Liens entre biodiversité et production S. Barot IRD, UMR 137 http://millsonia.free.fr/

 Introduction Rappels sur la biodiversité Plan  Introduction Rappels sur la biodiversité  Production végétale  Production animale  Production intégrée  Conclusion Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Parce qu’elle est menacée Pourquoi parle-t-on tant de la biodiversité ?  Parce qu’elle est menacée  Parce qu’elle représente un service écosystémique en elle-même  Parce qu’elle fournit indirectement des services écosystémiques par ses liens avec le fonctionnement des écosystémes Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Diversité horizontale et verticale Duffy et al. 2007 Ecol. Lett. Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

+ Diversité fonctionnelle + Groupes clefs? Diversité verticale  Une diversité minimale est nécessaire pour assurer toutes les fonctions de l’écosystème + Diversité trophique + Diversité fonctionnelle + Groupes clefs?  Application aux réseaux trophiques Plus grande stabilité? Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Biodiversité horizontale et fonctionnement  L’effet de la biodiversité horizontale a surtout été étudié pour les plantes  Que se passe-t-il quand la biodiversité des producteurs primaires augmente? ? Production primaire Nb d’espèce de plantes Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Biodiversité horizontale et fonctionnement Complémentarité Production primaire Production primaire Niche trophique ou écologique Niche trophique ou écologique NB espèce de plantes +  Plus il y a d’espèces plus elles occupent toutes les niches disponibles (occupation de l’espace)  Plus il y a d’espèces plus elles utilisent toute la ressource disponible (eau, lumière, nutriments) Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage Biomasse potentielle à t et en monoculture Différentes espèces potentiellement présentes localement Sélection locale d’espèces Avec peu d’espèces on a peut de chance de rencontrer les espèces les plus productives : faible production primaire Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage Forte diversité Faible diversité Forte productivité de la communauté Faible productivité Quelle est l’hypothèse conduisant à cette conclusion? Surface occupée ou densité Surface occupée ou densité Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage L’effet d’échantillonnage augmente la production primaire si les espèces les plus productives en monoculture le reste en compétition avec d’autres espèces:  Elles gagnent la compétition  Elles occupent mieux l’espace  Elles utilisent mieux les ressources Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Variance de la productivité Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’assurance t=n+1 t=n Forte diversité Faible diversité Variance de la productivité Diversité Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Utilisation de la biodiversité pour augmenter la production végétale? Comparaison écosystèmes naturels / agro-écosystème Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Une perte de biodiversité à différentes échelles  Réduction du nombre d’espèces poussant localement  Réduction de la variabilité génétique locale  Réduction du nombre de variétés cultivées (variabilité génétique globale)  Dégâts collatéraux sur le reste de la biodiversité Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Réduction du nombre d’espèces poussant localement  Simplification des paysages agricoles Spécialisation régionale de la production Moins d’exploitations diversifiées Moins de prairies permanentes  Grandes parcelles  Herbicides Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Réduction de la variabilité génétique locale  Les agriculteurs ne produisent plus leurs semences Optimisation des semences mais homogénéisation Lignées pures Clones  Problèmes des variétés hybrides stériles  Problèmes des OGM Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Réduction du nombre de variétés cultivées  Réduction du nombre d’espèces poussant localement 80% des variétés de légumes cultivées en France ont disparu en 50 ans  Problème de l’homologation des semences Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Impact négatif de l’agriculture sur le reste de la biodiversité  Espèces végétales  Organismes du sol  Polénisateurs  Oiseaux …etc Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Impact global de l’agriculture  La plupart des sols cultivables (ou utilisables) sont cultivés (ou utilisés) Un impact très élevé sur la biosphère Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Un défi pour l’agriculture Nourrir 9 milliards d’être humains en 2050  Augmenter les surfaces agricoles?  Augmenter encore les rendements? Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Problèmes de l’agriculture moderne… pouvant être liés à la biodiversité  Pollution par les pesticides  Pollution par les engrais  Durabilité de la production d’engrais? Tilman 2002 Nature Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Revenir ‘‘en arrière’’ Revenir ‘‘en arrière’’ ? Utiliser la biodiversité pour augmenter la production? Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Production végétale Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Augmenter la biodiversité dans les agro-écosystèmes?  Effet de complémentarité  ’’Dilution’’ de l’effet des pathogènes  Effet d’assurance Mais de nombreux problèmes techniques Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Rotations  Changer de type de culture d’année en année, souvent de manière cyclique  Rompt le cycle vital des organismes nuisibles spécialistes Permet de varier les pesticides utilisés et de limiter l’apparition de résistances  Gestion de la fertilité des sols Utilisation de plantes légumineuses Jachère Effets de complémentarité dans le temps Mais souvent remplacement par des monocultures Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Plantes de couverture  Plante cultivée entre ou pendant les périodes de culture régulière. Pourquoi? + Augmenter la teneur en matière organique du sol et/ou le protéger contre l'érosion + Diminue les pertes de nutriments minéraux Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Plantes de couverture Erosion Refuge pour des organismes auxiliaires Interculture Interbande Erosion Lessivage Lessivage Refuge pour des organismes auxiliaires Complémentarité spatiale Complémentarité temporelle Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Plantes de couverture Azote Matière organique si légumineuse Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Cultures intercalaires  La ‘‘seconde’’ plante est aussi récoltée  Mêmes mécanismes que les plantes de couverture Maïs + haricot Blé + soja Freine la propagation des pathogènes  Autres mécanismes? Maïs+arachide Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Deux types de plante très différents mais mêmes mécanismes Agroforesterie  Deux types de plante très différents mais mêmes mécanismes  Mais des avantages et des inconvénients … Enracinement plus profond Plus de compétition (lumière, eau, nutriments) Remontée de nutriments Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Augmenter la production totale sur la même surface … Problème généraux  Augmenter la production totale sur la même surface … ou sa durabilité  Limiter la compétition (interaction négative) Augmenter les interactions positives Augmenter la conservation des nutriments, de la MO …etc Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Augmente la diversité génétique locale Mélanges de variétés  Augmente la diversité génétique locale  Effet d’assurance vis-à-vis du climat  Meilleure résistance aux pathogènes (Zhu et al. Nature 2000) + effet d’assurance vis-à-vis des pathogènes + moins bonne dissémination entre individus de même génotype Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

De nombreux problèmes techniques  Mécanisation  Récolte d’un mélange + variétés mûrissant à la même date ? + variétés commercialisable en mélange ? + compatibilité des cycles de deux plantes cultivées ensembles Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Plantations industrielles Et la foresterie?  Plantations industrielles  Foresterie traditionnelle Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

‘‘Nouvelle foresterie’’  Tradition : Futaie régulière  Futaie jardinée Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Beaucoup plus grande diversité dans les forêts primaires Forêt tropicale  Beaucoup plus grande diversité dans les forêts primaires  Plantations industrielles : problèmes de durabilité + pathogènes + fertilité? Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Des méthodes d’extraction/gestion durables? Forêt tropicale  Des méthodes d’extraction/gestion durables?  La diversité comme problème  Irrégularité de la forêt comme problème  Solutions??? Vers des forêts diverses mais simplifiées? Exploitation extensive? Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Production animale Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Premières remarques Il est plus ‘‘efficace’’ énergétiquement d’être végétarien Diversité verticale Effet de la diversité des P secondaires mal connu Perte d’énergie Respiration Effets de la biodiversité entre niveaux trophiques mal connus Effet de la diversité horizontale des PP plus ou moins connu Diversité horizontale Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Elevage ‘‘traditionnel’’  Un certain niveau de diversité dans les prairies  Existence de mélanges de plantes prêt à l’emploi  Existence de prairies Monospécifiques (Brésil … etc) Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Elevage plus ou mois hors sol  Nourriture plus ou moins ‘‘artificielle’’  Basée sur des monoculture  Problèmes? Durabilité des monocultures de PP primaires Éloignement de la PP et de la P secondaire, concentration Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Utiliser la diversité des P secondaires?  Cas des écosystèmes naturels  Diversité et complémentarité?  Élevage + Généralement monospécifique + Perte de diversité (races locales…etc Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Exemple de la pêche

2 solutions  Amélioration de la gestion/exploitation des populations de poissons  Aquaculture

Vers une gestion intégrée des population de poissons et des écosystèmes  Prise en compte des ‘‘prises collatérales’’  Gestion ‘‘multi-stock’’  Effets sur les réseaux trophiques

Une aquaculture classique  Élevages monospécifiques  Proche de l’élevage industriel hors-sol  De nombreux dégâts colatéraux  La question de la biodiversité ne se pose pas

L’aquaculture est basée sur des carnivores  Perte énergétique plus grande  Utilisation de la pêche pour nourrir les poissons élevés  Éloignement entre l’élevage et la source de nourriture

Production intégrée Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Principes  Rapprocher les différents acteurs de la production  Augmenter la diversité verticale locale  Boucler le recyclage des nutriments et de la matière organique  Moins grande spécialisation régionale  Exploitations mixtes Plusieurs types de culture, élevage

Exemple Distance Energie non durable Engrais minéraux Mines Énergie Pollution Pollution

Exemple Distance Énergie Énergie

Suppression de la distance  Non régionalisation de la production  Exploitations mixtes

Suppression de la distance  Rotation

Pisciculture intégrée en chine  Grande efficacité  Nécessite beaucoup de main d’oeuvre

Conclusion Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

 Repartir du fonctionnement naturel des écosystèmes? Solutions  Repartir du fonctionnement naturel des écosystèmes?  Refermer le recyclage des nutriments  Remplacer les sources d’énergies ‘‘artificielles’’ et les intrants par des processus écologiques = ingénierie écologique = agro-écologie Politique et Sc de l’Envt, Biodiv et production, Barot

Bibliographie Tilman, D., K. G. Cassman, P. A. Matson, R. Naylor, and S. Polasky. 2002. Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature 418:671-677. Boody, G., and B. DeVore. 2006. Redesigning agriculture. BioScience 56:839-845. Bullock, J. M., R. F. Pywell, and K. J. Walker. 2007. Long-term enhancement of agricultural production by restoration of biodiversity. J. Appl. Ecol. 44:6-12. Gurr, G. M., S. D. Wratten, and J. M. Luna. 2003. Multi-function agricultural biodiversity: pest management and other benefits. Basic Appl. Ecol. 4:107-116.