La productivité primaire dans les écosystèmes

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1 La productivité primaire dans les écosystèmes
Module LV 396 Fonctionnement des écosystèmes jerome.mathieu [at] snv.jussieu.fr

2 Questions Qu'est ce que la productivité primaire?
Comment varie t’elle dans l’espace De quoi dépend elle?

3 Plan du cours I Qu'est ce que la productivité primaire?
II Variabilité de la productivité primaire III Déterminants de la productivité primaire

4 I Qu'est ce que la productivité primaire ?

5 I La productivité primaire
I.1 Définition Énergie Matière minérale Matière Organique

6 I La productivité primaire
I.1 Définition I.1.1 Photosynthèse

7 I La productivité primaire
I.1 Définition I.1.1 Photosynthèse xCO2 + yH2O Plantes

8 I La productivité primaire
I.1 Définition I.1.2 Chimiosynthèse

9 I La productivité primaire
I.1 Définition I.1.2 Chimiosynthèse Bactéries symbiotiques dans Vers tubicoles Bivalves Crevettes zH2S zCH4 zNH3 xCO2 + yO2 ( )

10 I La productivité primaire
I.1 Définition Matière minérale Matière Organique Photosynthèse Chimiosynthèse

11 I La productivité primaire
I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes Matière minérale Matière Organique Autotrophes

12 I La productivité primaire
I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes Matière minérale Matière Organique Autotrophes Hétérotrophes

13 I La productivité primaire
I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes "autotrophe" = pas seulement "plante" !

14 I La productivité primaire
I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes Exemples d'organismes autotrophes Elysia chlorotica (s'approprie des chloroplastes !) - Vers tubicoles - Bivalves Crevettes des abysses (Bactéries symbiotiques) Cyanobactéries photosynthèse chimiosynthèse

15 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Dans ce cours on ne s'intéressera qu'à la photosynthèse: cycle du Carbone

16 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2 Carnivores 1 Herbivores Plantes briques élémentaires Matière Organique Décomposeurs Matière Minérale

17 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2 MO Carnivores 1 Herbivores Plantes on commence par ce qui est évident Matière Organique Décomposeurs Matière Minérale

18 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2 MO Carnivores 1 Herbivores Plantes où sont les entrées et sorties du système? Matière Organique Décomposeurs Matière Minérale

19 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2 MO Carnivores 1 CO2 leaching feu récoltes gaz volatiles pertes MO Herbivores Plantes Matière Organique Décomposeurs CO2 Matière Minérale

20 I.2 Rôle dans le cycle de la matière
= 1er maillon des écosystèmes = fixation du CO2 toutes les chaînes alimentaires reposent dessus

21 I.3 Les différentes mesures de la production primaire

22 GPP : Gross Primary Production
Carnivores 2 = Quantité de C fixé par an par surface Carnivores 1 Herbivores g. C .surf-1.temps-1 Plantes Matière Organique Décomposeurs CO2 Matière Minérale

23 NPP : Net Primary Productivity
Carnivores 2 NPP= GPP – R plantes Carnivores 1 g. C .surf-1.temps-1 Herbivores Productivité primaire nette Plantes Matière Organique Décomposeurs CO2 Matière Minérale

24 NEP Net Ecosystem Production
Carnivores 2 NEP= GPP –  R -  pertes Carnivores 1 g. C .surf-1.temps-1 Herbivores Productivité primaire nette de l'écosystème Plantes Matière Organique Décomposeurs CO2 Matière Minérale

25 I.4 Production vs Productivité
production = biomasse en place : STOCK productivité = accroissement de biomasse par unité de temps : FLUX en anglais productivité se dit production  g. C .surf-1  g. C .surf-1.temps-1 exemple Productivité Primaire Nette = Net Primary Production NB production se dit yield

26 I.5 Rappel sur la photosynthèse

27 I.5.1 Où elle se fait H2O

28 I.5.2 Les 3 types de photosynthèse
CO2 C3 C3 MO CO2 C4 C4 C4 C3 MO CO2 C4 CAM C4 C3 MO

29 II Variations de la productivité primaire

30 II Variations de la productivité primaire
II.1 Productivité des biomes

31 II.1 Productivité des biomes
I.3 Les différentes mesures de la production primaire

32 II.1 Productivité des biomes
I.3 Les différentes mesures de la production primaire

33 II.1 productivité des biomes
I.3 Les différentes mesures de la production primaire

34 II Gradients de productivité globaux
II.1 Gradients latitudinaux N S

35 II.2 Gradients latitudinaux

36 II.2 Gradients latitudinaux

37 II.2 Gradients latitudinaux
(France)

38 II.2 Gradients latitudinaux
II.2.1 Gradients terrestres 0°

39 II.2 Gradients latitudinaux
II.2.2 Gradients océaniques

40 III Déterminants de la productivité primaire

41 III Déterminants de la productivité primaire
III.1 déterminants locaux = déterminants physiologiques III.2 déterminants globaux

42 III Déterminants de la productivité primaire
III.1 déterminants locaux

43 III Déterminants locaux de la productivité primaire
H2O

44 III.1 Lumière

45 III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O Irradiance umol m-2.s-1
600 1200 1800

46 III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3)
point de compensation pour la lumière PS=R O umol m-2.s-1 600 1200 1800 taux de respiration à l'ombre PS=0

47 III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200
1800 R>PS PS>R

48 III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200
1800

49 III.1.1 Lumière Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200 1800

50 III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200
1800 limitation par la lumière limitation par le CO2

51 III.1.1 Lumière C4 uptake CO2 dû à Photosynthèse C3 umol m-2.s-1

52 III.1.1 Lumière essential of ecology

53 III.1.1 Lumière adaptations feuilles géantes (genre cecropia)

54 III.1.1 Lumière adaptations

55 III.1.1 Lumière adaptations

56 III.1.2 le CO2

57 III.1.2 le CO2 C3 photosynthèse umol m-2.s-1 C4 100 300 600
CO2 intercellulaire (ppm) (le co2 ambiant est en gal 20-50% + élevé que intercellulaire)

58 III.1.2 le CO2 0.5 croissance annuelle Pinus taeda kg C m-2
enrichit en CO2 0.2 CO2 ambiant p183 Larcher 1994 2000 Duke forest (FACE) Oren & al 2001

59 III.1.3 la temperature

60 III.1.4 les nutriments P330 schulze

61 III.1.4 les nutriments

62 III.1.4 les nutriments Loi de Liebig

63 III.1.4 les nutriments Fixation de l’azote bactéries type rhizobium

64 III.1.5 l’eau produits de la photosynthèse

65 III.1.5 l’eau nutriments H2O

66 III.1.5 l’eau nutriments H2O

67 III.1.5 l’eau

68 III.1.5 l’eau adaptation : hydraulic lift Artemisia tridentata

69 III.1.6 Loi de la tolérance (Shelfold 1910) taux de croissance

70 III.1.6 Illustration de la loi de la tolérance : distribution des C3 et C4
The percentage of grass flora made up of C4 plants in the grasslands of North America © 2010 Nature Education Adapted from Teeri & Stowe 1976

71 III.1.7 Bilan des déterminants locaux
Lumière CO2 température nutriments eau Productivité loi - de tolérance - de Liebig

72 III Déterminants de la productivité primaire
III.2 déterminants globaux

73 III.2 Déterminants globaux
NPP = valeur à prédire 0°

74 III.2 Déterminants globaux
III.2.1 UV

75 III.2 Déterminants globaux
NPP 0°

76 III.2.2 le CO2

77 III.2.2 le CO2 ne pas oublier les vents !

78 III.2 Déterminants globaux
NPP 0°

79 III.2.3 la température temp.gif

80 III.2 Déterminants globaux
NPP 0°

81 III.2.4 les nutriments

82 III.2.4 les nutriments

83 III.2.4 les nutriments

84 III.2.4 les nutriments paradoxe tropical :
peu de nutriments dans les sols mais forte productivité

85 III.2 Déterminants globaux
NPP 0°

86 III.2.5 les précipitations

87 III.2.6 synthèse

88 Résumé du cours productivité primaire
définition patterns déterminants locaux déterminants globaux