École Technique Écologie

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1 École Technique Écologie Fonctionnement des Écosystèmes et cycles Biogéochimiques : Écologie fonctionnelle

2 Le cadre de l écologie fonctionnelle Dans un contexte donné, l écologie fonctionnelle s intéresse aux flux et transferts de matière et d énergie dans l écosystème. Il s agit : i) de les quantifier dans et entre écosystèmes ii) de préciser le rôle des êtres vivants (population ou communautés) dans ces flux et transferts iii) d évaluer la manière dont ils affectent les services rendus par ces écosystèmes i)d iv) de caractériser leur dynamique long terme.

3 Objets d études Grands cycles biogéochimiques : H 2 O, C, N, P ; considérés seuls ou de manière couplée, Transferts d éléments physiques, chimiques ou biologiques : matières en suspension, contaminants biologiques, polluants, pollens. Ces recherches s articulent avec : * Des questions sur les concepts de diversité fonctionnelle et rôle de la richesse et diversité spécifique dans le fonctionnement des écosystèmes * Avec des études de la variabilité et du déterminisme génétique des traits fonctionnels * Des problématiques en lien avec l impact de la gestion de l écosystème et de l exploitation des ressources naturelles sur les cycles biogéochimiques.

4 Lorraine, août 2003 Les échelles d étude Biologique : - de l individu à l écosystème Spatiale : - site fonctionnel,,p parcelle, bassin versant, petite région Temporelle - instantanée t et intégrée é sur le moyen et long terme (NB intérêt des SOERE => Prise en compte d évènements aléatoires ou exceptionnels (aléas, extrêmes)

5 Les compétences mobilisées. Biogéochimie et Transferts de matière et d énergie * entre le sol, le couvert et l atmosphère => compétences en physique. * dans les réseaux trophiques => à l interface écologie des communautés Bioclimatologie Télédétection => compétences en physique Modélisation de processus spatio-temporels Ecophysiologie, rôle fonctionnel de la biodiversité => à l interface écologie population Prise en compte des contrainte anthropiques Compétences techniques: métrologie, chimie analytique, gestion de bases de données, taxonomie

6 1- Comprendre et modéliser les grands cycles de matière et d énergie : Démarche analytique de compréhension des mécanismes de transferts t et de stockages, de changements d échelle Étude simultanée de flux (C-eau, éléments minéraux) pour comprendre le fonctionnement intégré des écosystèmes et d évaluer leur réponse aux perturbations anthropiques Développer le couplage des cycles, en mettant l accent sur le rôle de la végétation é dans ce couplage (ex : Cycle C:N) Évaluer les modifications de ces processus induites par le changement climatique,

7 Cycles du carbone et de l azote dans la prairie CO 2 Atmosphère N 2 O,N 2 Fixation symbiotique photosynthèse Dénitrification absorption N minéral minéralisation N Litière fraîche (C,N,P) respiration décomposeurs Plante Sol Lessivage NO 3 - humification Destokage de C : priming effect HUMUS (stock de C) Notions et techniques en écologie- Murol juin 2011 N 7

8 2- Caractériser la dynamique à long terme d écosystèmes: Comprendre la dynamique actuelle des écosystèmes pour prévoir leur évolution potentielle dans un contexte de changement climatique => implique de considérer les échelles de temps long, de développer les approches permettant les changements d échelle.

9 Les changements climatiques peuvent avoir des effets multiples au sein de l écosystème prairial

10 ECHELLE EXPLOITATION AGRICOLE -> EUROPE Territoire ORCHIDEE Parcelle / système fourrager Ferme FarmSim (Col. EGC, UMR Metafort, INRA Mirecourt, CIRAD) (ANR Oracle, UE: Animal Change, GHG-Europe) Model de référence: Pasture Simulation Model (PASIM)

11 3- Développer l observation de l environnement (Objectif opérationnel) Développer des sites ateliers fortement instrumentés : ORE-SOERE - 4 observatoires au sein du département (forêt, prairie, lacs alpins, petits fleuves côtiers).

12 Quelques exemples de thématiques développées à EFPA Comprendre et modéliser les grands cycles de matière et d énergie : Les cycles de l eau et du carbone en écosystème forestier et prairial Le bilan net de carbone des couverts forestiers et prairiaux et le déterminisme des variations Couplage entre cycle de l azote et du carbone en forêt et en prairie La dynamique du phosphore dans les sols et les bassins versants Impacts du changement global et des événements extrêmes Fonctionnement des couverts et biodiversité fonctionnelle Contribution nette des écosystèmes à l effet de serre Caractériser la dynamique à long terme d écosystèmes forestiers, prairiaux et aquatiques : La dynamique à long terme, les effets de l âge et de la gestion Le changement global et le fonctionnement des lacs Le devenir de la matière organique ancienne