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dartagnan-lecocq
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Conséquences des épandages sur la solution du sol et la nappe
phréatique
Laurence DENAIX, Anne-Laure THOMAS-CHERY, Mohammed BENBRAHIM, Jean-Michel CARNUS
INRA, UMR TCEM
Centre de Bordeaux Aquitaine
Contexte
Les épandages de boues ou de compost apportent des éléments minéraux majeurs et traces aux sols dont certains sont des contaminants potentiels (NO3, Cd, Pb…) pour les eaux
Suivant les sols et leur capacité de fixation, ces éléments peuvent migrer vers la profondeur
La surveillance des eaux gravitaires (qui percolent) et des eaux de nappe est donc nécessaire
Démarche du réseau national
Sites de surveillance approfondieInstallation de fosses lysimétriques :
– Dans l’idéal, une par type de sol– En réalité, seulement deux sites
installés• Ychoux (40) : Pin maritime
Boues liquides et compost• La Flèche (72) : Pin laricio
Boues deshydratées chaulées
Sols sableux acides1
1
3 Placettes 1000 m² 3 Fosses lysimètriques / placette
TémoinBoues liquidesBoues compostéesFosse lysimètrique
24 m
42 m
Matériel et méthodes
Le dispositif expérimental d’Ychoux
Une fosse lysimétrique
Piézomètre
4 plaques lysimétriques (20 cm et 40 cm)
0
50
Pluviomètre
Matériel et méthodes
Le dispositif lysimétrique
Plaque lysimètrique
Piézomètre
Pluviomètre
Matériel et méthodes
Mesures et suivi
Elements Fréquence Analyses
Pluviométrie et Mensuel (Ychoux)Annuel(La Flèche)
pH, Corgpluviolessivat Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5)
Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)
Solution de sol Mensuel (Ychoux)Annuel(La Flèche)
pH, Corg20 et 40 cm Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5) Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)Nappe Trimestriel
(Ychoux)pH, CorgMajeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5)Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)
Matériel et méthodes
Mesures de concentrations en solution
Le flux de transfert mensuel pour chaque élément nécessite:
Le volume d’eau drainéConcentration de l’élément dans l’eau de drainage
Q(EM) = Volume drainé X [EM]
Méthodes :Modèle du bilan hydriqueAnalyses minérales
Calcul des flux des éléments minéraux
Source : M. Benbrahim, 2001Matériel et méthodes
Précipitations, P : 955 mm
Modèle hydrique du pin maritime
Interceptions, In : 150 mmTranspiration des arbres, ETP-pin : 421 mm
Transpiration du sous bois, ETP-sb : 104 mm
Évaporation du sol, EP-sol : 99 mm
P, In, ETP-pin, ETP-sb, EP-sol ;
Profil racinaire
DRAINAGE = Contenu en eau du sol + Précipitations - Interceptions
ETP = f(profil racinaire)
25%35%
55%
15%
75%0
20
40
D1
D2
Bilan hydrique du peuplement
Source : M. Benbrahim, 2001
Généralités sur les résultats
Concentrations en arsenic, cadmium, chrome, mercure dans les eaux (pluviolessivats, solutions du sol et nappe)
< aux seuils de détection. Exemples de résultats pour quelques
éléments : azote, calcium, zinc et plomb.
Lessivage de l’azote : Bilan après deux ans d’apport
Stock initial d'azote dans le sol (0-20 cm) = 1085 kg/ha
-200
-100
0
100
200
300
400
500Témoin
Boues liquides Compost
NO
3 (K
g/h
a)
Apports atmosphériques Apports par les boues Lixiviation à 20 cm
9,4 kg/ha
-14,8 kg/ha- 98 kg/ha - 28 kg/ha
Augmentation des quantités lixiviées par rapport au témoinStockage d’azote dans le sol
Ychoux (40)
Lessivage de l’azote :Suivi temporel au cours de l’expérimentation
0
10
20
30
40
50
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
témoin
Pluviolessivats
0
10
20
30
40
50
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
liquide
0
10
20
30
40
50
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
compostUne année pluvieuse, une année sèche
[Azote]Témoin = [Azote]Pluviolessivat
[Azote] à 20cm après épandage
Epandage
Epandage Epandage Epandage Epandage
Ychoux (40)
Lessivage de l’azote A différentes profondeurs du sol
0 20 40 60 80 100 120
Témoin
Boue liquide
Compost
lessivage en kg/ha
20 cm
40 cm
Azote
Peu de différences entre les quantités lessivées à 20 et 40 cm Pas d’accumulation d’azote dans les horizons plus profonds du sol Migration vers les nappes ?
Ychoux (40)
Lessivage du calcium : Bilan après deux ans d’apport
Calcium (stock initial dans le sol = 324 kg/ha)
-1000
100200300400500600700800900
Témoin Boues liquides Compost
Apports atmosphériques Apports par les boues Lixiviation à 20 cm11,3 kg/ha
Faible augmentation des quantités lessivées par rapport au témoinStockage de calcium dans le sol
Ychoux (40)
Lessivage du calcium :Suivi temporel au cours de l’expérimentation
0
5
10
15
20
25
30
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
témoin
Pluviolessivats
0
5
10
15
20
25
30
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
liquide
0
5
10
15
20
25
30
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
compostEpandage
Epandage Epandage Epandage Epandage
[Ca]Témoin = [Ca]Pluviolessivat
[Ca]boue liquide > [Ca]témoin[Ca]compost > [Ca]témoin
Pas d’effet net de la date d’épandage
Ychoux (40)
Lessivage du calcium A différentes profondeurs du sol
0 20 40 60 80
Témoin
Boue liquide
Compost
lessivage en kg/ha
20 cm
40 cm
Calcium
Peu de différences entre les quantités lessivées à 20 et 40 cm Pas d’accumulation de calcium dans les horizons plus profonds du sol Migration vers les nappes ?
Ychoux (40)
Lessivage du zinc : Bilan après deux ans d’apport
Stock initial du zinc dans le sol (0-20 cm) = 7 kg/ha
-2000
0
2000
4000
6000
8000
Témoin
Boues liquides
Compost
Zn
(g
/ha)
Apports atmosphériques Apports par les boues Lixiviation à 20 cm
500 g/ha
-1250 g/ha -483 g/ha -555 g/ha
Diminution de la quantité lessivée par rapport au témoin Faible lixiviation du zinc par rapports aux apports(14 % pour les boues liquides et 8 % pour le compost)Sol amendé accumule le zinc
Ychoux (40)
Lessivage du zinc :Suivi temporel au cours de l’expérimentation
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
témoin
Pluviolessivats
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
liquide
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
compost
Epandage Epandage Epandage Epandage
Epandage[Zn]Témoin = [Zn]Pluviolessivat
[Zn]boue liquide < [Zn]témoin[Zn]compost < [Zn]témoin
Pas d’effet net de la date d’épandage
Ychoux (40)
Lessivage du zinc A différentes profondeurs du sol
0 500 1000 1500
Témoin
Boue liquide
Compost
lessivage en g/ha
20 cm
40 cm
Zinc
Quantités lessivées à 20 > Quantités lessivées à 40 cm Accumulation de zinc dans l’horizon 20-40 cm du sol
Ychoux (40)
Lessivage du plomb : Bilan après deux ans d’apport
Stock initial du plomb dans le sol (0-20 cm) = 9330 g/ha
-200
0
200
400
600
800
1000
Témoin Boues liquidesCompost
Pb
(g/h
a)
Apports atmosphériques Apports par les boues Lixiviation à 20 cm22 g/ha
-16,2g/ha -20,3 g/ha -38,8 g/ha
Faible augmentation des quantités lessivées par rapport au témoinStockage de plomb dans le sol
Ychoux (40)
Lessivage du plomb :Suivi temporel au cours de l’expérimentation
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
témoin
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
liquide
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
mar
s-01
mai
-01
juil-
01
sept
-01
nov-
01
janv
-02
mar
s-02
mai
-02
juil-
02
sept
-02
nov-
02
janv
-03
mg
/l
compost[Pb]Pluviolessivat < limite de détection < 0.0005 mg/l
[Pb]boue liquide << [Pb]témoin[Pb]compost << [Pb]témoin
Pas d’effet de la date d’épandage
Epandage
Epandage Epandage Epandage Epandage
Ychoux (40)
Lessivage du plomb A différentes profondeurs du sol
0 10 20 30 40 50
Témoin
Boue liquide
Compost
lessivage en g/ha
20 cm
40 cm
Plomb
Quantités lessivées à 20 > Quantités lessivées à 40 cm Accumulation de plomb dans l’horizon 20-40 cm du sol Confirmation par suivi isotopique du plomb
Ychoux (40)
Résultats du site de La Flèche (72)
Deux doses : 7.5 t MS/ha et 15 t MS/ha Suivi la première et la troisième année d’expérimentationDeux éléments > limites de détection : azote et phosphore
0 5 10 15 20 25
15 cm
30 cm
mg/l
témoin
dose simple
dose double
1ère année
0 5 10 15 20 25
15 cm
30 cm
mg/l
témoin
dose simple
dose double
3ème année
AZOTE
Augmentation de la lixiviation de l’azote à 15 cm, qui s’accroit avec le tempsLa Flèche (72)
Résultats du site de La Flèche (72)
PHOSPHORE
0 1 2 3 4
15 cm
30 cm
mg/l
témoin
dose simple
dose double
1ère année
0 1 2 3 4
15 cm
30 cm
mg/l
témoin
dose simple
dose double
3ème année
Augmentation de la lixiviation du phosphore à 15cm au cours du temps
Deux doses : 7.5 t MS/ha et 15 t MS/ha Suivi la première et la troisième année d’expérimentationDeux éléments > limites de détection : azote et phosphore
La Flèche (72)
Effet sur les eaux de nappe : éléments majeurs
0
1
2
3
4
Potassium Calcium Magnésium Azote
mg/
l
témoin
boue liquide
compost
[Phosphore] < limite de quantification
Pas de différence significative entre les sols amendés et le témoinYchoux (40)
Effets sur les eaux de nappe : éléments traces
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Cuivre Zinc Plomb
mg
/l
témoin
boue liquide
compost
[As], [Cd], [Cr] < limites de quantification
Pas de différences significatives entre les sols amendés et le témoinYchoux (40)
Résumé
Lessivage d’azote et de phosphore Faibles lessivages des éléments traces métalliques Les lessivages sont plus importants après
les épandages d’automne Les éléments lessivés ne sont pas ou peu retenus
dans la couche 20-40 cm Pas d’effet significatif sur les teneurs en éléments
traces métalliques dans l’eau de la nappe Accumulation des éléments minéraux dans les sols
Effet cumulatif Effet à retardement ??
Limites de l’étude et perspectives
Coûts élevés Suivi temporel limité (deux à trois ans) Peu de sites suivis (2 sites) Les composés organiques en traces n’ont pas été
quantifiés
Nécessité de poursuivre ce type d’études sur d’autres sols ET sur le long terme
Tester l’effet d’un changement de pratiques (coupe rase) après avoir accumulé des épandages sur le même sol
Remerciements
ONFAdeme INRA AfocelAnjou-Recherche Collectivités des LandesPENA