Marc PINHEIRO, Franziska DITTERICH, Holger PAGEL, Christian POLL, Patricia GARNIER, Thilo STRECK, Ellen KANDELER, Laure VIEUBLE GONOD Versailles – Mai 2015 Impact des transferts par diffusion et convection sur la distribution spatiale du 2,4-D, des microorganismes du sol et leurs activités de dégradation à une échelle mm

Introduction  Difficultés pour prédire le devenir des pesticides à macro échelle…car processus à micro échelle non considérés ?  Biodégradation dans le sol contrôlée par accessibilité pesticides et dégradants (e.g. Dechesne & al, 2011; Pinheiro et al, 2015)  Rôle clef des microorganismes du sol dans dissipation des pesticides (biodégradation) mais sol = milieu complexe - Distribution hétérogène des microorganismes dégradant les pesticides (Pallud et al, 2004; Vieublé Gonod et al 2003; 2006) - Organisés en hot spots mm à cm (Vieublé Gonod et al; 2003; Sjøholm et al, 2010)  Rôle clef des transferts par diffusion et convection  Distribution hétérogène des pesticides dans le sol (mode d'apport, formulation….) 1

Objectif 2  Impact des transferts par diffusion et convection sur le devenir d'un pesticide modèle, le 2,4-D, dans le sol à une éch mm pour des distributions initiales de pesticide et de microorganismes différentes ?

Matériels & Méthodes  Sol: horizon de surface (0-30 cm) d'un sol cultivé (La Cage, Versailles, France), Luvisol (WRB) ClaySiltSandC contentN contentpH 17%56%27%10.0 mg.g mg.g  Agrégats mm Densité : 1.3 Masse sol sec : 76.6g 5 cm 3 cm  Colonnes de sol reconstituées  Contrôle de la localisation initiale des microorganismes du sol et du 2,4-D - Agrégats stérilisés (rayons gamma, kGy) amendés ou non avec 2,4-D - Agrégats "naturels" amendés ou non avec 2,4-D 3

Matériels & Méthodes 2,4-D Microorganismes du sol HomogèneCo-localiséeSéparéeTémoin 2,4-DTémoin microorganismes Agrégats stérilisés  5 distributions spatiales (3 répétitions / traitement)  Conditions d'incubation [2,4-D] locale : 15 µg/g sol eq. sec T°: 20°C Teau : 0.21 g.g -1   : cm (pF 2.5) 4  3 événements d'irrigation à T0, T3 et T6 jours - Solution de CaCl 2 (0.01M) par irrigation - Volume total apporté (10.6 ml) = 2 ×volume poral colonne de sol

- 14 C 2,4-D (pureté : 97.5%) : suivi du devenir du 2,4-D (8000 Bq/colonne) - 12 C 2,4-D : suivi du devenir des dégradants  Expérimentations avec :  Analyses Matériels & Méthodes A l'éch de cubes de sols (mm) à J24 : - Fractions 14 C extractibles (CaCl 2, MetOH) - Fraction 14 C non extractible (combustion) - Dégradants du 2,4-D (qPCR gènes tfdA)  32 cubes de sol par tranche 6 mm 10 mm A l'éch de la colonne (cm) : - 14 CO 2 - Lixiviats 14 C 5

Irrigation Minéralisation du 2,4-D à l'éch de la colonne de sol 2,4-D Microorganismes du sol  Impact de la localisation initiale du 2,4-D et des microorganismes sur la minéralisation du 2,4-D 6

Résidus 14 C non-extractibles 14 CO 2 Résidus 14 C extractibles CaCl 2 Résidus 14 C extractibles MetOH Lixiviats 14 C Bilan 14 C à l'éch de la colonne de sol (J24)  Devenir du 2,4-D contrôlé par transport convectif durant les six 1 ers jours  Devenir du 2,4-D contrôlé par distribution initiale des µorgas et du 2,4-D 7

14 C mesuré Tranche 1 Tranche 2 Tranche % % % % Distribution spatiale des résidus extractibles CaCl 2 à une éch mm mm  Biodégradation du 2,4-D contrôlée par transport du pesticide 8

14 C mesuré Tranche 1 Tranche 2 Tranche 3 Distribution spatiale des résidus non-extractibles à l'éch mm 6 mm % % % % % % > 0.6%  Formation des résidus non-extractibles localisée et essentiellement d'origine biotique 9

Gènes tfdA Nbre de copies g -1 sol Tranche 1 Tranche 2 Tranche 3 Distribution spatiale des dégradants à l'éch mm < > 10 6 nd 004.9E+05nd 07.1E+054.8E+05nd E+055.4E+050 nd 2.7E+051.4E+063.5E+05 nd E+050nd 2.3E+051.4E+066.4E+05nd 05.1E+052.3E+05nd 2.1E+054.0E+052.6E+05nd 3.2E+057.6E+056.3E+05nd 1.8E+056.4E+052.9E+05nd 1.3E+054.6E+052.0E+05nd 3.3E+055.4E+053.5E+05nd 2.8E+054.0E+053.6E+05nd nd – non analysé  Transport de microorganismes par convection

Conclusions  Biodégradation du 2,4-D contrôlée par la distribution spatiale initiale du pesticide et des microorganismes et les flux convectifs  Transport convectif favorise la probabilité de contact entre 2,4-D et microorganismes et dc la biodégradation à une éch mm  Formation et localisation des résidus non-extractibles à partir du 2,4-D principalement d'origine microbienne  Importance de considérer la biogéographie microbienne et les processus biogéophysiques à éch mm pour mieux comprendre le devenir des pesticides dans les sols à des éch supérieures 11

12 MERCI DE VOTRE ATTENTION Versailles – Mai 2015