Propriétés de complexation de la matière organique dissoute vis-à-vis du cuivre dans les systèmes sol-plante amendés avec des produits résiduaires organiques

Djae Tanalou. 2017. Propriétés de complexation de la matière organique dissoute vis-à-vis du cuivre dans les systèmes sol-plante amendés avec des produits résiduaires organiques. Marseille : Aix-Marseille université, 183 p. Thèse de doctorat : Géosciences de l'environnement : Aix-Marseille université

Titre anglais : Binding capacities of dissolved organic matter toward copper in the soil-plant systems amended with organic wastes products

Encadrement : Doelsch, Emmanuel ; Bravin, Matthieu

Résumé : La compréhension des déterminants de la biodisponibilité du cuivre (Cu) dans les sols agricoles recevant des apports de produits résiduaires organiques (Pro) est un enjeu écotoxicologique majeur dans l'optique de préserver la fertilité des sols. La spéciation de Cu dans la solution du sol est classiquement considérée en écotoxicologie prédictive comme le principal déterminant chimique de la biodisponibilité d e Cu pour les organismes du sol. Étant donné la forte affinité de Cu pour la matière organique dissoute (MOD), la spéciation de Cu dans la solution du sol est fortement conditionnée par la complexation de Cu avec la MOD. Les modèles de spéciation classiquement utilisés en écotoxicologie prédictive tiennent compte de la variabilité de la concentration en MOD mais sont paramétrés par défaut pour ce qui est des propriétés de complexation (densité et affinité des sites) de la MOD. Pourtant, les apports de Pro et les activités racinaires dans la rhizosphère semblent en mesure de modifier à la fois la concentration et les propriétés de complexation de la MOD. Mes travaux se sont donc proposés (i) de mettre en évidence la variabilité des propriétés de complexation de la MOD dans les systèmes sol - plante recevant des apports de Pro et (ii) d'évaluer l'impact de cette variabilité sur la prédiction de la spéciation de Cu en solution. À partir d'incubations en conditions contrôlées, la spéciation de Cu en solution a été mesurée sur 55 sols en présence ou non de plantes (effet rhizosphère) ainsi que sur un sol ayant reçu des apports de 10 Pro. Les propriétés de complexation de la MOD ont été estimées par prédiction de la spéciation de Cu en solution à l'aide du Windermere humic aqueous model (WHAM). Une très grande variabilité des propriétés de complexation de la MOD a été mise en évidence entre les 55 sols étudiés. Les plantes ont induit de fortes modifications des propriétés de complexation de la MOD. Les apports de Pro au sol ont entrainé une augmentation quasiment systématique des propriétés de complexation de la MOD. En plus de la prise en compte des modifications de la concentration en MOD, du pH et de la concentration totale de Cu en solution, la prise en compte de la variabilité des propriétés de complexation de la MOD a permis d'améliorer de façon substantielle la prédiction de la spéciation en solution de Cu par comparaison avec le paramétrage par défaut de WHAM. La modification des propriétés de complexation de la MOD mise en évidence dans les systèmes sol-plante recevant des apports de Pro semble donc être un déterminant majeur de la spéciation de Cu en solution. La prise en compte de la variabilité des propriétés de complexation de la MOD dans les modèles de spéciation s'avère ainsi nécessaire afin d'assurer une prédiction satisfaisante de la spéciat ion en solution de Cu et in fine de son écotoxicité.

Résumé (autre langue) : Understanding copper (Cu) bioavailability determinants in agricultural soils amended with organic waste (OW) is a major ecotoxicological issue in order to preserve soil fertility. Copper speciation in soil solution is conventionally considered in predictive ecotoxicology as the main chemical determinant of Cu bioavailability for soil organisms. Considering the high affinity of Cu for dissolved organic matter (DOM), Cu speciation in soil solution is highly influenced by its complexation with DOM. The speciation models conventionally used in predictive ecotoxicology take into account the variability of DOM concentration but are parameterized by default regarding DOM complexing properties (density and site affinity). However, OW inputs and root activities in the rhizosphere appear able to alter both DOM concentration and its complexing properties. My PhD work proposed (i) to demonstrate the variability in DOM complexing properties in soil-plant systems amended with OW and (ii) to evaluate the impact of this variability on Cu speciation prediction in soil solution. From incubations under controlled conditions, Cu speciation in soil solution was measured on 55 soils with and without plants (rhizosphere effect) as well as on soil amended with 10 OW. DOM complexing properties were estimated by Cu speciation predict ion in soil solutions using the Windermere humic aqueous model (WHAM). A very wide variability in DOM complexing properties was observe d between the 55 soils studied. Plants induced strong changes in DOM complexing properties. The contributions of OW to soil induced an almost systematic increase in DOM complexing properties. Besides considering changes in DOM concentration, pH and total Cu concentration in soil solution, the consideration of variability in DOM complexing properties has substantially improved the Cu speciation prediction in soil solution in comparison with WHAM default setting. The changes in DOM complexing properties observed in soil-plant systems amended with OW seem to be a major determinant of Cu speciation in soil solution. It is therefore necessary to consider the variability in DOM complexing properties in speciation models in order to provide a satisfactory prediction of Cu speciation and ultimately its ecotoxicity.

Classification Agris : P35 - Fertilité du sol
P34 - Biologie du sol

Champ stratégique Cirad : Axe 1 (2014-2018) - Agriculture écologiquement intensive

Auteurs et affiliations

• Djae Tanalou, Aix-Marseille université (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/588595/)

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