Ex.2 Biomes et écosystèmes terrestres Flashcards
Les facteurs struturant les écosystèmes terrestres
La nature du sol La température Les précipitations La lumière L'activité humaine
Définition du sol
Plus fonction
Couche mince constituant l’interface entre la lithosphère et l’atmosphère, comprenant les minéraux et la matière organique nécessaires à la vie
Nécessaire pour la grande majorité des plantes à l’ancrage et la nutrition
Rétention & épuration de l’eau de pluie et de ruissellement
Refuges et habitat pour une grande variété d’organismes nécessaires au recyclage des éléments nutritifs essentiels
La formation du sol
Le sol se forme par l’altération physique, chimique et biologique progressive de la roche mère
Altération physique: vent ruissellement de l’eau, gel et dégel
Altération chimique: réaction du CO2 avec l’eau pour former de l’acide carbonique
Ces deux modes agissent en synergie pour fragmenter la roche mère, produire des particules plus fines et rendre les minéraux disponibles
L’épaisseur des sols varie de 1mm à 3m
Une couche terre superficielle de 2.5cm peut prendre de 200 à 1000 ans pour se former
Altération biologique initiale et altération biologique
Sécrétion acide des lichens
Symbiose entre un champignon et une algue
- L’algue fournit le carbone
- Le champignon rend les éléments nutritifs essentiels disponibles
- Les lichens vivent directement sur la roche mère
Altération biologiques, une fois le sol formé, la dégradation de la roche mère continue
- La nitrification (bactéries chimiosynthétiques)
- La production d’acides organiques (décomposition)
- La respiration des racines et des organismes édaphiques
La succession primaire
- Après le retrait d’un glacier, une éruption volcanique ou la destruction
du sol, très peu de plantes peuvent s’établir sur la roche ou la lave
solidifiée - Les lichens produisent des acides qui attaquent la roche -> un sol est
progressivement constitué (particules fines et organiques) - Ensuite viennent les mousses, fougères -> herbes basses
- Quand le sol est suffisamment épais: buissons –> arbres
Les communautés animales changent en conséquence
La succession secondaire
–> Suite à l’abandon d’une terre agricole ou un feu de forêt, le sol est déjà en place (ou même enrichi) et peut être colonisé rapidement par des herbes et des arbustes
Le rôle de la matière organique
Humus
- mélange résultant de la macro-décomposition initiale de restes organiques
- matière organique qui s’accumule progressivement dans le sol agit comme une éponge –> retient efficacement l’eau et les minéraux
(éléments essentiels)
• L’eau qui n’est pas liée à la matière organique percole et lessive les
minéraux, les entraînant vers le bas
- l’accumulation de ces minéraux dans la couche argileuse profonde
du sol est l’illuviation - l’illuviation est très importante dans les sols acides et/ou pauvres en
matière organique
Les horizons du sol
O – matière organique (susceptibles à l’érosion)
A – terre végétale organique (susceptibles à l’érosion)
B – argile et minéraux (illuviation de l’horizon A)
C – roche mère altérée
- roche mère
Les organismes des horizons A et O procurent de nombreux
écoservices
Énumération
• Aèrent le sol (O2) • Empêchent la compaction • Épurent l'eau • Décomposent les toxines • Recyclent les nutriments • Augmentent la productivité des plantes • Modifient l'atmosphère
--> Environ 170 000 espèces édaphiques sont connues Bactéries par gramme de sol: - Prairie/Culture: 1 – 100 millions - Forêt: jusqu'à 1 milliard
Symbioses dans le sol
Les mycorhizes
Les mycorhizes
- Associations symbiotiques entre la racine
des plantes et les champignons
microscopiques (mycélium) du sol - Le mycélium extrait les nutriments moins
soluble (phosphore) et ses longs filaments
dispersés multiplient la surface de prospection
des racines de 100 à 1000x - Dans certains milieu jusqu’à 15% de la PPN peut
être consacrée aux champignons
Quels sont les effets des mycorhizes sur la croissance végétale
–> Rôle spécialement important dans les
sols très pauvres en éléments nutritifs
–>peuvent multiplier la production de
biomasse végétale par un facteur 5
–> Effet devient négligeable lorsque
la teneur en nutriment augmente
Les bactéries chez les légumineuses
Association symbiotique entre : - la racine des légumineuses (haricots, lentilles, luzerne, pois) - une bactérie hétérotrophe fixatrice d'azote (rhizobium)
–> Les bactéries forment des nodules sur les
racines et nourrissent la plante en azote
qu’elles fixent dans le sol
–>La racine de la plante nourrit la bactérie en
carbone avec les produits de la photosynthèse
L’acidité du sol
La teneur en H+ détermine l’acidité du sol selon l’échelle de pH
neutre
La majorité des sols ont un pH entre 4 et 8
Les extrêmes (jusqu’à 2.8 et 10.5 !) sont symptomatiques de problèmes sérieux
(pollution, appauvrissement…)
Le pH diminue si: + de précipitations
+ de respiration
+ de décomposition
La texture du sol
- Les particules d’argiles sont chargées négativement et retiennent les ions nutritifs chargés positivement (cations)
- Un sol acide est moins efficace pour retenir les cations (le H+ prend la place des ions nutritifs)
Sol et climat
Régions chaudes avec précipitations abondantes:
- L’eau draine et acidifie le sol (H2CO3)
favorise le lessivage des minéraux et nutriments vers le bas
- Le taux métabolique des micro-organismes est élevé
la matière organique se dégrade très vite - Les horizons O et A sont presque inexistants (peu d’humus)
• Sols et climat
Régions tempérées avec précipitations moyennes: - L’acidité et le drainage sont moyens (limités par le gel)
les nutriments se conservent dans les horizons A et B - La décomposition est peu rapide (le gel limite le taux métabolique)
la matière organique s’accumule - Les horizons O et A sont relativement épais
l’horizon A est très riche en humus
L’érosion
L’eau, le vent et le broutage excessif sont les principaux agents d’érosion
crues éclairs (lessivage) & ouragans sont particulièrement dommageables
• Zones particulièrement sensibles:
• La végétation (surtout la forêt) protège le sol en le stabilisant, en
absorbant l’eau et en faisant rempart contre les intempéries
Conséquence de l’agriculture
Conversion de la prairie en zone agricole
A l’état naturel, les plantes graminées ont des
racines très développées
Environ 98% de leur biomasse est dans le sol, ce
qui leur confère une grande résistance à la sécheresse
et au feu et stabilise le sol (résistance au vent)
Le vent balaye les particules superficielles très
fines mais les racines gardent le sol bien en place
Les céréales qui remplacent les graminées
originales ont des racines peu développées
(optimisation du rendement écologique)
Elles ont peu de résistance à la sécheresse et
rendent les sols vulnérables à l’érosion
Exemple: Conséquence de l’agriculture
Conversion de la prairie en zone agricole
• Les trombes de poussière: exemple du dust bowl américain
Au 19e siècle les prairies du Midwest furent labourées pour faire
place à la culture de céréales annuelles
Une sécheresse prolongée durant les années 30 a conduit à l’échec
des récoltes et au dénudement du sol à très grande échelle
Les particules fines exposées ont été transportées par le vent,
provoquant des tempêtes de poussière aux conséquences tragiques
Conséquences de l’agriculture
Conversion de la forêt en zone agricole
Surface foliaire et rétention d’eau
Surface foliaire & Rétention d’eau
Dans les forêts caducifoliées la superficie
des feuilles représente en moyenne 4 fois la
superficie du sol sous-jacent
(encore davantage en zone tropicale)
La transpiration des feuilles retourne de 40%
à 75% de l’eau de pluie vers l’atmosphère
Lorsqu’une forêt est coupée, l’eau sature le
sol et coule vers les rivières, provoquant :
- érosions massives
- inondations
- accumulations de boue
Conséquences de l’agriculture
Conversion de la forêt en zone agricole
Agriculture intensive
L’agriculture intensive brise le cycle local entre
la production primaire et la décomposition
la biomasse végétale est exportée hors du système
les nutriments ne retournent pas au sol
L’ajout d’engrais chimiques devient rapidement
nécessaire
Le besoin en fertilisant peut être limité par une
culture moins intensive (e.g. jachère), mais celle-ci
demande une plus grande superficie
Les fertilisants agricoles
Au début du 20e siècle: les dépôts de guano (riches en ammonium NH4) et de salpêtre fournissent la planète en engrais azotés
vite épuisés
Le procédé révolutionnaire de Haber-Bosch permet ensuite de produire le NH3 industriellement à partir du N2 atmosphérique
N2 + 3H2 → 2NH3
(sous pression à 500oC)
Ce procédé fournit presque tout l’azote utilisé par les humains
(~ 130 millions de tonnes par an), incluant:
• Fertilisants (nitrate, ammonium, urée)
• Explosifs (TNT, nitroglycérine)
• Nylon
• Médicaments
• Agents nettoyants
• On estime que 40% de la population dépend du procédé de Haber-Bosch
a permis l’explosion
démographique du 20e siècle
• Effets sur l’environnement:
La source d’hydrogène (H) provient du gaz naturel (méthane, CH4)
émission de 209 millions de tonne de CO2 par an
La production combinée de tous les fertilisants utilisés (N, P et S)
consomme 3% de la production globale d’énergie
La synthèse et l’utilisation massive de fertilisants
modifient le cycle de l’azote
L’épandage engendre des problèmes de
contamination et d’acidification des sols
Puisque le succès d’une récolte dépend d’un ensemble de facteurs (lumière, température, précipitations), il est difficile de prévoir la quantité exacte de fertilisant à ajouter
En général, de 50 à 80% des nitrates ajoutés sont
incorporés dans la biomasse
le reste s’accumule dans le sol ou est lessivé vers le bas N
Le nitrate lessivé contamine les nappes phréatiques et les puits artésiens
la consommation de cette eau peut causer des
troubles de la santé (syndrome du bébé bleu)
Une partie du nitrate non-utilisé sert de source
d’énergie aux bactéries dénitrifiantes
La dénitrification est en partie bénéfique puisqu’elle
remet du N2 dans l’atmosphère, mais elle produit aussi
de l’oxyde nitreux (N2O, gaz à effet de serre)
Conversion de la forêt en zone agricole
Globalement, on estime que 50% de la superficie forestière post-glaciaire a été convertie, principalement en terres arables ou en pâturages Certaines régions connaissent une augmentation de la superficie forestière, d'autres une diminution
Brésil, australie et indonésie en diminution
Chine USA et inde en augmentation
Le bilan est négatif, mais la situation s’améliore
Globalement, environ 36% de l’étendue forestière est considérée
comme primaire, 57% est régénérée et 7% est plantée
Le pourcentage de forêt primaire est de 75% en Amérique du sud,
42% en Amérique du nord, et 5% en Europe (sans la Russie)
• Stockage de carbone
La quantité de carbone stocké dans les forêts décroit
presque 2 fois plus vite que leur superficie !
La cause n’est pas entièrement connue, mais on sait que :
(1) les arbres vieux entreposent beaucoup de carbone dans le sol (racines)
(2) la coupe retire des nutriments
Biome terrestre
On identifie généralement les biomes selon la végétation dominante
Les biomes se succèdent généralement en fonction :
- de la latitude (nord-sud)
- des zones climatiques
Biomes terrestres: divisions de la lithosphère basées essentiellement sur
le type de végétation en fonction de la température et des précipitations
Température et précipitations (climatogramme)
• On peut classer les biomes en fonction de la
température et des précipitations (climatogramme)
Le désert connaît la même température moyenne que la forêt tropicale, mais reçoit beaucoup moins de précipitations La taïga (forêt boréale) reçoit autant de précipitations que la savane mais connait une température moyenne bien inférieure
Prairie tempérée (steppe)
• Les saisons sont régulées par la pluie et la température
• Cycle saisonnier fort
• Végétation prédominante: herbacées, graminées, fleurs et arbustes
• Leur persistance repose sur : - des sécheresses saisonnières
- des incendies occasionnels
- les grands mammifères herbivores
Australie
Savane (prairie tropicale)
- Les saisons sont régulées par la pluie au lieu de la température
- Très fort cycle saisonnier longue saison sèche (4 à 8 mois)
- Végétation prédominante: plantes herbacées et acacias
- Racines très profondes résistantes au feu et à la sécheresse
- Sans l’apport saisonnier en pluie la savane devient désert
Afrique centrale
Désert
• Le plus sec des biomes terrestres (précipitations faibles et imprévisibles)
• La biomasse végétale (en C4
) dépend de la quantité de pluie
• La végétation est dispersée et le sol est exposé à l’érosion par le vent
• Sol très pauvre en matière organique, mais riche en minéraux (toxique)
• Désert froid vs désert chaud (selon la latitude)
• Les animaux sont petits (cachés le jour, s’alimentent la nuit)
Afrique Nord
Australie central
La désertification
30% de la population mondiale vit en marge des
déserts (e.g. dans la région du Sahel) et dans des
conditions de pauvreté extrêmes
La conversion de la prairie et surtout de la savane en terres agricoles
ou en aire de pâturage (surexploitées) provoque la dégradation des sols
Lors de sécheresses fréquentes ou prolongées la région se
transforme en désert
-
Risque de
désertification
+
On estime que depuis le milieu des années 1990, environ 3600 km2
sont convertis en désert annuellement
Toutefois: - l’impact relatif des variations du climat et de l’activité
humaine sur la désertification est encore mal connu
- certaines études suggèrent que l’action humaine directe
est une cause secondaire et que la désertification serait réversible
Coûts estimés: 42 milliards US par année
• En moyenne, une tempête de sable transporte 100 millions de tonnes
de sable sur des centaines ou des milliers de kilomètres
• Ces tempêtes causent des dégâts considérables aux récoltes et aux
installations urbaines, elles immobilisent le trafic aérien etc…
• La grande muraille verte de Chine
Plantation de 300 millions d’arbres (= boisement) sur une distance de
4800 km pour limiter l’expansion du désert de Gobi et l’effet dévastateur
des tempêtes de sable
Forêt tropicale humide
- Végétation sempervirente (= pas de chute saisonnière)
- Forte productivité et diversité biologique (~ aux autres biomes réunis)
- Couvert forestier extrêmement dense (jusqu’à 60 m de hauteur)
- Seulement 2% de la lumière incidente atteint le sol
- Décomposition éclair: peu de nutriments et de matière organique au sol
- Animaux majoritairement arboricoles (singes, oiseaux, reptiles)
- La chaleur est favorable aux ectothermes (reptiles, amphibiens)
La forêt humide tropicale génère une grande part de la PPN globale
et elle constitue un réservoir majeur de carbone (CO2 qui n’est pas
dans l’atmosphère)
La forêt tropicale humide contient la plus grande diversité
d’animaux vertébrés (~ 20 fois plus que la taïga)
Une grande proportion (~35%) des Vertébrés de la forêt tropicale
est endémique (i.e. n’existe que dans ce lieu)
Déboisement tropical
Dans la forêt humide tropicale, les nutriments sont
essentiellement contenus dans la biomasse
en retirant les arbres on retire la majeure partie
des nutriments du système
L’agriculture itinérante sur brûlis ne permet
qu’une ou deux récolte avant l’épuisement des
nutriments (la parcelle est abandonnée à l’érosion
et on en brûle une nouvelle)
La régénération forestière est extrêmement lente
La gourmandise des pays industrialisés et de
certains pays en voie de développement est une
cause importante du déboisement, mais c’est loin d’être la seule
Forêt décidue tempérée
- Latitudes moyennes
- Végétation mixte, arbres caducifoliés souvent dominants
- Cycle annuel fort (perte de feuilles horizon O épais)
- Donne des terres fertiles lorsque convertie en zone agricole
- Grande diversité et biomasse de micro-organismes édaphiques
Canada Russie
Forêt boréale Taïga
- Hémisphère Nord uniquement (océan dans l’hémisphère sud)
- Forêt dense et peu diversifiée (forte prédominance des conifères)
- Sol mince et pauvre (aiguilles = peu d’apports organiques)
- Accumulations de neige en hiver (isole le sol des grands froids)
Toundra
Toundra arctique
• Limite septentrionale de la végétation (Canada, Alaska, Russie, etc.)
• Mousse, lichens et petites plantes (arbuste nains, herbacées)
• Pergélisol: empêche le drainage du sol durant l’été (cuvettes d’eau)
• L’accumulation d’eau rend le sol acide et pauvre en nutriments
• Faune d’été beaucoup plus abondante que la faune d’hiver (migration
saisonnières très importantes; oiseaux, caribou)
Nord Can et nord Russie
Toundra alpine
• Sommets où les températures nocturnes sont négatives
• Taux lent mais constant de photosynthèse et de croissance végétale
