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Limitation des nutriments dans les écosystèmes terrestres et d'eau douce

Limitation des nutriments dans les écosystèmes terrestres et d'eau douce


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En termes de production primaire, il est souvent décrit dans les manuels que l'azote est le nutriment le plus limitant dans les écosystèmes terrestres, tandis que le phosphore est le nutriment le plus limitant dans les écosystèmes d'eau douce. Qu'est-ce qui crée cette différence?


L'explication traditionnelle à cela est que les composés azotés sont plus mobiles que les composés phosphorés. En conséquence, l'azote est plus susceptible de traverser les écosystèmes terrestres et de s'accumuler dans les écosystèmes d'eau douce, ce qui rend le P relativement plus limitatif que le N dans l'eau douce.

Les composés du phosphore (par exemple, le phosphate) sont plus « collants » et ont tendance à se lier/sorber aux composés du sol et des sédiments aquatiques, par exemple les composés ferriques. Ainsi, la plupart du phosphore se fixe dans les écosystèmes terrestres parce qu'il est moins mobile que l'azote, ou se fixe dans les sédiments aquatiques. En conséquence, l'azote devient relativement plus limitatif que le phosphore dans les écosystèmes terrestres, et le phosphore qui pénètre dans les écosystèmes d'eau douce devient souvent inaccessible aux organismes biologiques comme les producteurs primaires.

Notez que ce paradigme est une généralisation et dépend de nombreux autres facteurs. Le pH du lac et la concentration de composés ferriques peuvent réguler si les sédiments sont des sources ou des puits de P; les conditions anoxiques peuvent conduire à une dénitrification, une perte d'azote qui pourrait compenser les apports d'azote. Les ajouts anthropiques de N et de P (au système d'eau douce directement ou à l'écosystème terrestre qui s'y draine) pourraient considérablement perturber l'équilibre naturel entre la limitation de N et de P dans les écosystèmes terrestres et aquatiques d'une manière non conforme au paradigme.

Quelques références qui pourraient vous être utiles :

Elser, JJ, Bracken, MES, Cleland, EE, Gruner, DS, Harpole, WS, Hillebrand, H., Ngai, JT, Seabloom, EW, Shurin, JB et Smith, JE (2007), Analyse globale de l'azote et du phosphore limitation des producteurs primaires dans les écosystèmes d'eau douce, marins et terrestres. Ecology Letters, 10 : 1135-1142.

Vitousek, P.M. & Howarth, R.W. Biogeochemistry (1991) 13 : 87.


Quantifier la limitation de l'azote et du phosphore terrestres

L'histoire de la limitation des nutriments remonte aux années 1840, lorsque le célèbre chimiste allemand Justus Freiherr von Liebig a proposé pour la première fois la loi du minimum de Liebig basée sur des expériences qui ajoutaient des nutriments essentiels pour améliorer la productivité des cultures (von Liebig, 1843). Cent ans plus tard, Chapin III et al. (1986) ont étudié le concept de limitation des nutriments dans les communautés végétales naturelles et ont proposé plusieurs différences par rapport à celui de l'agriculture, en particulier les diverses stratégies d'utilisation des nutriments pour différentes espèces végétales. En 1991, Vitousek et Howarth (1991) ont conclu qu'« il existe des preuves substantielles que l'azote limite la production primaire nette la plupart du temps dans la plupart des biomes terrestres et de nombreux écosystèmes marins ». Depuis les années 2000, de nombreux écologistes ont évalué la limitation de l'azote et du phosphore sur la base de méta-analyses d'expériences mondiales d'ajout de nutriments et ont conclu à une distribution mondiale de la limitation de l'azote et du phosphore dans les écosystèmes terrestres (Elser et al., 2007 LeBauer et Treseder, 2008 Fay et al. ., 2015). Pendant ce temps, de nombreux autres ont également estimé la limitation de l'azote et du phosphore via des indicateurs indirects (Koerselman et Meuleman, 1996 Güsewell, 2004 Vergutz et al. 2012 Han et al., 2013). Bien que ces efforts aient grandement amélioré notre compréhension de la limitation des nutriments, les modèles mondiaux de limitation de l'azote et du phosphore terrestres restent encore une question fondamentale pour les domaines de l'écologie terrestre et de la biogéochimie.

Je réfléchis à la réponse à cette question depuis le moment où j'ai mené une expérience d'ajout d'azote dans une forêt boréale pour ma thèse de doctorat à l'Université de Pékin (2008-2013). J'ai découvert que les expériences d'ajout de nutriments sont coûteuses et que divers indicateurs de réponse à la croissance ont été utilisés par différents chercheurs, ce qui complique l'objectif ambitieux de démêler les schémas spatiaux de la limitation globale des nutriments. Après avoir terminé mes travaux de doctorat à l'Université de Pékin, j'ai déménagé à l'Université normale de Pékin pour un post-doctorat en 2013 et 2015. J'ai continué à travailler à l'Université normale de Pékin et suis devenu professeur associé en 2016. Depuis lors, je suis revenu sur la question. pour résoudre le casse-tête de la limitation globale de l'azote et du phosphore.

Les ratios massiques d'azote et de phosphore des feuilles ont été utilisés pour indiquer la limitation de l'azote et du phosphore (Koerselman et Meuleman, 1996 Güsewell, 2004), mais une évaluation récente a montré que cette approche présentait de grandes incertitudes (Yan et al., 2017). Certaines autres études ont tenté de lier les efficacités de résorption de l'azote et du phosphore des feuilles à la limitation des nutriments (Vergutz et al. 2012 Reed et al., 2012 Han et al., 2013), mais un cadre théorique fait toujours défaut. En m'inspirant de la théorie de l'homéostasie stoechiométrique et de la loi du minimum de Liebig, j'ai proposé un cadre théorique pour tester la limitation des nutriments basé sur le rapport des efficacités de résorption de l'azote et du phosphore des feuilles à l'échelle de l'écosystème (voir plus de détails dans Du et al., 2020 ). En près de deux ans de travail, j'ai collecté des données sur l'efficacité de la résorption de l'azote des feuilles et l'efficacité de la résorption du phosphore à partir de la littérature et j'ai effectué des évaluations initiales des modèles de limitation de l'azote et du phosphore.

En octobre 2017, j'ai rendu une courte visite au professeur Rob Jackson à l'Université de Stanford, où nous avons collaboré pour améliorer le travail et terminé une première ébauche de notre manuscrit. Son laboratoire s'intéresse depuis longtemps à la limitation des nutriments dans les écosystèmes et au rôle des plantes dans la structuration et la réponse à la disponibilité mondiale des nutriments (par exemple, Jobbágy et Jackson 2001 Vergutz et al. 2012 Terrer et al. 2019). Notre équipe s'est renforcée lorsque Rob a présenté ses post-doctorants César Terrer, Adam Pellegrini et Anders Ahlström pour participer à divers aspects des analyses. Nous avons également impliqué le Dr Caspar J. van Lissa, professeur adjoint de méthodes et statistiques à l'Université d'Utrecht, pour améliorer nos analyses statistiques. Nous avons discuté de nouvelles idées, réanalysé les données, validé les prédictions de la limitation globale de l'azote et du phosphore en les comparant à une base de données nouvellement construite d'expériences d'ajout de nutriments sur le terrain, et révisé le manuscrit au moins dix fois. J'ai aimé travailler avec cette grande équipe et je remercie vraiment Rob de l'avoir organisée. Je pense que nous travaillerons davantage ensemble à l'avenir.

Nos résultats suggèrent que 18 % de la superficie terrestre de la Terre, à l'exclusion des terres cultivées, des zones urbaines et glaciaires, est fortement limitée par le N seul, alors que 43 % est fortement limitée par le P. Les 39 % restants de la superficie terrestre naturelle pourraient être co-limités par le N et le P ou faiblement limités par l'un ou l'autre des éléments nutritifs seuls. La limitation de l'azote est plus fréquente dans les forêts boréales, la toundra, les forêts de conifères tempérées et les prairies et arbustes de montagne, tandis que la limitation du phosphore est plus fréquente dans les forêts tropicales et subtropicales, les forêts tempérées feuillues et mixtes, les déserts, les biomes et prairies méditerranéens, les savanes et les arbustes en zone tropicale. , les régions subtropicales et tempérées. Notre travail fournit un nouveau cadre pour tester la limitation des nutriments et une référence empirique de la limitation de N et P pour les modèles afin de contraindre les prédictions du puits de C terrestre. Cela aidera à améliorer la représentation de la limitation des nutriments dans les modèles du système terrestre et à identifier les points chauds des futurs puits de C terrestre en réponse au changement climatique et à l'augmentation des concentrations de dioxyde de carbone. Bien que nous ayons examiné la limitation des nutriments dans des écosystèmes relativement naturels, il est possible d'étendre notre approche aux écosystèmes dominés ou gérés par l'homme, tels que les plantations commerciales et les forêts urbaines. Cela conduira à une meilleure gestion des éléments nutritifs en diagnostiquant les éléments nutritifs limitants dans ces écosystèmes.

Modèles mondiaux de limitation de l'azote et du phosphore terrestres (Du et al., 2020, Nature Geoscience)

À l'échelle de l'écosystème, le rapport de l'efficacité moyenne de résorption de l'azote des feuilles (NRE) à l'efficacité de la résorption du phosphore (PRE) pondéré par la masse foliaire de toutes les espèces est un indicateur théorique de la limitation de N ou de P. Étant donné que la masse foliaire spécifique à l'espèce est rarement rapportée avec le NRE et le PRE, dans l'analyse actuelle, nous avons dû utiliser le rapport du NRE moyen par site au PRE moyen par site des espèces dominantes comme indicateur approximatif. Les études futures bénéficieraient de données supplémentaires pour étayer les analyses utilisant la moyenne de l'écosystème NRE/PRE pondérée par la masse ou l'abondance des feuilles spécifiques à l'espèce. Nous recommandons aux chercheurs qui mènent des études sur le terrain de mesurer ces variables dans la mesure du possible et de comparer les résultats à ceux d'expériences de fertilisation en éléments nutritifs.

Combiner des mesures de terrain appariées et des expériences de fertilisation pour comprendre la limitation des nutriments de l'écosystème (Crédit à Enzai Du).

Pour en savoir plus, lisez l'article en suivant le lien : https://www.nature.com/articles/s41561-019-0530-4

Chapin III, F. S., Vitousek, P. M., & Van Cleve, K. La nature de la limitation des nutriments dans les communautés végétales. Un m. Nat. 127, 48-58 (1986).

Du, E., et al. Modèles mondiaux de limitation de l'azote et du phosphore terrestres. Nat. Geosci. https://www.nature.com/articles/s41561-019-0530-4 (2020).

Elser, J.J. et al. Analyse globale de la limitation de l'azote et du phosphore des producteurs primaires dans les écosystèmes d'eau douce, marins et terrestres. Écol. Lett. 10, 1135-1142 (2007).

Fay, P.A. et al. Productivité des prairies limitée par de multiples nutriments. Nat. Plantes 1, 15080 (2015).

Güsewell, S. Ratios N:P chez les plantes terrestres : variation et signification fonctionnelle. Nouveau Phytol. 164, 243-266 (2004).

Han, W., Tang, L., Chen, Y. & Fang, J. Relation entre la limitation relative et l'efficacité de résorption de l'azote par rapport au phosphore dans les plantes ligneuses. PLoS One 8, e83366 (2013).

Jobbagy, E.G. & Jackson, R.B. La distribution des éléments nutritifs du sol avec la profondeur : les modèles globaux et l'empreinte des plantes. Biogéochimie 53:51-77 (2001).

Koerselman, W. & Meuleman, A.F. Le rapport N:P de la végétation : un nouvel outil pour détecter la nature de la limitation des nutriments. J. Appl. Écol. 33, 1441-1450 (1996).

LeBauer, D.S. et Treseder, K.K. La limitation de l'azote de la productivité primaire nette dans les écosystèmes terrestres est répartie à l'échelle mondiale. Écologie 89, 371-379 (2008).

Reed, S.C., Townsend, A.R., Davidson, E.A. & Cleveland, C.C. Modèles stœchiométriques dans la résorption foliaire des nutriments à plusieurs échelles. Nouveau Phytol. 196, 173-180 (2012).

Terrer, C. et al. L'azote et le phosphore limitent le CO2 fertilisation de la biomasse végétale mondiale. Nat. Clim. Modification 9, 684-689 (2019).

Vergutz, L., Manzoni, S. Porporato, A., Novais, R.F. & Jackson, R.B. Efficacité globale de la résorption et concentrations de carbone et de nutriments dans les feuilles des plantes terrestres. Écol. Monogr. 82, 205-220 (2012).

Vitousek, P. M., & Howarth, R. W. Limitation de l'azote sur terre et dans la mer : comment cela peut-il se produire ? Biogéochimie 13, 87-115 (1991).

von Liebig, J. Die Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie. 3e Aufl., Brunswick : F. Vieweg und Sohn (1843).

Yan, Z., Tian, ​​D., Han, W., Tang, Z. & Fang, J. Une évaluation de l'incertitude du rapport azote/phosphore comme seuil de limitation des nutriments chez les plantes. Anne. Bot-London 120, 937-942 (2017).


Résumé

L'azote (N) est considéré comme le nutriment limitant dominant dans les régions tempérées, tandis que la limitation du phosphore (P) se produit fréquemment dans les régions tropicales, mais dans les régions subtropicales, la limitation des nutriments est mal comprise. Dans cette étude, nous avons étudié les teneurs en N et P et les rapports N:P du feuillage, du tapis forestier, des racines fines et des sols minéraux, et leurs relations avec la biomasse de la communauté, les productions de C, N et P de litière, le taux de renouvellement du tapis forestier et les processus microbiens. dans huit forêts subtropicales matures et anciennes (âge du peuplement >80 ans) dans la réserve de biosphère de Dinghushan, Chine. Les rapports N:P moyens (basés sur la masse) dans le feuillage, la couche de litière (L) et le mélange de couche de fermentation et d'humus (F/H) et les racines fines étaient respectivement de 28,3, 42,3, 32,0 et 32,7. Ces valeurs sont supérieures aux ratios critiques N:P pour la limitation du P proposés (16-20 pour le feuillage, environ 25 pour les parterres forestiers). Les rapports N:P très élevés étaient principalement attribués aux concentrations élevées en N de ces matières végétales. La biomasse communautaire, les productions de C, N et P de litière, le taux de renouvellement du tapis forestier et les propriétés microbiennes étaient plus fortement liés aux mesures de P que de N et fréquemment négativement liés aux ratios N:P, suggérant un rôle important de la disponibilité du P dans la détermination de la production de l'écosystème et la productivité et le cycle des éléments nutritifs sur tous les sites d'étude, à l'exception d'un site perturbé prescrit où la disponibilité de l'azote peut également être importante. Nous proposons que l'enrichissement en N est probablement un facteur important de la limitation potentielle en P dans la zone d'étude. Le matériau parental à faible teneur en P peut également contribuer à la limitation potentielle en P. En général, nos résultats ont fourni des preuves solides soutenant un rôle important pour la disponibilité de P, plutôt que la disponibilité de N, dans la détermination de la productivité primaire de l'écosystème et des processus écosystémiques dans les forêts subtropicales de Chine.

Citation: Hou E, Chen C, McGroddy ME, Wen D (2012) Limitation des éléments nutritifs sur la productivité des écosystèmes et les processus des forêts subtropicales matures et anciennes en Chine. PLoS ONE 7(12) : e52071. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052071

Éditeur: Sandra Maria Feliciano de Oliveira Azevedo, Université fédérale de Rio de Janeiro, Brésil

A reçu: 4 juillet 2012 Accepté: 15 novembre 2012 Publié : 20 décembre 2012

Droits d'auteur: © 2012 Hou et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous les termes de la Creative Commons Attribution License, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'auteur original et la source soient crédités.

Le financement: Cette étude a été soutenue par la National Natural Science Foundation of China (No. 31070409), Strategic Priority Research Program - Climate Change: Carbon Budget and Relevant Issues of the Chinese Academy of Sciences (No. XDA05050205 and the Australian Research Council (FT0990547). Le soutien du China Scholarship Council via une bourse de doctorat conjointe à l'étranger à Enqing Hou est également appréciée Les bailleurs de fonds n'ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

Intérêts concurrents : Les auteurs ont déclaré qu'ils n'existaient pas de conflit d'intérêts.


Cycle du phosphore

Le phosphore est essentiel à la formation des nucléotides et est présent sous forme de phosphate de calcium et de phospholipides dans les os et les membranes lipidiques. Le cycle du phosphore est le processus par lequel l'élément se déplace à travers la lithosphère, l'hydrosphère et la biosphère. Ce cycle est le plus lent de tous les cycles biogéochimiques. Les principales étapes d'un cycle du phosphore sont les suivantes :

Dans la nature, le phosphore se trouve principalement sous forme de composés phosphatés dans les roches sédimentaires. Lorsque ces roches s'altèrent, ces composés de phosphate s'infiltrent dans le sol et l'eau.

Les phosphates lessivés sont ensuite absorbés par les microbes, les plantes et les animaux à travers l'eau et le sol.

Lorsque les plantes et les animaux meurent, les phosphates contenus dans les restes de plantes et d'animaux (y compris leurs déchets) sont décomposés par les détritivores. Ces phosphates retournent ensuite dans l'environnement ou sont absorbés par les détritivores.

Les phosphates qui retournent dans l'environnement, lorsqu'ils atteignent les océans, coulent au fond des océans sous forme de sédiments. Au fil du temps, les couches de sédiments se compriment en roches sédimentaires et se déplacent vers la terre par soulèvement.


Maître assistant

Éducation

  • Ph.D., Écologie et biologie évolutive, Université de l'Oklahoma, 2013
  • Recherche postdoctorale : Université Cornell

Recherche d'intérêts

Notre laboratoire se concentre sur le rôle des organismes dans le maintien des processus écosystémiques vitaux et sur la façon dont les modifications du régime d'écoulement, l'utilisation des terres et le changement climatique peuvent interagir pour influencer ces processus. Grâce à nos travaux, nous contribuons à la compréhension des systèmes écologiques d'eau douce et de l'interaction et des rétroactions entre le paysage terrestre environnant. Nous nous intéressons particulièrement à la façon dont les traits des espèces, en particulier les traits stoechiométriques, influencent la structure et la fonction au sein des systèmes aquatiques. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d'études d'observation sur le terrain et de mésocosmes pour comprendre comment la stoechiométrie corporelle, les taux de reminéralisation, l'écologie trophique, les ratios élémentaires de seuil et les efficacités de croissance réagissent dans diverses conditions et états de détresse physiologique. Les recherches dans mon laboratoire portent à la fois sur l'écologie fondamentale et appliquée et suivent actuellement deux thèmes principaux :

Stress physiologique dû à des régimes thermiques et nutritionnels modifiés

Comprendre les liens mécaniques entre l'utilisation des terres et les changements de régime d'écoulement et la perte de biodiversité est un besoin essentiel pour les scientifiques et les gestionnaires. Notre recherche vise à aborder ces liens en examinant comment plusieurs espèces réagissent physiologiquement à des concentrations accrues de nutriments et à des régimes thermiques modifiés. Cette approche basée sur les traits nous permettra d'établir des liens entre les processus au niveau des organismes et au niveau des écosystèmes. écosystèmes terrestres. En Amérique du Nord, les moules d'eau douce (Bivalvia Unionidae) constituent le groupe faunique le plus en péril au monde, avec environ 70 % des plus de 300 espèces reconnues menacées d'extinction. Les preuves des causes de la disparition des moules d'eau douce ont souvent été circonstancielles et n'ont pas de mécanisme accidentel direct. Nous combinons des expériences en laboratoire et sur le terrain avec une approche observationnelle sur le terrain pour comprendre les réponses métaboliques, la croissance et la survie des moules unionidés sous des régimes nutritifs et de température altérés. Nous mettons également en place des stations de surveillance débit/température dans les bassins voisins pour rendre notre travail pertinent sur le plan écologique pour les gestionnaires.


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Science

Vol 347, numéro 6226
06 mars 2015

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Par Amy D. Rosemond , Jonathan P. Benstead , Phillip M. Bumpers , Vladislav Gulis , John S. Kominoski , David W. P. Manning , Keller Suberkropp , J. Bruce Wallace

Science 06 mars 2015 : 1142-1145

Le carbone terrestre est rapidement perdu dans les écosystèmes des cours d'eau en raison de l'enrichissement en éléments nutritifs.


Écologie des eaux douces

Écologie des eaux douces, troisième édition, couvre tout, des propriétés chimiques et physiques de base de l'eau aux concepts avancés et unificateurs de l'écologie communautaire et des relations écosystémiques trouvées dans les eaux continentales. Donnant aux étudiants une base solide pour les cours et les futurs travaux sur le terrain, et mis à jour pour inclure des problèmes clés, notamment comment équilibrer les besoins écologiques et de santé humaine, les OGM, les outils moléculaires, la fracturation hydraulique et une foule d'autres problèmes environnementaux, ce livre est une ressource idéale pour les étudiants et les praticiens en écologie et dans les domaines connexes.

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À l'origine de la limitation des nutriments, les écosystèmes ne sont pas aussi différents qu'il y paraît

TEMPE, Arizona - Quiconque a lancé un barbecue dans la cour sait que les hot-dogs sont inexplicablement emballés dans des nombres différents de ceux des petits pains - huit hot-dogs par paquet contre 10 petits pains à hot-dog. En termes écologiques, cela signifie que les rôtis de weenie sont "limités par les hot-dogs" - les petits pains supplémentaires ne valent rien sans des hot-dogs pour les remplir.

De tels facteurs limitants sont la pierre angulaire de l'écologie naturelle, où le phosphore ou l'azote limitent la production végétale dans la plupart des écosystèmes. Selon le modèle habituel, l'importance relative de ces deux nutriments clés varie selon l'écosystème, mais un groupe de chercheurs dirigé par James Elser, professeur à l'Université d'État de l'Arizona, a découvert que ce point de vue pourrait devoir être mis à jour.

Leur article, « Analyse globale de la limitation de l'azote et du phosphore des producteurs primaires dans les écosystèmes d'eau douce, marins et terrestres », est mis en évidence dans la section Nouvelles et opinions de l'édition du 25 octobre de Nature. L'étude la plus complète du genre, cette méta-analyse de plus de 300 publications dans le domaine de la limitation des nutriments dans les écosystèmes a récemment été publiée en ligne dans la revue Ecology Letters.

Comme tous les êtres vivants, les plantes ont besoin d'un certain nombre d'éléments chimiques pour prospérer, notamment du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Ils ont également besoin d'azote, un élément constitutif des protéines et du phosphore, utilisé pour fabriquer les nucléotides qui composent l'ADN et l'ARN. L'interaction de ces éléments affecte la croissance des plantes fondamentales du réseau trophique, et donc comprendre leur interaction est une préoccupation environnementale et commerciale vitale.

L'azote et le phosphore, tous deux largement utilisés dans les engrais, doivent être en bon équilibre pour être efficaces. L'ajout d'azote seul à un écosystème n'est utile que jusqu'à un certain point, après quoi les plantes cessent d'en bénéficier à moins que du phosphore ne soit également ajouté. Si un tel système répond positivement à l'ajout initial d'azote, il est dit "limité en azote", car la disponibilité de l'azote contraint instantanément la productivité de l'écosystème. L'inverse est vrai dans les systèmes « limités en phosphore ».

Dans les deux cas, la production végétale est limitée par l'élément nutritif le plus rare, un principe connu sous le nom de loi du minimum de von Liebig. En raison de leurs différences caractéristiques de taille, de composition, de géologie et d'autres facteurs, on a longtemps pensé que différents types d'écosystèmes différaient considérablement par la force et la nature de leur limitation en nutriments, par exemple, la sagesse conventionnelle a soutenu que les lacs d'eau douce contiennent principalement du phosphore. limitée, tandis que les océans ainsi que les forêts terrestres et les prairies étaient considérés comme limités en azote.

Pourtant, ce n'est pas ce que le groupe d'Elser a trouvé. Au contraire, leurs données révèlent que les trois environnements sont étonnamment similaires, et que l'équilibre de l'azote et du phosphore au sein de chaque écosystème se conforme à un modèle différent de celui attendu auparavant.

"Nos résultats ne soutiennent pas les vues conventionnelles de la limitation des nutriments de l'écosystème", a déclaré Elser, professeur d'écologie, d'évolution et de sciences environnementales à l'ASU. "Ils ne confirment pas, par exemple, la règle empirique selon laquelle, dans les eaux douces, le phosphore est plus limitant que l'azote."

Au lieu de cela, le groupe d'Elser a découvert que l'azote et le phosphore sont en fait tout aussi importants dans les systèmes d'eau douce, et que le phosphore est tout aussi important que l'azote dans les écosystèmes terrestres.

"C'est en contradiction avec la sagesse conventionnelle, qui semble mettre l'accent sur N sur terre tout en faisant abstraction de P", a déclaré Elser.

Le facteur déterminant, selon Elser, est la simplicité. À la base de toute la splendide diversité des écosystèmes du monde - qu'ils soient détrempés, arides, terrestres, aquatiques, arboricoles ou algaux - se trouve le simple fait unificateur que toutes les plantes partagent un noyau commun de machinerie biochimique. Cette machinerie est composée de protéines et de nucléotides, ce qui signifie que toutes les plantes ont besoin d'azote et de phosphore dans une gamme limitée de proportions naturelles.

"Ainsi, N et P jouent tous deux un rôle majeur dans la limitation de la production, peu importe où vous regardez", a déclaré Elser.

Source : James Elser, 480-965-9747, [email protected]

Contacts médias : Nicholas Gerbis, (480) 965-9690, [email protected]
Skip Derra, (480) 965-4823, [email protected]

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À la racine de la limitation des éléments nutritifs, les écosystèmes ne sont pas aussi différents qu'il y paraît

Quiconque a lancé un barbecue dans la cour sait que les hot-dogs sont inexplicablement emballés dans des nombres différents de ceux des petits pains – huit hot-dogs par paquet contre 10 petits pains à hot-dog. En termes écologiques, cela signifie que les rôtis de weenie sont "limités par les hot-dogs" - les petits pains supplémentaires ne valent rien sans des hot-dogs pour les remplir.

De tels facteurs limitants sont la pierre angulaire de l'écologie naturelle, où le phosphore ou l'azote limitent la production végétale dans la plupart des écosystèmes. Selon le modèle habituel, l'importance relative de ces deux nutriments clés varie selon l'écosystème, mais un groupe de chercheurs dirigé par James Elser, professeur à l'Université d'État de l'Arizona, a découvert que ce point de vue pourrait devoir être mis à jour.

Comme tous les êtres vivants, les plantes ont besoin d'un certain nombre d'éléments chimiques pour prospérer, notamment du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Ils ont également besoin d'azote, un élément constitutif des protéines et du phosphore, utilisé pour fabriquer les nucléotides qui composent l'ADN et l'ARN. L'interaction de ces éléments affecte la croissance des plantes fondamentales du réseau trophique, et donc comprendre leur interaction est une préoccupation environnementale et commerciale vitale.

L'azote et le phosphore, tous deux largement utilisés dans les engrais, doivent être en bon équilibre pour être efficaces. L'ajout d'azote seul à un écosystème n'est utile que jusqu'à un certain point, après quoi les plantes cessent d'en bénéficier à moins que du phosphore ne soit également ajouté. Si un tel système répond positivement à l'ajout initial d'azote, il est dit "limité en azote", car la disponibilité de l'azote contraint instantanément la productivité de l'écosystème. L'inverse est vrai dans les systèmes « limités en phosphore ».

Dans les deux cas, la production végétale est limitée par l'élément nutritif le plus rare, un principe connu sous le nom de loi du minimum de von Liebig. En raison de leurs différences caractéristiques de taille, de composition, de géologie et d'autres facteurs, on a longtemps pensé que différents types d'écosystèmes différaient largement par la force et la nature de leur limitation en nutriments. limitée, tandis que les océans ainsi que les forêts terrestres et les prairies étaient considérés comme limités en azote.

Pourtant, ce n'est pas ce que le groupe d'Elser a trouvé. Au contraire, leurs données révèlent que les trois environnements sont étonnamment similaires, et que l'équilibre de l'azote et du phosphore au sein de chaque écosystème se conforme à un modèle différent de celui attendu auparavant.

"Nos résultats ne soutiennent pas les vues conventionnelles de la limitation des nutriments de l'écosystème", a déclaré Elser, professeur d'écologie, d'évolution et de sciences environnementales à l'ASU. "Ils ne confirment pas, par exemple, la règle empirique selon laquelle dans les eaux douces, le phosphore est plus limitant que l'azote."

Au lieu de cela, le groupe d'Elser a découvert que l'azote et le phosphore sont en fait tout aussi importants dans les systèmes d'eau douce, et que le phosphore est tout aussi important que l'azote dans les écosystèmes terrestres.

"C'est en contradiction avec la sagesse conventionnelle, qui semble mettre l'accent sur N sur terre tout en ignorant P", a déclaré Elser.

Le facteur déterminant, selon Elser, est la simplicité. À la base de toute la splendide diversité des écosystèmes du monde - qu'ils soient détrempés, arides, terrestres, aquatiques, arboricoles ou algaux - se trouve le simple fait unificateur que toutes les plantes partagent un noyau commun de machinerie biochimique. Cette machinerie est composée de protéines et de nucléotides, ce qui signifie que toutes les plantes ont besoin d'azote et de phosphore dans une gamme limitée de proportions naturelles.

"Ainsi, N et P jouent tous deux un rôle majeur dans la limitation de la production, peu importe où vous regardez", a déclaré Elser.

Leur article, « Analyse globale de la limitation de l'azote et du phosphore des producteurs primaires dans les écosystèmes d'eau douce, marins et terrestres », est mis en évidence dans la section Nouvelles et opinions de l'édition du 25 octobre de Nature. L'étude la plus complète du genre, cette méta-analyse de plus de 300 publications dans le domaine de la limitation des nutriments dans les écosystèmes a récemment été publiée en ligne dans la revue Ecology Letters.

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Matériel fourni par Université de l'État d'Arizona. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


À l'origine de la limitation des nutriments, les écosystèmes ne sont pas aussi différents qu'il y paraît

TEMPE, Arizona - Quiconque a lancé un barbecue dans la cour sait que les hot-dogs sont inexplicablement emballés dans des nombres différents de ceux des petits pains - huit hot-dogs par paquet contre 10 petits pains à hot-dog. En termes écologiques, cela signifie que les rôtis de weenie sont "limités par les hot-dogs" - les petits pains supplémentaires ne valent rien sans des hot-dogs pour les remplir.

De tels facteurs limitants sont la pierre angulaire de l'écologie naturelle, où le phosphore ou l'azote limitent la production végétale dans la plupart des écosystèmes. Selon le modèle habituel, l'importance relative de ces deux nutriments clés varie selon l'écosystème, mais un groupe de chercheurs dirigé par James Elser, professeur à l'Université d'État de l'Arizona, a découvert que ce point de vue pourrait devoir être mis à jour.

Leur article, « Analyse globale de la limitation de l'azote et du phosphore des producteurs primaires dans les écosystèmes d'eau douce, marins et terrestres », est mis en évidence dans la section Nouvelles et opinions de l'édition du 25 octobre de Nature. L'étude la plus complète du genre, cette méta-analyse de plus de 300 publications dans le domaine de la limitation des nutriments dans les écosystèmes a récemment été publiée en ligne dans la revue Ecology Letters.

Comme tous les êtres vivants, les plantes ont besoin d'un certain nombre d'éléments chimiques pour prospérer, notamment du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Ils ont également besoin d'azote, un élément constitutif des protéines et du phosphore, utilisé pour fabriquer les nucléotides qui composent l'ADN et l'ARN. L'interaction de ces éléments affecte la croissance des plantes fondamentales du réseau trophique, et donc la compréhension de leur interaction est une préoccupation environnementale et commerciale vitale.

L'azote et le phosphore, tous deux largement utilisés dans les engrais, doivent être en bon équilibre pour être efficaces. L'ajout d'azote seul à un écosystème n'est utile que jusqu'à un certain point, après quoi les plantes cessent d'en bénéficier à moins que du phosphore ne soit également ajouté. Si un tel système répond positivement à l'ajout initial d'azote, il est dit "limité en azote", car la disponibilité de l'azote contraint instantanément la productivité de l'écosystème. L'inverse est vrai dans les systèmes « limités en phosphore ».

Dans les deux cas, la production végétale est limitée par l'élément nutritif le plus rare, un principe connu sous le nom de loi du minimum de von Liebig. En raison de leurs différences caractéristiques de taille, de composition, de géologie et d'autres facteurs, on a longtemps pensé que différents types d'écosystèmes différaient considérablement par la force et la nature de leur limitation en nutriments, par exemple, la sagesse conventionnelle a soutenu que les lacs d'eau douce contiennent principalement du phosphore. limitée, tandis que les océans ainsi que les forêts terrestres et les prairies étaient considérés comme limités en azote.

Pourtant, ce n'est pas ce que le groupe d'Elser a trouvé. Rather, their data reveals that the three environments are surprisingly similar, and that the balance of nitrogen and phosphorus within each ecosystem conforms to a different pattern than previously expected.

"Our findings don't support conventional views of ecosystem nutrient limitation," said Elser, a professor of ecology, evolution and environmental science at ASU. "They don't, for example, confirm the rule of thumb that in freshwaters phosphorus is more limiting than nitrogen."

Instead, Elser's group found that nitrogen and phosphorus are in fact equally important in freshwater systems, and that phosphorus is just as important as nitrogen in terrestrial ecosystems as well.

"This is in contradiction to conventional wisdom, which seems to emphasize N on land while disregarding P," Elser said.

The determining factor, according to Elser, is simplicity. Underlying all of the splendid diversity of the world's ecosystems -- whether soggy, arid, terrestrial, aquatic, arboreal or algal -- is the simple unifying fact that all plants share a common core of biochemical machinery. That machinery is composed of proteins and nucleotides, meaning that all plants require nitrogen and phosphorus within a limited range of natural proportions.

"Thus, N and P both play a major role in limiting production, no matter where you look," Elser said.

Source: James Elser, 480-965-9747, [email protected]

Media Contacts: Nicholas Gerbis, (480) 965-9690, [email protected]
Skip Derra, (480) 965-4823, [email protected]

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Commentaires:

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