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Gestion des agrosystèmes À l’échelle du paysage
Sandrine Petit
UMR Agroécologie
INRA Dijon [email protected]
Cours M2 BIPME
1935: introduction de la notion d’écosystème par Tansley
• Milieux naturels sont stables • Une biocénose homogène dans un environnement homogène • Communautés closes et saturées d’espèces adaptées à leur milieu et ajustées entre elles, essentiellement par des phénomènes de compétition
Jusque dans les années 1970s
Une association ou communauté d'êtres vivants et son environnement géologique, pédologique et atmosphérique.
Ecologie du Paysage: émergence d’une nouvelle discipline
écologie, géographie, agronomie, hydrologie, etc…
Un ensemble d’écosystèmes en interaction. Un paysage a une structure, est dynamique et a des fonctions écologiques. Forman, 1997
L ’écologie du paysage : les questions
Identifier les relations entre structure spatiale des paysages (et leur dynamique) et fonctionnements écologiques Identifier les facteurs contrôlant la dynamique des paysages
Le paysage, un niveau d’organisation des systèmes écologiques qui contrôle des processus écologiques
L’échelle de représentation
• Etendue de la surface étudiée (« extent »)
• Finesse de la représentation cartographique (« grain »)
Pourquoi quantifier un paysage ?
(1) Pour comparer objectivement différents
paysages ou différents types d’éléments au sein d’un même paysage
(2) Pour identifier les processus générant les
structures observées
(3) Pour comprendre l’impact du paysage sur les processus écologiques…
Landscape metrics : les indices paysagers
La variété et l’abondance des types de classes
constituant le paysage.
40% feuillus
40% prairies intensives
20% terres arables
Densité de haies
Composition du paysage
La diversité du paysage: nombre de types
d’occupation du sol
Les caractéristiques spatiales et la
distribution des éléments.
Par type d’occupation du sol (feuillus)
Nombre de taches = 25
Taille moyenne des taches = 3.2 ha
Distance moyenne entre taches = 386 m
Structure du paysage
Concept de connectivité structurelle:
continuité spatiale
L’hétérogénéité augmente avec le nombre de types d’éléments
L’hétérogénéité augmente quand l’arrangement spatial se complexifie
Hétérogénéité du paysage
Isolement = baisse de la connectivité structurelle
Reduction de superficie
Fragmentation
Degré de fragmentation d’un habitat
Yellowstone, USA premier parc national 1988 : le grand incendie
Introduction à l'Ecologie du Paysage
Dynamique des paysages: les perturbations
Introduction à l'Ecologie du Paysage
1775
Coniferous woodland
Wet meadow
Bog
Grassland / crop
Heathland
Broadleaved woodland
Mixed woodland
1868 1923 1973
Ex: 200 ans sur une commune dans les Ardennes
Evolution des activités humaines sur un territoire
1847: Fin du
pâturage
collectif 1860: chemin
de fer, chaulage
et mise
en culture
des landes
1890: crise du blé
Début des plantations
forestières
Evolution des activités sur un territoire
Cultures et prairies Lande
Bois decidus Coniferes
Prairies humides
1923 1953 Sur des décennies
1775 1985
Mutation agricole d’après guerre
1960 1980 2000
Introduction à l'Ecologie du Paysage
Exemple des bocages de l’Ouest de l’Europe
Transformation des structures bocagères 1952 -1990
Espace boisé apparu
Haie continue apparue
Haie discontinue apparue
Espace boisé disparu
Haie continue disparue
Haie discontinue disparue
0
50
100
150
200
250
300
350
Côtes
d'Armor
Morbihan
densité de haies (m/ha)
1961
1982
(P. Morant, Costel)
Evolution des paysages agricoles
Globalement…
Spécialisation des productions (espace)
Augmentation de la taille des parcelles (espace)
Simplification des rotations (temps)
Destruction des habitats interstitiels non cultivés
Homogénéisation
1890 1987
Et l’arrêt de l’usage des terres (pâturage)
Ex: fermeture des paysages en moyenne montagne
Introduction à l'Ecologie du Paysage
Structure du paysage Matrice / taches / corridors
Matrice : élément dominant
Taches : habitats particuliers
Corridor : structure linéaire
Milieu intérieur
lisière
Introduction à l'Ecologie du Paysage
Espèces de milieu intérieur Espèces multi-habitats
Espèces de lisière
Réponse des espèces au paysage
Introduction à l'Ecologie du Paysage
Théorie de la biogéographie des îles (Mac Arthur et Wilson, 1967)
Une population formée de sous populations qui s'éteignent et
recolonisent localement
Plusieurs modèles de métapopulation
Levins, 1969
t t + 1
Coeur-satellite
Source-puits
Population continue Métapopulation
Populations isolées
Fragmentation
Distance de dispersion
Réaction des espèces à la fragmentation
Métapopulation et paysage
Taux d’extinction
Taille du patch (taille de la population)
Qualité de l’habitat (taille et succès de la population)
Isolement (pas d’arrivée de colonisateurs
pour consolider une population)
Taux de colonisation
Distance au patch occupé le plus proche
(accès au patch)
Qualité de l’habitat
Présence de corridors ou stepping stones
Ex: Papillon Hesperia comma (Hanski et al., 1990)
Distance au patch le +
proche
Tail
le d
u p
atc
h
Patchs occupés
Patchs vacants
Réponse des espèces au paysage
Degré de spécialisation à un ou des habitats
Espèces généraliste vs espèces spécialistes
Capacité de dispersion
Espèces plus ou moins mobiles
Aussi échelles de perception de l’espace et du temps ….
Diminution de la surface de milieux d’intérieur
Rupture des flux d’individus entre populations locales
Inaccessibilité de la ressource en eau
Passage d'une structure autoroutière
Le maintien des espèces dans un réseau bocager
Déstructuration
Réseau connecté taches /corridor flux importants
Groupes d'éléments isolés habitat source non connecté
Maintien des populations ? Populations continues et grandes métapopulations
Plantes 50% des espèces en déclin (surtout des annuelles) Des espèces envahissantes Insectes 1/3 des espèces (papillons, carabes , pollinisateurs) Oiseaux : 1/4 des espèces en déclin ( granivores) Mammifères : Déclin de la majorité des espèces Augmentation des espèces communes (lapin, renard)
Une perte de diversité et un déclin général des espèces animales et végétales
Evolution de la biodiversité en milieu agricole
« La conservation de la biodiversité sur ces espaces agricoles est devenue aussi
préoccupante que dans les espaces semi-naturels ou protégés ».
Biodiversité patrimoniale
-Biodiversité agricole ou cultivée
-Biodiversité associée : espèces « rares »
-mais aussi biodiversité « ordinaire »
Perte ou déclin important de la distribution
ou de l’abondance d’espèces
Ex: Indicateur européen ‘Farmland birds’
Biodiversité et services agro-écologiques
-Régulation naturelle des ravageurs de cultures (auxiliaires)
- Pollinisation des cultures
-Fertilité et productivité des sols (bactéries)
- Fonctionnement des cultures (mycorhizes)
La reconnaissance que la biodiversité a des fonctions
qui sont importantes pour l’agriculture et sa durabilité
Quelle perte d’espèces (et identité des espèces) avant
de menacer le bon fonctionnement écologique du système?
Exemple: flore dans 158 champs
de Côte d’Or
(Fried et al. 2009)
Nombre d’espèces par champ années 2000
No
mb
re d
’es
pèc
es p
ar
ch
am
p a
nn
ée
s 1
97
0
Exemple d’évolution de biodiversité:
la flore adventice
Les fonctions de la flore adventice?
Fusariose
Ergot
Rendement
agricole
Hôte alternatifs de
pathogènes de la
culture
Base des
chaines
alimentaire
s
Pollinisateurs
Insectes, oiseaux
Baisse des ressources trophiques dans les
parcelles pour l’avifaune
Non-Outlier MaxNon-Outlier Min
75%25%
Median
Change in richness of birdfood plants 78-90-98
In fields cultivated in every year of survey
Ric
hn
ess o
f b
ird
foo
d p
lan
ts
EZ: 1
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
1978 1990 1998
EZ: 2
1978 1990 1998
Evolution du nombre moyen de plantes utiles à l’avifaune
par parcelle entre 1978, 1990 et 1998
Finalement la biodiversité ….
Maintenir des habitats riches en espèces
Maintenir une espèce patrimoniale
Maintenir des services écologiques
etc ….
1. Flore Adventice
• Végétation spontanée présente dans un champ
• Environ 1200 espèces en France
ANR project ADVHERB
EU project PURE
Ex: les bandes enherbées réglementaires
FESPR
HOLMO
GERRO
LINVU
ARTVU
TRODM
TRFPR
VICSA
ERIFL
SONAR
CLVVT
CATSS
GALMO
RUMOB
MENSU
EPHPL
EUPCA
SENJA
PLAMA
HEEHE
TRFRE
HYPPE
LITAR
FESAR
SILVU
CIRVU
RANRE
MELAL
GALCR
ARREB
ATXPA
PLALA
FESRU
SALPR
DAUCA
POAPR
POLLA
CRXSS
RUBSS
GERDI
CIRAR
LTHTU
PICHI
BROSS
GLEHE
MYOAR
AGRRE
VERPE
VERHE
GALAP
LAPCO
EQUAR
VLLSS
VERPO
EPHHE
ALOMY
GAELA
POLAV
POLCO
SINAR
CAPBP
CHEAL
PAPRH
VIOTR
SONAS
AETCY
EPHSE
MERAN
SENVU
POATR
POLPE
ANGAR
URTDI
VIOAR
DACGL
LAMPU
LOLSS
CONAR
POAAN
STEME
TOIAR
ABGSS
FUMOF
PTLRE
GERCO
ACHMI
MATCH
SCAPV
LEPCA
MEDLU
GCTTO
FICVE
PICEC
FRAVE
PAVSA
PTLAN
GERMO
ERPVE
Sown-grass-strip side Boundary side
Sown-grass-stripside only
Boundary speciesextending their
habitat
Favouredspecies
Arable species
Disfavouredspecies
Boundaryside only
Espèces qui restent dans
la bande enherbée
Espèces de bordures qui entrent la
bande enherbée
Espèces de bordures qui entrent dans la
parcelle
Espèces de champ qui ne colonisent
pas ou sont filtrées par la bande
enherbée
Bordure
Bordure Bande
enherbée
T Transects (13 parcelles)
Cordeau, Petit, Reboud, Chauvel (2012) Agriculture Ecosystems & Environment
La flore modifie sa distribution quand de nouveaux habitats sont créés
Effet des Pratiques agricoles et du paysage
±
0 5 000 10 0002 500Mètres
Légende
MAEt réduction
herbicide
bio
témoin
routes et cheminsLégende
MAEt réduction
herbicide
bio
témoin
routes et chemins
Légende
MAEt réduction
herbicide
bio
témoin
routes et chemins
Légende
MAEt réduction
herbicide
bio
témoin
routes et chemins
130 champs de blé
- PAYSAGE
Taille des parcelles +
diversité du paysage
- PRATIQUES
Pression herbicide +
Fertilisation azotée
Travail du sol
CONV – MAE -BIO
Stage Master 2 AL Grison (S. Petit, N. Munier-Jolain, V. Bretagnolle)
ZA CHIZE
Zone atelier Chizé (79) Un paysage complexe est plus riche en adventices
123 parcelles de blé
Caractéristiques des parcelles Taille, précédent cultural Composition du paysage:
% occupée par les types d’occupation du sol Structure du paysage:
Nombre de parcelles dans le rayon, Diversité des occupations du sol
Rayons 200m à 1km
Gaba, Chauvel, Dessaint, Bretagnolle, Petit (2010) Agriculture Ecosystems & Environment
Champ
22.1 % Composition
14.4 %
Structure
48.9%
% i
nd
ep
en
de
nt
eff
ec
ts
Spatial
14.6 %
Le modèle ‘paysage’ explique 20%
des variations en richesse
dans le blé;
cet effet est essentiellement
du à la structure
Paysage: un filtre pour les espèces adventices
Flore du blé
50% cultures
10% prairies
35m haies/ha
15% cultures
35% prairies
90m haies/ha
Diversité (field) = 6.1
Diversité (landscape) = 41
Diversité (field) = 10.2
Diversité (landscape) = 59
Richesse
Stage Master 2 B. Sauzeau (S. Petit, D. Lecoeur)
Excess* Anémogames
Attributs des espèces
Entomogames
51
ZA Pleine-Fougères
Les acteurs sont divers (oiseaux, petits mammifères, invertébrés Zoom sur les prédateurs coléoptères carabidae
Harpalus insecte.org
Amara aenea home.scarlet.be
Granivores
strict Omnivores Carnivores
Brachynus sclopeta ptolemaeus.canalblog.com
Pterostichus melanarius http://users.skynet.be
Poecilus cupreus kaefer-der-welt.d
Anchomenus dorsalis entomart.be
Régulations biologiques: prédations de graines adventices par les insectes
Un service écosystémique (prélèvement de graines
qui ne retournent pas dans la banque de graines dans le sol)
• Tests de préférence
Qui mange quoi ?
Consommation moyenne par jour et par individu par espèce de carabique et espèce adventice.
Harpalus insecte.org
Amara aenea home.scarlet.be
Poecilus cupreus kaefer-der-welt.d
Etudes en laboratoire
Régulations biologiques: études au champ
Mesure de la prédation et des prédateurs
Cartes de prédation
et cages à exclusion
Pièges à interception
Pour les carabidae
Distribution de la prédation de semences par les
invertébrés au cours de la culture du blé
Pourcentage de graines mangées
0
20
40
60
80 Moisson
Mai 2 juin1 juin2 juil1 juil2 aout1 aout2 sept1 sept2 oct1
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100 120 140
Pré
dati
on
rate
Abundance de carabes consommateurs de graines
Prédation: étude régionale
Stage Master 2 A. Trichard (S. Petit))
ZA Fénay-Bourgogne
Harpalus insecte.org
Granivores Omnivores
Po
ecilus cu
preu
s kaefer-d
er-welt.d
Taux de prédation de graines
d’adventices
Contexte paysager des parcelles
Pratiques dans les parcelles
Trichard, Alignier, Biju-Duval, Petit (soumis) Basic & Applied Ecology
Effet des Pratiques et du paysage sur les prédateurs et le service de régulation
Diversité granivores (44.8%)
PAYSAGE: 27.4% PRATIQUES: 5.9%
Taux prédation (24.2%)
PAYSAGE: 13.2% PRATIQUES: 1.5%
Diversité de granivores (abondance et richesse)
Proportion d’omnivores (/t carnivores)
Harpalus insecte.org
Trichard,,, Petit (soumis) Basic & Applied Ecology
Parasitism rate
rape clover 1 clover 2 wheat triticale total
Test : glm
Le rôle des bords de champ
Plus de parasitisme en bordure de champ que dans la parcelle, quelque soit la culture
Source: Plantegenest et al.
Parasitism
rate
14 April 27 April 11 May 25
May
8 June 22 June
Date
Test : glm
Le parasitisme dans les bordures commence bien plus tôt dans la saison
Source: Plantegenest et al.
Le rôle des bords de champ
Moins de larves dans les vergers entourés de vergers ‘traités’
Carpocapse, pratiques, paysage
Source: Lavigne, Franck et al.
Moins de larves dans les vergers entourés de haies