Dynamique des associations Matières Organiques Particulaires - Éléments Traces Métalliques dans les sols au cours de leur biodégradation
Résumé
n soil – plant systems contaminated by Trace Metals (TM), these metals are expected to be closely bound to particulate organic matter (POM) coming from plant debris. The present work aims at characterizing the dynamic of TM – POM associations and the interactions between the fate of trace metals and of particulate organic matter, during in vitro incubations of more or less contaminated plant parts mixed into a soil matrix. Experiments using leaves of metallophyte A. halleri and an unpolluted arable soil sample haveshown: Overall mineralization of C of studied microcosms was not affected by Zn and Cd load of A.halleri leaves, but the mineralization of less biodegradable plant fractions was slower in case of metal rich ones. • When leaves are mixed within the soil matrix, a major part of Cd and Zn that they contained was quickly dissolved by abiotic processes and fixed back onto other soil constituents, whereas parts of soil Pb and soil Cu are extracted and moved onto incorporated POM, via the liquid phase. • Then the incorporated plant residues progressively tend to accumulate all studied TM but only during the first 14 days, the essential period with respect to mineralization. So, the relative increase of TM contents due to loss of organic matter partly explains increasing metal contents, but other transformations, especially around POM – microorganism –solution interfaces, must be considered. Apart from these experiments, a comparative literature review allowed to further understand and generalize the processes of metal enrichment, accumulation or release by plant residues during their decomposition. It is noteworthy that, independently of plant residue type, their trend to accumulateTM during the first stages of transformation comes to a reversal beyond about 45-50% of mass loss; from that point, they start to become a source of TM for other soil constituents. These fluxes of trace metals related to the biodegradration of TM – POM are important phenomena to be taken! into account for the risk assessment of phyto-management options and especially of phyto-stabilization of metal polluted soils.
Dans les systèmes sols – plantes contaminés par des Eléments Traces Métalliques (ETM), ces métaux sont susceptibles d'être étroitement associés aux Matières Organiques Particulaires (MOP) issues des résidus végétaux restitués au sol. Ce travail se propose de caractériser la dynamique de ces associations Eléments Traces Métalliques – Matières Organiques Particulaires et les interactions entre dynamique des ETM et dynamique des MOP, au cours d'incubations in vitro de résidus végétaux plus ou moins contaminés en ETM et placés dans une matrice de sol. Basés sur des expériences associant des fragments de feuilles d'une métallophyte, A. halleri, à un sol agricole de grande culture, les résultats ont montré que : • la minéralisation globale du C dans les microcosmes n'est pas affectée par la richesse en Zn et Cd des feuilles d'A. Halleri, même si la minéralisation des fractions biochimiques les moins facilement biodégradables est ralentie. • A l'incorporation au sol des résidus végétaux, une fraction majeure du Cd et Zn initialement retenus en leur sein est très rapidement solubilisée par des processus abiotiques et refixée sur les constituants du sol, tandis qu'à l'inverse une partie de Pb et Cu du sol est « arrachée » de ses sites de fixation et se lie quasi-immédiatement aux résidus végétaux apportés, par l'intermédiaire de la solution du sol. • Les résidus végétaux apportés ont tendance à se ré-enrichir ensuite progressivement en ETM, mais pratiquement pas au-delà des 14 premiers jours d'incubation durant lesquels se produit l'essentiel de la minéralisation. L'accumulation relative liée à cette minéralisation explique sans doute en partie cette phase d'enrichissement, mais d'autres changements, notamment au niveau des interfaces MOP – microorganismes – solution, doivent nécessairement être invoqués. Suite à cela, une compilation des données de la littérature a permis de généraliser les processus d'enrichissement, d'accumulation ou de libération de Cd, Zn, Pb et Cu par les résidus végétaux au cours de leur décomposition. Il ressort notamment que, indépendamment du type de résidus considéré, leur tendance à accumuler des ETM au cours des premières phases de leur décomposition s'inverse à partir de 45-50 % de perte de masse ; ils commencent alors à représenter des sources d'ETM pour les autres constituants du sol. Ces flux d'ETM liés à la biodégradation des associations ETM-MOP représentent des phénomènes importants à prendre en compte dans le cadre de l'évaluation des risques associés à la phyto-gestion des sites contaminés et à la phyto-stabilisation en particulier.