Marc PINHEIRO, Franziska DITTERICH, Holger PAGEL, Christian POLL, Patricia GARNIER, Thilo STRECK, Ellen KANDELER, Laure VIEUBLE GONOD Versailles – 27-29.

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1 Marc PINHEIRO, Franziska DITTERICH, Holger PAGEL, Christian POLL, Patricia GARNIER, Thilo STRECK, Ellen KANDELER, Laure VIEUBLE GONOD Versailles – 27-29 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

2 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

3 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 ?

4 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 -1 1.01 mg.g -1 7.4  Agrégats 2-3.15 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, 45-75 kGy) amendés ou non avec 2,4-D - Agrégats "naturels" amendés ou non avec 2,4-D 3

5 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   : - 300 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

6 - 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

7 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

8 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

9 14 C mesuré Tranche 1 Tranche 2 Tranche 3 0-0.15% 0.15-0.30% 0.30-0.45% 0.45-0.60% Distribution spatiale des résidus extractibles CaCl 2 à une éch mm 0.460.480.590.48 0.220.340.510.600.500.25 0.170.290.440.530.460.33 0.120.280.250.360.320.25 0.080.120.170.190.180.14 0.050.090.110.10 0.380.510.580.50 0.290.360.470.530.520.46 0.260.330.390.470.450.41 0.210.250.310.36 0.33 0.120.160.220.240.230.18 0.100.130.14 0.420.470.500.44 0.310.370.450.420.450.42 0.250.310.350.36 0.37 0.180.250.300.320.260.28 0.120.180.22 0.21 0.090.16 0.17 6 mm 0.120.160.210.20 0.080.130.200.260.270.20 0.080.160.240.310.290.23 0.070.120.200.250.240.20 0.050.090.140.160.150.14 0.050.080.09 0.120.140.160.18 0.090.150.170.180.210.20 0.100.140.190.160.180.20 0.090.130.16 0.170.19 0.080.110.15 0.100.13 0.080.100.110.10 0.110.120.110.13 0.10 0.050.030.100.15 0.09 0.040.010.030.12 0.09 0.080.030.050.12 0.090.100.09 0.100.12 0.090.100.110.10 0.060.090.100.11 0.050.07 0.05 0.08 0.040.060.040.03 0.07 0.040.050.040.020.040.08 0.030.04 0.060.07 0.02 0.05 0.06 0.080.07 0.050.060.050.03 0.06 0.040.050.03 0.020.05 0.030.040.02 0.030.07 0.03 0.02 0.050.07 0.02 0.010.04 0.030.02 0.060.040.02 0.03 0.050.030.02 0.030.04 0.050.030.02 0.030.04 0.050.040.030.040.05 0.060.07  Biodégradation du 2,4-D contrôlée par transport du pesticide 8

10 14 C mesuré Tranche 1 Tranche 2 Tranche 3 Distribution spatiale des résidus non-extractibles à l'éch mm 6 mm 0.070.090.07 0.030.050.090.140.130.02 0.030.040.070.340.150.03 0.02 0.040.100.060.02 0.000.010.020.030.020.01 0.000.010.090.01 0.120.070.060.09 0.000.060.110.100.060.00 0.050.100.150.080.01 0.000.020.050.070.030.00 0.010.02 0.030.02 0.080.070.06 0.000.010.09 0.060.02 0.010.100.090.050.060.03 0.010.030.050.060.050.03 0.02 0.03 0.02 0.010.02 0.00 0-0.1% 0.1-0.2% 0.2-0.3% 0.3-0.4% 0.4-0.5% 0.5-0.6% > 0.6% 0.010.030.050.02 0.01 0.020.120.04 0.010.030.120.270.160.06 0.01 0.040.080.060.04 0.01 0.02 0.01 0.000.01 0.030.02 0.000.050.030.050.060.03 0.010.040.080.300.180.04 0.01 0.030.150.060.01 0.000.010.050.040.030.01 0.000.01 0.00 0.020.030.04 0.02 0.140.460.090.02 0.010.050.331.740.640.04 0.010.030.070.420.190.04 0.010.020.03 0.010.02 0.010.020.010.00 0.010.020.03 0.000.020.050.190.180.03 0.000.010.122.551.000.20 0.000.010.070.570.230.03 0.00 0.010.030.040.01 0.000.030.040.01 0.040.030.040.00 0.01 0.130.230.190.05 0.000.020.180.500.320.07 0.000.030.050.230.130.08 0.00 0.020.040.02 0.010.040.060.01 0.070.09 0.07 0.030.050.140.210.150.07 0.050.160.270.290.180.07 0.060.180.290.240.150.05 0.040.130.120.090.050.03 0.020.030.02  Formation des résidus non-extractibles localisée et essentiellement d'origine biotique 9

11 Gènes tfdA Nbre de copies g -1 sol Tranche 1 Tranche 2 Tranche 3 Distribution spatiale des dégradants à l'éch mm < 10 5 10 5 -10 6 > 10 6 nd 004.9E+05nd 07.1E+054.8E+05nd 000 1.9E+055.4E+050 nd 2.7E+051.4E+063.5E+05 nd 000 01.8E+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 0 0 0 0 10  Transport de microorganismes par convection

12 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

13 12 MERCI DE VOTRE ATTENTION Versailles – 27-29 Mai 2015