22/10/2019 18:03

Chapitre 4 – Structure et fonctionnement des agrosystèmes

 

     Les premiers êtres humains chasseurs-cueilleurs prélevaient dans leur environnement les matières végétales et animales dont ils avaient besoin pour se nourrir, se vêtir et se loger. Au Néolithique, ils ont développé l’agriculture et l’élevage pour répondre plus facilement à leurs besoins. Ils sont ainsi utilisé et transformé les sols.

Problématique : Comment la connaissance des sols peut-elle aider à gérer les agrosystèmes ?

 

I – Les agrosystèmes :

B1 Les agrosystèmes

Objectif : On cherche à comprendre l’organisation d’un agrosystème.

- Recenser, extraire et organiser des informations issues du terrain (visite d’une exploitation agricole, par exemple), pour caractériser l’organisation d’un agrosystème : éléments constitutifs (nature des cultures ou des élevages), interactions entre les éléments (interventions humaines, flux de matière (dont l’eau) et d’énergie dans l’agrosystème), entrées et sorties du système (lumière, récolte, etc.).

- Comprendre que l’organisation d’un agrosystème dépend des choix de l’exploitant et des contraintes du milieu, et que ces choix tendent à définir un terroir.

- Comprendre comment les intrants ont permis de gérer quantitativement les besoins nutritifs de la population, tout en entraînant des conséquences qualitatives sur l’environnement et la santé.

- Réaliser des mesures et/ou utiliser des bases de données de biomasse et de production agricole pour comprendre la différence entre la notion de rendement agricole (utilisée en agriculture en lieu et place de production) et la notion de rendement écologique.

 

      1) L’organisation d’un agrosystème :

     Un agrosystème est un système de production agricole géré par l’être humain dans le but de produire de grandes quantités de biomasse, généralement d’une seule variété ou d’une seule espèce à des fins alimentaires, énergétiques, pharmaceutiques, etc. Il repose sur la gestion du sol.

L’ajout d’intrants (eau, engrais, produits phytosanitaires, énergie) permet d’augmenter la productivité du système et de compenser la perte de biomasse liée aux exports de la matière récoltée.

L’agriculteur doit donc faire des choix en tenant compte des contraintes du milieu (géologiques et climatiques). Ces choix définissent un terroir qui peut être reconnu par des labels de qualité.

    2) Les différents modèles agricoles :

    L’agriculture intensive est une production industrielle dépendante des intrants pour maximiser les rendements. L’agriculture extensive a aussi des fins commerciales mais elle privilégie les ressources naturelles du lieu d’exploitation. L’agriculture vivrière est destinée à l’autosuffisance alimentaire des producteurs ou des populations locales. Les rendements sont croissants avec l’intensification de l’agriculture.

   Le rendement agricole traduit la production de biomasse de l’agrosystème, tandis que le rendement écologique reflète l’efficacité de l’agrosystème à fixer la biomasse assimilée.

 

    3) L’importance des intrants :

        Afin d’augmenter le rendement des cultures, des intrants sont ajoutés dans l’agrosystème :

•  Les engrais apportent des éléments minéraux nécessaires pour produire de la biomasse. Ils compensent l’appauvrissement du sol en éléments nutritifs liés à l’exportation de la récolte.
• Les produits phytosanitaires (herbicides, insecticides et fongicides) permettent de lutter contre les bioagresseurs des cultures. Ils protègent ainsi le développement des cultures et limitent les pertes de matière dans l’agrosystème.
• L’irrigation est indispensable pour augmenter la production primaire.

Rmq : L'eau est indispensable à la plante pour trois raisons :

● c'est un produit entrant de la photosynthèse,

● c'est un constituant cellulaire,

● le flux d'eau qui traverse la plante permet à celle-ci de puiser les ions minéraux du sol en solution.

• Tout ce que l'exploitation agricole doit acheter :
  • le carburant,
  •  les aliments pour animaux non produits dans la ferme,
  • le matériel agricole,
  • les frais vétérinaires.

II – Les sols : le support des agrosystèmes

B2 – Les sols

Objectif : On cherche à comprendre comment est constitué un sol.

- Comprendre (manipulation, extraction, organisation d’informations) les modalités de la formation des sols.

- Utiliser des outils simples de détermination d’espèces pour découvrir la diversité des êtres vivants du sol et leur organisation en réseaux trophiques.

- Concevoir et mener des expériences pour comprendre le recyclage de la biomasse du sol.

 

    1) L’organisation d’un sol :

  Le sol est constitué d’une succession de couches parallèles à la surface, les horizons :

• l’horizon O : la litière en surface est constituée des feuilles mortes et abrite plantes et animaux vivants.
• l’horizon organique A : dans sa partie la plus superficielle, le sol contient de l’eau, de l’air et de la matière organique en décomposition issue des restes d’êtres vivants après leur mort (on parle de biomasse morte) : c’est l’humus.
• l’horizon organo-minéral B : c’est la partie cultivable du sol, appelée couche arable, qui contient de l’humus mêlé à de la matière minérale.
• l’horizon minéral C : il contient de nombreux éléments minéraux qui peuvent provenir :
  • de l’altération de la roche-mère.
  • de l’altération de roches éloignées géographiquement qui ont été transportées par l’eau ou par le vent.
• dans sa partie la plus profonde, le sol repose sur la roche-mère.

   2) La formation d’un sol :

  La formation d’un sol est le résultat de l’interaction entre 3 facteurs :

• la lithosphère : le type de roche-mère, plus ou moins résistante, va influencer certaines caractéristiques du sol comme le pH (et donc la végétation qui peut s’y développer).
• la biosphère : les êtres vivants fabriquent l’humus (plus ou moins nombreux) et altèrent la roche mère (racines).
• l’atmosphère : les facteurs climatiques (température et précipitations) altèrent physiquement (gel/dégel) et chimiquement (action de l’eau) la roche mère.

Un sol se forme très lentement (0,02 à 0,1 mm par an). Le sol n’est donc pas une ressource renouvelable puisqu’il met des milliers d’années à se former.

    3) Le recyclage de la biomasse dans le sol :

    Le sol est peuplé d’êtres vivants nombreux et diversifiés. Ils sont impliqués dans des chaines alimentaires qui, reliées entre elles, constituent des réseaux trophiques.

   Les détritivores (vers) et les décomposeurs (bactéries et champignons) fragmentent la biomasse morte de la litière. Ils la recyclent en éléments minéraux indispensables au développement des végétaux et en matière organique de réserve, l’humus. L’humus peut ensuite être lentement minéralisé. On parle de cycle de la matière. Les êtres vivants assurent ainsi la fertilité des sols.

 

    4) La fertilité des sols :

        En plus de la présence d’êtres vivants, la fertilité d’un sol dépend de deux paramètres : sa teneur en humus et sa texture.

   L’humus s’associe aux argiles et forme des complexes argilo-humiques qui retiennent les éléments minéraux puis les libèrent progressivement dans l’eau circulant entre les particules du sol.

   La texture d’un sol est la proportion entre les particules minérales de différentes tailles qui le composent : argiles, limons et sables. Plus la proportion est équilibrée entre ces trois éléments, plus le sol est fertile. L’air et l’eau peuvent s’infiltrer entre les particules du sol, et le développement des êtres vivants y est favorisé.

III - Les impacts des agrosystèmes :

B3 - L'impact des intrants

Objectif : On cherche à montrer les avantages et les inconvénients de l'utilisation des intrants (engrais et pesticides).

- Étudier, dans le cadre d’une démarche de projet, des modèles d’agrosystèmes pour comprendre leurs intérêts et leurs éventuels impacts environnementaux (fertilité et érosion des sols, choix des cultures, développement de nouvelles variétés, perte de biodiversité, pollution des sols et des eaux, etc.).

 

        L’agriculture conventionnelle est largement pratiquée dans les pays développés. Elle doit avoir une productivité élevée à moindre coût afin de nourrir une population croissante et de maintenir l’équilibre économique des exploitations. Elle a donc massivement recours aux intrants.

 

        1) Les impacts sur l’environnement :

        L’agriculture conventionnelle entraîne une baisse de la fertilité des sols et un effondrement de la biodiversité à cause :

- du manque d’apport de matière organique (fumiers), nourriture privilégiée des êtres vivants du sol ;

- du labour profond qui désorganise les sols et les tasse ;

- des sols laissés nus après les cultures qui sont affectés par l’érosion et emportés par les pluies ;

            - de la destruction des habitats (haies) ;

- de l’utilisation des pesticides qui ne tuent pas que les espèces ‘‘nuisibles’’ (insectes pollinisateurs, auxiliaires, oiseaux…).

Vocabulaire :

Lixiviation : entraînement des minéraux solubles en profondeur par l’eau circulant dans les sols, comme la pluie.

 

Eutrophisation : enrichissement en nitrates et phosphates entraînant la prolifération des végétaux et l’appauvrissement en O₂ des zones les plus profondes.

 

La forte utilisation d’engrais minéraux, non consommés en totalité par les plantes en croissance, entraîne leur lixiviation. Ils polluent l'eau des nappes souterraines et provoquent l'eutrophisation des cours d’eau, lacs et bords de mer.

Ex. : Les marées vertes en Bretagne.

La plupart des techniques modernes de l'agriculture sont couteuses en énergies fossiles. Plus le temps passe, plus la quantité d'énergie fossile nécessaire pour produire un joule d'énergie alimentaire augmente

 

        2) Les impacts sur la santé :

     Les pesticides peu ou pas biodégradables se retrouvent dans tous les milieux (atmosphère, eau, sols), parfois à des centaines de km de leur lieu d'émission.  Ces polluants se transmettent alors d'un niveau à l'autre  des réseaux trophiques. Ils subissent une bioaccumulation.

Ex : comme il faut en moyenne 10 kg de matière d'un niveau trophique pour produire 1 kg du niveau suivant, 1 kg de consommateur contient tous les résidus présents dans les 10 kg de sa nourriture.

Les molécules actives des pesticides et leurs dérivés constituent dans les organismes vivants  des cocktails d'une grande toxicité, responsables de cancers, de dérèglements hormonaux, nerveux, hépatiques…

Ex. : La chlordécone sur la banane aux Antilles.

 

IV – La gestion durable des agrosystèmes :

B4 - Vers une agriculture durable

Objectif : On cherche à comprendre quelques pratiques agricoles durables.

- Adopter une démarche scientifique pour envisager des solutions réalistes à certaines des problématiques précédentes.

 

        L’agriculture durable doit être écologiquement saine et économiquement viable. Elle doit :

• produire plus afin de nourrir une population mondiale en constante augmentation,
• respecter la qualité des produits,
• utiliser moins d’intrants, sources de pollutions et de dégradation des sols,
• préserver l’eau qui est une ressource limitée et vulnérable.

Les agriculteurs utilisent pour cela différentes techniques, anciennes ou modernes :

• la robotisation qui limite les coûts liés à la main d’œuvre humaine ;
• les machines adaptées au minimum de labour (semis sous couvert végétal) ;
• la rotation des parcelles qui permet d’éviter l’épuisement des sols ;
• l’agriculture biologique (lutte intégrée, buttes de culture, etc.) ;
• l’association de végétaux pour réduire l’apport d’engrais (mycorhizes, symbioses légumineuses-bactéries) ;
• l’agroforesterie qui permet, en plus de l’augmentation des rendements, le stockage du carbone dans les sols sous forme de matière organique et donc réduction gaz à effet de serre ;
• la plantation de haies qui favorise la diversité des espèces pouvant jouer des fonctions écologiques variées ainsi que le maintien des sols et l’utilisation des excès d’engrais.
• Etc.