Biomes et écosystèmes à l'appui de l'agriculture

Les biomes et les écosystèmes constituent le fondement biophysique fondamental sur lequel reposent tous les systèmes agricoles.Du cycle des nutriments pratiqué par les microorganismes du sol aux modèles climatiques régionaux façonnés par de vastes systèmes forestiers, l'agriculture dépend d'un réseau complexe de processus naturels.

Bien que l'agriculture repose sur les services écosystémiques, les pratiques agricoles remodelent les paysages, modifient la composition des sols et influent sur la biodiversité.Cette interdépendance permet aux agriculteurs, aux agronomes et aux décideurs de prendre des décisions éclairées qui équilibrent la production alimentaire et la gérance écologique.

Principaux biomes à l'appui de l'agriculture

Les biomes sont des communautés écologiques à grande échelle définies par le climat, la végétation et les caractéristiques du sol.Tous les biomes ne sont pas également adaptés à l'agriculture, mais plusieurs offrent des conditions qui ont soutenu l'agriculture humaine pendant des millénaires.Les biomes les plus importants sur le plan agricole sont les forêts tempérées, les prairies, les savanes, les régions méditerranéennes et certaines zones situées dans des zones subtropicales.

Forêts tempérées

Les forêts tempérées, qui se trouvent dans une grande partie de l'Europe, de l'est de l'Amérique du Nord et de certaines régions de l'Asie de l'Est, sont caractérisées par des températures modérées, des précipitations bien réparties et des sols fertiles profonds.Ces conditions favorisent une vaste gamme de cultures, notamment le blé et l'orge, les oléagineux comme le canola et le soja, et les fruits vivaces comme les pommes et les poires.

Les sols des forêts tempérées, en particulier les alfisols et les mollisols, se développent à partir de l'accumulation de matière organique provenant de la litière des feuilles et de la décomposition des racines, qui sont naturellement fertiles et bien structurés, ce qui permet une bonne infiltration de l'eau et une bonne pénétration des racines.

Prairies

Les prairies, y compris les prairies d'Amérique du Nord, les steppes d'Eurasie et les pampas d'Amérique du Sud, comptent parmi les régions agricoles les plus productives de la terre.Ces biomes reçoivent des précipitations modérées, généralement de 250 à 800 millimètres par année, et vivent des étés chauds et des hivers froids.

La région des Prairies de l'Amérique du Nord, par exemple, produit une part importante du blé, du maïs et du soja dans le monde. Les systèmes de racines profondes des prairies indigènes ont contribué à la teneur en carbone organique du sol qui demeure élevée même après des décennies de culture. Les prairies sont également d'une importance critique pour le pâturage du bétail, ce qui favorise la production de boeuf et de produits laitiers dans de vastes régions où la culture en rangs n'est pas possible en raison de faibles précipitations ou de sols peu profonds.

L'agriculture des prairies est confrontée à des défis, en particulier l'érosion éolienne et hydrique lorsque la schiste indigène est brisée pour la culture annuelle. Le Dust Bowl des années 1930 aux États-Unis demeure un rappel flagrant des risques associés à la conversion des prairies en agriculture intensive sans mesures de conservation adéquates des sols.

Savannas

Les savanes, qui couvrent de grandes parties de l'Afrique subsaharienne, de l'Amérique du Sud et du nord de l'Australie, se caractérisent par un mélange d'herbes et d'arbres dispersés, avec des saisons humides et sèches distinctes, qui soutiennent à la fois l'agriculture et la production animale, bien que l'agriculture soit souvent limitée par des précipitations faibles et imprévisibles, des températures élevées et des sols moins fertiles que ceux des régions tempérées.

L'agriculture dans les régions de la savane dépend fortement du moment et de la fiabilité des précipitations.Les agriculteurs doivent faire face au risque de sécheresse et d'événements pluvieux intenses qui peuvent causer l'érosion des sols et le lessivage des éléments nutritifs.Les pratiques agroforestiers, qui intègrent les arbres aux cultures et au bétail, se sont révélées efficaces dans les systèmes de savane en améliorant la fertilité des sols par la fixation de l'azote, en réduisant le stress hydrique et en diversifiant les revenus agricoles par la production de bois et de fruits.

Biomes méditerranéens

Les biomes méditerranéens, qui se trouvent dans des régions comme le sud de l'Europe, la Californie, le centre du Chili, la région du Cap en Afrique du Sud et le sud-ouest de l'Australie, sont définis par des hivers doux et humides et des étés chauds et secs.Ces conditions sont idéales pour les cultures qui prospèrent en saison hivernale et tolèrent la sécheresse estivale, y compris le blé, l'orge, les olives, les raisins, les agrumes et diverses noix.

L'irrigation est une caractéristique déterminante de l'agriculture méditerranéenne, car les précipitations estivales sont insuffisantes pour la plupart des cultures annuelles. Le développement de systèmes d'irrigation efficaces, tels que l'irrigation goutte à goutte et les micro-aspergeurs, a permis aux agriculteurs de maintenir des rendements élevés tout en minimisant l'utilisation de l'eau. Cependant, la pénurie d'eau et la concurrence des utilisateurs urbains et industriels pour les ressources en eau sont des défis permanents.

Biomes tropicaux et subtropicaux

Les forêts tropicales et les zones subtropicales offrent des possibilités et des contraintes pour l'agriculture.Bien que ces régions reçoivent des précipitations abondantes et de la chaleur toute l'année, ce qui permet une croissance continue des plantes, les sols sont souvent très soumis aux conditions météorologiques, acides et peu fertiles indigènes en raison de la décomposition rapide et de la lixiviation des nutriments.

Malgré ces limites, les biomes tropicaux soutiennent une importante production agricole de produits tels que l'huile de palme, le caoutchouc, le cacao, le café, la canne à sucre et les fruits tropicaux.Les systèmes de plantation sont communs, mais ils peuvent entraîner la déforestation, la perte de biodiversité et la dégradation des sols si ils ne sont pas gérés de façon durable.Les systèmes de café et de cacao cultivés en ombre, qui préservent le couvert forestier et maintiennent l'habitat pour la faune, représentent une approche plus écologique.

Conditions du sol et du climat

La productivité des terres agricoles est déterminée principalement par la qualité des sols et les conditions climatiques, deux facteurs qui interagissent de façon complexe, qui influent sur les cultures qui peuvent être cultivées, sur le rendement attendu et sur les pratiques de gestion nécessaires pour soutenir la production à long terme.

Types de sol et potentiel agricole

Les sols les plus fertiles pour l'agriculture, comme les mollisols trouvés dans les prairies et les alfisols trouvés dans les forêts tempérées, se caractérisent par une teneur élevée en matière organique, une bonne structure, une disponibilité suffisante en nutriments et une capacité de rétention d'eau favorable. Ces sols peuvent supporter des cultures intensives avec des apports relativement modérés.

Les oxysols, qui sont communs aux régions tropicales, sont fortement altérés et acides, avec une faible fertilité indigène. Ils nécessitent des apports importants de chaux, d'engrais et de matières organiques pour devenir productifs pour la culture annuelle. Les oxysols, qui se trouvent dans des régions à saisons humides et sèches distinctes, ont une teneur élevée en argile qui les fait gonfler quand ils sont humides et craquer quand ils sont secs, ce qui pose des défis pour le travail du sol et la croissance des racines.

La texture du sol, qui se réfère aux proportions relatives de sable, de limon et d'argile, influence l'infiltration, le drainage et la rétention des nutriments. Les sols loameux, avec un mélange équilibré de granulométrie, sont généralement considérés comme des éléments idéaux pour l'agriculture. Les sols sableux se drainent rapidement et sont sujets à la lessivage des nutriments, tandis que les sols argileux peuvent devenir l'eau et difficiles à travailler dans des conditions humides.

Facteurs climatiques

Le climat détermine l'énergie et l'eau disponibles pour la croissance des plantes, ainsi que la durée de la saison de croissance et les risques associés aux phénomènes météorologiques extrêmes.Les principales variables climatiques qui influent sur l'agriculture comprennent la température, les précipitations, le rayonnement solaire et l'humidité atmosphérique.

La température influe sur le rythme de développement des plantes, y compris la germination, l'expansion des feuilles, la floraison et la maturation des fruits. Les cultures sont souvent classées selon leurs besoins en température, comme les cultures de saison froide comme le blé et l'orge, qui se produisent le mieux à des températures comprises entre 15 °C et 20 °C, et les cultures de saison chaude comme le maïs et le coton, qui se développent à des températures comprises entre 25 °C et 35 °C. Les températures extrêmes, qu'il s'agisse de vagues de chaleur ou de gel, peuvent entraîner des pertes de rendement importantes en perturbant la pollinisation, endommageant les tissus et en réduisant l'efficacité photosynthétique.

Les précipitations fournissent l'eau dont les plantes ont besoin pour croître et se développer. La quantité, le calendrier et la fiabilité des précipitations sont des facteurs critiques. Les régions où les précipitations sont adéquates et bien réparties, comme les forêts tempérées et les prairies, sont généralement plus adaptées à l'agriculture pluviale que les régions où les précipitations sont faibles ou très variables, comme les savanes et les zones méditerranéennes.

Les cultures cultivées dans des régions à rayonnement solaire élevé, comme les zones tropicales et subtropicales, ont le potentiel de produire des rendements élevés si l'eau et les nutriments ne sont pas limités. Cependant, les rayonnements excessifs peuvent aussi causer du stress thermique et une photoinhibition, en particulier dans les cultures adaptées aux environnements plus légers. L'humidité atmosphérique affecte les taux de transpiration et l'incidence des maladies; l'humidité élevée favorise les maladies fongiques, tandis que la faible humidité peut augmenter le stress hydrique.

Microclimat et variabilité locale

Dans un biome donné, la topographie, l'altitude, la pente et la proximité des plans d'eau créent des microclimats qui peuvent différer considérablement du climat régional.Ces microclimats influencent le potentiel agricole à l'échelle de la ferme.Les pentes orientées sud de l'hémisphère Nord reçoivent plus de rayonnement solaire et sont plus chaudes et plus sèches, ce qui les rend plus propices aux cultures qui aiment la chaleur, tandis que les pentes orientées nord sont plus froides et plus humides.

Services écosystémiques à l'appui de l'agriculture

L'agriculture ne fonctionne pas isolément des écosystèmes naturels qui l'entourent. Les écosystèmes sains offrent une vaste gamme de services essentiels à la productivité et à la durabilité de l'agriculture, notamment la pollinisation, la réglementation des ravageurs, le cycle des nutriments, la filtration et la rétention de l'eau, la formation et la conservation des sols et la réglementation climatique.

Pollination

Selon les estimations, 75 % des principales cultures vivrières au monde, y compris les fruits, les légumes, les noix et les oléagineux, bénéficient de la pollinisation animale. Les abeilles, qu'elles soient gérées par des abeilles et des abeilles indigènes sauvages, sont les pollinisateurs les plus importants, mais les papillons, les papillons, les coléoptères, les mouches, les oiseaux et les chauves-souris y contribuent également.

Les habitats naturels adjacents aux terres agricoles, comme les haies, les boisés, les marges de champ et les bandes de floraison, soutiennent diverses communautés de pollinisateurs en fournissant des sites de nidification et des ressources de recherche de nourriture tout au long de la saison de croissance. La conservation de ces habitats est une stratégie rentable pour améliorer les services de pollinisation et stabiliser les rendements, surtout lorsque les populations d'abeilles sont confrontées à des pressions causées par les ravageurs, les maladies et l'exposition aux pesticides.

Les pratiques agricoles qui réduisent l'utilisation des pesticides, en particulier des insecticides toxiques pour les abeilles, et qui fournissent des ressources florales par la culture de couverture et l'interculture peuvent favoriser la santé et l'abondance des pollinisateurs.

Lutte antiparasitaire naturelle

Les écosystèmes soutiennent les prédateurs et les parasitoïdes naturels qui régulent les populations de ravageurs, réduisant ainsi le besoin de pesticides synthétiques.Oiseaux, chauves-souris, insectes prédateurs tels que les coccinelles et les lacets, les araignées et les guêpes parasites contribuent tous à la suppression des ravageurs dans les champs agricoles.

Les études sur le terrain montrent constamment que les fermes qui ont des habitats naturels divers autour d'elles subissent une pression de ravageurs plus faible et nécessitent moins d'applications de pesticides que les fermes qui sont isolées des zones naturelles, car les ennemis naturels passent des habitats aux insectes nuisibles. Cependant, les applications d'insecticides à large spectre peuvent perturber ce service en tuant les ravageurs et les ennemis naturels, ce qui entraîne une résurgence des ravageurs et des éclosions secondaires de ravageurs.

La lutte biologique de conservation, qui consiste à gérer l'environnement agricole pour améliorer la survie et l'efficacité des ennemis naturels, est une approche pratique pour tirer parti des services écosystémiques de lutte antiparasitaire.

Cyclisme nutritif

Dans les systèmes agricoles, le cycle des éléments nutritifs est alimenté par des organismes du sol, notamment des bactéries, des champignons, des protozoaires, des nématodes et des vers de terre, ainsi que par les racines et les résidus végétaux. Ces organismes décomposent la matière organique, minéralisent les éléments nutritifs en formes disponibles pour l'absorption des plantes, fixent l'azote atmosphérique et contribuent à la formation de la structure du sol.

La matière organique du sol est le réservoir central pour les nutriments dans la plupart des sols agricoles. Elle améliore la structure du sol, la capacité de rétention d'eau et la capacité d'échange de cations, rendant les nutriments plus accessibles aux cultures. La décomposition de la matière organique par les microbes du sol libère lentement les nutriments au fil du temps, en synchronisant la disponibilité des nutriments avec la demande de cultures.

Les pratiques agricoles qui construisent des matières organiques du sol, comme le compostage, l'épandage de fumier, la culture de cultures, la réduction du travail du sol et la rotation des cultures, améliorent le cycle des nutriments et améliorent la fertilité du sol. Inversement, le travail intensif du sol, l'élimination des résidus de cultures et la monoculture continue appauvrissent la matière organique du sol et perturbent le cycle des nutriments, ce qui entraîne une baisse de la fertilité du sol et une dépendance accrue à l'égard des intrants externes.

Filtration et rétention d'eau

Les écosystèmes naturels régulent le flux d'eau à travers les paysages, filtrent les polluants, rechargent les eaux souterraines et modèrent les extrêmes des inondations et des sécheresses. Les zones humides, les zones riveraines et les forêts sont particulièrement efficaces pour retenir l'eau et éliminer les sédiments, les nutriments et les contaminants des eaux de ruissellement.

Les sols sains à forte teneur en matière organique et à bonne structure agissent comme une éponge, absorbant les précipitations et les libérant lentement aux plantes et aux eaux souterraines. Cela réduit le ruissellement et l'érosion pendant les pluies abondantes et prolonge la disponibilité de l'humidité du sol pendant les périodes sèches. En revanche, les sols dégradés à faible teneur organique et à structure compacte ont réduit la capacité d'infiltration, ce qui a entraîné une augmentation du ruissellement, de l'érosion et du stress hydrique.

Les pratiques agricoles qui maintiennent ou améliorent la santé des sols, comme l'agriculture sans labour, la culture de couverture et l'utilisation de la végétation vivace, améliorent l'infiltration et la rétention d'eau, réduisent la nécessité d'irrigation et améliorent la résilience à la sécheresse.

Formation et conservation des sols

La formation du sol est un processus lent, qui est alimenté par l'altération du matériel parent et l'accumulation de matières organiques à partir de résidus végétaux et animaux. Les écosystèmes naturels maintiennent les processus de formation du sol et empêchent la perte de sol par l'érosion.

La conservation des sols est l'un des principaux services écosystémiques pour la durabilité agricole à long terme.L'érosion des sols, causée par l'eau et le vent, élimine le sol de surface riche en nutriments qui favorise la croissance des cultures.Une fois perdu, le sol de surface peut prendre des centaines ou des milliers d'années pour se régénérer.La perte de sol des champs agricoles a des coûts directs en réduisant les rendements et en augmentant les besoins en intrants, ainsi que les impacts hors site tels que la sédimentation des cours d'eau et la dégradation des habitats aquatiques.

Les pratiques de conservation qui imitent les fonctions des écosystèmes naturels, notamment l'agriculture de contours, le terraçage, la culture à bandes, le travail du sol et les cultures de couverture permanentes, contribuent à maintenir l'intégrité du sol et à prévenir l'érosion.

Gestion humaine et gérance des écosystèmes

Bien que les écosystèmes naturels fournissent des services essentiels à l'agriculture, une agriculture intensive ou mal gérée peut dégrader ces services et saper la productivité à long terme. Les systèmes agricoles durables sont ceux qui travaillent en partenariat avec les processus naturels, en maintenant et en améliorant les services écosystémiques tout en répondant aux besoins en matière de production alimentaire, de fibres et de combustible.

Bon nombre des pratiques de gestion qui appuient les services écosystémiques sont bien comprises et de plus en plus adoptées par les agriculteurs du monde entier, notamment :

  • Agriculture de conservation[ systèmes qui réduisent au minimum les perturbations du sol, maintiennent le couvert de résidus de cultures et diversifient les rotations des cultures pour améliorer la santé du sol et réduire l'érosion
  • Agroforesterie qui intègre les arbres aux cultures et au bétail pour fournir de l'ombre, des brise-vent, de l'habitat pour les organismes bénéfiques et des sources de revenus supplémentaires
  • La lutte intégrée contre les ravageurs[ qui met l'accent sur la lutte biologique, les pratiques culturelles et l'utilisation sélective des pesticides pour maintenir la réglementation naturelle des ravageurs
  • Gestion de l'eau qui utilise efficacement l'irrigation, protège la qualité de l'eau et maintient la fonction hydrologique dans le paysage
  • Conservation de l'habitat qui maintient des aires naturelles dans les paysages d'élevage pour soutenir les pollinisateurs, les ennemis naturels et d'autres espèces sauvages bénéfiques

Les politiques et les mesures d'incitation économique qui appuient ces pratiques, comme les paiements pour les services écosystémiques, les programmes de conservation et l'assistance technique, sont importantes pour encourager l'adoption généralisée.

Perspectives d'avenir : L'agriculture et les écosystèmes dans un climat en évolution

Les changements climatiques modifient les conditions dans lesquelles l'agriculture opère. L'augmentation des températures, l'évolution des précipitations, la fréquence accrue des phénomènes météorologiques extrêmes et l'évolution de la dynamique des ravageurs et des maladies affecteront tous la capacité des biomes et des écosystèmes à soutenir la production agricole.

Les stratégies d'adaptation écosystémiques qui tirent parti des processus naturels pour atténuer les effets du climat sont de plus en plus prises en compte, notamment la restauration des zones humides pour absorber les eaux d'inondation et recharger les eaux souterraines, le maintien du couvert forestier pour atténuer le climat local et réduire l'érosion, et la diversification des systèmes agricoles pour propager les risques et accroître la résilience.

Parallèlement, l'agriculture contribue au changement climatique par le biais d'émissions de gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone, le méthane et l'oxyde d'azote. La gestion durable des biomes et des écosystèmes offre des possibilités d'atténuation du changement climatique, notamment par la séquestration du carbone dans les sols et la biomasse.