Influence of fine process particles enriched with metals and metalloids on Lactuca sativa L. leaf fatty acid composition following air and/or soil-plant field exposure

We investigate the effect of both foliar and root uptake of a mixture of metal(loid)s on the fatty acid composition of plant leaves. Our objectives are to determine whether both contamination pathways have a similar effect and whether they interact. Lactuca sativa L. were exposed to fine process particles enriched with metal(loid)s in an industrial area. Data from a first experiment were used to conduct an exploratory statistical analysis which findings were successfully cross-validated by using the data from a second one. Both foliar and root pathways impact plant leaf fatty acid composition and do not interact. Z index (dimensionless quantity), weighted product of fatty acid concentration ratios was built up from the statistical analyses. It provides new insights on the mechanisms involved in metal uptake and phytotoxicity. Plant leaf fatty acid composition is a robust and fruitful approach to detect and understand the effects of metal(loid) contamination on plants

Green manure plants for remediation of soils polluted by metals and metalloids: Ecotoxicity and human bioavailability assessment

Borage, white mustard and phacelia, green manure plants currently used in agriculture to improve soil properties were cultivated for 10 wk on various polluted soils with metal(loid) concentrations representative of urban brownfields or polluted kitchen gardens. Metal(loid) bioavailability and ecotoxicity were measured in relation to soil characteristics before and after treatment. All the plants efficiently grow on the various polluted soils. But borage and mustard only are able to modify the soil characteristics and metal(loid) impact: soil respiration increased while ecotoxicity, bioaccessible lead and total metal(loid) quantities in soils can be decreased respectively by phytostabilization and phytoextraction mechanisms. These two plants could therefore be used for urban polluted soil refunctionalization. However, plant efficiency to improve soil quality strongly depends on soil characteristics

Physiological and biochemical aspects of tolerance to arsenic in higher plants in a context of phytostabilization of industrial wasteland

Ce travail a pour objectif la mise en place d'un procédé de phytostabilisation sur un ancien site industriel, la Vieille Usine d'Auzon (43, France). La caractérisation pédochimique du site atelier a révélé une pollution polymétallique par l'As, Pb, Sb, Cd et Cu. L'As, de par sa concentration totale et sa biodisponibilité dans le sol, est considéré comme le polluant le plus présent et le plus toxique. L'étude floristique réalisée sur le site a relevé une flore métallicole dominée par des pseudométallophytes électives telles que Agrostis capillaris, Equisetum arvense, ou les Euphorbiacées. De manière générale, la majorité des espèces présentes sur la friche industrielle a accumulé de très faibles quantités de polluants (As, Pb) dans ces parties aériennes. Dans un deuxième temps, les travaux ont porté sur les effets induits par les ETM au niveau physiologique et biochimique chez des modèles végétaux, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Vicia faba et Cannabis sativa. Ces données ont mis en évidence la sensibilité de V. faba et la tolérance de S. nigrum à la pollution aux ETM, un maintien de l'activité physiologique mais un ralentissement de la croissance de C. sativa sur sol pollué et une tolérance adaptative d'A. capillaris à la pollution du sol. Par ailleurs, une culture en hydroponie de S. nigrum et V. faba en présence d'As inorganique, arsénite et arséniate, à différentes concentrations a permis de mettre en évidence deux effets de l'As. Celui-ci a provoqué une altération de la structure et du fonctionnement des PSII, plus sensibles à l'As(III), et, une inhibition de l'activité oxygénase et carboxylase de la Rubisco, cible privilégiée de l'As(V). Enfin, ces résultats ont été utilisés dans le cadre de l'expérimentation in situ pour la validation d'un procédé de phytostabilisation sur la friche industrielle d'Auzon. Les effets de la combinaison d'une association d'espèces prairiales et d'un amendement de grenaille de fer zérovalent ou/et de compost ont pu être caractérisés. L'ajout de grenaille de fer au sol complété par un apport de compost a accentué la réduction de la disponibilité de l'As et dans une moindre mesure de Sb. De plus, il a permis d'enrichir le sol en élément minéraux et organiques et a ainsi facilité l'implantation d'un couvert végétal constitué d'espèces végétales à phénotype d'exclusion. Cette expérience in-situ a donc permis de mettre en avant la faisabilité d'un procédé de phytostabilisation dans la dépollution et la revalorisation de sites industriels.This work aims to the establishment of a phytostabilization process on an old industrial site, "La Vieille Usine" in Auzon (43, France). The pedochemical characterization revealed a polymetallic pollution by As, Pb, Sb, Cd, Cu. The As, by its total content and its bioavailability, is considered as the most concentrated and toxic. A floristic study noted a metallicolous flora dominated by elective pseudometallophyte species such as Agrostis capillaris, the dominant specie, Equisetum arvense, or Euphorbiaceae. Broadly speaking, the majority of species on the industrial site has accumulated very low amounts of pollutants (As, Pb) in these shoots. To better understand the trace element effects on different plants, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Cannabis sativa and Vicia faba were grown on the Auzon’s soil under controlled conditions. These data highlighted (i) the sensitivity of V. faba and the tolerance of S. nigrum to trace element pollution; (ii) for C. sativa, the maintenance of its physiological activity but a slowdown of its growth; (iii) the adaptative tolerance of A. capillaris to soil pollution. In addition, a hydroponics culture of S. nigrum and V. faba in the presence of different concentrations and different oxidation degrees (arsenite and arsenate) of inorganic As allowed to identify two main effects of As at physiological and biochemical level. First, it alters the structure and function of PSII, which seems more sensitive to As(III), and, secondly, it inhibits the carboxylase and oxygenase activities of Rubisco, the main target of As(V). These data were then used to conduct an in-situ experiment based on a phytostabilization process on the industrial wasteland of Auzon. The effects of the combination of an grassland species association with a zerovalent iron shot and/or compost amendment were characterized. The addition of iron shot on the soil completed with compost decreased the available fraction of As and to a lesser extent Sb. Moreover, the amendments allowed to enrich the soil with mineral and organic elements and to facilitate the establishment of vegetal cover composed by tolerant plants with an exclusion phenotype. This in-situ experience enabled to highlight the feasibility of a phytostabilization method in the depollution of industrial sites as in their enhancement

Aspects physiologiques et biochimiques de la tolérance à l'arsenic chez les plantes supérieures dans un contexte de phytostabilisation d'une friche industrielle

This work aims to the establishment of a phytostabilization process on an old industrial site, "La Vieille Usine" in Auzon (43, France). The pedochemical characterization revealed a polymetallic pollution by As, Pb, Sb, Cd, Cu. The As, by its total content and its bioavailability, is considered as the most concentrated and toxic. A floristic study noted a metallicolous flora dominated by elective pseudometallophyte species such as Agrostis capillaris, the dominant specie, Equisetum arvense, or Euphorbiaceae. Broadly speaking, the majority of species on the industrial site has accumulated very low amounts of pollutants (As, Pb) in these shoots. To better understand the trace element effects on different plants, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Cannabis sativa and Vicia faba were grown on the Auzon’s soil under controlled conditions. These data highlighted (i) the sensitivity of V. faba and the tolerance of S. nigrum to trace element pollution; (ii) for C. sativa, the maintenance of its physiological activity but a slowdown of its growth; (iii) the adaptative tolerance of A. capillaris to soil pollution. In addition, a hydroponics culture of S. nigrum and V. faba in the presence of different concentrations and different oxidation degrees (arsenite and arsenate) of inorganic As allowed to identify two main effects of As at physiological and biochemical level. First, it alters the structure and function of PSII, which seems more sensitive to As(III), and, secondly, it inhibits the carboxylase and oxygenase activities of Rubisco, the main target of As(V). These data were then used to conduct an in-situ experiment based on a phytostabilization process on the industrial wasteland of Auzon. The effects of the combination of an grassland species association with a zerovalent iron shot and/or compost amendment were characterized. The addition of iron shot on the soil completed with compost decreased the available fraction of As and to a lesser extent Sb. Moreover, the amendments allowed to enrich the soil with mineral and organic elements and to facilitate the establishment of vegetal cover composed by tolerant plants with an exclusion phenotype. This in-situ experience enabled to highlight the feasibility of a phytostabilization method in the depollution of industrial sites as in their enhancement.Ce travail a pour objectif la mise en place d'un procédé de phytostabilisation sur un ancien site industriel, la Vieille Usine d'Auzon (43, France). La caractérisation pédochimique du site atelier a révélé une pollution polymétallique par l'As, Pb, Sb, Cd et Cu. L'As, de par sa concentration totale et sa biodisponibilité dans le sol, est considéré comme le polluant le plus présent et le plus toxique. L'étude floristique réalisée sur le site a relevé une flore métallicole dominée par des pseudométallophytes électives telles que Agrostis capillaris, Equisetum arvense, ou les Euphorbiacées. De manière générale, la majorité des espèces présentes sur la friche industrielle a accumulé de très faibles quantités de polluants (As, Pb) dans ces parties aériennes. Dans un deuxième temps, les travaux ont porté sur les effets induits par les ETM au niveau physiologique et biochimique chez des modèles végétaux, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Vicia faba et Cannabis sativa. Ces données ont mis en évidence la sensibilité de V. faba et la tolérance de S. nigrum à la pollution aux ETM, un maintien de l'activité physiologique mais un ralentissement de la croissance de C. sativa sur sol pollué et une tolérance adaptative d'A. capillaris à la pollution du sol. Par ailleurs, une culture en hydroponie de S. nigrum et V. faba en présence d'As inorganique, arsénite et arséniate, à différentes concentrations a permis de mettre en évidence deux effets de l'As. Celui-ci a provoqué une altération de la structure et du fonctionnement des PSII, plus sensibles à l'As(III), et, une inhibition de l'activité oxygénase et carboxylase de la Rubisco, cible privilégiée de l'As(V). Enfin, ces résultats ont été utilisés dans le cadre de l'expérimentation in situ pour la validation d'un procédé de phytostabilisation sur la friche industrielle d'Auzon. Les effets de la combinaison d'une association d'espèces prairiales et d'un amendement de grenaille de fer zérovalent ou/et de compost ont pu être caractérisés. L'ajout de grenaille de fer au sol complété par un apport de compost a accentué la réduction de la disponibilité de l'As et dans une moindre mesure de Sb. De plus, il a permis d'enrichir le sol en élément minéraux et organiques et a ainsi facilité l'implantation d'un couvert végétal constitué d'espèces végétales à phénotype d'exclusion. Cette expérience in-situ a donc permis de mettre en avant la faisabilité d'un procédé de phytostabilisation dans la dépollution et la revalorisation de sites industriels

Aspects physiologiques et biochimiques de la tolérance à l'arsenic chez les plantes supérieures dans un contexte de phytostabilisation d'une friche industrielle

Ce travail a pour objectif la mise en place d'un procédé de phytostabilisation sur un ancien site industriel, la Vieille Usine d'Auzon (43, France). La caractérisation pédochimique du site atelier a révélé une pollution polymétallique par l'As, Pb, Sb, Cd et Cu. L'As, de par sa concentration totale et sa biodisponibilité dans le sol, est considéré comme le polluant le plus présent et le plus toxique. L'étude floristique réalisée sur le site a relevé une flore métallicole dominée par des pseudométallophytes électives telles que Agrostis capillaris, Equisetum arvense, ou les Euphorbiacées. De manière générale, la majorité des espèces présentes sur la friche industrielle a accumulé de très faibles quantités de polluants (As, Pb) dans ces parties aériennes. Dans un deuxième temps, les travaux ont porté sur les effets induits par les ETM au niveau physiologique et biochimique chez des modèles végétaux, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Vicia faba et Cannabis sativa. Ces données ont mis en évidence la sensibilité de V. faba et la tolérance de S. nigrum à la pollution aux ETM, un maintien de l'activité physiologique mais un ralentissement de la croissance de C. sativa sur sol pollué et une tolérance adaptative d'A. capillaris à la pollution du sol. Par ailleurs, une culture en hydroponie de S. nigrum et V. faba en présence d'As inorganique, arsénite et arséniate, à différentes concentrations a permis de mettre en évidence deux effets de l'As. Celui-ci a provoqué une altération de la structure et du fonctionnement des PSII, plus sensibles à l'As(III), et, une inhibition de l'activité oxygénase et carboxylase de la Rubisco, cible privilégiée de l'As(V). Enfin, ces résultats ont été utilisés dans le cadre de l'expérimentation in situ pour la validation d'un procédé de phytostabilisation sur la friche industrielle d'Auzon. Les effets de la combinaison d'une association d'espèces prairiales et d'un amendement de grenaille de fer zérovalent ou/et de compost ont pu être caractérisés. L'ajout de grenaille de fer au sol complété par un apport de compost a accentué la réduction de la disponibilité de l'As et dans une moindre mesure de Sb. De plus, il a permis d'enrichir le sol en élément minéraux et organiques et a ainsi facilité l'implantation d'un couvert végétal constitué d'espèces végétales à phénotype d'exclusion. Cette expérience in-situ a donc permis de mettre en avant la faisabilité d'un procédé de phytostabilisation dans la dépollution et la revalorisation de sites industriels.This work aims to the establishment of a phytostabilization process on an old industrial site, "La Vieille Usine" in Auzon (43, France). The pedochemical characterization revealed a polymetallic pollution by As, Pb, Sb, Cd, Cu. The As, by its total content and its bioavailability, is considered as the most concentrated and toxic. A floristic study noted a metallicolous flora dominated by elective pseudometallophyte species such as Agrostis capillaris, the dominant specie, Equisetum arvense, or Euphorbiaceae. Broadly speaking, the majority of species on the industrial site has accumulated very low amounts of pollutants (As, Pb) in these shoots. To better understand the trace element effects on different plants, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Cannabis sativa and Vicia faba were grown on the Auzon s soil under controlled conditions. These data highlighted (i) the sensitivity of V. faba and the tolerance of S. nigrum to trace element pollution; (ii) for C. sativa, the maintenance of its physiological activity but a slowdown of its growth; (iii) the adaptative tolerance of A. capillaris to soil pollution. In addition, a hydroponics culture of S. nigrum and V. faba in the presence of different concentrations and different oxidation degrees (arsenite and arsenate) of inorganic As allowed to identify two main effects of As at physiological and biochemical level. First, it alters the structure and function of PSII, which seems more sensitive to As(III), and, secondly, it inhibits the carboxylase and oxygenase activities of Rubisco, the main target of As(V). These data were then used to conduct an in-situ experiment based on a phytostabilization process on the industrial wasteland of Auzon. The effects of the combination of an grassland species association with a zerovalent iron shot and/or compost amendment were characterized. The addition of iron shot on the soil completed with compost decreased the available fraction of As and to a lesser extent Sb. Moreover, the amendments allowed to enrich the soil with mineral and organic elements and to facilitate the establishment of vegetal cover composed by tolerant plants with an exclusion phenotype. This in-situ experience enabled to highlight the feasibility of a phytostabilization method in the depollution of industrial sites as in their enhancement.CLERMONT FD-Bib.électronique (631139902) / SudocSudocFranceF

Diversité des communautés de microarthropodes dans des sols agricoles (Sud-Ouest de la France) : influence des facteurs environnementaux et bioaccumulation de métaux traces

International audienceCultivated soils are under the influence of mechanical tillage and diffuse metal pollution of anthropogenic origin from atmospheric deposits and agricultural inputs. Communities of microarthropods (springtails and oribatid, gamasid and actinedid mites), living in surface horizons, play an essential role in the soil functioning. This work aims to assess the influence of some agricultural practices, physico-chemical characteristics and metal contamination on the structure and specific richness of microarthropod communities. The main types of agricultural soils, representative of current agricultural activities in the Midi-Pyrénées region, and the associated microarthropods were sampled. Physico-chemical parameters and total concentrations of trace metals (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb) in soils and microarthropods were determined, as well as the fraction of labile metals using sequential extractions and EDTA chemical extraction. The results indicate that land cover influences the diversity and abundance of microarthropods. Indeed, cereal crop soils have a lower abundance and diversity of microarthropods than grassland, vineyard or orchard soils. Moreover, a positive and significant correlation was demonstrated between the total organic carbon and total nitrogen contents of the soil and the abundance of microarthropods. On the contrary, mites and springtails are not impacted by the trace metal concentrations measured in agricultural soils. The ability to bioaccumulate metals in microarthropods is mainly related to trophic levels, with gamasid and actinedid mites (predators) accumulating more than springtails and oribatid mites (detritivores). Finally, the accumulation of metals, partly regulated by their availability in the soil, is also dependent on their affinity and toxicity for microarthopods, in particular for groups of detritivores. Consequently, the communities of microarthropods, and in particular the springtail populations, are of interest, due to their bioaccumulation capacity, for evaluating the levels of trace metals in agricultu-ral soils and can serve as a bioindicator of the impact of disturbances in the soil related to soil tillage and agricultural practices

Diversité des communautés de microarthropodes dans des sols agricoles (Sud-Ouest de la France) : influence des facteurs environnementaux et bioaccumulation de métaux traces

International audienceCultivated soils are under the influence of mechanical tillage and diffuse metal pollution of anthropogenic origin from atmospheric deposits and agricultural inputs. Communities of microarthropods (springtails and oribatid, gamasid and actinedid mites), living in surface horizons, play an essential role in the soil functioning. This work aims to assess the influence of some agricultural practices, physico-chemical characteristics and metal contamination on the structure and specific richness of microarthropod communities. The main types of agricultural soils, representative of current agricultural activities in the Midi-Pyrénées region, and the associated microarthropods were sampled. Physico-chemical parameters and total concentrations of trace metals (Cr, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb) in soils and microarthropods were determined, as well as the fraction of labile metals using sequential extractions and EDTA chemical extraction. The results indicate that land cover influences the diversity and abundance of microarthropods. Indeed, cereal crop soils have a lower abundance and diversity of microarthropods than grassland, vineyard or orchard soils. Moreover, a positive and significant correlation was demonstrated between the total organic carbon and total nitrogen contents of the soil and the abundance of microarthropods. On the contrary, mites and springtails are not impacted by the trace metal concentrations measured in agricultural soils. The ability to bioaccumulate metals in microarthropods is mainly related to trophic levels, with gamasid and actinedid mites (predators) accumulating more than springtails and oribatid mites (detritivores). Finally, the accumulation of metals, partly regulated by their availability in the soil, is also dependent on their affinity and toxicity for microarthopods, in particular for groups of detritivores. Consequently, the communities of microarthropods, and in particular the springtail populations, are of interest, due to their bioaccumulation capacity, for evaluating the levels of trace metals in agricultu-ral soils and can serve as a bioindicator of the impact of disturbances in the soil related to soil tillage and agricultural practices

LONG-TERM stability of arsenic in iron amended contaminated soil

This study aimed at elucidating the long-term efficiency of soil remediation where chemical stabilization of arsenic (As) contaminated soil using zerovalent iron (Fe) amendments was applied. A combination of chemical extraction and extended X-Ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy technique was applied on soils collected from five laboratory and field experiments in Sweden and France. All soils were treated with 1 wt% of zerovalent Fe grit 2e15 years prior to the sampling. The results indicate that all studied soils, despite the elapsed time since their amendment with Fe grit, had substantial amounts of ferrihydrite and/or lepidocrocite. These metastable and the most reactive Fe (oxyhydr)oxides (mainly ferrihydrite) were still present in substantial amounts even in the soil that was treated 15 years prior to the sampling and contributed most to the As immobilisation in the amended soils. This increases confidence in the long-term efficiency of As immobilisation using zerovalent Fe amendments. Both applied methods, sequential extraction and EXAFS, were in line for most of the samples in terms of their ability to highlight As immobilisation by poorly crystalline Fe phases

Utilisation de la biosurveillance lichénique sur la zone industrialo-portuaire de Fos-sur-Mer : retour sur trois ans de suivi à l'échelle d'un territoire intercommunal

La méthode de biosurveillance de la qualité de l'air par les lichens a été appliquée au territoire intercommunal du SAN Ouest-Provence qui abrite la zone industrialo-portuaire de Fos-sur-Mer et qui jouxte les complexes pétrochimiques du pourtour de l'étang de Berre. Ces travaux ont exploité les deux aspects offerts par la biosurveillance lichénique, à savoir le lien entre qualité de l'air et diversité lichénique d'une part (9 stations) et bioaccumulation des contaminants (métaux, HAP, dioxines/furanes) dans les thalles de Xanthoria parietina, d'autre part (20 stations). Les observations effectuées indiquent une atteinte à la biodiversité lichénique lorsqu'on se rapproche des grands centres industriels locaux, celle-ci diminuant de 22 espèces en zone éloignée à 10 espèces (pour un Indice de Pureté Atmosphérique, IPA, allant de 99,5 à 42,7, respectivement). Inversement, les teneurs en contaminants mesurées dans X. parietina augmentent fortement avec la proximité industrielle, avec des rapports de concentrations atteignant un facteur 10 à 100 selon les polluants considérés. On dénote également une plus grande disparité des concentrations en polluants, pouvant s'expliquer par une plus grande dépendance vis-à-vis des conditions météo en zone industrielle, et notamment de vent. Ceci met l'accent sur la spécificité associée à l'aspect fixe, permanent et localisé (souvent canalisé) des émissions industrielles, qui contraste avec le caractère plus diffus, notamment des émissions urbaines, que ce soit pour le trafic routier ou le secteur résidentiel. Ces travaux montrent la complémentarité des deux aspects de la biosurveillance lichénique et, ici encore, leur aptitude à mesurer les impacts des activités anthropiques sur la qualité de l'air. Ils révèlent aussi l'inadéquation de la réglementation appliquée par les industriels sur le suivi par biosurveillance, qui se cantonne généralement au voisinage immédiat de leurs installations. Ils pointent au contraire le besoin d'une surveillance intégrée sur un territoire défini de manière cohérente avec son usage et ses spécificités et incluant les zones d'habitation qui doivent même figurer au centre de la biosurveillance atmosphérique

Teneurs naturelles et apports anthropiques en éléments traces dans les sols à l’ouest de l’étang de Berre

International audienc