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Choix des indicateurs de services écosystémiques et de fonctions écosystémiques

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 𝑑𝑢𝑛 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