Transcript La productivité primaire dans les écosystèmes

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?
2
Plan du cours



I Qu'est ce que la productivité
primaire?
II Variabilité de la productivité
primaire
III Déterminants de la productivité
primaire
3
I Qu'est ce que la productivité
primaire ?
I La productivité primaire

I.1 Définition
Énergie
Matière minérale
Matière Organique
5
I La productivité primaire

I.1 Définition
I.1.1 Photosynthèse
6
I La productivité primaire

I.1 Définition
I.1.1 Photosynthèse
xCO2 + yH2O
Plantes
7
I La productivité primaire

I.1 Définition
I.1.2 Chimiosynthèse
8
I La productivité primaire

I.1 Définition
I.1.2 Chimiosynthèse
zH2S
xCO2 + yO2 zCH4
zNH3
( )
Bactéries
symbiotiques
dans
Vers tubicoles
Bivalves
Crevettes
9
I La productivité primaire

I.1 Définition
Matière minérale
Matière Organique
Photosynthèse
Chimiosynthèse
10
I La productivité primaire

I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes
Matière
minérale
Matière
Organique
Autotrophes
11
I La productivité primaire

I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes
Matière
minérale
Matière
Organique
Autotrophes
Hétérotrophes
12
I La productivité primaire

I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes

"autotrophe" = pas seulement "plante" !
13
I La productivité primaire

I.1.3 Autotrophes vs hétérotrophes
Exemples d'organismes autotrophes
Elysia
chlorotica
(s'approprie
des
chloroplastes !)
Cyanobactéries
photosynthèse
- Vers tubicoles
- Bivalves
-Crevettes
des abysses
(Bactéries
symbiotiques)
chimiosynthèse
14
I.2 Rôle dans le cycle de la matière

Dans ce cours on ne s'intéressera qu'à
la photosynthèse: cycle du Carbone
15
I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2
Carnivores 1
Herbivores
Plantes
Matière
Organique
Matière
Minérale
Décomposeurs
I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2
MO
Carnivores 1
Herbivores
Plantes
Matière
Organique
Matière
Minérale
Décomposeurs
I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2
MO
Carnivores 1
Herbivores
Plantes
Matière
Organique
Matière
Minérale
Décomposeurs
I.2 Rôle dans le cycle de la matière
Carnivores 2
MO
Carnivores 1
CO2
pertes MO
Herbivores
leaching
feu
récoltes
gaz volatiles
Plantes
Matière
Organique
CO2
Matière
Minérale
Décomposeurs
I.2 Rôle dans le cycle de la matière

= 1er maillon des écosystèmes

= fixation du CO2

toutes les chaînes alimentaires
reposent dessus
20
I.3 Les différentes mesures de la
production primaire
21
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
CO2
Matière
Minérale
Décomposeurs
NPP : Net Primary Productivity
Carnivores 2
NPP= GPP – R
Carnivores 1
plantes
g. C .surf-1.temps-1
Herbivores
Productivité primaire nette
Plantes
Matière
Organique
CO2
Matière
Minérale
Décomposeurs
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
CO2
Matière
Minérale
Décomposeurs
I.4 Production vs Productivité
production = biomasse en place : STOCK
 g. C .surf-1
productivité = accroissement de biomasse
par unité de temps : FLUX
 g. C .surf-1.temps-1
- en anglais productivité se dit production
exemple
Productivité Primaire Nette = Net Primary Production
NB production se dit yield
25
I.5 Rappel sur la photosynthèse
26
I.5.1 Où elle se fait
H2O
27
I.5.2 Les 3 types de photosynthèse
CO2
C3
C3
MO
CO2
C4
CAM
C4
C4
C3
CO2
C4
C3
MO
MO
C4
28
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
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 Gradients de productivité
globaux
II.1 Gradients latitudinaux
N
S
II.2 Gradients latitudinaux
35
II.2 Gradients latitudinaux
36
II.2 Gradients latitudinaux
(France)
37
II.2 Gradients latitudinaux
II.2.1 Gradients terrestres
0°
38
II.2 Gradients latitudinaux
II.2.2 Gradients océaniques
39
III Déterminants de la
productivité primaire
III Déterminants de la productivité
primaire

III.1 déterminants locaux


= déterminants physiologiques
III.2 déterminants globaux
41
III Déterminants de la productivité
primaire

III.1 déterminants locaux
42
III Déterminants locaux de la
productivité primaire
H2O
43
III.1 Lumière
44
III.1.1 Lumière
PS nette
Pmax
(plante en C3)
O
600
1200
1800
Irradiance
umol m-2.s-1
45
III.1.1 Lumière
PS nette
Pmax
(plante en C3)
point de compensation pour la lumière
PS=R
O
taux de respiration
à l'ombre
PS=0
600
1200
1800
umol m-2.s-1
46
III.1.1 Lumière
PS nette
Pmax
(plante en C3)
O
600
R>PS
1200
1800
umol m-2.s-1
PS>R
47
III.1.1 Lumière
PS nette
Pmax
(plante en C3)
O
600
1200
1800
umol m-2.s-1
48
III.1.1 Lumière
Pmax
(plante en C3)
O
600
1200
1800
umol m-2.s-1
49
III.1.1 Lumière
PS nette
Pmax
(plante en C3)
O
600
1200
limitation par
la lumière
1800
limitation par
le CO2
umol m-2.s-1
50
III.1.1 Lumière
uptake CO2
dû à Photosynthèse
C4
C3
umol m-2.s-1
51
III.1.1 Lumière
52
III.1.1 Lumière
adaptations
feuilles géantes
(genre cecropia)
53
III.1.1 Lumière
adaptations
54
III.1.1 Lumière
adaptations
55
III.1.2 le CO2
56
III.1.2 le CO2
photosynthèse
C3
umol m-2.s-1
C4
100
300
600
CO2 intercellulaire (ppm)
(le co2 ambiant est en gal 20-50% + élevé que intercellulaire)
57
III.1.2 le CO2
0.5
croissance
annuelle
Pinus taeda
0.2
kg C m-2
0
enrichit en CO2
CO2 ambiant
1994
2000
Duke forest
(FACE)
Oren & al 2001
58
III.1.3 la temperature
59
III.1.4 les nutriments
0
60
III.1.4 les nutriments
0
61
III.1.4 les nutriments
Loi de Liebig
62
III.1.4 les nutriments
Fixation de l’azote
bactéries type rhizobium
63
III.1.5 l’eau
produits de la photosynthèse
III.1.5 l’eau
nutriments
H2O
65
III.1.5 l’eau
nutriments
H2O
66
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
69
III.1.6 Illustration de la loi de la
tolérance : distribution des C3 et C4
70
III.1.7 Bilan des déterminants locaux
Lumière
CO2
température
nutriments
eau
Productivité
loi - de tolérance
- de Liebig
71
III Déterminants de la productivité
primaire

III.2 déterminants globaux
72
III.2 Déterminants globaux
NPP = valeur à prédire
0°
73
III.2 Déterminants globaux

III.2.1 UV
http://orias.dwd.de/promote/index.jsp
74
III.2 Déterminants globaux
NPP
0°
75
III.2.2 le CO2
76
III.2.2 le CO2
ne pas oublier
les vents !
77
III.2 Déterminants globaux
NPP
0°
78
III.2.3 la température
79
III.2 Déterminants globaux
NPP
0°
80
III.2.4 les nutriments
81
III.2.4 les nutriments
82
III.2.4 les nutriments
83
III.2.4 les nutriments
paradoxe tropical :
peu de nutriments dans les sols mais forte productivité
84
III.2 Déterminants globaux
NPP
0°
85
III.2.5 les précipitations
86
III.2.6 synthèse
87
Résumé du cours productivité primaire




définition
patterns
déterminants locaux
déterminants globaux
88