Notion de biomasse, production et de productivité d'un écosystème - 2n S
Classe:
Seconde
Série:
S
Introduction
Quelques soit la variété et la complexité des relations trophiques, les végétaux chlorophylliens représentent toujours le premier maillon la chaine alimentaire.
Ces végétaux chlorophylliens constituent la source de nourriture de tous les autres êtres vivants.
Une étude quantitative de la matière végétale est donc indispensable à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème.
I. Définition des notions de biomasse, de production et de reproductibilité
a. La biomasse
L'analyse de ces figures montre que la quantité de matières végétales est plus importante en fin d'hivernage qu'en début d'hivernage.
Cette quantité de matières végétales est appelée la biomasse végétale.
En écologie la biomasse désigne la masse totale des organismes vivants dans un biotope donné à un moment donné, elle peut être estimée par unité de surface s'il s'agit d'un milieu terrestre ou bien par unité de volume s'il s'agit d'un milieu aquatique.
Par extension, on appelle aussi biomasse la quantité d'individus de chaque étape de la chaîne alimentaire nécessaire pour que celui qui le mangera prenne une unité de poids.
b. La production
L'observation du champ de maïs montre que les végétaux réalisent une croissance.
Celle-ci se manifeste par leur allongement et par une augmentation de leur épaisseur.
Globalement il y a donc accroissement de leur masse.
Cette augmentation de la biomasse pendant une période donnée (jour, mois, année) est appelée Production.
c. La productivité :
Dans ce même champ, si on apporte la production de matière végétale sur une année, on obtient la productivité.
Cette dernière est donc la masse végétale produite par unité de temps et par unité de surface.
Elle s'exprime en tonne de matière sèche produite par hectare et par an, et elle détermine la vitesse de production.
II. Les méthodes de mesure de la biomasse, de la production et de la productivité :
Selon l'écosystème étudié, les difficultés d'évaluation (mesures) sont plus ou moins grandes (prélèvements possibles ou non, déshydratation parfois irréalisables…).
On a donc recours à plusieurs méthodes (mesures directes et mesures indirectes).
a. Évaluation de la biomasse
Les mesures de biomasse se font par échantillonnage et par coupe; c'est une méthode directe dite "destructive".
Pour cela, l'herbe est coupée à la cisaille ou à la faucille, à l'intérieur d'un carré de $1\,m^{2}.$
Levang et Grouzi $(1980)$ proposent pour le Sahel trente répétitions réparties au hasard ; au-delà, la précision s'améliore peu.
La matière végétale obtenue est séchée et pesée.
Le poids correspond à la biomasse.
b. Évaluation de la production
Pour évaluer la production de culture ou de prairie, on utilise la méthode des récoltes.
Elle consiste à ramasser, à intervalles de temps réguliers, sur des surfaces témoins, la totalité de la matière végétale produite.
Par exemple, dans le cas d'une prairie, on peut couper à la cisaille, au niveau du collet, récolter toute l'herbe présente dans un carré de $1\,m$ de coté.
Cette récolte de l'appareil aérien doit être complétée par celle de l'appareil racinaire, généralement aussi développé que le précédent.
On prélève alors un bloc de terre, pour déterminer, après lavage, la masse des racines.
Pour effectuer ces évaluations en divers points et à différentes époques, il est commode de posséder un cadre métallique que l'on déplace sur la prairie.
La récolte est ensuite déshydratée puis pesée.
Cette méthode de la récolte intégrale n'est pas applicable aux forets.
On évalue l'accroissement de la biomasse végétale en utilisant différents paramètres :
$-\ $le nombre des arbres
$-\ $le diamètre de leur tronc à hauteur de la poitrine,
$-\ $leur hauteur,
$-\ $la masse de litière récoltée annuellement par mètre carré.
Il faut également tenir compte des prélèvements effectués par les divers consommateurs végétariens de la forêt.
L'évaluation de la production peut se faire aussi par les méthodes indirectes entre autres celle du $CO_{2}.$
De nombreuses études expérimentales ont montré que le carbone de la matière organique des végétaux à pour origine le dioxyde de carbone puisé dans le milieu.
Une expérience facilement réalisable (planche II) permet de constater que la production de matière organique dépend du taux de dioxyde de carbone de l'atmosphère : en l'absence de dioxyde de carbone cette production est nulle ; par contre si l'on enrichit l'environnement d'une plante en dioxyde de carbone, celle produit davantage de matière organique.
Ceci est bien connu des horticulteurs qui enrichissent en dioxyde de carbone l'air de leurs serres.
En faisant la corrélation entre la teneur en carbone et la teneur en matière organique on peut évaluer la productivité.
Conclusion
A l'intérieur d'un écosystème, seuls les végétaux chlorophylliens sont capables de capter l'énergie lumineuse nécessaire à la fabrication des molécules organiques riches en énergie, à partir de composés minéraux.
L'accroissement de la biomasse végétale constitue la production.
Une partie importante de la production est utilisée pour couvrir les besoins des plantes.
La partie restantes est stockée et utilisable comme source de matière et d'énergie par l'homme.
A. Connaitre la forêt, c'est d'abord mesuré la masse des êtres vivants qui la constituent, c'est-à-dire celle des arbres.
Un instrument de mesure, le compas du forestier, permet de mesurer le diamètre d'un arbre, puis de calculer sa circonférence $(text{les mesures se font toujours à }1.3\,m\text{ du sol}).$
B. Ce graphe a été obtenu à partir de nombreuses mesures : chaque point représente un arbre abattu.
A partir de tels graphes établis pour les différentes espèces de la forêt, on peut calculer la biomasse de l'arbre puis de la forêt.
L'évaluation de la production peut se faire par la méthode des récoltes.
Elle consiste à ramasser à intervalles de temps réguliers sur des surfaces témoins la totalité de la matière végétale produite (parties aériennes et racines).
La récolte est déshydratée
Protocole expérimental :
On pèse $3$ lots de $15$ graines de radis avec lesquelles on réalise $3$ semis aussi identiques que possible.
Chacun d'eux est placé dans une enceinte transparente.
Les conditions d'éclairement, de température et d'arrosage sont les mêmes dans les trois cas ; seul le taux de $CO_{2}$ dans l'air de l'enceinte varie.
Résultats :
Dans $20$ jours plus tard, chaque récolte est déshydratée puis pesée.
La valeur de la masse sèche obtenue est comparée à celle de la masse sèche des graines avant semis.
Les valeurs obtenues sont consignées dans le tableau $1$ ci-dessous.
Tableau 1 :
$\begin{array}{|l|c|c|c|} \hline \text{Numéro des semis }&1&2&3\\ \hline \text{Masse sèche calculée des }&&&\\ \text{graines, en gramme} (1)&0.14&0.14&0.14\\\hline\text{Masse sèche récoltée, }&&&\\ \text{en grames }&2.62&0.39&3.10\\ \hline \end{array}$
$\begin{array}{|l|c|c|} \hline \text{Biomasse dans une }&&\\ \text{forêt de }40\,m^{2}(Kg\cdot ms)&1^{\text{ère}}\text{mesure}&2^{e}\text{mesure }1(\text{an après})\\ \hline \text{arbres }&400&850\\ \hline \text{Strate herbacée }&300&650\\ \hline \text{fruits }&20&92\\ \hline \end{array}$
Tableau 2 :
mesures de biomasse réalisées dans une forêt de $40\,m^{2}$
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