fonctions assurées par la biodiversité

Séminaire 2004 de l’Ecole Doctorale RP2E « Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits et Environnement »,
Nancy, 15 janvier 2004– ISBN 2-9518564-2-3
EVALUATION DE LA BIODIVERSITE PAR DES INDICATEURS
AGRI-ENVIRONNEMENTAUX A L'ECHELLE D'UN
TERRITOIRE AGRICOLE
B. Clergué, B. Amiaud, S. Plantureux
UMR INRA-ENSAIA-INPL Agronomie et Environnement 2, Avenue de la Forêt de Haye
F- 54505 Vandoeuvre-lès-Nancy E-mail: [email protected]
Résumé. Depuis la Convention de Rio de Janeiro en 1992, les pays signataires se sont engagés à
conserver la diversité biologique de leur territoire. En France, près de 60% du territoire est consacré à
l'agriculture. La connaissance de l'impact des pratiques agricoles sur la biodiversité est donc de grande
importance. La mise au point d'indicateurs agri-environnementaux permet d'évaluer l'impact
environnemental des pratiques agricoles et de mieux les ajuster.
L’objectif de ce travail est de créer des indicateurs de biodiversité à l'échelle du territoire. Pour ce faire,
l’information contenue à des échelles différentes doit être synthétisée à l’échelle de ce territoire. Enfin, la
biodiversité doit être prise en compte dans sa multifonctionnalité. Cet article présente la première étape
de la conception des indicateurs de biodiversité.
INTRODUCTION
Depuis « la révolution verte », dans les années 1950, l’intensification de l’agriculture a
eu pour conséquence une érosion de la biodiversité. Peeters et Janssens [1] attirent
l’attention sur l’importance de la biodiversité en milieu agricole. En France, la majorité
du territoire est utilisé pour la production agricole (~ 60%) [2]. A l’échelle de la
Communauté Européenne, la part des surfaces agricoles est également importante
(44%), tandis que les zones naturelles protégées, lieu de maintien de la biodiversité,
représentent moins de 5% [3]. D’un point de vue éthique, des mesures doivent être
prises pour éviter la perte d’espèces : « c’est la reconnaissance du droit à l’existence des
espèces ». A ce sujet, mais pas seulement, la Convention sur la Diversité Biologique de
Rio de Janeiro en 1992 a permis une prise de conscience mondiale sur les problèmes
liés à la conservation de la biodiversité. D’un point de vue plus pragmatique, la
biodiversité constitue potentiellement un réservoir de gènes d’intérêt agronomique
(résistance aux maladies, à la sécheresse, …) et d’espèces productrices de molécules à
portée pharmaceutique [1].
De nombreuses études traitent de l’impact des pratiques agricoles sur la biodiversité.
Récemment, une revue bibliographique a été faite sur le sujet, traitant notamment de
l’usage d’espèces comme indicatrices de l’état de la biodiversité [4]. De telles espèces
sont appelées bioindicateurs. Bien que sensibles aux variations du milieu, les
bioindicateurs nécessitent des relevés de terrain coûteux en temps et en argent. Ils sont
donc difficilement utilisables pour des analyses en routine et nécessitent souvent une
détermination par un spécialiste. Un autre type d’outil a été proposé par Girardin et al.
[5] pour évaluer des impacts environnementaux. Ces indicateurs agri-environnementaux
utilisent des données facilement accessibles au terrain. Des indicateurs pour la qualité
de l’air et de l’eau ont déjà été créés, par contre, il n’en existe pas encore sur la
biodiversité.
D’autre part, l’étude de l’impact des pratiques agricoles est surtout réalisée à l’échelle
de la parcelle (voir par exemple Pervanchon et al., 2003) [6]. En effet, la parcelle est un
niveau d’observation commode et incontournable [7], mais la biodiversité ne se limite
pas à cette échelle. Par exemple, la diversité en oiseaux et en arthropodes est reliée à la
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diversité des éléments du paysage que sont les haies [8-10]. L’impact des pratiques
agricoles sur la biodiversité doit donc être étudié à plusieurs échelles.
Le but de ce travail est de créer des indicateurs de biodiversité à l'échelle du territoire
agricole, en utilisant la méthode des indicateurs agri-environnementaux. Les indicateurs
seront construits de manière à pouvoir être utilisés par des gestionnaires
environnementaux et de l’aménagement du territoire. Les données nécessaires à
l’utilisation des indicateurs devront donc être facilement accessibles. D’autre part, afin
de créer ces indicateurs, l’information contenue à des échelles différentes devra être
synthétisée à l’échelle du territoire agricole. De plus, une recherche exhaustive des
fonctions assurées par la biodiversité sera effectuée. Les indicateurs seront élaborés à
partir des connaissances scientifiques disponibles et de l’avis d’experts. Au cours de
leur construction, les indicateurs seront validés avec des données issue d’un territoire
agricole lorrain.
DEMARCHE
1. La biodiversité, une notion complexe
La biodiversité est devenue depuis les années 1990, une notion incontournable de
l'écologie et de la protection de l'environnement. L'engouement général des
scientifiques et des institutions pour la biodiversité en est même devenu source de
confusions [11]. En effet, la biodiversité permet de caractériser l'environnement de
manière assez complète. La Convention de Rio de Janeiro a permis d’en donner une
définition commune : la biodiversité est définie comme étant la diversité des gènes, des
espèces, des écosystèmes et des processus écologiques. Noss [12] insiste sur la prise en
compte de la diversité des processus écologiques. Par le passé, les processus
écologiques ont souvent été négligés alors qu’ils jouent un rôle « crucial dans le
maintien de la biodiversité ». La biodiversité doit donc être comprise selon plusieurs
niveaux à la fois.
Différents auteurs ont essayé de mieux définir la biodiversité afin de pouvoir répondre
aux problèmes environnementaux. Noss en a proposé une approche hiérarchique (Fig.
1). La biodiversité peut être considérée selon cet auteur selon trois angles : la fonction,
l’organisation et la composition, et selon plusieurs échelles : le gène, l’espèce,
l’écosystème et le paysage. Le concept hiérarchique permet donc de suivre la
biodiversité à plusieurs échelles d’organisation et à plusieurs échelles d’espace et de
temps. Cette approche est surtout utilisable dans une vision écologique de l’étude de la
biodiversité.
Dans un territoire agricole, la biodiversité doit être vue comme assurant des rôles qui ne
se limitent pas à l’écologie. Duelli et Obrist [13] ont défini la biodiversité selon trois
aspects principaux qui motivent sa préservation : (i) la conservation (protection des
espèces menacées), (ii) la lutte biologique (diversité des espèces antagonistes) et (iii)
l’écologie (résilience, fonctionnement de l’écosystème basé sur la diversité spécifique).
Cette définition prend en compte la notion de fonction de la biodiversité de Noss. Mais
l’approche de Duelli et Obrist reste incomplète car la biodiversité assure d’autres
fonctions.
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Figure 1. Composition, structure et fonctions de la biodiversité (d’après Noss, 1990)
2. Le schéma conceptuel des indicateurs agri-environnementaux de biodiversité
2.1. La biodiversité dans multifonctionnalité
L’originalité du travail présenté est de déterminer de manière exhaustive les fonctions
de la biodiversité. En s’inspirant de la définition de Duelli et Obrist, trois grandes
fonctions de la biodiversité ont été définies: patrimoniale, agronomique et écologique.
Ces fonctions englobent des sous-fonctions précises présentées en Fig. 2.
La fonction patrimoniale comprend les éléments naturels et/ou culturels qui
constituent la biodiversité. Par exemple, un paysage présent dans un Parc Naturel
Régional est à la fois un élément naturel et culturel. Par ce qu’il a été préservé, il
représente un élément naturel, et comme il est le résultat des activités humaines, il est
également un élément culturel. Par contre, des vergers de mirabelliers constituent
seulement un élément culturel dans le paysage lorrain. Mais la biodiversité ne se limite
pas à l’échelle du paysage, des espèces animales ou végétales rentrent également dans
cette catégorie. C’est le cas d’espèces emblématiques comme le grand tétras ou la
myrtille, et des espèces menacées comme les orchidées. Dans la fonction patrimoniale
culturelle de la biodiversité peut être inclus la notion d’esthétique du paysage.
Dans une zone agricole, la biodiversité assure également une fonction agronomique.
La présence d’insectes et d’oiseaux auxiliaires permettent aux cultures de mieux résister
aux stress biotiques que constituent les espèces nuisibles. De même, un mélange
d’espèces dans une culture ou une prairie permettra une meilleur résistance aux
maladies et aussi aux stress abiotiques comme la sécheresse. D’autre part, des insectes
tels que les abeilles sauvages et les bourdons réalisent la très importante fonction de
pollinisation des plantes entomophiles comme le colza. En effet, la pollinisation de
certaines plantes sauvages ne peut être réalisée par l’abeille domestique. De plus, des
espèces comme les bourdons permettent une bonne fécondation des cultures dans des
conditions climatiques défavorable à l’abeille domestique (temps frais, nuageux,
humide). Enfin, la biodiversité est reliée à la production des surfaces agricoles. Par
exemple, la diversité floristique participe à la quantité et à la qualité de la production
fourragère des prairies.
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Fonctions de la biodiversité
Variables pertinentes
Pratiques agricoles
Patrimoniales
Espèces « amirales »
Espèces « parapluie »
Culturel
Esthétique du paysage
Naturel (espèces menacées)
Itinéraire technique des
prairies ou cultures
Agronomiques
Diversité spécifique
Indices écologiques d’Ellenberg
Taxons
(Heteroptera, Hymenoptera,
Carabidae; Poaceae, Fabaceae)
Résistance aux stress biotiques
Résistance aux stress abiotiques
Pollinisation
Production
Ecologiques
Fonctionnement des réseaux trophiques
Dynamique de l’écosystème
Cycles biogéochimiques
Espèces « clés »
Structures non productives
(haies, arbres isolés, zones humides)
Diversité spécifique
Figure 2. Le schéma conceptuel des indicateurs de biodiversité
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Gestion des structures non
productives
Organisation spatiale du
territoire
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Les fonctions patrimoniales et agronomiques sont des fonctions que l’on pourrait
qualifier d’anthropocentriques. En effet, elles n’ont de sens que parce que l’homme agit
sur son environnement, or la biodiversité n’est-elle pas, en premier lieu, l’élément qui
assure la présence de la vie ? La biodiversité a donc une fonction écologique. La
biodiversité permet l’existence des réseaux trophiques, de même, elle participe aux
cycles biogéochimiques. De plus, un écosystème, s’il ne subit pas constamment des
stress, évolue dans son organisation. Par exemple, une prairie laissée à l’abandon
évoluera en friche, puis une strate arbustive apparaîtra pour évoluer vers une forêt. Cette
évolution est la dynamique des écosystèmes.
2.2. Des variables pertinentes
Les différentes fonctions assurées par la biodiversité ne sont pas toujours directement
mesurables. Pour ce faire, des variables mesurables facilement, reliées à ces fonctions,
sont recherchées dans la bibliographie. Ces variables doivent être également sensibles
aux modifications de leur environnement. Autrement dit, elles doivent rendre compte de
l’influence des pratiques agricoles. Afin d’éviter toute confusion avec la notion d’espèce
indicatrice et d’indicateur, ces éléments mesurables sont appelés variables pertinentes.
L’une des variables pertinentes fondamentales permettant de relier les pratiques
agricoles aux fonctions de la biodiversité est la diversité spécifique ; ainsi que les
indices qui en découlent comme l’indice de Shannon. La mesure de la diversité
spécifique reste cependant coûteuse en temps et en argent. Duelli et Obrist [14] ont
montré que le suivi de certains taxons comme les Heteroptera, les Hymenoptera, et
même la diversité floristique, permettent d’estimer la diversité en arthropodes dans
différentes surfaces agricoles avec un gain de temps par rapport à d’autres taxons
comme les Carabidae. En effet, les Carabidae sont des insectes d’un grand intérêt
agronomique car ils sont prédateurs de plusieurs espèces nuisibles comme les limaces.
Ce sont également des espèces très sensibles à leur environnement. L’intérêt
scientifique pour ce taxon est tel, que Kromp leur a consacré une synthèse entière [14].
D’autres études comme celles de Jeanneret et al. montrent que la présence de certains
taxons d’arthropodes (Carabidae, Aranae et Lepidoptera) s’explique par les
caractéristiques de l’habitat et du paysage [15, 16]. Les structures non productives,
tels que les haies, les bandes enherbés, les chemins et les zones humides, en
représentent des éléments importants. La majorité de ces caractéristiques est issue de
saisies des zones étudiées par Système d’Information Géographique (SIG).
Les espèces « amirales », « parapluie », « clefs » sont des espèces particulières qui
peuvent être utilisées comme variables pertinentes. Les espèces bien connues du grand
public sont appelées espèces « amirales » (flagship species). Elles sont utilisées pour la
vulgarisation de travaux scientifiques. Par contre, les espèces « parapluie » et les
espèces « clefs » ont des caractéristiques écologiques précises.
Les espèces
« parapluie » (umbrella species) sont des espèces ayant besoin de grands espaces. Leur
protection permet donc la sauvegarde de nombreuses autres espèces et d’habitats. Le
Grand Téras est considéré comme une espèce « parapluie ». Les espèces « clefs »
(keystone species) ont un rôle fondamental pour la présence d’autres espèces, voir dans
le fonctionnement d’un écosystème. Des espèces comme le castor ou les piverts sont
des espèces « clefs ». En effet, la contruction de barrages par les castors modifie
l’environnement et permet la présence d’espèces adaptées (faune et flore aquatiques, de
berge), tandis que les cavités créées dans les arbres par les espèces de pivert sert de nid
pour d’autres espèces d’oiseaux. Dans un contexte agricole, les Carabidae sont
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également des espèces « clefs », car ils régulent les populations de certaines espèces
nuisibles et de saprophages (collemboles,…).
A propos de ces différentes espèces particulières, Caro [17] a mis en garde l’emploi du
terme espèce « focale » (focal species) qui ne correspond à aucune définition précise
mais qui est utilisée abondamment pour attirer l’attention de financeurs potentiels !
Les indices écologiques d’Ellenberg permettent de mesurer des gradients de
perturbation ( action anthropique ou animale) à partir de la composition floristique [6].
2.3. Les pratiques agricoles
Les pratiques agricoles qui agissent sur la biodiversité sont multiples. Elles peuvent être
rassemblées sous 3 grands ensembles : les itinéraires techniques des cultures et des
prairies qui comprend la fertilisation, le travail du sol, l’usage de pesticides, la
rotation,… ; la gestion des structures non productives ( suppression, entretien,…) et
l’organisation spatiale du territoire (densité, hétérogénéité,…).
2.4. Exemples
Les compartiments du schéma conceptuel présentés ci-dessus, peuvent être illustrés par
les travaux de Pfiffner et Luka [18]. Ces auteurs montrent qu’une fertilisation organique
et l’absence d’usage d’herbicide permet une plus grande diversité en Carabidae et
Aranae dans des parcelles cultivées en céréales d’hiver. La fertilisation organique et
l’application d’un herbicide font partie de l’itinéraire technique des cultures.
L’analyse de l’organisation spatiale du territoire montre que la diversité en
arthropodes est également reliée à la proximité de zones semi-naturelles comme les
prairies extensives et de structures non productives comme les bandes enherbées.
La diversité en adventices et la diversité au sein d’un taxon comme les Carabidae et les
Aranae étant d’une part, reliées aux pratiques agricoles, et d’autre part, reliées à
certaines fonctions de la biodiversité, ces caractéristiques peuvent constituer des
variables pertinentes. La connaissance de l’influence des pratiques agricoles sur ces
variables permet l’élaboration d’un modèle dont les sorties seront transformées en
valeur d’indicateur pour évaluer l’impact des pratiques sur les différentes fonctions de la
biodiversité.
3. Des indicateurs de biodiversité à l’échelle du territoire agricole
L’objectif est de créer des indicateurs de biodiversité à l’échelle du territoire. La
première étape de conception de ces indicateurs a été de définir et de positionner les
concepts de base. Cette étape a permis l’élaboration du schéma conceptuel. Il permettra
la conception d’un modèle. Pour ce faire, une recherche exhaustive des variables
pertinentes reliées, à la fois, aux pratiques agricoles et aux fonctions de la biodiversité
est en cours.
Les indicateurs étant destinés à des gestionnaires, les variables d’entrée des indicateurs
seront limitées aux pratiques agricoles facilement accessibles. Les sorties du modèle
seront transformées en valeur d’indicateur par la méthode des indicateurs agrienvironnementaux. Des indicateurs pourrons être créés pour chaque fonction
particulière ou générale de la biodiversité.
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PERSPECTIVES
La prochaine étape de l’élaboration d’indicateurs de biodiversité sera de concevoir
l’architecture du modèle. Les pratiques agricoles étant effectuées à plusieurs échelles,
une méthode permettant l’agrégation de ces informations sera nécessaire.
La validation de l’architecture du modèle avec des données récoltées sur le terrain
(pratiques agricoles et variables pertinentes) sera l’étape suivante. Les indicateurs
subiront d’autres validations (sorties, usage) permettant d’en assurer la fiabilité [19].
Ce travail novateur demandant des compétences diverses (modélisation, détermination
faunistique et floristique, changement d’échelles) fera appel à de nombreuses
collaborations.
Les indicateurs de biodiversité permettront non seulement de faire un diagnostic de
l’impact des pratiques agricoles sur les différentes fonctions de la biodiversité à
l’échelle du territoire. Les indicateurs constitueront également un outil prédictif des
changements de pratiques.
A terme, l'usage de ces indicateurs contribuera à une meilleure prise en compte de la
biodiversité dans les choix de pratiques agricoles en prairies et en grandes cultures.
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