Pourquoi la forêt pousse-t-elle mieux quand les saumons remontent la rivière ?
― Une part des nutriments des arbres de la rive est venue de la mer à la nage
En automne, les saumons remontent les rivières en bancs. Une fois leurs œufs pondus, ils meurent dans cette même rivière. Or ce rendez-vous d'automne est, pour la forêt de la rive, une précieuse « livraison d'engrais ». En suivant à la trace les nutriments des feuilles, on a découvert qu'une partie venait de la mer.
D'octobre à novembre, dans les rivières de Hokkaidō et du Tōhoku, on peut voir la remontée des saumons. Dans les eaux peu profondes, leur nageoire dorsale sort de l'eau et ils se tortillent vers l'amont : c'est une image classique des informations d'automne.
Arrivés au bout de leur course, les saumons pondent, puis s'éteignent peu après. Sur les galets, leurs corps pâlis gisent çà et là.
La scène paraît un peu gâchée. Mais que penseriez-vous si l'on vous disait que ces corps vont ensuite faire grandir les arbres de la forêt ?
Deux « porteurs » expliquent la croissance de la forêt
Quand il descend la rivière, le jeune saumon ne pèse guère qu'un gramme. Il passe plusieurs années en mer et revient pesant quelques kilos. Presque tout son corps est donc fait de nutriments marins.
Les ours et les aigles emportent les saumons dans la forêt pour les manger. Les restes et les excréments s'infiltrent dans le sol, et les racines des arbres les absorbent.
D'ordinaire, les nutriments vont du haut vers le bas. La pluie dissout ceux du sol, et la rivière les emporte vers la mer. Le saumon, lui, est un porteur qui remonte ce courant à contresens.
Le saumon, c'est un concentré de nutriments marins qui arrive à la nage
Parmi les matériaux qui construisent un corps, l'un de ceux qui manquent le plus souvent aux plantes est l'azote. C'est un composant indispensable des protéines. Le sol des forêts en contient souvent peu, ce qui limite la croissance des arbres.
C'est là qu'arrive le saumon, un véritable bloc de protéines. L'azote apporté par un seul poisson est estimé à environ 100 grammes (le calcul figure dans le volet repliable final). En sacs d'engrais pour la maison, cela fait environ un quart de sac par poisson.
Regardez la figure 1. Les nutriments de l'eau de la rivière et des feuilles mortes descendent vers la mer, en bas à gauche. Seul le saumon, comme une grosse flèche, les hisse vers l'amont, en haut à droite. Avec le curseur, changez le nombre de saumons qui remontent.
Comment sait-on que cet azote vient de la mer ?
L'azote existe en deux variétés dont le poids diffère très légèrement. Le corps des êtres marins contient un peu plus de la variété lourde. Les plantes terrestres, elles, ont plutôt davantage de la variété légère.
Des chercheurs ont mesuré la proportion d'azote lourd dans les feuilles des arbres de la rive. Plus un arbre poussait près d'une rivière à saumons, plus sa valeur se rapprochait de celle des êtres marins. D'après des études menées en Amérique du Nord, environ 20 % de l'azote des feuilles des arbres et arbustes de la rive viendrait du saumon. On rapporte aussi que ces arbres grossissaient plus vite que ceux des rivières sans saumons.
Le principal porteur est l'ours. À la saison où le poisson abonde, il lui arrive, dit-on, de ne manger que la tête et les œufs, riches en graisse, et d'abandonner le reste dans la forêt. Les mouches s'y rassemblent, puis les oiseaux, et enfin tout retourne au sol.
Les arbres de la rive font de l'ombre à la rivière et évitent que l'eau ne se réchauffe trop. Leurs feuilles mortes nourrissent les insectes aquatiques, et ces insectes nourrissent les jeunes saumons nés dans la rivière. Le saumon fait pousser la forêt, et la forêt fait grandir le saumon suivant. La remontée d'automne est un maillon de ce cercle qui relie la mer et la forêt.
En résumé
Le corps du saumon est presque entièrement un concentré de nutriments élevés en mer. Les ours et les oiseaux portent en forêt les saumons morts d'épuisement après la remontée. Ces restes s'infiltrent dans le sol et nourrissent des arbres qui manquent d'azote. Chaque automne, le saumon rapporte vers l'amont des nutriments qui, d'ordinaire, ne font que descendre.
Le saumon remonte la rivière avec les nutriments de la mer sur le dos.
La remontée d'automne est aussi une livraison d'engrais à la forêt.
Comment le saumon retrouve sa rivière natale est expliqué dans « Comment le saumon retrouve-t-il la rivière où il est né ? », et le retour des feuilles mortes au sol dans « Pourquoi les feuilles mortes de la forêt ne forment-elles pas une montagne ? ».
- Cherchez s'il existe, près d'une rivière à saumons, un lieu d'observation (écloserie ou centre d'accueil).
- Sur les galets, repérez où se trouvent les saumons morts. Notez s'ils sont seulement dans l'eau, ou aussi sur la berge et dans les herbes.
- Quelques jours plus tard, revenez voir. Comparez la quantité de corps restants et notez si des oiseaux ou des insectes sont venus.
Dans les régions où vivent des ours, n'allez jamais seul au bord de la rivière ni en forêt. Observez en suivant les consignes des centres d'accueil et les règles locales. Dans la plupart des rivières, il est interdit par la loi d'emporter des saumons.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège à l'université
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme du lycée (biologie, chimie de base)
- Lycée +Approfondissement du lycée ou encadré de manuel
- UniversitéHors programme du lycée : cours d'université (écologie, biogéochimie)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, non enseignés comme acquis
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Remontée (sojō) : trajet d'un poisson qui nage à contre-courant vers l'amont d'une rivière.
- Cycle de la matière : circulation de l'azote, du carbone, etc. entre les êtres vivants, le sol, l'eau et l'air, en changeant de forme.
- Décomposeurs : êtres vivants qui décomposent cadavres et excréments pour les remettre sous une forme utilisable par les plantes. Champignons, bactéries, vers de terre, larves de mouches, etc.
CollègeLycéeVérifions par la formule : quelle quantité d'azote un saumon apporte-t-il ?
On estime l'azote contenu dans le corps du saumon à partir de son poids. Puis on multiplie par le nombre de poissons pour obtenir la quantité remontée par toute la rivière.
| En symboles | N ＝ n × M × p × q |
| En mots | azote apporté ＝ nombre de saumons × poids d'un poisson × proportion de protéines × proportion d'azote dans les protéines |
| D'où vient cette formule | De la conservation de la matière (bilan de masse). L'azote ne disparaît ni ne se crée : ce que le poisson a absorbé en mer est apporté tel quel vers l'amont. |
| N | Quantité d'azote apportée vers l'amont (en kg) |
| n | Nombre de saumons qui remontent (poissons) |
| M | Poids d'un saumon (kg) |
| p | Proportion de protéines dans le poids du corps |
| q | Proportion d'azote dans les protéines |
| Poids d'un saumon keta (valeur indicative) | 3,5 kg, dit-on |
| Proportion de protéines dans la chair du poisson | environ 0,20 (20 %) |
| Proportion d'azote dans les protéines | environ 0,16 (base du facteur de conversion des tables de composition des aliments) |
| Poids d'un jeune saumon quand il descend vers la mer | environ 1 g, dit-on |
| Proportion d'azote dans l'engrais à l'urée | 0,46 |
| Part d'azote dans le poids (p × q) | 0,20 × 0,16 ＝ 0,032 |
| Azote d'un poisson (kg) | 3,5 × 0,032 ＝ 0,112 |
| Pour une rivière à 10 000 poissons (kg) | 0,112 × 10000 ＝ 1120 |
| En engrais à l'urée (kg) | 1120 ÷ 0,46 ≒ 2435 |
| Gain de poids en mer (combien de fois) | 3500 ÷ 1 ＝ 3500 |
Un poisson apporte environ 110 grammes d'azote, et 10 000 poissons environ 1,1 tonne, qui remontent la rivière d'après ce calcul. Le poids est multiplié par 3500 en mer : l'azote apporté a donc été acquis presque entièrement en mer. Ce qui atteint réellement le sol de la forêt n'en est qu'une partie, celle que les ours, les oiseaux et les crues déposent sur la rive.
LycéeLycée +Les nutriments ne font pas que descendre
LycéeEn biologie de base, on apprend que la matière circule dans un écosystème tandis que l'énergie circule dans un seul sens. L'azote terrestre est un élément qui se dissout facilement dans la pluie et quitte la terre par les rivières jusqu'à la mer. Le retour de la mer vers la terre est faible, et les poissons migrateurs en sont l'une des rares voies.
Lycée +L'azote possède deux isotopes stables, de nombre de masse 14 et 15. Après avoir franchi plusieurs maillons de la chaîne alimentaire marine, le corps du saumon contient une proportion d'azote 15 plus élevée que celle des plantes terrestres. Cette différence sert de repère pour estimer la part d'azote d'origine marine intégrée aux feuilles et aux insectes de la forêt.
UniversitéNutriments d'origine marine et suivi par rapport isotopique
En écologie, on appelle nutriments d'origine marine (azote d'origine marine) ceux que le saumon apporte. On estime leur part grâce à un « modèle de mélange à deux sources », qui compare le rapport isotopique stable de l'azote (la valeur notée delta azote 15) à celles des deux pôles, marin et terrestre. Dans une étude sur la côte ouest de l'Amérique du Nord, plus de 20 % de l'azote des feuilles de conifères de la rive était d'origine marine. C'est un exemple typique, dans le cycle de l'azote, de « transport biologique », où le déplacement des êtres vivants charrie les nutriments.
📖 Dérivation des formules et suite : Cycle de l'azote (Wikipédia) ／ Isotopes et isotopes stables (Wikipédia)
RechercheCe qu'on ne sait pas encore bien
- Jusqu'où dans la forêt cela va-t-il ? Au-delà de quelques dizaines de mètres de la rivière, le repère de l'azote marin s'estompe brusquement, dit-on. La portée selon la distance varie beaucoup d'une rivière à l'autre et selon le nombre d'ours.
- Que devient la forêt dans une rivière où les saumons ont diminué ? La croissance d'une forêt évolue sur plusieurs décennies : il n'est pas simple de distinguer l'effet d'une remontée affaiblie.
- Est-ce pareil dans les rivières japonaises ? Au Japon, les barrages, les lâchers de poissons d'écloserie et le nombre d'ours diffèrent de l'Amérique du Nord. Des études existent à Hokkaidō et ailleurs, mais l'ampleur de la contribution à la forêt varie encore selon les régions.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « une explication dans l'état actuel des connaissances ». Surtout, on pense que le degré de croissance de la forêt varie beaucoup selon les lieux.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : « équilibre de la nature » (chaîne alimentaire, décomposeurs) | Les restes qui retournent au sol |
| Lycée | Biologie de base : « écosystème et cycle de la matière » | Le chemin de l'azote de la mer à la forêt |
| Lycée + | Chimie de base : « isotopes » | Reconnaître l'origine grâce à l'azote lourd |
| Université | Écologie, biogéochimie | Nutriments d'origine marine et modèle de mélange |
| Recherche | Écologie des bassins versants | Distance atteinte, effet d'une remontée affaiblie |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Protéger les poissons des rivières, c'est aussi protéger la forêt |
- Helfield, J. M. & Naiman, R. J. (2001) Effects of salmon-derived nitrogen on riparian forest growth and implications for stream productivity. Ecology 82: 2403–2409.
- Gende, S. M., Edwards, R. T., Willson, M. F. & Wipfli, M. S. (2002) Pacific Salmon in Aquatic and Terrestrial Ecosystems. BioScience 52: 917–928.
- Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (文部科学省), « Tables standard de composition des aliments du Japon » (日本食品標準成分表) (facteurs de conversion entre protéines et azote)
- Saumon (サケ) – Wikipédia en japonais
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à comprendre le mécanisme. Le poids du saumon et sa proportion d'azote varient selon l'espèce et l'individu, et la contribution à la forêt varie beaucoup selon les régions. Là où vivent des animaux sauvages, suivez les consignes des collectivités et des centres d'accueil pour observer.