Ecosystèmes/ Agrosystèmes/ BP REA 2020

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ECOSYSTEMES et AGROSYSTEMES

I. Composantes d’un écosystème et interactions entre les êtres vivants

1. Ecosystème :

Définition :

Un écosystème est un ensemble dynamique d'organismes vivants (plantes, animaux et

micro-organismes) qui interagissent entre eux et avec le milieu (sol, climat, eau, lumière)

dans lequel ils vivent.

Ecosystème=biotope +biocénose

Biocénose : communauté d’êtres vivants de l’écosystème. Elles ont toutes un système de relation

entre espèces.

Biotope : partie inorganique de l’écosystème. Chaque biocénose est liée à un biotope particulier, et

si des conditions du milieu change la biocénose est transformée.

Les dimensions des écosystèmes peuvent varier considérablement ; ils peuvent être très

petits, comme une mare ou un arbre mort, ou être gigantesques, comme la Terre. Un

écosystème peut aussi se définir en fonction principalement de la végétation, d'une espèce

animale ou du relief, par exemple.

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Les grands écosystèmes sont généralement décrits comme :

• Des écosystèmes aquatiques - en eau salée ou en eau douce ;

• Des écosystèmes terrestres - les forêts, les prairies, les déserts, etc.

Comme son nom l’indique, un écosystème doit être compris et défini comme un système, c'est-à-

dire par ses composantes et l’ensemble des relations qui existent dans ce système.

2. La répartition des êtres vivants :

Dans un écosystème, les êtres vivants sont en interactions avec leur environnement et s’adaptent au

milieu. Les caractéristiques du milieu influent sur les êtres vivants, peuvent être classées en deux

grandes catégories : les facteurs liés à l’environnement physique et ceux liés à l’action des êtres

vivants.

a. Facteurs liés à l’environnement :

Ils conditionnement l’existence des êtres vivants. Latitude et longitudes déterminent les conditions

favorables ou non de la présence d’êtres vivants.

• La lumière :

Source d’énergie primaire. Son intensité et sa durée conditionne

l’activité de la photosynthèse et donc de l’importance de la biomasse.

• La température :

Elle conditionne l’activité et le développement. De la plupart des

espèces et donc agit sur la répartition géographique des êtres vivants.

• L’eau :

La pluviosité et l’humidité atmosphérique jouent un rôle écologique essentiel.

Le climat joue un rôle essentiel dans la formation des sols et son action détermine la composition

possible des espèces vivantes d’un écosystème. A l’inverse, des formations végétales peuvent

exercer une action régulatrice sur le microclimat.

Le rôle écologique des facteurs climatiques est complexe car ils agissent de façon simultanée est n’est

pas toujours facile d’identifier quel est le plus influent. C’est leur action combinée qui détermine les

possibilités de vie des êtres vivants.

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b. Facteurs liés aux êtres vivants :

Au sein d'une biocénose, différents types d'interactions sont observées entre individus d'espèces

différentes (interactions interspécifiques) ou de la même espèce (interactions intraspécifiques). Ces

interactions peuvent être nuisibles, neutres ou bénéfiques.

Les principales interactions sont les suivantes :

La symbiose : relation écologique obligatoire à

bénéfices réciproques.

Exemples : l'association entre une algue et un

champignon, formant les lichens ; l'association entre les

racines d'un arbre et d’un champignon (ex : bolet du

chêne). Dans les deux cas, l'espèce (algue, arbre)

procure les sucres à l'hétérotrophe (champignon), qui

lui procure l'eau et les ions minéraux.

Le mutualisme : association non obligatoire à bénéfices

réciproques.

Le commensalisme : association dont un seul tire profit, sans

pour autant nuire à l'autre.

Exemple : le chacal vient se nourrir des restes de proie laissés

par les lions.

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Le parasitisme est une association étroite entre deux espèces dont l'une, l'hôte, héberge la seconde

qui vit à ses dépens

Exemples : certains parasites sont externes (la tique du chien) d'autres internes (le ténia). Certains

s'installent durablement, d'autres non.

La compétition concerne deux espèces qui recherchent la même ressource, dans la même niche

écologique.

Exemple : la compétition des plantes herbacées pour la lumière en milieu forestier.

Le neutralisme, ou l'indifférence, est une absence d'interaction.

II. Relations alimentaires

1. Niveaux trophiques et chaines alimentaires :

D’un point de vue trophique, les êtres vivants peuvent être classés en trois catégories.

Les producteurs primaires.

Ce sont les végétaux autotrophes. Ils constituent le premier niveau trophique de l’écosystème. En

effet, grâce à la photosynthèse ils élaborent la matière organique à partir de matières strictement

minérales fournies par le milieu extérieur abiotique. La biomasse produite dans un écosystème

s’appelle production primaire.

• Les consommateurs.

Ils sont tous hétérotrophes. Ils élaborent leur matière organique en transformant celle qu’ils

prélèvent sur d’autres êtres vivants. Ils sont donc aussi producteurs (producteurs secondaires). Les

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consommateurs occupent un niveau trophique différent en fonction de leur régime alimentaire. On

distingue trois niveaux :

- les consommateurs primaires (désignés par C1). Ils sont phytophages.

- les consommateurs secondaires (C2). Ils sont prédateurs de C1.

- les consommateurs tertiaires (C3). Ils sont prédateurs de C2.

Le plus souvent, un consommateur est omnivore et appartient donc à plusieurs niveaux trophiques.

• Les décomposeurs.

Ils consomment la matière organique inerte (cadavres, débris végétaux, matière organique dissoute,

...) et sont appelés pour cela saprophages (de sapros = pourri et phageïne = manger). Ce sont

essentiellement des invertébrés du sol, des champignons et des bactéries. Ils accélèrent le processus

de minéralisation de la matière organique. Les décomposeurs peuvent être consommés par des C2.

Producteurs primaires, consommateurs et décomposeurs sont liés par une chaîne alimentaire. Le

caractère cyclique de la chaîne est assuré par les décomposeurs.

Le niveau trophique occupé par un organisme donne une indication sur sa position dans la chaine

alimentaire.

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2. Réseaux trophiques :

Au sein d’un écosystème, de nombreuses chaînes alimentaires sont interconnectées. L’ensemble

de ces relations trophiques porte le nom de réseau trophique.

Equilibre des réseaux trophiques.

Un réseau trophique est formé par tous les êtres vivants qui dépendent les uns des autres pour leur

alimentation. Tout bouleversement entraîne le déséquilibre de l’ensemble.

Ainsi, au 19ème siècle, on introduisit en Australie 24 lapins. Ils ont proliféré, détruisant la végétation

et les cultures. On en tua des centaines de millions sans en venir à bout. Alors, on introduisit des

renards. Mais ceux-ci attrapèrent les petits marsupiaux et aggravèrent le déséquilibre.

Chaines alimentaires :

Définition :

La chaîne alimentaire caractérise une suite de relations alimentaires existant entre les êtres vivants

: chaque être vivant mange celui qui le précède

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L’amplification biologique ou bioaccumulation :

Une conséquence néfaste du transfert de matière dans les réseaux trophiques est l’augmentation de

la concentration en produits toxiques dans la matière vivante à chaque niveau trophique.

Les produits chimiques organiques rémanents tels que les BPC, subissent une bioaccumulation. Le diagramme montre le

degré de concentration à chaque niveau de la chaîne trophique aquatique des Grands Lacs, dans le cas des PCB (en parties par

million, ppm). Les taux les plus élevés apparaissent dans les œufs d'oiseaux piscivores comme ceux des goélands argentés.

3. Cycle biogéochimique

En écologie un cycle biogéochimique est le processus de transport et de transformation cyclique

d'un élément ou composé chimique entre les grands réservoirs de la biosphère.

Un cycle induit souvent des passages de l'état organique à l'état minéral au sein de la biosphère. Les

divers cycles en interaction confèrent à la biosphère une capacité de régulation. Celle-ci est à la base

de la pérennité des écosystèmes, grâce à la grande stabilité qu'elle assure, tout du moins en dehors

des interventions humaines et phénomènes géo climatiques exceptionnels.

Les cycles les plus importants sont :

• Le cycle de l'azote ;

• Le cycle du carbone ;

• Le cycle de l'eau ;

• Le cycle de l'hydrogène ;

• Le cycle de l'oxygène ;

• Le cycle du phosphore ;

• Le cycle du soufre ;

• Les cycles des métaux.

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Cycle biologique du carbone

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Cycle de l’azote

Cycle de l’eau

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4. La biodiversité, enjeu majeur du XXIème siècle

4.1. Les divers aspects de la biodiversité :

Le terme biodiversité est la contraction de l’expression « diversité biologique ». La biodiversité

reflète le nombre et la diversité des organismes vivants, ainsi que leur évolution au cours du temps

et d’un endroit à l’autre. La biodiversité recouvre la diversité génétique au sein d’une même espèce,

la diversité des espèces et la diversité des écosystèmes.

La notion d’espèce :

La diversité du vivant est en partie décrite comme une

diversité d’espèces. La définition d’une espèce est délicate

car il n’existe pas de critère absolu qui parvienne à

satisfaire toute la communauté scientifique. Si certains

attachaient une importance à une ressemblance

morphologique, pour d’autre le critère d’interfécondité

semble plus pertinent.

Définition : une espèce est un ensemble d’individus

suffisamment isolés génétiquement des autres

populations, pouvant se reproduire avec une

descendance fertile.

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5. Les agrosystèmes :

Dans les agrosystèmes, l’homme cherche avant tout à produire de la biomasse (végétale ou

animale) et à l’exploiter. Cette exploitation est à l’origine de leurs caractéristiques écologiques

particulières, au niveau de leurs :

- Structure (composantes et organisation)

- Fonctionnement (flux et cycles)

- Dynamique (évolution dans le temps)

Ecosystème : flux de biomasse fermé = cycle

Dans un écosystème, le flux de biomasse est fermé, il constitue un cycle fermé : la biomasse

produite nourrit la chaîne trophique et retourne au milieu, le rechargeant en ressources nutritives.

Agrosystème : flux de biomasse ouvert

Dans un agrosystème productif, une partie de la biomasse est exportée (biomasse exportée) : bois,

grains de céréale, paille, fourrages pour les animaux, lait, œufs, etc. Le cycle est ouvert.

La biomasse exportée constitue une perte nette pour le système → appauvrissement.

Conséquences :

- Diminution de la biodiversité.

- Réseaux trophiques simplifiés.

5.1. Mise en place des agrosystèmes

La simplification de l’écosystème

Simplification des écosystèmes = régression de leur structure et diminution de l’information

interne. Ce qu’on réalise artificiellement :

- Défrichements : suppression de biomasse (→ rajeunissement).

- Pratiques diminuant la diversité élimination d’espèces non utilisées, dites

« nuisibles/parasites ».

- Intensification : (apports nutritifs, amélioration des sols par labours, drainages). Accentue

les avantages compétitifs de l’espèce choisie.

- Sélection des génotypes : accentue les avantages compétitifs de l’espèce choisie.

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Espèces choisies

→ Exploitation de peuplements quasi mono spécifiques, donc très productifs (reproduction élevée,

forte production nette), mais à diversité nulle. L’agrosystème est entretenu dans une optique

d’exploitation totale de la biomasse produite.

→ La régénération et le renouvellement de biomasse est strictement artificiel.

→ Les flux sont donc très ouverts : flux d’information, flux nutritif (engrais, eau, …).

Des systèmes à caractère juvénile

Schématiquement, les agrosystèmes se comportent comme des écosystèmes en début de

succession, donc juvéniles.

→ Les populations spontanées qui les composent sont donc colonisatrices, pionnières.

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Procédés d’intensification

Outre l’intensification par les moyens mécaniques (outillage, force motrice), la technique de

rotation des cultures, et l’apport des plantes fourragères, les procédés d’intensification sont

apparus vers 1930 :

- Engrais. Substitut/complément du fumier et du lisier

- Phytosanitaires.

- Herbicides. Substitut de la rotation des cultures et de l’hersage.

- Fongicides, suite à l’accroissement de la contamination par les champignons.

- Pesticides, suite aux pullulations dues à la forte régression des insectes prédateurs privés

d’habitat.

- Sélections de variétés et hybridations, pour accroître résistance et qualité des variétés.

- Drainages, assèchement des zones humides.

- Suppression des haies, ruisseaux et rivières.

Effets globaux de l’intensification

Tous ces moyens agissent sur l’écosystème et le transforment.

Le résultat de l’intensification :

- Très fortes augmentations de production de biomasse.

- Très grande artificialisation des agrosystèmes.

Résumé

Dans un agrosystème, les peuplements végétaux sont simplifiés, la richesse et la diversité

spécifiques sont faibles : dominance d’une espèce sélectionnée pour produire une biomasse de

qualité. Présence « résiduelle » de quelques espèces opportunistes (« mauvaises herbes »).

Interactions contrôlées par l’homme (parasitisme, prédation, compétition) en faveur des

populations sélectionnées dont le pouvoir compétitif est faible.

Réseaux trophiques simplifiés conduisent svt à des pullulations de ravageurs ou parasites.

Populations jeunes pour exploiter leur potentiel de croissance.

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5.2. Impact des pratiques agricoles

A/ Impact des pratiques agricoles et sylvicoles sur le climat

Microclimat

Les variations d’amplitude de T° sont atténuées par le couvert végétal, en particulier forestier.

→ Amplitudes thermiques bcp plus importantes en milieu découvert (champs, prairies, friches).

L’humidité est plus importante dans le milieu forestier.

→ Le microclimat d’une parcelle cultivée diffère de celui d’une forêt.

Méso climat

Déforestation liée à l’extension des terres cultivables → ouverture des paysages → Le climat local

et régional peut être modifié :

- Vent plus actif

- Humidité de l’air plus faible

- Amplitude thermique plus importante

Des solutions : Contrôle des facteurs climatiques

Dans certains agrosystèmes contrôle de :

- Température : serres, films plastiques.

- Vent : haies, brise-vent.

- Précipitations : irrigation.

B/ Impact des pratiques agricoles sur les sols

Le sol est la base de la production.

Le sol est une réserve pour les substances nutritives des plantes et pour l’eau des précipitations.

- Il agit sur l’eau comme filtre, régénérateur et purificateur de l’eau.

- Il agit sur les substances en :

o Les décomposant par les micro-organismes

o Les liants à des particules du sol

o Les laissant passer sans les transformer.

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Érosion des sols agricoles

Érosion mécanique sur les terrains en pente → (érosion plus importante que la formation de terre

nouvelle)

- Perte de substances nutritives et humus.

- Charge polluante dans les eaux de surfaces, enrichies en substances nutritives.

Sur un sol nu non protégé, l’impact des gouttes propulse des particules (→ 2m) → envasement du

sol et perte de perméabilité. → Ruissellement d’eau.

Structure des sols agricoles

La disparition de l’assolement entraîne une homogénéisation des sols.

Les machines peuvent ameublir le sol (→40cm profond), mais ne régénèrent pas complètement la

structure. Un sol naturel est grumeleux par l’effet de l’activité des micro-organismes (lombric,).

Compactage du sol par les machines agricoles jusqu’à 60cm de prof. Le volume des pores grossiers

du sol diminue → la circulation d’eau et d’air dans le sol diminue → diminution de l’activité

biologique.

La baisse des taux de matières organiques et le ralentissement de l’infiltration d’eau → diminution

de la stabilité structurale des sols Lors du labour, une grande partie de la masse organique est

enfouie trop profondément pour être complètement décomposée.

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C/ Impact de la fertilisation des sols agricoles

Engrais minéraux : K, N, P apportés sous forme de sels.

A long terme, les engrais peuvent provoquer la raréfaction des formateurs d’humus. Ils sont

entraînés par les eaux d’infiltration, surtout N qui se lie très peu aux particules du sol. Certains

engrais P contiennent des métaux lourds.

Déjections animales

- Fumier : paille + déjections animales. Favorise la vie du sol et la formation d’humus.

- Lisier : déjections animales sans paille. Apport en nutriments. Très faible contribution à la

formation d’humus. Les lisiers porcins et bovins sont des poisons pour les lombrics et la

méso faune.

Boues d’épurations

Contiennent svt des métaux lourds qui ont des effets négatifs sur :

- Métabolisme microbien (ammonification, nitrification et fixation de N), très touché.

- Les lombrics accumulent les métaux lourds → passage dans la chaîne trophique.

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D/ Impact des pesticides

Utilisés massivement dès 1939.

Chimiques ou organiques. → Pesticides chimiques très faciles à utiliser et effet rapide

Les pesticides sont svt non sélectifs

Destruction des parasites et de leurs prédateurs → développement plus rapide des parasites →

plus de pesticides, etc.

Une grande partie des pesticides n’est pas absorbée par leurs cibles

Transportés par le vent (aérosols) ou absorbés par le sol → décomposés organiquement ou lessivés

vers les nappes phréatiques.

Les effets des phytosanitaires sur les êtres vivants du sol sont variables

- Si biologiquement dégradables → source d’NRJ pour les bactéries du sol. Avec un temps de

latence variable qui dépend :

o Du nombre de micro-organismes capables de métaboliser le produit.

o Du temps nécessaire pour que le produit induise la synthèse des enzymes

indispensables.

- Déciment les lombrics (insecticides : parathion, carbofurane, aldicarbe ; fongicides :

bénomyl, thiophat).

Les animaux du sol (araignées, scarabées, fourmis, carabides) absorbent les pesticides :

- Par pulvérisation directe.

- Par ingestion de nourriture ou de liquides contaminés.

- Par les organes respiratoires.

- Par capillarité avec l’eau du sol.

Les animaux résistants ne ressentent pas d’effets et se propagent. La particularité des pesticides de

rester dans le système sans transformation est la persistance = rémanence.

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Résumé :

Ce qui appauvrit la pédofaune

- Compactage du sol.

- Empoisonnement par pesticides, lisiers.

Ce qui stimule la microflore bactérienne

→ Décomposition accélérée, minéralisation plus active) :

- Aération régulière du sol en surface.

- Régulation de l’humidité du sol (drainage, arrosage).

Les effets de l’état structural du sol

Dépendent des méthodes de travail du sol) :

- Circulation de la pédofaune.

- Qualité d’enracinement.

Ce qui influence la composition physique du sol :

- Érosion → départ différencié des particules minérales selon la taille.

- Érosion → amincissement du sol et modification de la granulométrie.

- Le Tx de matières organiques diminue s’il n’y a pas de restitution de matière organique

après la récolte (p.ex. diminution de l’usage du fumier).

Ce qui influence la composition chimique du sol :

- La fertilisation (organique et minérale) enrichit le sol en éléments minéraux.

- L’épandage de boues d’épuration, de certains lisiers de porc (Cu), ainsi que certains

engrais P (Cd) déversent des métaux lourds qui s’accumulent (rémanence) dans le sol et

les chaînes alimentaires.

- Les pesticides s’accumulent de même.