Filière «bois» : Phytostabilisation aidée ---- Effets sur les activités microbiologiques et les matières organiques
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- Violette Emma Laframboise
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1 25 & 26 septembre 2014 Cité scientifique - Villeneuve d Ascq Gestion et requalification durable des sites et sols pollués: Expériences en Nord - Pas de Calais Filière «bois» : Phytostabilisation aidée ---- Effets sur les activités microbiologiques et les matières organiques Brice Louvel, A. Lotte, H. Fourrier, G. Bidar, C. Pruvot, F. Douay 1
2 1. Les microorganismes dans les sols Densité Bactérie (1,5 t/ha ; 1 g de sol = 10 9 bactéries) Champignon (3,5 t/ha) Biodiversité génétique (bactérie espèces) Biodiversité fonctionnelle Décomposition des matières organiques des sols Recyclage des nutriments minéraux (soufre, phosphore ) Les microorganismes ont : Temps de génération court Relation étroite avec leur environnement matière organique minéral Élément trace métallique ( ) Bactérie Polluant organique Alberts et al. (1983) 2
3 2. Objectif de l étude Peut-on amender des sols fortement contaminés par des métaux avec des cendres volantes sulfo-calciques et silico-alumineuses sans affecter le fonctionnement (micro)biologique des sols? Vérifier les effets sur les activités biologiques dans les sols du dispositif boisé d Evin-Malmaison : teneurs en matières organiques et indices d humification caractérisation de la biomasse microbienne (fumigation et ergostérol) comparaison de la diversité catabolique évaluation des activités enzymatiques 3
4 3. 13 années après les amendements Amendement en cendre (70 t/ha) Contamination des sols (0-25 cm): Cadmium : 17 mg kg -1 Plomb : 700 mg kg -1 Zinc : 1250 mg kg -1 Ouverture de fosses sur les parcelles R, F2 et F1 Prélèvement tous les 2 centimètres Séchage à 40 C pour les paramètres physicochimiques Conservations des échantillons à -18 C 4
5 Depth (cm) Depth (cm) 3. Résultats 13 années après l amendement Carbonates CaCO 3 (g kg -1 DW soil) Cendre F2 sulfo-calcique incorporation de carbonate dans les sols, jusque 20 cm de profondeur R F2 F1 ph ph 6,50 7,00 7,50 8, années après l amendement en cendres silico-alumineuse (F1) et sulfo-calcique (F2) modification des paramètres physicochimiques des sols Cendre sulfo-calcique (F2) et cendre silico-alumineuse (F1) alcalinisation du sol 5
6 Profondeur (cm) Carbone organique Dosage sulfo-chromique (NF ISO 1435) 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 0 R -10 F2 F1 Carbone organique du sol (g kg -1 de soil sec) Diminution très rapide du Corg avec la profondeur Teneur en Corg supérieure dans sol en présence de l amendement en cendre sulfo-calcique (F2) Teneur en Corg inférieure à 10 g kg Le sol soumis à l influences de la cendre sulfocalcique présente d avantage de carbone organique 6
7 Profondeur (cm) Carbone organique et substances humiques extraites par NaOH Extraction d une fraction labile de matière organique Dosage par digestion sulfo chromique du carbone organique dans la solution de NaOH Carbone organique et substances humiques extraient par NaOH (g kg -1 sol sec) 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 0 Cendre F2 sulfo-calcique Les ponts calciques stabilisent les complexes argilo-humiques Rôle du calcium dans la rétention du carbone organique Interface sol/litière -80 7
8 Indice d humification Solution NaOH; 0.5 M Sol frais (1 g) Agitation 1 heure Mesure des absorbances en spectromètre UV-visible nm nm Schéma théorique d une lignine Abs 280 / Abs 472 nm 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35, R F2 F1 Augmentation du rapport des absorbances mesurées à 280 nm et 472 nm Ralentissement de l humification dans le cas de la cendre sulfo-calcique (F2) 8
9 Communautés microbiennes C:N microbien 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 0 R -5 F2-10 F Cendres sulfo-calcique et silico-alumineuse Pas de modification de la biomasse microbienne (C et N) mais, Diminution du rapport C:N microbien Modification dans la structure des communautés microbiennes Prédominance des bactéries sur les champignons 9
10 -30 Communautés microbiennes Ergostérol libre Ergostérol Paroi fongique méthanol (6 ml) sol frais (4 g) Dosage de l ergostérol par HPLC 0 Ergostérol libre (mg kg -1 sol sec) Interface sol/litière Diminution de la teneur en ergostérol libre Les champignons semblent moins adaptés aux conditions induite par l amendement en cendre sulfo-calcique 10
11 Diversité catabolique : respiration induite par substrat Respiration induite par substrat Ajout d un substrat carboné Incubation 24 h Capacité à dégrader les substrats proche pour R, F1 et F2 au niveau de la litière et après 20 cm de profondeur Influence de la cendre F2 = modification de la communauté microbienne 11
12 Activités enzymatiques Sol frais (1g) Indicateur coloré + tampon Hydrolyse enzymatique de l indicateur Dosage spectrométrique 12
13 4. Bilan et perspectives 13 ans après l amendement de cendres volantes, les paramètres physico-chimiques des sols restent affectés La composition des cendres a une influence sur : La teneur en carbone organique totale et sur la mobilité des matières organiques la cendre sulfo-calcique ralentit les processus d humification des matières organiques dans le sol Les communautés microbiennes la cendre sulfo-calcique semble favoriser les bactéries par rapport aux champignons (C/N plus faible, moins d ergostérol libre) la diversité catabolique et les activités des phosphatases et des laccases sont plus faibles Néanmoins, les cendres n affectent pas la dégradation des litières fraîches qui conservent une activité biologique importante même sur la parcelle F2 13
14 4. Bilan et perspectives Les cendres sulfo-calcique et silico-alumineuse étudiées ont un effet bénéfique en réduisant la mobilité des métaux dans les sols Cette étude montre la nécessité de réaliser des tests à l échelle du laboratoire et du pilote pour vérifier l innocuité des amendements sur la vie du sol Une attention particulière doit être portée sur les matières organiques notamment sur leur évolution à long terme en étudiant leurs relations avec les polluants et leur devenir dans un contexte de réchauffement climatique 14
15 25 & 26 septembre 2014 Cité scientifique - Villeneuve d Ascq Gestion et requalification durable des sites et sols pollués: Expériences en Nord - Pas de Calais Merci de votre attention brice.louvel@isa-lille.fr Les auteurs remercient l Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Energie (ADEME) 15
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