Conséquences des épandages sur la solution du sol et la nappe phréatique Laurence DENAIX,...

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


Le dispositif lysimétrique

Plaque lysimètrique

Piézomètre

Pluviomètre


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)


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


[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[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


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

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