La productivité primaire dans les écosystèmes Module LV 396 Fonctionnement des écosystèmes jerome.mathieu [at] snv.jussieu.fr http://www.jerome-mathieu.com
Questions Qu'est ce que la productivité primaire? Comment varie t’elle dans l’espace De quoi dépend elle?
Plan du cours I Qu'est ce que la productivité primaire? II Variabilité de la productivité primaire III Déterminants de la productivité primaire
I Qu'est ce que la productivité primaire ?
I La productivité primaire I.1 Définition Énergie Matière minérale Matière Organique
I La productivité primaire I.1 Définition I.1.1 Photosynthèse
I La productivité primaire I.1 Définition I.1.1 Photosynthèse xCO2 + yH2O Plantes
I La productivité primaire I.1 Définition I.1.2 Chimiosynthèse
I La productivité primaire I.1 Définition I.1.2 Chimiosynthèse Bactéries symbiotiques dans Vers tubicoles Bivalves Crevettes zH2S zCH4 zNH3 xCO2 + yO2 ( )
I La productivité primaire I.1 Définition Matière minérale Matière Organique Photosynthèse Chimiosynthèse
I La productivité primaire I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes Matière minérale Matière Organique Autotrophes
I La productivité primaire I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes Matière minérale Matière Organique Autotrophes Hétérotrophes
I La productivité primaire I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes "autotrophe" = pas seulement "plante" !
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
I.2 Rôle dans le cycle de la matière Dans ce cours on ne s'intéressera qu'à la photosynthèse: cycle du Carbone
I.2 Rôle dans le cycle de la matière Carnivores 2 Carnivores 1 Herbivores Plantes briques élémentaires Matière Organique Décomposeurs Matière Minérale
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
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
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
I.2 Rôle dans le cycle de la matière = 1er maillon des écosystèmes = fixation du CO2 toutes les chaînes alimentaires reposent dessus
I.3 Les différentes mesures de la production primaire
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
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
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
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
I.5 Rappel sur la photosynthèse
I.5.1 Où elle se fait H2O
I.5.2 Les 3 types de photosynthèse CO2 C3 C3 MO CO2 C4 C4 C4 C3 MO CO2 C4 CAM C4 C3 MO
II Variations de la productivité primaire
II Variations de la productivité primaire II.1 Productivité des biomes
II.1 Productivité des biomes I.3 Les différentes mesures de la production primaire
II.1 Productivité des biomes I.3 Les différentes mesures de la production primaire
II.1 productivité des biomes I.3 Les différentes mesures de la production primaire
II Gradients de productivité globaux II.1 Gradients latitudinaux N S
II.2 Gradients latitudinaux
II.2 Gradients latitudinaux
II.2 Gradients latitudinaux (France)
II.2 Gradients latitudinaux II.2.1 Gradients terrestres 0°
II.2 Gradients latitudinaux II.2.2 Gradients océaniques
III Déterminants de la productivité primaire
III Déterminants de la productivité primaire III.1 déterminants locaux = déterminants physiologiques III.2 déterminants globaux
III Déterminants de la productivité primaire III.1 déterminants locaux
III Déterminants locaux de la productivité primaire H2O
III.1 Lumière
III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O Irradiance umol m-2.s-1 600 1200 1800
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
III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200 1800 R>PS PS>R
III.1.1 Lumière PS nette Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200 1800
III.1.1 Lumière Pmax (plante en C3) O umol m-2.s-1 600 1200 1800
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
III.1.1 Lumière C4 uptake CO2 dû à Photosynthèse C3 umol m-2.s-1
III.1.1 Lumière essential of ecology
III.1.1 Lumière adaptations feuilles géantes (genre cecropia)
III.1.1 Lumière adaptations
III.1.1 Lumière adaptations
III.1.2 le CO2
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)
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
III.1.3 la temperature
III.1.4 les nutriments P330 schulze
III.1.4 les nutriments
III.1.4 les nutriments Loi de Liebig
III.1.4 les nutriments Fixation de l’azote bactéries type rhizobium
III.1.5 l’eau produits de la photosynthèse
III.1.5 l’eau nutriments H2O
III.1.5 l’eau nutriments H2O
III.1.5 l’eau
III.1.5 l’eau adaptation : hydraulic lift Artemisia tridentata
III.1.6 Loi de la tolérance (Shelfold 1910) taux de croissance
III.1.6 Illustration de la loi de la tolérance : distribution des C3 et C4 http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-ecology-of-photosynthetic-pathways-15785165 The percentage of grass flora made up of C4 plants in the grasslands of North America © 2010 Nature Education Adapted from Teeri & Stowe 1976
III.1.7 Bilan des déterminants locaux Lumière CO2 température nutriments eau Productivité loi - de tolérance - de Liebig
III Déterminants de la productivité primaire III.2 déterminants globaux
III.2 Déterminants globaux NPP = valeur à prédire 0°
III.2 Déterminants globaux III.2.1 UV http://orias.dwd.de/promote/index.jsp
III.2 Déterminants globaux NPP 0°
III.2.2 le CO2 http://non.pleug.com/spip/spip.php?article160
III.2.2 le CO2 ne pas oublier les vents ! http://www.physorg.com/news142861794.html
III.2 Déterminants globaux NPP 0°
III.2.3 la température http://planetariumweb.madison.k12.wi.us/files/planetarium/earth-global- temp.gif
III.2 Déterminants globaux NPP 0°
III.2.4 les nutriments http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
III.2.4 les nutriments http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
III.2.4 les nutriments http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
III.2.4 les nutriments paradoxe tropical : peu de nutriments dans les sols mais forte productivité http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
III.2 Déterminants globaux NPP 0°
III.2.5 les précipitations http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
III.2.6 synthèse http://www.climate-charts.com/World-Climate-Maps.html
Résumé du cours productivité primaire définition patterns déterminants locaux déterminants globaux