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Un milieu oligotrophe (du grec oligo, « peu », et trophein, « nourrir »), est le contraire d'un milieu eutrophe. C'est un milieu particulièrement pauvre en éléments nutritifs. Quand le milieu est moyennement riche en nutriments, il est dit mésotrophe.
L'oligotrophisation désigne le processus d'appauvrissement progressif d'un milieu en éléments nutritifs.
Les milieux oligotrophes sont souvent aquatiques : eaux douces (zones humides, mares, lac, fossé…), ou eaux saumâtres ou salées (eaux marines chaudes éloignées des récifs coralliens et des continents en zone tropicale). La notion recouvre aussi des milieux terrestres, tels que landes, tourbières, régions arides ou autres espaces particulièrement pauvres en nutriments.
Ces milieux abritent souvent des espèces rares ou particulières (plantes carnivores, organismes à croissance et métabolisme lent, picoplancton). Les eaux douces oligotrophes sont souvent acides, faute d'ions calcium.