Le choix des indicateurs a été guidé par la nécessité qu’ils soient quantifiables et simulables par les modèles mobilisés afin de pouvoir analyser les liens entre fonctions et services, et d’identifier les synergies et/ou les conflits entre les services étudiés. Chaque service écosystémique peut être caractérisé par un ou plusieurs indicateurs. Ainsi pour les 6 services et nuisance écosystémiques analysés dans ce travail, 11 indicateurs ont été sélectionnés (Tab. 2.1).
1.1. Indicateurs de services écosystémiques
1.1.1 Disponibilité de l’azote dans le sol
Deux indicateurs sont utilisés pour évaluer la disponibilité de l’azote à court ou long terme. Sur le court terme, l’indicateur retenu est la concentration moyenne en nitrate du sol (mg N‐NO3/kg sol sec) calculée sur une année, dans l’horizon supérieur du sol (0 – 30 cm). Ceci représente le pool d’azote qui permet notamment de subvenir aux besoins de la plante. Cette concentration de N‐NO3 dans le sol peut‐être très fluctuante en fonction du bilan journalier déterminé par l’offre du sol, la demande de la plante (absorption) et des microorganismes (réorganisation), et les sorties du système (pertes par lixiviation, dénitrification, etc.). La disponibilité de l’azote sur le long terme est évaluée grâce à la variation annuelle de la quantité d’azote organique dans l’horizon supérieur du sol (kg N/ha/an). Le maintien ou l’augmentation de ce stock, qui est une composante de la fertilité des sols, permet de préserver un potentiel pour subvenir aux besoins nutritionnels des plantes sur le long terme.
1.1.2 Régulation du climat
Il s’agit ici d’atténuation de l’émission de gaz à effets de serre. Deux indicateurs sont utilisés. Le premier concerne l’atténuation de l’émission de protoxyde d’azote (N2O), un puissant gaz à effet de serre, en partie responsable de la destruction de la couche d’ozone stratosphérique et qui a un très fort pouvoir de réchauffement, équivalent à environ 300 fois celui de l’émission de CO2. L’indicateur retenu est la quantité d’azote dénitrifié sur l’année (kg N‐ N2O /ha /an) qui est simulée par le modèle STICS (voir Section 2). Comme le service correspond à l’atténuation des émissions, on attribue un signe négatif à cette valeur. Le deuxième indicateur est l’atténuation de l’émission du CO2 (kg C/ha/an), autre gaz à effet de serre. Il correspond aux quantités annuelles de carbone (kg C/ha/an) qui sont stockées dans les différents compartiments de l’arbre (fruits, feuilles, tiges) et sous forme organique « libre » ou « liée » (humus) dans le sol.
1.1.3 Cycle de l’eau et maintenance des flux hydriques
Trois indicateurs permettent d’approcher les services reliés au cycle de l’eau et à la maintenance de sa qualité. Il s’agit d’abord de l’humidité moyenne du sol sur l’horizon 0‐30 cm (g H2O / kg de sol sec ou encore en % de sol sec). Cet indicateur permet de caractériser un état hydrique dans l’horizon du sol le plus exploité par les racines, où se déroule la majeure partie des processus biologiques. La quantité d’eau drainée (mm/an) est un indicateur des flux hydriques vers les couches profondes du sol (en dessous de la zone prospectée par les racines du pommier). Cet indicateur permet d’évaluer les possibilités de recharge des eaux profondes, ainsi que les risques potentiels de pollution par l’entraînement d’éléments vers les eaux profondes. Enfin, pour décrire la qualité de l’eau, nous utilisons un indicateur de prévention de lessivage des nitrates dans les eaux drainées (mg N‐NO3/L d’eau drainée), qui est la concentration moyenne de nitrates dans les eaux drainées simulée par le modèle STICS à l’échelle d’une année, à laquelle on attribue un signe négatif (voir Section 1.3).
1.1.4 Production de fruits
Le rendement en fruits frais (t/ha) est utilisé pour caractériser la performance agronomique des vergers. Les modèles utilisés ne permettant pas de déterminer la distribution des fruits selon leur calibre, le critère de qualité pour la commercialisation de la production qui a été retenu est le poids frais moyen d’un fruit (g). Ce dernier est calculé (équation 1) à partir du rendement simulé par le modèle STICS et du nombre de fruits par arbre (charge en fruits) déterminé par les différents éclaircissages (chimique et/ou manuel) réalisés au cours du printemps:
𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑓𝑟𝑎𝑖𝑠 𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛 𝑑′𝑢𝑛 𝑓𝑟𝑢𝑖𝑡 (𝑔) =𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 (𝑡/ℎ𝑎)
1.1.5 Contrôle des bioagresseurs
Le service de contrôle des bioagresseurs n’a pas été quantifié directement dans ce travail du fait de l’absence d’indicateurs simples à mettre en œuvre pour permettre une évaluation assez globale du service. Pour contourner cette difficulté, nous avons considéré que l’estimation des dégâts occasionnés par les bioagresseurs au pommier (voir Section 1.2), combinée à une réduction d’usage des pesticides (voir Section 1.1.6), pouvait être le reflet du service de contrôle des bioagresseurs fourni par un agro‐écosystème sous l’influence des pratiques culturales.
1.1.6 Prévention de nuisances environnementales dues aux pesticides
Nous avons pris en compte d’une manière très simple l’impact sur l’agroécosystème d‘une gestion des bioagresseurs par les pesticides. Nous avons retenu l’indice de fréquence de traitement (IFT) pour le carpocapse, le puceron cendré et la tavelure. C’est donc l’IFT utilisé, affecté d’un signe négatif.
Tableau 2.1: Indicateurs des services écosystémiques, leurs noms abrégés et leurs unités.
Service Indicateur Nom abrégé Unité
Disponibilité de l’azote dans le sol
Variation annuelle d’azote organique varNorg kg N/ha/year
Concentration moyenne de nitrates dans l’horizon 0‐30 cm meanNO3 mg N‐NO3/kg de sol sec Régulation du climat Prévention de la dénitrification de l’azote N2Oprev kg N‐ NO2/ha/an Quantité de carbone fixée dans le sol et les organes annuels de l’arbre Cseques kg C/ha/an Cycle de l’eau et maintenance des flux hydriques Humidité pondérale moyenne de l’horizon 0‐30 du sol meanHum1 g H20 / kg de sol sec
Quantité d’eau drainée drainage mm/an
Prévention du lessivage des nitrates waterNO3prev mg NO3/L
d’eau drainée
Production de fruit Rendement yield t/ha
de qualité) Prévention des nuisances environnementales dues aux pesticides Réduction de l’indice de fréquence de traitement (IFT) pour le carpocapse, le puceron cendré et la tavelure TFIreduc Sans dimension Indicateurs de fonctions écosystémiques 1.2
Pour caractériser les fonctions écosystémiques sous‐jacentes aux services, nous avons mobilisé 11 indicateurs (Tab. 2.2).
Les fonctions liées au cycle de l’azote dans le sol comme la minéralisation et la lixiviation sont décrites par des indicateurs quantifiant l’azote minéralisé ou lessivé (kg N/ha/an). Dans l’arbre, nous utilisons l’absorption maximale en azote pendant la période de croissance de l’arbre (kg N/ha) ainsi qu’un indice de nutrition azotée allant de 0 à 1 (1 étant une situation de confort optimal pour l’arbre). L’humification correspond à la quantité de carbone séquestrée par an (kg C/ha/an) sous forme d’humus dans le sol. Dans l’arbre, nous avons seulement considéré la quantité de carbone accumulée dans les différents compartiments se développant au cours d’une année (fruits, feuilles, pousses de l’année). La quantité de carbone cumulée dans les fruits a été également décrite à la récolte pour caractériser l’allocation du carbone dans les fruits. Le statut hydrique de l‘arbre peut avoir une grande importance pour la plupart des processus intervenant dans le fonctionnement de l’arbre et il peut être utilisé comme un indicateur du niveau de satisfaction de l’alimentation hydrique. L’indicateur utilisé est le potentiel hydrique stomatique, simulé par STICS, et exprimé sous forme d’indice variant entre 0 et 1, 1 étant une situation de confort maximal pour l’arbre. La perte de fruits liée aux attaques de carpocapse ou aux contaminations de tavelure est décrite par un pourcentage de fruits perdus à la récolte, avec un impact direct sur le rendement. L’attaque de pucerons provoque une perte de surface foliaire. Nous décrivons cette fonction par une fraction journalière de LAI en moins sur une période allant du pic de vol des pucerons (mi‐mai) à la mise en place de la surface foliaire maximale de l’arbre (mi‐juillet).
Tableau 2.2 : Indicateurs de fonctions écosystémiques, noms abrégés et unités.
Fonction Indicateur Nom abrégé Unité
Minéralisation Quantité d’azote minéralisé N mineralized kg N/ha/an
Lixiviation Quantité d’azote lessivé dans les eaux drainées
N leached kg N‐
NO3/ha/an Humification Carbone séquestré dans la matière
organique du sol
Cseques_soil kg C/ha/an Séquestration du Carbone séquestré dans les organes Cseques_tree kg C/ha/an
carbone annuels de l’arbre (fruits, feuilles, tiges) Statut hydrique de
l‘arbre
Potentiel hydrique stomatique Watercomfort sans
dimension
Statut azoté de l’arbre Index de nutrition azote NNi sans
dimension Absorption de l’azote Quantité maximal d’azote absorbé au cours de l’année Nabsorbed kg N/ha Allocation du carbone dans les fruits
Quantité de C dans le fruit à la récolte Cfruit kg C/ha Perte de fruits due au carpocapse et à la tavelure Pourcentage de perte de fruits à la récolte fruitloss sans dimension Perte de surface foliaire due au puceron cendré Fraction journalière de perte de surface foliaire LAIloss_aphid sans dimension