Soil moisture dynamics in coastal savanna soils in the tropics under different soil management practices

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Abstract
Soil moisture is important for crop cultivation and its adequacy to meet crop-water requirements is determined by the degree of soil management practised and the quantity of water applied to the soil. This study investigates soil moisture dynamics on three plots: Bare (clean, weeds removed), Weedy (kept weedy), and Mulched (cleared of weeds and fully covered with grass mulch) during rainy and dry periods at the Teaching and Research Farm at the University of Cape Coast, in the coastal savanna zone of Ghana. Soil moisture dynamics under different levels of soil compaction were also studied. A Massey Ferguson tractor (MF265) was used to compact the soil at various levels by making 0, 1, 5, 9 and 13 passes. During both the rainy and the dry periods, moisture retention in the soil under bare, weedy and mulched plots increased with depth. During the rainy period, the mean soil moisture retention was in the order: Mulched > Weedy > Bare at both 0–20 cm and 20–40 cm depths. Within a 7–day period, soil moisture measurements from a day after heavy rainfall (intensity > 7 mm h−1) gave mean moisture losses of 2.7, 4.1 and 3.9% for the Bare, Weedy and Mulched plots, respectively. During the dry period, however, the mean soil moisture retention was of the order: Mulched > Bare > Weedy at both 0–20 cm and 20–40 cm depths. Mean moisture loss during a 7–day dry period was 4.5, 2.9 and 3.4% for the Bare, Weedy and Mulched plots, respectively. Under different levels of soil compaction, the mean moisture retention in the soil increased from 8.3% at 0 pass to 17.8% at 13 passes within the 0–20 cm depth, whilst it decreased from 13.3 to 5.9% from 0 to 13 passes, respectively, within the 20–40 cm depth. It was realized that at less than two passes, the mean soil moisture retention within the 0–20 cm depth was less than the mean moisture retention within the 20–40 cm depth, but the converse happened for more than two passes. The study showed that mulching the soil surface helped to retain enough soil moisture during both the rainy and the dry seasons. Also, soil with high sand content required some sort of soil compaction in order to retain enough moisture at the crop rooting zone. L'humidité du sol est importante pour l'agriculture et sa capacité à satisfaire les besoins en eau des cultures est déterminée par le degré de gestion du sol pratiqué et par la quantité d'eau fournie au sol. Cette étude traite des dynamiques d'humidité du sol de trois sites de la ferme d'enseignement et de recherche de l'Université de Cape Coast, dans la savane côtière du Ghana: Nu (nettoyé et défriché), Jachère (laissé en jachère) et Mulch (défriché et complètement couvert d'un mulch d'herbe), pendant les saisons pluvieuse et sèche. Les dynamiques de l'humidité du sol ont également été étudiées selon différents niveaux de compaction du sol. Un tracteur de la marque Massey Ferguson (MF265) a été utilisé pour compacter le sol à différents niveaux, en faisant 0, 1, 5, 9 et 13 passages. Durant les saisons pluvieuse et sèche, la rétention de l'humidité dans le sol sous les sites Nu, Jachère et Mulch augmente avec la profondeur. Durant la saison humide, la rétention moyenne d'humidité est dans l'ordre: Mulch > Jachère > Nu aux profondeurs 0–20 ainsi que 20–40 cm. Au sein d'une période de 7 jours, la mesure de l'humidité du sol à partir du lendemain de fortes précipitations (intensité > 7mm h−1) montre une perte d'humidité de 2.7, 4.1 et 3.9% respectivement pour les sites Nu, Jachère et Mulch. Cependant, durant la saison sèche, la rétention moyenne de l'humidité du sol est dans l'ordre: Mulch > Nu > Jachère aux profondeurs 0–20 ainsi que 20–40 cm. Sur une période de 7 jours sans pluie, la perte d'humidité moyenne est de 4.5, 2.9 et 3.4% pour les sites Mulch, Nu et Jachère. Sous différents niveaux de compaction du sol, la rétention moyenne de l'humidité augmente de 8.3 à 17.8% entre 0 et 13 passages, pour la profondeur 0–20 cm, tandis qu'elle diminue de 13.3 à 5.9% entre 0 et 13 passages, pour la profondeur 20–40 cm. Il est apparu que, pour moins de deux passages, la rétention moyenne de l'humidité du sol de la profondeur 0–20 cm est inférieure à celle de la profondeur 20–40 cm, mais que le contraire est apparu pour plus de deux passages. L'étude montre que l'application du mulch sur la surface du sol aide à retenir suffisamment d'humidité du sol pendant les deux saisons, pluvieuse et sèche. De plus, le sol à forte teneur en sable nécessite une certaine compaction pour retenir suffisamment d'humidité dans la zone racinaire.