Rôle des micro-organismes dans les cycles biogéochimiques globaux. Du microscopique au global Flashcards
Les mêmes que le chapitre précédent
4 grands puits (stocks)
Atmosphère Humain Océan Continents - Terrestre - Aquatique
Échanges (flux)
Quantité utilisée, exportée entre les grands puits
Chaque cycle a une part…
Géologique & Biologique
Flux globaux d’éléments d’importance
C, N, P les plus “importants”, d’un point de vue quantitatif
Pourquoi les flux globaux de C, N et P sont accélérés?
Activité biologique (accéléré plusieurs fois)
Photosynthèse et les processus en découlant (accéléré plusieurs centaines de fois)
Pourquoi le carbone est le flux le plus important?
- Le carbone est à la croisée de tous les processus écologiques et biogéochimiques
- À la base de toute vie sur terre
- Facteur de contrôle des processus écologiques et biogéochimiques, ainsi qu’un produit
- Quantifier le transfert de matière et d’énergie entre les écosystèmes entre l’atmosphere (air), la lithosphere (sol) et l’hydrosphère (eau)
- Contrôle la chimie de l’eau et des sols, la structure des réseaux trophiques, et les échanges gazeux; il est à la base des gaz à effet de serre les plus importants dans l’atmosphère
Silicium
L’élément ayant la flexibilité chimique la plus grande pour soutenir la formation de molécules complexes
Équation plus complète de la photosynthèse
106 CO2 +122 H2O +16 HNO3 + 1H3PO4 →(CH2O)106 +(NH3)16 +1H3 PO4 +138 O2
Besoin de nutriments pour la photosynthèse : azote, phosphore
Pourquoi on a besoin de l’azote?
- L’élément limitant la production primaire le plus commun, surtout dans les écosystèmes terrestres, mais aussi dans les milieux marins et estuaires
- Cycle plus complexe que la plupart des éléments (cycle obligatoirement anoxique)
- Forts impacts de l’activité humaine sur N
- Polluant affectant la qualité de l’eau et l’eutrophisation
- Les formes gazeuses contribuent au réchauffement climatique et à la production/destruction de l’ozone
Pourquoi on a besoin du phosphore?
On en retrouve partout comme source d’É, évolution…
• ADN, ARN
• ATP énergie à la base des réactions métaboliques
• Phospholipides structures membranaires
• Dents et os des vertébrés
Cause des flux globaux de carbone entre les principaux puits?
Balance entre production primaire et respiration à travers les grands écosystèmes de la terre
NEP Terrestre: légèrement positive = puits de carbone
Cycle du carbone
- Boucle entre l’atmosphère et la biosphere (terrestre et oceanique)
- Atmosphère = source énorme de carbone inorganique directement utilisable par les producteurs
- Photosynthèse = voie d’entrée
- Respiration + Décomposition = voie de sortie
Cycle de l’azote
- Apports nouveaux via fixation de l’azote par les micro-organismes. Important au fil du temps (géologique).
- Peu important sur une base annuelle.
- GRANDE majorité des flux d’azote passent par le recyclage.
- Atmosphère = source énorme d’azote inorganique, mais couteux à transformer en formes biologiquement utilisables. Donc essentiellement recyclé
Cycle du phosphore
- Apports nouveaux via activité minière.
- Apports nouveaux biologiques non-significatifs sur une base annuelle.
- Comme le N: GRANDE majorité des flux d’azote passent par le recyclage
- Sols et Océans = sources énormes de phosphore inorganique, mais peu biodisponible. Donc essentiellement recyclé
- PAS de phase atmosphérique significative
Rôle essentiel de la décomposition
Dans le maintien des nutriments pour les processus environnementaux (cycle de N et P)
Stratégies écologiques pour dégrader les matériaux
- TRÈS FORTE biomasse (Grande majorité)
- Forte capacité enzymatiques
- Différentes espèces spécialisées pour certains types de substrats
Pourquoi décomposer?
Les décomposeurs décomposent les plantes et animaux morts. S’ils n’étaient pas dans l’écosystème, les plantes n’obtiendraient pas leurs nutriments essentiels, et la matière morte s’accumulerait sans fin
Contrôles intrinsèques
- Complexité de la matière à dégrader
2. Contenu en nutriments (P et N)
Critères de dégradation
- Molécules structurellement complexes et pas très dégradables
- Molécules simples et contenant N et P est très dégradables
- Contenu en nutriments de la matière à degrader (stoichiométrie écologique)
Stoichiométrie écologique
- Conservation de masse est affectée par les organismes et leurs interactions dans les écosystèmes
- 106 C, 16 N, et 1 P -> proportion dans ces chiffres, c’est pas aléatoire
- Décomposition efficace et complète lorsque la stoichiométrie des décomposeurs est près de la stoichiométrie de la matière à consommer.
Conséquence d’un ratio C:N élevé?
Besoin de consommer énormément de matière pour atteindre les besoins en nutriments des décomposeurs. Décomposition peu efficace
Facteurs extrinsèques (environnementaux)
- Nutriments
- Température (À chaque fois qu’on augmente la température de 10 degré, la perte de biomasse double)
- Oxygène, composition de la communauté
- Disponibilité de l’eau
Le rôle changeant de la décomposition dans un monde en réchauffement
- Taux de décomposition augmentent avec la temperature
- La production/émission de méthane augmente beaucoup plus rapidement que la respiration (donc production de CO2) lorsque la température augmente.
- Plus les nutriments sont concentrés, plus la dépendance de la production de méthane à la température augmente.
Mécanismes dans le cycle de l’Azote : Étape 1 - Fixation
Voie “exclusive” d’entrée de nouvel azote vers un écosystème
- Coûte cher métaboliquement
- Environ 0.85 mole de carbone pour fixer 1 mole d’azote
- Le processus industriel utilise hautes températures et pression pour faire le NH3
- Les fixateurs d’azote: Rhizobia (bactérie) forme symbiose avec légumineuses, aulnes (symbiose), cyanobactéries
- Fixation non-symbiotique rare; peu connue
Mécanismes dans le cycle de l’Azote : Étape 2 - Minéralisation
Transforme l’azote organique en azote inorganique; redevient disponible aux producteurs. Libère NH4+ à partir d’acides aminés, nucléotides, ADN-ARN
- N Organique → NH4+
- Conditions oxiques et anoxiques (aérobie et anaérobie)
Mécanismes dans le cycle de l’Azote : Étape 3 - Nitrification
- NH4+ = la fraction la plus biodisponible, et la plus intéressante pour les organismes
- Processus unique accompli par des bactéries chimio-autotrophes aérobiques. Acquièrent leur énergie de l’oxidation de NH4+. En compétition avec autres hétérotrophes pour l’acquisition de NH4.
- Voie principale menant aux pertes hydrologiques, et à la dénitrification (N2, s’évade vers l’atmosphère). Sans cette voie, le cycle de N serait en boucle presque fermée
- Source de N2O
Mécanismes dans le cycle de l’Azote : Étape 4 - Dénitrification
Voie majeure pour la sortie de N de la biosphère
- Hétérotrophes anaérobiques
- Faibles taux en milieu terrestre, forts en milieu océaniques
- Très haut taux dans les milieux humides, surtout si beaucoup de nitrate
Mécanismes du cycle du Phosphore : Étape 1 - L’érosion chimique du P
Réactions biologiques non-nécessaires pour rendre le P disponible. Mais la biologie accélère le processus
Facteurs d’érosion
Climat Type de sols Topographie Temps Biota
Problème avec le cycle du phosphore?
- De moins en moins de P bio-disponible au fil des siècles.
- P transformé vers des formes organiques stables et des formes minérales non- disponibles
- > RECYCLAGE IMPORTANT
Seul nouveau phosphore?
Orogenèse
Il est donc impératif de maximiser le recyclage du phosphore
Problème avec le cycle accéléré de l’azote et le cycle brisé du phosphore
Lessivage artificiellement élevé de nutriments vers les écosystèmes aquatiques, créant l’eutrophisation, ou l’enrichissement/vieillissement accéléré des lacs et rivières
