Dans ce cours et par la suite, nous nous intéresserons uniquement aux chaînes alimentaires reposant sur la photosynthèse, premier processus de synthèse de matières organiques et seule voie de production biologique de dioxygène atmosphérique.

En physiologie végétale, on distingue la photosynthèse brute de la photosynthèse nette. La photosynthèse brute décrit la conversion du dioxyde de carbone en glucides. Une partie des glucides produits sont dégradés par la respiration cellulaire de croissance, celle de maintenance et par le transport des ions à travers les membranes cellulaire. En moyenne, ces processus consomment près de 50% des glucides produits. 

La quantité de sucre restante correspond à la photosynthèse nette. Elle est allouée aux différents organes de la plante (feuilles, tiges, tronc, racines) et aux transferts de carbone des racines vers les micro-organismes du sol. La durée de vie des organes végétaux est très variable. Certains ont une durée de vie courte comme les feuilles et les fines racines d’absorption d’eau et de nutriments. D’autres ont une durée de vie longue, tels que le tronc, les branches et les racines de transport et d’ancrage.

La distribution des glucides et la durée de vie des organes détermine le temps de résidence du carbone organique dans la végétation, c’est-à-dire la biomasse.

A l’échelle d’un écosystème, on appelle production primaire brute la quantité de carbone stockée dans les molécules organiques initialement produites par les producteurs primaires photosynthétiques et production primaire nette, la production brute diminuée de la respiration végétale.

Exercice : Exprimez la production la production primaire nette (PPN) en fonction de la primaire brute (PPB) et de la respiration (R) puis, à l’aide du graphique, évaluez le pourcentage d’énergie lumineuse utilisée pour la production primaire brute. Enfin, calculez la proportion d’énergie allouée à la plante (c’est-à-dire le ratio entre la production nette et la production brute). Vous exprimerez le résultat en pourcentage.  

Facteurs de variabilité naturelle

Le graphique précédent donne des valeurs moyennes pour la quantité d’énergie lumineuse reçue, la production primaire etc. En réalité, ces grandeurs varient en fonction du type d’organisme végétal et des contraintes environnementales (disponibilité en lumière, humidité, précipitations annuelles, température, disponibilité en nutriments).

La carte ci-contre montre la distribution de la production primaire nette moyennée sur la période 2000-2005. Identifiez les régions les plus productives.

Production primaire des milieux aquatiques

Dans les océans, la production primaire photosynthétique est assurée par le phytoplancton, les algues et plantes aquatiques. Comme dans les écosystèmes terrestres, les quantité de lumière, de dioxyde de carbone mais aussi de nutriments, sont des facteurs limitant la production primaire.

Les nutriments, en particuliers, proviennent de la biomasse en décomposition et des sédiments. Leur remontée en surface est favorisée à proximité des côtes et dans les zones d’upwelling, où l’on observe les plus fortes valeurs de production océanique.

Une vue d’ensemble

Les forêts tropicales, tempérées et boréales constituent à elles seules près de ¼ de la production primaire mondiale (2,5 kgC/m²/an, d’après Schlesinger, 1997). Les milieux aquatiques quant à eux, ont une production annuelle assez faible, en dehors des zones côtières et d’upwelling (130 gC/m²/an dans l’océan ouvert et 202 gC/m²/an dans les lacs, d’après Schlesinger, 1997). 

Des chiffres aussi bas s’expliquent du fait que la quasi-totalité des producteurs primaires aquatiques (phytoplanctons) est ingérée par les consommateurs primaires tandis que, dans les écosystèmes terrestres naturels, la biomasse végétale est consommée en bien moindre mesure.