La fonctionnalité photosynthèse, humification, minéralisation, Absorption des nutriments

La photosynthèse est la capacité des plantes pourvues de chlorophylle, d’utiliser la lumière solaire et le gaz carbonique de l’air pour produire des molécules constituantes de la biomasse (tiges, feuilles, racines)
La biomasse comprend :

- une fraction utile aux sociétés : le grain du blé, la racine de la betterave, la fibre du lin ou du coton, le bois des arbres, les plantes de la prairie…

- une fraction directement utile au renouvellement des capacités du sol : les résidus de culture c'est-à-dire la paille du blé, les feuilles de la betterave, les tiges de coton, les petites branches des arbres…

La décomposition des résidus des cultures est effectuée en climat tropical principalement par les termites, et dans de très nombreux milieux par les vers de terre et les champignons.
L’humification, c'est-à-dire la production de macro molécules humiques est en partie faite une microflore humifiante très importante dans le sol.
La minéralisation résulte de la transformation de la matière organique par oxygénation en composés minéraux divers -NH4 puis NO2 et NO3 (nitrates), PO4 (phosphates)- qui sont absorbables par les racines des plantes.
L’amplification du fonctionnement du cycle photosynthèse, humification, minéralisation en augmentant à l’amont les restitutions de biomasse au sol, permet d’augmenter les ressources en éléments nutritifs pour les cultures.

Fixation symbiotique de l'azote

Des bactéries, le Rhizobium, vivent en symbiose sur les racines des légumineuses (la luzerne, le trèfle) et utilisent l’azote de l’air présent dans le sol pour produire de l’azote sous une forme ammoniacale par réduction enzymatique. Cette catalyse biologique se réalise aux conditions naturelles alors que la production d’azote ammoniacal à partir d’une catalyse chimique est très utilisatrice d’énergie.

Recyclage de la fertilité par les déchets urbains

Les villes concentrent une quantité importante de déchets organiques : boues d’épuration, déchets végétaux… Dans certaines conditions, après compostage, ces déchets peuvent utilement retourner à la terre comme amendement.

Bioremediation

La bioremédiation est l'utilisation de fonctionnalités naturelles des microorganismes et des plantes pour réhabiliter des sols et des milieux. Certains microorganismes peuvent par exemple décomposer des pesticides ou des hydrocarbures. Certaines plantes peuvent fixer les métaux lourds. L'agriculture écologiquement intensive cherche à utiliser ces processus naturels pour réhabiliter des sols trop longtemps exposés à des contaminants.

Phytosociologie

Les végétaux sont en compétition permanente pour occuper l'espace. La compétition se fait pour la lumière et pour l'espace racinaire. Cette compétition apparaît aussi comme une complémentarité, certains végétaux occupant l'espace le plus haut et d'autres les parties basses. Par exemple, certaines cultures peuvent être réalisées sous des arbres (cacao sous ombrage, céréales sous des arbres fruitiers). Par ailleurs, les cycles végétatifs peuvent se succéder dans le temps donnant une complémentarité de calendrier. Par exemple, en Australie, dans les systèmes blé-luzerne, le blé occupe une saison et la luzerne annuelle occupe le reste du calendrier.

Complémentarité agriculture élevage : alimentation, fumure, travail, épargne, produits

Dans les écosystèmes « naturels », une grande partie de la strate herbacée et consommée par des herbivores. Dans les agro-écosystèmes, les animaux sont domestiqués et fournissent de la fumure dont l'affectation peut être contrôlée (fumiers lisiers) ainsi que du travail (traction motrice). Dans beaucoup d'agricultures pauvres, le troupeau constitue une épargne stabilisatrice du fonctionnement économique des exploitations.

Cycle de l'eau, inondations, sécheresses, disponibilités en eau

Les pluies provoquent du ruissellement dans les zones où il y a peu de végétation, et de l'infiltration dans les zones où existe une certaine « rugosité » du paysage par une couverture végétale. Cette infiltration permet de constituer des réserves hydriques dans les sols et d'alimenter les nappes phréatiques et la circulation sous-terraine. Cette circulation entretient les zones humides qui sont utiles au maintien de la biodiversité.

Epuration de l'eau

Les forêts et les pairies ainsi que les parcelles de culture ayant des cultures de couverture permanentes favorisent l'infiltration des eaux. L'horizon superficiel du sol peut dans certains cas améliorer la qualité des eaux de pluie et de ruissellement. Le sol a une capacité d'épuration physique, biologique et chimique, et en particulier de décomposition des polluants.

Influence sur le climat local

La capacité d'un écosystème à conserver l'eau a une influence sur le climat local. La forêt tropicale et tempérée a une capacité d'évapotranspiration qui entretien une atmosphère localement humide. A contrario, un paysage ayant une végétation dégradée fait évoluer le climat local vers un faciès sec.

Contrôle des incendies

Un paysage écologique qui a une faible capacité de conservation de l'eau et qui a une végétation de strate herbacée sèche (et éventuellement des espèces aisément combustibles) est sensible aux incendies. Certains types de culture et d'élevage peuvent ralentir la propagation des incendies au sol, ainsi que l'aménagement du paysage.

Réseaux trophiques

Dans un écosystème, les êtres vivants se développent en consommant de la matière issue du substrat ou d'autres êtres vivants par parasitisme (par exemple, un champignon parasitant un insecte), ou par prédation (des oiseaux se nourrissant d'insectes). L'enchaînement de ces relations crée des chaînes alimentaires ou chaînes trophiques (par exemple : certaines plantes ingérées par des insectes, lesquels sont consommés par des oiseaux, lesquels peuvent être mangés par des rapaces qui se trouvent en bout de chaîne). L'ensemble complexe des chaînes trophiques constitue des réseaux trophiques qui peuvent être en partie contrôlés pour une utilité agricole.

Diversité biologique

Un écosystème comprend un grand nombre d'espèces vivantes végétales, animales et microbiennes, ainsi que des virus. Ces espèces entretiennent entre elles des relations d'habitat et de trophisme. Elles sont donc très fortement liées les unes aux autres et à leur substrat. L'agriculture, en modifiant très fortement les écosystèmes et les paysages écologiques a profondément modifié et réduit la diversité biologique. Elle a aussi étendu la biodiversité des espèces cultivées par la sélection. Elle peut mieux gérer et augmenter la biodiversité en rétablissant des habitats pour les espèces utiles ou menacées.

Pollinisateurs

La réduction de la biodiversité atteint aussi les pollinisateurs et en particulier les abeilles. Leur disparition serait catastrophique pour les écosystèmes et les sociétés : les pollinisateurs assurent en effet la fécondation de nombreux arbres fruitiers. L'agriculture a profondément perturbé la flore dans certaines régions assurant une grande quantité de pollen sur des milliers d'hectares pendant une courte période et provoquant une pénurie le reste du temps. Elle peut rétablir une flore diversifiée assurant la disponibilité en continu de ressources en pollen en implantant des jachères fleuries.

Séquestration du carbone

Le cycle du carbone dans un écosystème est complexe. La photosynthèse utilise le carbone de l'atmosphère pour produire la biomasse. Celle-ci retourne en partie au sol sous forme de matière organique plus ou moins stable. L'accumulation de la matière organique permise par des pratiques agricoles de restitution des résidus de culture permet de « séquestrer » du carbone. Les sols peuvent ainsi constituer « un puits de carbone ». A contrario, le labour émet du dioxyde de carbone qui repart dans l'atmosphère, de même que le brûlis des résidus de culture.

Multifonctionnalité de l'agriculture et de l'élevage

L'ensemble des fonctionnalités définit la « multifonctionnalité » de l'agriculture et de l'écosystème qui constitue son substrat. Parmi les fonctions essentielles on peut noter : la production d'aliments et produits divers (matériaux, textiles, médicaments.) la gestion des eaux des bassins versants (quantitativement et qualitativement), la fixation du carbone, la gestion de la biodiversité et en particulier les pollinisateurs, la lutte contre les incendies, et la qualité des paysages. On peut y ajouter le fait que les paysages sont le substrat des cultures. Enfin, au plan économique et social, l'agriculture fait vivre une partie importante de la population mondiale et assure un rôle d'aménagement du territoire.

Esthétique du paysage

Les écosystèmes transformés par l'agriculture produisent des paysages qui inscrivent les choix techniques, économiques et sociaux des sociétés humaines. Il en résulte une esthétique propre à chaque lieu qui fait partie de la culture locale. Cette esthétique peut être considérée comme un capital valorisable par exemple par le tourisme. Plus généralement, cette esthétique est considérée comme une valeur en soi.