Contribution à l’étude de la biodisponibilité des elements trace métalliques (ETM) par la technique DGT : Cas du plomb et du cadmium dans des sols amendés par des boues de STEP et/ou des composts urbains
Résumé
Risk assessment of soils amended with sewage sludge and urban composts require a reproducible protocol for testing metal bioavailability. An in situ technique, DGT (diffusive gradients in thin films), has shown its application for the measurement of labile metal species in soils. The aim of the work was, in one hand, to establish relationships between DGT measurements and plant uptake and in the other hand, to model bioavailability of metals in acid and calcareous soils amended with sewage sludge and urban composts. A greenhouse and field experiments were conduced with a 28-day culture of durum wheat « Dakter» in a sandy soil (Couhins site) and calcareous soil (Mornag site) respectively amended with sewage sludge and urban composts, and urban compost. DGT devices were weekly placed directly on pots. Our study clearly showed that the DGT measurement reflects the plant uptake for Cd respectively for shoots and roots (R2 =0.98 and R2 =0.94) in acid soil but not for Pb. Contrarily as intended, for the calcareous soils, good correlations have been found between DGT measurements (CDGT) and roots for Cd. Although, there was an anti-correlation between the concentration CDGT and the Pb concentration in the shoots. DGT has been used not only as protocol for testing metal bioavailability but also for modelling it. In fact, a model using DGT flux and root surface area, can lead to predict the plant uptake of Cd and Pb even if it under estimated or overestimated the total metal accumulation. This could be due to active mechanisms of the plants, at the root scale, to limit the plant uptake. In the case of amended soil with sewage sludge or/and urban composts; in situ DGT application (in greenhouse or in field) offers the possibility of a simple test procedure to assess risks of metal transfer to plants and then to enter the food chain.
Les intrants agricoles telles que l’amendement de compost d’ordures ménagères et les boues peuvent être à l’origine de la contamination des sols par les éléments trace métalliques qui constitue un danger pour la santé humaine, via la chaîne alimentaire. L’intérêt d’étudier la biodisponibilité de ces métaux dans les sols est donc clair. Plusieurs études ont montré l’intérêt d’appliquer la technique, in situ, DGT (Gradients de Diffusion en couches minces) pour la mesure des espèces métalliques labiles dans les sols. Dans ce contexte, la biodisponibilité des métaux dans les sols amendés par des composts et des boues de STEP a été étudiée aussi bien pour des sols acides de France que pour des sols calcaires de Tunisie à l’aide de la technique DGT. Les mesures DGT ont montré que la technique est un bon indicateur de biodisponibilité pour le plomb dans le cas des sols acides (essai Couhins) avec une bonne corrélation entre les concentrations DGT (CDGT) et les concentrations en Pb dans la partie aérienne (R2 =0.98) et les racines du blé (R2 =0.94) ; contrairement au cadmium où les corrélations n’ont pas été satisfaisantes. Quand aux sols calcaires (essai Mornag), et contrairement que prévu, les mesures DGT ont montré, aussi bien pour le plomb que pour le cadmium, de bonnes corrélations entre CDGT et les concentrations dans les racines de la même variété du blé dur « Dakter». Bien que, il y a eu une anti-corrélation entre la CDGT et la concentration en Pb dans les parties aériennes. Les mesures DGT ont été utilisées pour modéliser le prélèvement des plantes et ceci en intégrant les flux DGT et la surface racinaire. Le modèle a donc permis de prédire le prélèvement des plantes pour le Cd et le Pb même s’il surestime ou sous-estime la quantité totale des métaux accumulés. Cela pourrait être expliquée par les mécanismes actifs de la plante, à l’échelle des racines, pour limiter le prélèvement des plantes. Dans le cas des sols amendés par des boues de station d’épuration et/ou de compost, l’application de la DGT, in situ (en serre ou en plein champ), offre la possibilité d’un indicateur simple de biodisponibilité pour évaluer le risque de transfert des métaux vers les plantes et par la suite vers la chaîne alimentaire aussi bien pour des sols acides que des sols calcaires.