Écosystèmes versus agrosystèmes - Maxicours

Écosystèmes versus agrosystèmes

Objectifs
  • Comprendre la différence entre les écosystèmes et les agrosystèmes.
  • Calculer les flux de matières dans les écosystèmes et les agrosystèmes.
  • Analyser les conséquences de nos choix alimentaires sur la production alimentaire.
Points clés
  • Les organismes photosynthétiques, comme les plantes, produisent de la matière organique à partir de matière minérale avec l’aide de l’énergie lumineuse. Ce sont les producteurs primaires.
  • La biomasse des producteurs primaires est consommée par les animaux sauvages (écosystème) ou bien est utilisée comme ressource par les humains (agrosystème).
  • Dans un écosystème naturel, toute la biomasse végétale ou animale est finalement décomposée par les microorganismes du sol, les décomposeurs, ou détritivores.
  • Le processus de décomposition fournit aux sols des écosystèmes la même quantité de sels minéraux que celle prélevée par les producteurs primaires. Un écosystème est donc à l’équilibre.
  • Dans un agrosystème, la biomasse végétale est exportée. Le processus de décomposition est donc altéré, et la concentration des sols en sels minéraux diminue au fil des récoltes.
  • Or, les plantes ont besoin de ces sels minéraux pour croitre. Les agriculteurs doivent donc en apporter régulièrement : ce sont les engrais.
  • Pour améliorer la productivité des producteurs primaires, il est également nécessaire d’utiliser des énergies fossiles et des produits phytosanitaires.
  • Pour produire de la viande, l’élevage utilise des végétaux pour nourrir les animaux. Cette biomasse végétale est elle-même issue de l’agriculture. Or, il y a des pertes dans ce processus. La consommation de viande est donc plus gourmande en énergie qu’une alimentation plus riche en plantes.
1. Distinction entre écosystèmes et agrosystèmes
a. Les écosystèmes, une nature en équilibre

Un écosystème est constitué d’un biotope, c’est-à-dire l’ensemble des paramètres physico-chimiques du milieu naturel (température, ensoleillement, précipitation, composition chimique du sol, etc.), et d’une biocénose, soit l’ensemble des êtres vivants qui vivent dans ce biotope. Des relations complexes se forment entre biotope et biocénose et un équilibre s’établit. L’ensemble de ces relations et des chaînes alimentaires de l’écosystème est appelé réseau trophique.

L’énergie qui circule dans un écosystème et qui fait vivre tous les organismes qui y vivent provient de la lumière du soleil (il existe quelques rares exceptions où la source diffère). Cette énergie est utilisée pour produire des glucides à partir de CO2 et de H2O par les organismes photosynthétiques, comme les plantes ou les algues. Les organismes qui produisent des glucides et de l’oxygène grâce à la photosynthèse sont appelés producteurs primaires. La photosynthèse permet donc la production d’une biomasse végétale.

Définition : la biomasse est une unité de poids de matière organique.

Il est important de comprendre que les producteurs primaires produisent leurs molécules organiques (glucides, lipides, protéines, etc.) à partir de molécules non organiques qu’ils trouvent dans leur environnement : le CO2, l’eau (H2O), les nitrates, les sels minéraux, etc. Ils ne peuvent pas croitre s’ils ne trouvent pas assez de ces éléments dans leur milieu. Afin de produire des molécules autres que les glucides et le dioxygène, les plantes ont particulièrement besoin d’azote (N), de potassium (K) et de phosphate (P).

Les glucides stockés dans les plantes constituent pour elles une réserve énergétique. Grâce à la respiration cellulaire, une réaction chimique permettant aux cellules des êtres vivants de se développer et d’agir, les glucides sont oxydés, ce qui libère de l’énergie.

Lorsque les herbivores (ou, plus exactement, les phytophages) mangent les plantes, ils absorbent les molécules organiques contenues dans les cellules végétales. Les phytophages utilisent ces molécules pour produire leurs propres cellules, mais surtout pour produire de l’énergie. Ainsi l’énergie qui était dans les plantes sous forme de glucides est transmise aux herbivores. Le processus se reproduit quand un herbivore est lui-même mangé par un autre animal (on parle de zoophages).

On appelle producteurs secondaires les organismes qui ont besoin d’ingérer la matière organique d’un autre organisme pour produire leur propre matière organique.

Les producteurs secondaires sont eux-mêmes différenciés entre ceux qui consomment directement les producteurs primaires, les consommateurs primaires, et ceux qui consomment ces consommateurs primaires, les consommateurs secondaires.

Exemple : chaine alimentaire feuille de chêne – chenille – mésange.
Dans cette chaine alimentaire, le chêne est le producteur primaire. La chenille, qui se nourrit de ses feuilles, est un consommateur primaire. Enfin, la mésange est un consommateur secondaire car elle est prédatrice des chenilles.

Dans l’écosystème, il reste de la matière organique qui n’est pas utilisée par les producteurs secondaires. Il s’agit de feuilles mortes, de débris de bois et de branches, mais aussi de matière fécale ou encore de cadavres d’animaux. Toute cette matière est cependant consommée et dégradée par la microfaune du sol (insectes, acariens, etc.), les champignons et les bactéries. On appelle ces organismes les détritivores.

À l’issue de ce processus de décomposition, tous les éléments contenus dans les molécules organiques sont rendus au milieu sous la forme dans laquelle ils avaient été prélevés par les organismes photosynthétiques : CO2, H2O, nitrates, sels minéraux, etc. Ces éléments sont à nouveau disponibles pour les producteurs primaires. Il y a donc un recyclage de la matière dans les écosystèmes.

Exemple : chaine alimentaire simplifiée de l’écosystème forestier
Dans le document ci-dessous sont représentées les relations entre les organismes dans un écosystème forestier. Les herbes et les arbres sont les producteurs primaires. Pour produire leur matière organique, ils prélèvent des sels minéraux dans le sol. Ils sont la nourriture de nombreux phytophages : chenille, larve d’insecte, écureuil, lapin, campagnol, etc. Ces animaux constituent eux-mêmes l’alimentation de nombreux animaux zoophages : buse, martre, pic, renard, etc. Enfin, les feuilles mortes, les déjections et les cadavres sont décomposés par la microfaune du sol et les microorganismes, ce qui libère des sels minéraux dans le sol.

Il est important de comprendre qu’un écosystème naturel est un système à l’équilibre. Les sels minéraux prélevés par les producteurs primaires dans le sol sont compensés par ceux qui sont fournis par les décomposeurs. Très peu de minéraux proviennent de l’extérieur de l’écosystème et très peu sont perdus. Les pertes de minéraux par l’écosystème sont principalement dues au ruissellement des eaux de pluie.

Cet équilibre est particulièrement important pour assurer la présence de certains éléments indispensables à la croissance des plantes : l’azote (N), le phosphate (K) et le potassium (P). Le recyclage de la matière morte par les détritivores est donc primordial pour la santé de l’écosystème.

b. Les agrosystèmes, une nature au service de l’Homme

Un agrosystème est un écosystème exploité par l’Homme pour produire des ressources biologiques : céréales, légumes, fruits mais aussi viandes, bois ou fibres utilisées dans la production textile. Un agrosystème se différencie d’un écosystème naturel sur plusieurs aspects.

Tout d’abord, la biodiversité est amoindrie : afin d’optimiser les rendements de la plante cultivée, l’agriculteur élimine la végétation adventice (= les « mauvaises herbes »), ce qui diminue la diversité végétale. L’agriculteur chasse également les animaux phytophages, par exemple en cultivant la parcelle dans un enclos.

Ensuite, pour désherber et lutter contre les maladies qui attaquent leurs récoltes, les agriculteurs ont recours à des produits phytosanitaires dont le but est de tuer les organismes dangereux : insectes, champignons, etc.

De plus, pour améliorer les récoltes, les agriculteurs utilisent des machines, comme les tracteurs ou les moissonneuses batteuses. Il est donc nécessaire de prendre en compte les énergies fossiles, consommées pour faire fonctionner ces machines, dans la production de ces ressources biologiques.

Mais la principale différence entre un écosystème naturel et un agrosystème est que l’ensemble de la biomasse végétale produite dans l’agrosystème est exportée. Cette matière organique ne retourne pas aux sols et n’est pas décomposée sur place par les décomposeurs. Ceci provoque une absence de recyclage des sels minéraux du sol. Au fil des années, les sols d’un agrosystème s’appauvrissent en sels minéraux et perdent donc en fertilité.

Pour empêcher cela, les agriculteurs doivent fournir eux-mêmes aux plantes les sels minéraux dont elles ont besoin pour croitre : ce sont les engrais. Les engrais peuvent être apportés aux parcelles sous forme de matière organique morte (fumier, lisier, compost, etc.) ou sous forme de matière minérale (azote, phosphore, potasse...).

Exemple
Le tableau ci-dessous compare les flux au sein des écosystèmes des trois éléments les plus importants pour la croissance des plantes : l’azote (N), le phosphate (K) et le potassium (P). Dans un agrosystème, la restitution par enfouissement est négligeable par rapport aux quantités exportées avec la biomasse récoltée. Nous pouvons également remarquer que pour les trois éléments, les importations sont plus importantes que l’addition des restitutions et des exportations. Cela signifie qu’une partie des éléments est également perdue par ruissellement.
2. L’impact des choix alimentaires sur les écosystèmes

Le régime alimentaire de l’espèce humaine est désigné comme omnivore. Cela signifie que nous sommes capables de nous nourrir aussi bien de végétaux que de viandes animales. Cependant, nos choix alimentaires, qui sont liés au fonctionnement des agrosystèmes, ont des impacts écologiques différents.

Lorsque l’Homme ne se nourrit que de végétaux, il est, dans la chaine alimentaire, consommateur primaire. Par contre, dès qu’il consomme de la viande, il devient consommateur secondaire.


Les animaux d’élevage qu’il mange (bovins, porcins, ovins, volailles...) pour produire sa propre matière organique consomment des végétaux fournis par les cultures agricoles ; ces animaux sont donc des producteurs secondaires. Ils consomment essentiellement de la luzerne, de la betterave, du son de blé, du maïs ou encore du tourteau de tournesol. Ainsi, on ajoute un maillon supplémentaire dans la chaine alimentaire lorsque l’homme consomme de la viande. Or, à chaque maillon du réseau trophique, il existe des pertes de matière et d’énergie liées à la respiration cellulaire, à la production de déchets et à la croissance de l’individu.

Exemple
Avec une même quantité d’énergie solaire, il est possible de produire assez de végétaux pour permettre à 85 adolescents de prendre 5 kg, mais seulement assez de viande pour faire gagner 5 kg à un seul adolescent.

Le rendement de la production animale est donc nettement moins bon que celui de la production végétale. De plus, la production animale nécessite une surface agricole plus importante : un hectare d’un agrosystème de champ de maïs peut théoriquement nourrir 66 humains par an, tandis qu’un hectare d’agrosystème d’élevage ne peut en nourrir que 2,6. Cependant, les coûts en matière et en énergie varient en fonction du type d’élevage, ainsi que des pratiques adoptées.

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