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Impact anthropique sur les éléments traces métalliques dans les sols agricoles de Midi-Pyrénées.Implications en termes de limites et de charges critiques

Bur, Thomas (2008) Impact anthropique sur les éléments traces métalliques dans les sols agricoles de Midi-Pyrénées.Implications en termes de limites et de charges critiques. (Anthropogenic impact on Trace Metallic Elements for agricultural soils of Midi-Pyrénées. Limits and critical loads determination.)

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Abstract

Les concentrations en Eléments Traces Métalliques (ETM) mesurées dans les sols, sont le résultat combiné de l’altération des minéraux primaires, de leur redistribution au sein des profils lors de la pédogenèse et d’apports exogènes souvent liés aux activités anthropiques. La nécessité de protéger les sols contre leur contamination a abouti en France à l’établissement du Réseau de Mesure de la Qualité des Sols (RMQS) qui s’appuie sur un échantillonnage systématique permettant de caractériser les paramètres physico-chimiques et environnementaux des sols agricoles. Dans ce contexte, les concentrations en ETM ont été mesurées dans les sols des 124 sites RMQS de Midi-Pyrénées, ainsi que dans ceux d’un bassin versant expérimental (Auradé, Gers). La dynamique verticale des ETM a été caractérisée dans les profils de sols étudiés. Des différences de comportement des éléments d’origine naturelle en fonction des types de sol ont été mises en évidence notamment par l’étude des enrichissements et anomalies en terres rares (REE), permettant d’identifier les processus pédogénétiques. Les concentrations naturelles théoriques en ETM (fond géochimique) ont été modélisées. La différence entre le fond géochimique et les concentrations mesurées permet de quantifier la proportion d’ETM anomale, qui a été attribuée à une contribution anthropique. Ainsi, surtout en surface 2 à 5% des sites semblent affectés par un enrichissement important en Cd et 5 à 8% en Cu. La distribution des collemboles, utilisés en tant que bioindicateurs de l’influence des ETM sur la pédofaune, paraît principalement affectée par le travail du sol. La bioaccumulation des ETM par ces organismes concerne majoritairement les éléments labiles et est favorisée pour des pH faibles. Cette observation a été confirmée en laboratoire sur le modèle biologique Folsomia Candida exposé à des sols naturels dopés avec Cd et Pb. La toxicité de Cd et Pb présents en solution semble accrue pour des pH élevés. L’influence de ces deux métaux apportés séparément ou conjointement a provoqué une diminution de la reproduction et de la croissance de F. candida. Après avoir caractérisé la sensibilité relative de cette espèce au sein de la pédofaune, la reproduction de F. candida a été utilisée pour établir une concentration critique permettant de préserver à hauteur de 95% la fonction de reproduction de 95% des espèces de la pédofaune. Cette concentration et celle utilisée au niveau européen pour protéger les fonctions des microorganismes ont été employées pour calculer le flux maximum acceptable par les écosystèmes des sols agricoles pour ne pas observer d’effet néfaste irrémédiable (charge critique). Les charges critiques en Cd et Pb dépendent fortement du type d’agriculture. Le flux critique est dépassé par le flux actuel pour 34% (Cd) et 80% (Pb) des sites RMQS ABSTRACT : Trace metal element (ETM) concentrations measured in soils result from both primary mineral weathering and exogenous inputs due to anthropogenic activities. The necessity to protect soils against contamination led, in France, to the establishment of the Soil Quality Measurement Network (RMQS) to characterize the physico-chemical and environmental parameters of agricultural soils. Within this context, ETM concentrations were measured in 124 RMQS soil stations of Midi-Pyrénées region, as well as in a small experimental catchment (Auradé, Gers). ETM vertical dynamic has been characterized for each soil profile. ETM enrichment and REE anomalies were used to characterise pedogenetic processes and the different ETM behaviours among various soil types. ETM natural theoretical concentrations (geochemical background) were modelized. The difference between geochemical background values and measured concentrations were used to estimate anthropogenic contributions. 2 to 5% of the sampling stations are affected by important Cd enrichments, and 5 to 8% of the sites by Cu enrichments, particularly in surface soil horizons. The distribution of collembola, used as bioindicator of ETM impact on soil fauna, seems to be mainly affected by soil practices. ETM bioaccumulation by these organisms mainly concerns labile elements and is enhanced by low soil pH. Field observations were confirmed in laboratory on the biological model Folsomia Candida exposed to natural soil spiked with Cd and Pb. Cd toxicity and Pb in solution seems to be enhanced for high pH. The influence of these two ETM supplied separately or jointly has induced a decrease of F. Candida reproduction and growth. After the characterization of the relative sensibility of this species among the soil fauna, F. Candida reproduction was used to establish the critical concentration in order to preserve 95% of the reproduction function for 95% of soil fauna species. This concentration and the one currently used in Europe to protect microorganism functions were both used to calculate the maximum acceptable ETM flux for agricultural soil ecosystems, with the aim to avoid irremediable harmful effects to soil (critical load). Cd and Pb critical loads strongly depend on agricultural practices. Critical flux is exceeded by present flux for 34% and 80% of the RMQS sampling sites, respectively for Cd and Pb.

Department or laboratory:Laboratoire Ecologie fonctionnelle et Environnement - EcoLab (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Probst, Anne and Probst, Jean-Luc
Uncontrolled Keywords:Sol - Métaux - Charge critique - Eléments traces métalliques - Agriculture - Pollution diffuse - Ecotoxicité - Collembole - Fond géochimique - Midi-Pyrénées KEYWORDS : Soil - Metal - Critical load - Trace metallic elements - Agriculture - Diffuse pollution - Ecotoxicity - Collembola - Geochemical background - Midi-Pyrénées
Subjects:Agronomy > Soil sciences
Deposited On:13 November 2009

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