Centre de Bordeaux Aquitaine 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 approfondie Installation 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 acides 1

Le dispositif expérimental d’Ychoux  3 Placettes 1000 m²  3 Fosses lysimètriques / placette 24 m 42 m Témoin Boues liquides Boues compostées Fosse lysimètrique Matériel et méthodes

Une fosse lysimétrique 4 plaques lysimétriques (20 cm et 40 cm) Piézomètre Pluviomètre 50 Matériel et méthodes

Le dispositif lysimétrique Piézomètre Pluviomètre Plaque lysimètrique Matériel et méthodes

Mesures et suivi Elements Fréquence Analyses Pluviométrie et pH, Corg Mensuel (Ychoux) Annuel (La Flèche) pH, Corg pluviolessivat Majeurs (Ca, Mg, K, P, N, NH4, NO3, P2O5) Eléments traces (Cu, Zn, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg, As) Solution de sol 20 et 40 cm Nappe Trimestriel (Ychoux) Mesures de concentrations en solution Matériel et méthodes

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 Source : M. Benbrahim, 2001 25% 35% 55% 15% 75% 20 40 D1 D2 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) DRAINAGE = Contenu en eau du sol + Précipitations - Interceptions

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 -100 100 200 300 400 500 Témoin Boues liquides Compost NO3 (Kg/ha) 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 témoin Stockage d’azote dans le sol Ychoux (40)

Lessivage de l’azote : Suivi temporel au cours de l’expérimentation Epandage Epandage Epandage Epandage Une année pluvieuse, une année sèche [Azote]Témoin = [Azote]Pluviolessivat [Azote] à 20cm après épandage Epandage Ychoux (40)

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 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’expérimentation 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 Epandage Ychoux (40)

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 après deux ans d’apport Stock initial du zinc dans le sol (0-20 cm) = 7 kg/ha -2000 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 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 Epandage Ychoux (40)

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 après deux ans d’apport Stock initial du plomb dans le sol (0-20 cm) = 9330 g/ha -200 200 400 600 800 1000 Témoin Boues liquides Compost Pb(g/ha) Apports atmosphériques Apports par les boues Lixiviation à 20 cm 22 g/ha -16,2g/ha -20,3 g/ha -38,8 g/ha 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’expérimentation Epandage Epandage Epandage Epandage [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 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’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)

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 : 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 : éléments traces [As], [Cd], [Cr] < limites de quantification Pas de différences significatives entre les sols amendés et le témoin Ychoux (40)

Effet cumulatif  Effet à retardement ?? 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 ONF Ademe INRA Afocel Anjou-Recherche Collectivités des Landes PENA