Evaluation et surveillance des milieux pollués avec des bioindicateurs : Utilisation des organismes pluricellulaires les plus abondants dans le sol

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1 Evaluation et surveillance des milieux pollués avec des bioindicateurs : Utilisation des organismes pluricellulaires les plus abondants dans le sol Dr Villenave Dr Cérémonie M Jimenez Des bio-indicateurs sont déjà utilisés pour caractériser la qualité de l air et la qualité de l eau mais pas pour évaluer la qualité du sol. Le bio-indicateur doit révéler AIR l état de «santé» du milieu, EAU IBGN sa capacité à réaliser ses fonctions-clés SOL INDICES NEMATODES Évaluation de l impact environnemental ELISOL environnement 1

2 C. Villenave 1 mm «Indices Nématodes» = analyse de la BIODIVERSITE des nématodes Avantages des nématodes 1. ubiquistes 2. abondants 3. Faciles à étudier 4. sensibles aux perturbations 5. grande diversité fonctionnelle 6. Importance dans l écosystème 7. validés scientifiquement 7 paramètres biodiversité 15 paramètres synthétiques par analyse renseignent sur l état et le fonctionnement du milieu Indices Nématodes = Outil de surveillance de la qualité du sol ELISOL environnement 2

3 Ils se placent à différents niveaux de la chaîne trophique Micro-chaîne trophique du sol Parties aériennes Racines Azote inorganique Substrats labiles Substrats résistants Nématodes phytophages Mycorhizes Champignons saprophytiques Bactéries Collemboles Prostigmates fongivores Orbatides fongivores Nématodes fongivores Flagellés Amibes Nématodes omnivores Nématodes carnivores prédateurs Acariens nematophages Acariens prédateurs Nématodes bactérivores phytophages bactérivores fongivores omnivores carnivores Photos: Les «Indices Nématodes» Abondance des nématodes libres Bactérivores Carnivores Nombre d individus pour 1g sol Fongivores Omnivores -> niveau d activité biologique dans le sol ++ ELISOL environnement 3

4 Indice de structure SI Bactérivores Carnivores ++ -> Longueur, complexité des réseaux trophiques Fongivores Omnivores Indice d enrichissement EI ++ -> Disponibilité des éléments nutritifs 1 Perturbé Enrichi en N Forte disponibilité en nutriments Mature Enrichi en N Disponibilité en éléments nutritifs Faible diversité fonctionnelle Forte diversité fonctionnelle 5 Dégradé Appauvri Mature Recyclage lent des Fertile nutriments 5 1 SI Indice de structure Complexité de la chaîne trophique ELISOL environnement 4

5 ISO Caractérisation de la nématofaune d échantillons de sol Nématofaune = Outil d évaluation et de surveillance de la qualité du sol Les échantillons de sol (5g) prélevés sur sites sont envoyés au laboratoire Les nématodes sont extraits du sol avant d être comptés et identifiés «Indices Nématodes» Exemples d utilisation pour la gestion des sites pollués ISO Présence de métaux dans les sols Ancien site minier France (Gard) ADEME ELISOL environnement 5

6 Mine d exploitation plomb-zinc exploitée de 185 à extrêmement contaminé très contaminé peu contaminé non contaminé BASSINS +++ Témoin + Principaux métaux présents Pb mg.kg -1 1 Zn mg.kg -1 3 Cd mg.kg -1 2 As mg.kg ELISOL environnement 6

7 ISO Evaluation de la qualité biologique du sol! Calcul de SI (Indice de structure qui renseigne sur la stabilité du milieu)! Calcul de EI (Indice d enrichissement qui renseigne sur la dynamique des nutriments) ISO Indice d Enrichissement (EI) Légum. Bassin Témoin Terrasse Jardin Avinières Revég. Indice de Structure (SI) Evaluation du fonctionnement biologique des sols ELISOL environnement 7

8 Réhabilitation de friches industrielles Absence de polluants Fabriquer des sols ELISOL environnement 8

9 Mise en place de la parcelle: GISFI Homécourt Serré, Cortet et al., 212 Nématodes dans 1g de sol 25" Autres"nématodes" ISO " 2" 175" Bactérivores"opportunistes" Nématodes dans 1g de sol 1" Prédateurs" Omnivores" Phytophages" Fongivores" 75" Autres"bactérivores" 15" 125" 5" 1" 75" 5" 25" 25" " " année1 "28" année2 "29" année3 "21" année1 "28" année2 "29" année3 "21" L abondance des organismes est élevé dès la première année: Apport important de compost La dominance des nématodes bactérivores se réduit au cours du temps. D autres groupes apparaissent. ELISOL environnement 9

10 ISO La diversité taxonomique et fonctionnelle augmente en 3 ans Indice de diversité (D: Simpson) 1 Année 1 Année 2 1,5 Perturbé Année 3 Mature 1 5,5 Dégradé Mature Fertile année1 28 année2 29 année Indice de structure Evaluation de la re-fonctionnalisation des sols Développement de référentiels d interprétation par contextes Usages du sol, occupations du sol, contextes pédo-climatiques Base de données nématofaunique environnée IDDN.FR S.P ELISOL environnement 1

11 Exemple d utilisation d ELIPTO: Méta-analyse sur les sites pollués Recherche bibliographique : 56 articles scientifiques (communautés de nématodes x SSP) -> 27 présentent des données exploitables qui ont été codées dans l application ELIPTO -> 37 situations contaminées / sites pollués par les métaux lourds 3 catégories: classe 1 : faiblement contaminée, classe 2 : moyennement contaminée classe 3: fortement contaminée (idem bio2) nb"/1g+1"sol" Abondance Total& totale 15" 1" """c"""""""""""""""""""b""""""""""""""""""a" 5" " 1" 2" 3" (67) (82) (215) nb"/1g-1"sol" Indice de SI# Structure (SI) 6" 5" 4" """b"""""""""""""""""""a""""""""""""""""""a" 3" 2" 1" " 1" 2" 3" (36) (63) (14) Test «in vivo» Les nématodes sont extraits des échantillons de sols prélevés sur sites Caractérisation de l état et du fonctionnement biologique du sol La composition de la communauté permet de caractériser l état du sol IN VIVO Versus IN VITRO Bio-test «in vitro» Evaluation de la toxicité du milieu pour les organismes du sol Inoculation du nématode modèle C. elegans Mesure de la fertilité de la reproduction -> Réduction par rapport au témoin = toxicité ELISOL environnement 11

12 Evaluation de la toxicité du milieu pour les organismes du sol ISO 1872 Norme ISO 1872 C. elegans 4 jours ISO 1872 Reproduction du nombre d adultes Sol témoin: 1 C. elegans adulte mature Sol contaminé Reproduction du nombre de descendants par adulte ELISOL environnement 12

13 ISO 1872 Exemple: 2 sols suspectés de pollution % d'inhibi)on par rapport au sol témoin % d'inhibi)on par rapport au sol témoin maturité croissance reproduc7on maturité croissance reproduc7on Sol 1: pas de toxicité pour les organismes du sol Sol 2: forte toxicité pour les organismes du sol Evaluation de la toxicité pour les organismes vivants dans le sol La bio-indication du fonctionnement de l écosystème sol dans les sites pollués en utilisant les «INDICES NEMATODES» : - Outil de caractérisation de l état biologique du sol sur le terrain (NF ISO ) - Couplage possible avec un test éco-toxicologique au laboratoire (ISO 1872) - Interprétation des résultats facilitée par l existence de référentiels: ELIPTO ELISOL environnement 13