Conséquences des dynamiques des paysages agricoles sur la pollinisation

Soutenue en novembre 2021, la thèse de doctorat en biologie de l’environnement et des populations de Maxime Ragué s’intéresse aux conséquences de la dynamique spatiale et temporelle des paysages agricoles sur les interactions plantes-pollinisateurs et la pollinisation. Les successions culturales entraînent des variations importantes de ces paysages, jusqu’à présent peu étudiées. Cette recherche a porté sur un espace marqué par une grande diversité paysagère, la Zone atelier plaine et val de Sèvre (ZAPVS), située dans les Deux-Sèvres. Le chercheur a assuré le suivi des plantes adventices, des insectes pollinisateurs et de leurs interactions, ainsi que la quantification de la fonction de pollinisation sur plus d’une centaine de parcelles (figure ci-dessous).

Vue d'ensemble des observations et design expérimentaux mis en place dans la ZAPVS

Source : M. Ragué, CEBC-CNRS

Les résultats montrent que cette dynamique spatiale et temporelle conduit les pollinisateurs à visiter différents habitats et à butiner des ressources florales diverses (fleurs cultivées ou sauvages). Ainsi, les cultures à floraison massive sont très attractives pour ces insectes, en particulier les abeilles mellifères. Cette situation semble favoriser la compétition avec les pollinisateurs sauvages, exclus des fleurs cultivées : cette exclusion est compensée par l’existence de plantes adventices, avec un partitionnement des ressources. Ensuite, si les ressources florales de ces cultures sont limitées dans le temps, il existe une complémentarité spatio-temporelle des habitats qui permet de maintenir les populations de pollinisateurs. La dispersion spatiale et temporelle des ressources, les interactions trophiques et la compétition constitueraient donc des facteurs importants dans les interactions entre plantes et pollinisateurs.

À l’issue de ce travail, l’auteur propose notamment de maintenir la diversité des habitats pour assurer la conservation des pollinisateurs et la fonction de pollinisation, en favorisant les habitats semi-naturels ou les plantes adventices dans les cultures (figure ci-dessous). De plus, la réduction de la taille des parcelles favoriserait l’accessibilité des ressources pour les pollinisateurs sans que cette baisse n’impacte la production agricole.

Représentation d’un paysage agricole du printemps à l’été en milieu tempéré favorisant le maintien des pollinisateurs et de la fonction de pollinisation

Source : M. Ragué

Lecture : CFM : cultures à floraison massive ; HSN : habitats semi-naturels.

Johann Grémont, Centre d’études et de prospective

Source : CEBC-CNRS

Productivité des pollinisateurs et paysages agricoles

Publié en septembre 2021, un article de Plos One s'intéresse à l'affinité entre deux espèces d'insectes pollinisateurs (abeille domestique (Apis mellifera) et bourdon fébrile (Bombus impatiens)) et les paysages agricoles environnant leurs colonies. Considérant que le poids des insectes permet d'évaluer leur productivité (ressources stockées, nombre de larves et d'adultes), les auteurs ont pesé une fois par mois, pendant l'été 2017, des colonies des deux espèces, placées dans 12 sites du Michigan (États-Unis).

Il apparaît que les paysages dominés par des prairies et des pâturages sont plus favorables aux abeilles domestiques qu'aux bourdons fébriles. Inversement, ceux-ci sont plus productifs à proximité des vergers, vignes, surfaces maraîchères et autres cultures, hors soja et maïs. Les auteurs avertissent cependant sur le fait que la généralisation de leurs résultats nécessiterait de considérer des facteurs locaux, tels que la présence de résidus de pesticides, de maladies et de structures pour nidifier, ou encore les caractéristiques des paysages. 

Corrélation entre l'évolution du poids des colonies d'abeilles domestiques (kg) et les surfaces de prairies et pâturages (km²)

Source : Plos One

Source : Plos One

Les paysages ont tendance à se simplifier au cours du temps

Des géographes de l'université de Cincinnatti ont posé ce diagnostic en analysant l'évolution de la composition des paysages à l'échelle mondiale, entre 1992 et 2015, à l'aide d'images satellites haute résolution. L'étude a porté sur près de 1,8 million des carreaux de 9 km de côté, répartis sur tous les continents. 15 % d'entre eux ont connu, sur la période, une transition d'un type à un autre (agricole, forestier, urbain, etc.). En analysant finement les transformations d'une multitude de paysages différents, les chercheurs simulent leurs trajectoires à long terme. Utilisant la méthode Monte-Carlo, ils reproduisent alors l'évolution la plus probable d'un paysage donné, sans pour autant l'expliquer par des facteurs socio-économiques ou écologiques.

À partir d'un certain seuil de fragmentation, les paysages mixtes de moins de 10 km² sont en transition, évoluant en faveur des composants majoritaires. Ainsi, le passage d'un paysage forestier vers un paysage agricole est progressif et fait apparaître une mosaïque imbriquée d'éléments des deux types. Mais dès que la forêt en représente moins de la moitié, la transition s'accélère. Des constats semblables ont pu être dressés sur des paysages en évolution naturelle.

Trajectoires simulées d'un paysage forestier évoluant vers un paysage agricole, la trajectoire 1 étant la plus probable

Source : Geophysical Research Letters

Lecture : la phase 1 est celle qui conduit de 100 % de forêt à 50 % de forêt. Les nombres au-dessus des flèches entre chaque carreau représentent le temps d'attente moyen relatif entre deux étapes successives.

Ce type de modèle pourrait également être utilisé pour reproduire et analyser des transitions à la fois plus rapides dans le temps et comportant un plus grand nombre d'états intermédiaires, comme l'avancée de la désertification ou de l'urbanisation.

Source : Geophysical Research Letters

Paysages agricoles fragmentés : petits bois mais grands services écosystémiques

C'est l'un des résultats récemment publiés, dans le Journal of Applied Ecology, par une équipe européenne étudiant l'impact de la fragmentation des paysages agricoles sur la fourniture de services écosystémiques. Les auteurs ont mené un travail de recherche empirique sur 14 sites correspondant à des paysages plus ou moins fragmentés, couvrant un gradient de 2 500 km, depuis le sud-ouest de la France jusqu'en Suède. Au sein de chaque aire de 5 km de côté, l'analyse s'est focalisée sur les espaces boisés existants en essayant d'abord de les caractériser en matière de taille, d'ancienneté, d'environnement (proportion de cultures ou de forêts) et de type de peuplement (essences, classes d'âge des arbres).

L'intérêt écologique de ces espaces a ensuite été mesuré selon deux axes : la richesse en biodiversité, à travers les effectifs de six groupes taxonomiques, conduisant au calcul d'un indice de multidiversité ; la fourniture de services écosystémiques par unité de surface (abondance de plantes « utiles », de tiques et de gibier, capacité de lutte antiparasitaire, stockage du carbone dans la couche supérieure du sol, production de bois). L'analyse statistique menée a ainsi permis de dégager les liens entre la biodiversité et les caractéristiques des espaces boisés, des peuplements et du milieu (climat, sol). Elle a fait de même pour les liens entre ces mêmes caractéristiques et la fourniture d'un ou de l'ensemble des services écosystémiques retenus.

Relations entre l'environnement, la biodiversité et le potentiel de fourniture de services écosystémiques des espaces boisés isolés en Europe

Source : Journal of Applied Ecology

Lecture : l'épaisseur des flèches est proportionnelle à l'effet ; les effets positifs sont en bleu, les effets négatifs en rouge ; les variables non significatives sont représentées en gris clair.

Les espaces boisés isolés jouent un rôle important qui varie selon leur taille et leur ancienneté : les plus étendus et les plus anciens abritent une biodiversité riche, alors que les plus petits fournissent davantage de services écosystémiques à l'hectare, les effets de lisière y étant plus importants. En revanche, l'étude n'a pas identifié de lien direct entre la richesse en biodiversité et les volumes de services écosystémiques, pris dans leur globalité. Les auteurs concluent notamment sur l'importance d'intégrer la préservation de ces espaces boisés, souvent négligés, dans les politiques publiques, en particulier européennes (réseau Natura 2000, Directive eau, PAC, etc.).

Muriel Mahé, Centre d'études et de prospective

Source : Journal of Applied Ecology

Effet de la simplification des paysages agricoles sur la pollinisation, le biocontrôle et les rendements

Plus de cent chercheurs ont participé à une méta-analyse, publiée en octobre dans la revue Science Advances, étudiant le lien entre la biodiversité présente dans les agrosystèmes et la provision des services de pollinisation et de biocontrôle. Ils ont également analysé les effets induits par la simplification des paysages agricoles sur la biodiversité, ces services et les rendements agricoles. Pour ce faire, ils ont utilisé des données de 89 études, regroupant 1 475 cas de terrain et portant sur : i) la diversité des pollinisateurs et des auxiliaires de cultures (richesse des espèces, abondance et régularité) ; ii) la production des services qui en découle ; iii) la part de la surface en cultures dans un rayon d'1 km autour du centre de chaque parcelle (indicateur de simplification des paysages) ; iv) les rendements.

Ils montrent que la richesse des espèces et l'abondance de pollinisateurs et d'auxiliaires des cultures sont corrélées à une production de services écosystémiques supérieure. De plus, la simplification des paysages (telle que mesurée par l'indicateur utilisé), aurait un impact négatif sur la richesse de ces espèces, entraînant des effets en cascade sur la pollinisation, le biocontrôle et, en conséquence, sur les rendements agricoles.

Effets de la simplification des paysages sur la biodiversité, les services de pollinisation (A) et de biocontrôle (B), et les rendements agricoles

Source : Science Advances

Lecture : les coefficients représentent la taille de l'effet observé. Un coefficient positif (respectivement négatif) représente une corrélation positive (resp. négative). Les flèches noires (resp. rouges) représentent les effets significatifs et positifs (resp. négatifs). Les flèches grises représentent les effets non significatifs.

Source : Science Advances

Cartographie du potentiel de lutte biologique des paysages agricoles européens

En Europe, la protection des plantes repose largement sur l'usage de produits chimiques, qui impactent négativement la biodiversité et la fourniture de services écosystémiques. Le développement de la lutte biologique (ou bio-contrôle) permettrait donc d'améliorer la durabilité de l'agriculture, tout en garantissant la sécurité alimentaire. Dans cet objectif, des chercheurs ont modélisé et cartographié le potentiel de lutte biologique (basée ici sur des auxiliaires, ennemis naturels des ravageurs) des paysages agricoles européens actuels. Leurs résultats sont publiés dans un article de la revue Ecological Indicators.

Pour ce travail, le territoire européen a été divisé en cellules d'un hectare. Leur potentiel de bio-contrôle a ensuite été estimé en considérant : 1) la présence et le nombre d'habitats semi-naturels (ex. haies), 2) leur répartition dans l'espace, 3) leur distance par rapport à la cellule considérée et 4) leur type, boisé ou herbagé et linéaire ou surfacique. Afin de paramétrer le modèle, la densité d’auxiliaires a été mesurée dans 217 habitats semi-naturels différents répartis entre quatre pays (Italie, Allemagne, Suisse, Royaume-Uni). Puis, plusieurs sources de données satellitaires sur l'usage des terres (dont Copernicus) ont été utilisées.

Potentiel de lutte biologique des paysages européens

Source : Ecological Indicators

La carte produite (voir ci-dessus) représente l'index de bio-contrôle ainsi estimé, normalisé de 0 à 100 (maximum). Elle permet d'identifier des zones à fort potentiel, comme la Franche-Comté ou le Massif Central, ou à faible potentiel, comme le Centre-Val de Loire. De manière générale, les cultures arables et pérennes ont le plus faible potentiel, et les systèmes pastoraux et hétérogènes le plus élevé (voir figure ci-dessous). Enfin, ce potentiel diffère d'une région à l'autre. Les paysages suisses ont par exemple un potentiel plus élevé, car ils reposent sur des champs de petite taille parsemés d'habitats naturels ou semi-naturels.

Potentiel de contrôle biologique dans les grands systèmes agricoles et lien entre l'abondance d'habitats semi-naturels et le potentiel dans les départements européens

Source : Ecological Indicators

Les auteurs suggèrent donc d'encourager la présence d'habitats semi-naturels, en particulier de haies boisées, dans les zones à faible potentiel de bio-contrôle. Ils soulignent également l'importance d'étudier les arbitrages et les synergies entre les différents services écosystémiques. Cela fait notamment écho à un autre article récent montrant que la survie des pollinisateurs en Europe de l'Ouest dépend de la configuration des paysages agricoles et pas de la diversité des cultures.

Estelle Midler, Centre d'études et de prospective

Source : Ecological Indicators