ANALYSE DES SERVICES ÉCOSYSTÉMIQUES: LES DÉFIS MÉTHODOLOGIQUES Sabrina Gaba INRA, UMR1347 Agroécologie- Dijon sabrina.gaba@dijon.inra.fr
Evolution de l agriculture Intensification de l agriculture i.e., augmentation du rendement par unité de temps ou de surface Tilman, et al. Science 292, 281 (2001); Durabilité économique? L agriculture repose sur des ressources non renouvelables (énergie, phosphore, azote etc.) Baisse de la qualité des sols, de la productivité du blé etc.
Enjeu socio-économique Réduction de 50% des pesticides d ici 2018? ASD 2013
Agroécologie Un mouvement social Une pratique Une analyse scientifique (chantier agroécologie INRA) Le pari de l agro-écologie (version biodiversité centrée): la Biodiversité pourrait compenser la réduction / dépendance aux intrants chimiques Wezel et al. 2009, Chantier Agroécologie INRA 2012
Agroécologie & Conception de Systèmes Agricoles Objectifs: - Maximiser le rendement à la parcelle - Maximiser le revenu agricole - Diminuer l impact environnemental - Retarder l acquisition de résistances aux xénobiotiques Echelle de la parcelle Solutions: - Agriculture de précision - Protection intégrée des Cultures - Lutte Biologique Objectifs: - Optimiser le rendement à l exploitation - Maintenir le revenu agricole - Diminuer l impact environnemental - Retarder l acquisition des résistances - Favoriser les régulations biologiques Echelle du paysage agricole et du territoire Solutions: - Préserver la biodiversité pour une fourniture de services écosystémiques
Les services écosystémiques Bénéfices que tire la société de la biodiversité et du fonctionnement des écosystèmes MAE 2005 Zhang et al. 2007
SUPPORT SERVICES Azote, Phosphore, Eau, Texture du sol.. Services d approvisionnement Production primaire, Production animale Conditions environnementales locales GESTION Techniques agriculturales Services de Régulation Erosion des sols, Fertilité des sols, Pollinisation, GES, Qualité de l eau, Régulation des ravageurs Services culturels Conservation de la biodiversité, Valeur culturelle BIODIVERSITE Cultivée & Sauvage Evaluation biophysique Fonctions Services Bénéfices Evaluation sociale Valeurs Evaluation économique
Conditions environnementales locales GESTION Techniques agriculturales Spécificité des agro-écosystèmes -Biodiversité cultivée (planifiée) : espèces, variétés -Biodiversité sauvage : micro-organismes du sol, plantes, insectes, oiseaux BIODIVERSITE Cultivée & Sauvage Fonctions Evaluation biophysique Duffy et al. 2007 Ecol Lett
Impact des pratiques agricoles sur la biodiversité Rotations Blé et adventices ( INRA, G.Louviot) Légère et al 2005 Billeter et al. 2008 Pesticides Impact de la fertilisation azotée sur la richesse spécifique des végétaux pour 117 prairies permanentes allemandes (Klimek et al. 2007). José-Maria et al. 2011
Impact du paysage agricole sur la biodiversité Gabriel et al 2005 A % de parcelles cultivées D Poggio et al 2012 Gabriel et al. 2011
Interaction entre facteurs locaux et paysage Agriculture biologique Diversifiée Agriculture biologique Simple Agriculture conventionnelle - Diversifiée Agriculture conventionnelle - Simple Diversifiée : -Parcelle <4ha -Cultures associées (au sein ou en dehors) Simple: -Parcelle >4ha -Biodiversité faible (monoculture; habitats semi-naturels Kennedy et al. 2013 Ecol. Letters
Impact différent selon la biologie des espèces Influence +++ des pratiques et des SdCs Influence - des pratiques et des SdCs Influence +++ des pratiques et des SdCs Richesse spécifique Agriculture extensive Agriculture intensive Richesse spécifique Agriculture extensive Agriculture intensive simple complexe simple complexe Type de paysage Type de paysage Oiseaux, Plantes à forte dissémination, insectes très mobiles Faune du sol, micro-organismes du sol, insectes peu mobiles, Plantes à faible dissémination Modifié d après Roschewitz et al.2005, Expertise Biodiversité INRA
Tcharnke et al. 2005 Vers une agriculture multi-services Assurer un meilleur contrôle biologique Améliorer la fertilité des sols, la pollinisation, Prendre en compte différentes échelles SPATIALES et TEMPORELLES Dans la modélisation mathématique et statistique Et ce de façon explicite?
Comment modéliser EXPLICITEMENT l effet des systèmes de culture et du paysage sur la biodiversité? Les limites Représentation simpliste des paysages et systèmes de culture Land use Pesticides José-Maria et al. 2011 Gabriel et al. 2005 Comment gérer un grand nombre de variables explicatives? Les interactions «Pratiques x Paysage»? Vers la définition d une métrique?
Comment modéliser EXPLICITEMENT l effet des systèmes de culture et du paysage sur la biodiversité? Les limites Représentation simpliste des paysages et systèmes de culture Prendre en compte la «biodiversité verticale» : chaines ou réseaux trophiques et analyser les effets directs et indirects des SdCs et Paysage Bohan et al. 2011 Comment reconstruire des réseaux trophiques? Ex: Logic-Based Machine Learning Comment modéliser les effets en tenant compte des différentes échelles spatiotemporelles? Comment intégrer les interactions et les temps de réponse?
Biodiversité & Fonctions Conditions environnementales locales GESTION Techniques agriculturales Quel lien entre biodiversité & fonctions? Comment les pratiques agricoles, le paysage, le climat modulent cette relation? BIODIVERSITE Cultivée & Sauvage Evaluation biophysique Fonctions Production agricole Fourniture de ressources trophiques Séquestration du carbone
Biodiversité & fonctions Biodiversité & Stabilité Comment tenir compte de cette variabilité dans la modélisation du lien biodiversité-fonctions? Isbell et al. 2011 Richesse spécifique Tilman et al 2006 Maestre et al. 2012
La forme de la relation productivitédiversité dépend de l échelle spatiale A quelle échelle / niveaux d organisation mesurer les fonctions? Même échelle que la biodiversité? Comment relier biodiversité et fonctions si mesurer à des échelles (temps et espace) différentes? Rôle de la connectivité sur la diversité locale Chase & Leibold 2002
Biodiversité Fonctions - Services Fonctions Acteurs Quelle(s) relation(s) entre les fonctions/ services? Indépendance? Antagonisme? Synergie? BIODIVERSITE Fonctions Fonctions Fonctions Fonctions Services Services Services Services Services Joachim Maes, Maria Luisa Paracchini, Grazia Zulian, 2011. A European assessment of the provision of ecosystem services - Towards an atlas of ecosystem services
Etudes des fonctions/services => Cartographie Revers et al. 2009 Divergence de la date début de floraison Service de pollinisation Richesse spécifique Lavorel et al. 2012 Impact des troupeaux (fourrages) => Cartographie à partir de la connaissance de la flore
Evaluation des services écosystémiques Comment transformer des perceptions d acteurs pour quantifier les services? Notamment quand perceptions différentes?
Intégrer les acteurs quelles implications pour l analyse des services? Encore une question d échelles! Les processus écologiques et physico-chimiques sont mesurés/modélisés à des micro, ou macro échelles. l échelle du territoire est rarement pris en compte Comment le modéliser? De manière spatialement explicite en intégrant structure socioéconomique et structure des processus bio-physico-chimique? Les processus économiques : macro-économie versus économie de l exploitation Les politiques et actions publiques : parcelle ou exploitation agricole OR Les effets des actions publiques / des SdCs sont territoriaux (paysage)
Résoudre les compromis entre fonctions/services et entre acteurs Fisher et al 2008 Land Peut-on sparing versus imaginer Land un sharing «Time sparing vs Time sharing»? Résoudre = (?) optimiser un ensemble Résolution de fonctions? à l échelle L optimisation supra-parcellaire estelle la meilleur voie? => Territoire agricole Doit-on atteindre un objectif simple ou multiple en fonction des acteurs? Comment définir des critères? des domaines d acceptabilité?
Gestion multi-services Exemple des plantes adventices Le programme ANR AgroBIOSE
Les plantes adventices Marshall et al. 2003 Gibbons et al. 2006 Potts et al. 2010 Blé et adventices ( INRA, G.Louviot) Diminution de 44 % de la Richesse spécifique Concevoir des stratégies de gestion qui permettent de maintenir à la fois la biodiversité des plantes adventices ET la production agricole tout en réduisant l utilisation d intrants chimiques Gestion intensive Robert 1968 Sutcliffe & Kay 2000, Hyvonen 2007, Fried 2007
Rôle des adventices dans le fonctionnement de l agroécosystème Communautés adventices observée l année n Banque de graines http://www.flickr.com/photos/globalwaterpartnership/4481245162/sizes/o/in/photostream/
Gestion raisonnée des adventices à l échelle du paysage Gestion multiservices des adventices Stratégies de gestion spatialisée? Land sparing + Niveau de conservation de la biodiversité - conception de stratégies par optimisation Land sharing Thèse Julia Radozyski Peyrard/Sabbadin UMIAT & Gaba UMR Agroécologie
Décision séquentielle spatialisée sous incertitude On cherche à optimiser une fonction de récompense compromis rendement/autres services
Synthèse PILOTAGE ÉCHELLE DE LA PARCELLE ET DE Echelle Parcelle & Paysage Actions à de multiples échelles spatiales et temporelles L EXPLOITATION Echelle Parcelle & Paysage Actions à de multiples échelles spatiales et temporelles Parfois différentes de celles des processus RÉSOLUTION DES CONFLITS À L ÉCHELLE DU TERRITOIRE Echelle Territoire Echelle Exploitation Multiples acteurs aux objectifs différents Echelle Exploitation BIODIVERSITE Fonctions Services Evaluation biophysique Evaluation sociale Bénéfices Valeurs Evaluation économique
Remerciements AgroBIOSE