1 and Eucalyptus 12ABL*saligna), mean height is 24.2 m, mean stem diameter at soil level is 0.17 m, stand density is 502 trees ha⁻¹, total basal area is 11.0 m² ha⁻¹, leaf area index is 3.2, total wood production is 118.5 m³ ha⁻¹) and in a savannah with Loudetia arundinacea, gross precipitations (Pi), throughfall (rain gauges) and soil water content (neutron and TDR probe) were measured weekly during the rainy season from November 1996 to April 1997, from November 1997 to April 1998, from November 1998 to April 1999 and during the dry season, from June to September 1997 and from June to September 1998. Actual evapotranspiration (E_a), net interception and transpiration were derived from the water balance equation method. Moreover, transpiration was measured using the radial flow meter. The soil water profiles (soil water content and potential plotted to soil depth) were established, giving an account of preferential water uptake zones and rooting depths of Eucalyptus plantation (5 m depth) and savannah species (3 m depth). Throughfall, net interception during the rainy seasons (1996-97, 1997-98 and 1998-99) were 867.1 mm and 112.1 mm (88.7 and 11.3% of Pi) for the Eucalyptus plantation and 878.1 mm and 101.1 mm (90.1% and 9.9% of Pi) for the savannah, respectively. The mean seasonal daily actual transpiration of the plantation and savannah was 3.6 and 2.6 mm day⁻¹ during the rainy season (November to April) and 1.4 and 0.9 mm day⁻¹ during the dry season (June to September); the mean seasonal daily actual evapotranspiration of the plantation and the savannah was 4.2 and 3.2 mm day⁻¹ (rainy season) and 1.4 and 0.9 mm day⁻¹ (dry season); the total seasonal actual evapotranspiration was 767.4 mm and 579.0 mm (rainy season) and 183.0 mm and 121.5 mm (dry season), with total annual respectively 1127.1 mm for a plantation (94.9% of Pi) and 820.7 mm for a savannah (69.1% of % of Pi). During the year transpiration/potential evapotranspiration ratio (T/E_p) is related to the soil-water depletion (T/E_p ratio was 0.79 and not reduced from field capacity (R_FC=365 mm) until 65% of R_FC (255 mm), and then decreased quickly to near zero (0-0.2) at wilting point or 53.1% of R_FC (R_FC=328 mm). The drainage out of rooting depths of savannah has occured during the rainy season of 1997-1998 and 1998-1999, was of 827.3 mm, a total over 3 years (0, 389.7 and 437.6 mm); while of rooting depths of Eucalyptus plantation was of 470.3 mm (0, 207.1 and 263.2 mm), a difference in drainage between two ecosystems of 357.0 mm a total over these three years (0, 182.6 and 174.4 mm). The Eucalyptus plantation is the home-made ecosystem which takes up/transpires every day of year and uses all available water. The succession of several rain-deficient years will reduce the production from woods of the plantation, but knowing that between 1950 and 1998, there has been only an alone four episode successive rain-deficient years, and account held of the duration of rotation that are seven years, this « dry » episode does not compromise the surviving of the plantation, makes only reduce its wood production. The savannah has a cycle of vegetation such that at the end of the dry season (September), it remains the water in the rooting depths of savannah (15% of R_AW), allowing to undergo three successive rain-deficient years without impact on its production.