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Conséquences des épandages sur la solution du sol et la nappe phréatique

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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.

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Presentation Transcript
cons quences des pandages sur la solution du sol et la nappe phr atique

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
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
d marche du r seau national

1

1

Démarche du réseau national
  • Sites de surveillance approfondie
  • Installation de fosses lysimétriques :
    • Dans l’idéal, une par type de sol
    • En réalité, seulement deux sites installés
      • Ychoux (40) : Pin maritimeBoues liquides et compost
      • La Flèche (72) : Pin laricioBoues deshydratées chaulées

Sols sableux acides

le dispositif exp rimental d ychoux

Témoin

Boues liquides

Boues compostées

Fosse lysimètrique

Le dispositif expérimental d’Ychoux

3 Placettes 1000 m²

 3 Fosses lysimètriques / placette

24 m

42 m

Matériel et méthodes

une fosse lysim trique
Une fosse lysimétrique

4 plaques lysimétriques

(20 cm et 40 cm)

Piézomètre

Pluviomètre

0

50

Matériel et méthodes

le dispositif lysim trique
Le dispositif lysimétrique

Piézomètre

Pluviomètre

Plaque lysimètrique

Matériel et méthodes

mesures et suivi

Elements

Fréquence

Analyses

Solution de sol

Mensuel (Ychoux)

Annuel

(La Flèche)

pH, Corg

20 et 40 cm

Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5)

Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)

Pluviométrie et

Mensuel (Ychoux)

Annuel

(La Flèche)

pH, Corg

Nappe

Trimestriel

(Ychoux)

pH, Corg

pluviolessivat

Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5)

Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5)

Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)

Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As)

Mesures et suivi

Mesures de concentrations en solution

Matériel et méthodes

calcul des flux des l ments min raux
Calcul des flux des éléments minéraux

Le flux de transfert mensuel pour chaque élément nécessite:

Le volume d’eau drainé

Concentration de l’élément dans l’eau de drainage

Q(EM) = Volume drainé X [EM]

Méthodes :

Modèle du bilan hydrique

Analyses minérales

Source : M. Benbrahim, 2001

Matériel et méthodes

bilan hydrique du peuplement

0

55%

75%

D1

20

35%

25%

D2

40

15%

Bilan hydrique du peuplement

Source : M. Benbrahim, 2001

Précipitations, P : 955 mm

Modèle hydrique du pin maritime

Transpiration du sous bois, ETP-sb : 104 mm

Interceptions, In : 150 mm

Transpiration des arbres,ETP-pin : 421 mm

Évaporation du sol, EP-sol : 99 mm

P, In, ETP-pin, ETP-sb, EP-sol ;

Profil racinaire

ETP = f(profil racinaire)

- Interceptions

DRAINAGE = Contenu en eau du sol

+ Précipitations

g n ralit s sur les r sultats
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 apr s deux ans d apport

Stock initial d'azote dans le sol (0-20 cm) = 1085 kg/ha

Boues liquides

Compost

500

Témoin

400

300

200

NO3 (Kg/ha)

100

0

-100

-14,8 kg/ha

- 28 kg/ha

- 98 kg/ha

-200

Apports atmosphériques

Apports par les boues

Lixiviation à 20 cm

9,4 kg/ha

Lessivage de l’azote : Bilan après deux ans d’apport

Augmentation des quantités lixiviées par rapport au témoin

Stockage d’azote dans le sol

Ychoux (40)

lessivage de l azote suivi temporel au cours de l exp rimentation

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Lessivage de l’azote :Suivi temporel au cours de l’expérimentation

Une année pluvieuse, une année sèche

[Azote]Témoin = [Azote]Pluviolessivat

[Azote] à 20cm après épandage

Ychoux (40)

lessivage de l azote a diff rentes profondeurs du sol
Lessivage de l’azote A différentes profondeurs du sol

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 apr s deux ans d apport
Lessivage du calcium : Bilan après deux ans d’apport

Faible augmentation des quantités lessivées par rapport au témoin

Stockage de calcium dans le sol

Ychoux (40)

lessivage du calcium suivi temporel au cours de l exp rimentation

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Lessivage du calcium :Suivi temporel au cours de l’expérimentation

[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 diff rentes profondeurs du sol
Lessivage du calcium A différentes profondeurs du sol

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 apr s deux ans d apport

Stock initial du zinc dans le sol (0-20 cm) = 7 kg/ha

Compost

8000

Boues liquides

6000

4000

Témoin

Zn (g/ha)

2000

0

-483 g/ha

-555 g/ha

-1250 g/ha

-2000

Apports atmosphériques

Apports par les boues

Lixiviation à 20 cm

500 g/ha

Lessivage du zinc : Bilan après deux ans d’apport

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 exp rimentation

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Lessivage du zinc :Suivi temporel au cours de l’expérimentation

[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 diff rentes profondeurs du sol
Lessivage du zinc A différentes profondeurs du sol

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 apr s deux ans d apport

Stock initial du plomb dans le sol (0-20 cm) = 9330 g/ha

1000

Compost

Boues liquides

800

Témoin

600

Pb(g/ha)

400

200

0

-16,2g/ha

-20,3 g/ha

-200

-38,8 g/ha

Apports atmosphériques

Apports par les boues

Lixiviation à 20 cm

22 g/ha

Lessivage du plomb : Bilan après deux ans d’apport

Faible augmentation des quantités lessivées par rapport au témoin

Stockage de plomb dans le sol

Ychoux (40)

lessivage du plomb suivi temporel au cours de l exp rimentation

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Epandage

Lessivage du plomb :Suivi temporel au cours de l’expérimentation

[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

Ychoux (40)

lessivage du plomb a diff rentes profondeurs du sol
Lessivage du plomb A différentes profondeurs du sol

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)

r sultats du site de la fl che 72
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’expérimentation

Deux éléments > limites de détection : azote et phosphore

AZOTE

Augmentation de la lixiviation de l’azote à 15 cm, qui s’accroit avec le temps

La Flèche (72)

r sultats du site de la fl che 721
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’expérimentation

Deux éléments > limites de détection : azote et phosphore

PHOSPHORE

Augmentation de la lixiviation du phosphore à 15cm au cours du temps

La Flèche (72)

effet sur les eaux de nappe l ments majeurs
Effet sur les eaux de nappe : éléments majeurs

[Phosphore] < limite de quantification

Pas de différence significative entre les sols amendés et le témoin

Ychoux (40)

effets sur les eaux de nappe l ments traces
Effets sur les eaux de nappe : éléments traces

[As], [Cd], [Cr] < limites de quantification

Pas de différences significatives entre les sols amendés et le témoin

Ychoux (40)

r sum
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 tude et perspectives
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
Remerciements

ONF

Ademe

INRA

Afocel

Anjou-Recherche

Collectivités des Landes

PENA