Pesticide contamination interception strategy and removal efficiency in forest buffer and artificial wetland in a tile-drained agricultural watershed

Yves couqet : present adress : UMR7327 on sept. 2012International audiencePesticide pollution is a major threat to aquatic ecosystems that can be mitigated through complementary actions including buffer zones (BZs). This paper discusses the results of 3 yr of field-scale monitoring of the concentration and load transfer of 16 pesticides out of a tile-drained catchment (Bray, France) and their reduction through two BZ: an artificial wetland (AW) and a forest buffer (FB). Typically, the highest concentrations were measured in the first flows following pesticide applications or resuming after periods of low or no flow. An open/close water management strategy was implemented to operate the parallel BZ based on pesticide applications by the farmer. The strategy was efficient in intercepting molecules whose highest concentrations occurred during the first flows following application. Inlet vs. outlet pesticide load reductions ranged from 45% to 96% (AW) and from −32% to 100% (FB) depending on the pesticide molecule and the hydrological year. Partly reversible adsorption was a dominant process explaining pesticide removal; whereas, degradation occurred for sufficiently long water retention time. Apart from the least sorbing molecules (e.g., isoproturon), BZ can partially remove pesticide pollution

Modelling of a constructed wetland for pesticide mitigation

10 p.International audienceThe Water Framework Directive and the Ecophyto 2018 plan provides for measures against water chemical pollution. In the agricultural context, pesticide are a real stress for surrounding environment. Measures have been taken to reduce this stress, namely the reduction of chemical application, and the implantation of buffer zones like artificial wetland at the outlet of the agricultural watershed. A PhD thesis has begun in November 2012 on the modelling of the wetland functioning for pesticide mitigation. This work takes place in the team TAPAHS in the unit Hydrosystem and Bioprocesses of the Institute Irstea. The motivation of this work takes birth in the preceding studies of the team on the removal efficiency of a wetland regarding several pesticides. Several tools are yet available to reach our objectives. An experimental site has been instrumented in the city of Rampillon (France) and a state of art is under construction. The bibliography's study focus on two subjects: the tracer experiments and the constructed wetlands models which have been developed. These tools lead to a methodology which we propose to follow for the next steps of the PhD thesis

Fonctionnement du drainage au sein d'une oasis modernisée du sud tunisien. Cas de l'oasis de Fatnassa Nord à Kébili, Tunisie

Un dispositif pérenne de suivi de l'irrigation et du drainage a été mis en place par l'INRGREF et le Cemagref dans l'oasis de Fatnassa Nord. Ce dispositif expérimental permet un suivi temporel des volumes et des concentrations en sels des eaux d'irrigation et de drainage au niveau parcellaire et de l'ensemble du périmètre (l'oasis) et ce en vue de décrire et d'évaluer l'efficience de ces systèmes « récents » dans ce contexte oasien. Ceci nous a amené à caractériser et à quantifier les bilans hydrique et salin au niveau de l'oasis (114 ha) et d'une parcelle (0,8 ha), et de faire le lien avec les modalités de gestion de l'irrigation au sein des exploitations. Dans ce contexte, quelques résultats obtenus entre avril 2003 et septembre 2005 sont présentés dans cette communication. A l'échelle de la parcelle, l'analyse piézométrique met en évidence une très forte dynamique de la nappe superficielle suite aux irrigations, qui témoignent d'une remontée systématique de cette nappe à chaque irrigation et d'une vitesse de tarissement assez liée à la demande climatique. En termes de sels apportés, ces cumuls correspondent respectivement à 48,4 ; 30,4 et 23,3 t/ha de sels. Cela montre l'importance cruciale du drainage et de l'apport d'une fraction de lessivage pour mieux contrôler cette salinité. Les mesures au niveau de la sortie ont montré une variation saisonnière de la fraction drainée et en fonction du volume apporté à chaque tour d'eau. Par ailleurs, on a estimé l'exportation de sels due au pompage au niveau de cette parcelle vers les extensions et qui représente un ordre de grandeur quadruple de celui du drainage, soit de 60 tonnes /ha /an. Cette pratique traduit une gestion hydrosaline complexe entre l'oasis et les extensions et il est nécessaire de mieux estimer le poids de cette gestion dans l'établissement du bilan notamment à l'échelle du périmètre. A l'échelle de l'oasis, les différents termes du bilan hydrosalin (entrée - sortie) révèlent un bilan déficitaire sur toute la période de mesure. Les quantités d'eau et de sels sont estimées en entrée et en sortie du système sur deux années de mesure. Les entrées d'eau et de sels sont mesurées à l'échelle de la parcelle et extrapolées à l'échelle de l'oasis, et sont confirmées par les informations recueillies au niveau des forages. Les sorties par drainage souterrain sont mesurées indépendamment à deux exutoires. En revanche, les sorties de sel par l'écoulement naturel de la nappe vers le Chott n'ont pas été estimées. Au niveau des deux exutoires, 15 t/ha de sels ont été évacués par drainage sur 48 t/ha apportés pour l'année 1 et 5 t/ha ont été évacués sur 30 t/ha apportés pour l'année 2 avec une bonne répétabilité entre les deux exutoires. Le rapport correspondant entre volume de drainage et d'irrigation est de 11 % et 6 % respectivement aux deux années de mesure avec un coefficient de concentration quasi-constant de l'ordre de 2,8. Ces résultats traduisent un déficit respectif de 69 % et 84 % en termes de quantités de sels évacués par drainage. Ceci nous amène à nous interroger sur les performances techniques et économiques d'un tel système de drainage souterrain et sur sa pérennité dans ce milieu vu sa sensibilité au colmatage, constatée sur le terrain, par ensablement et pénétration des racines

The Role of Ponds in Pesticide Dissipation at the Agricultural Catchment Scale: A Critical Review

Ponds in agricultural areas are ubiquitous water retention systems acting as reactive biogeochemical hotspots controlling pesticide dissipation and transfer at the catchment scale. Several issues need to be addressed in order to understand, follow-up and predict the role of ponds in limiting pesticide transfer at the catchment scale. In this review, we present a critical overview of functional processes underpinning pesticide dissipation in ponds. We highlight the need to distinguish degradative and non-degradative processes and to understand the role of the sediment-water interface in pesticide dissipation. Yet it is not well-established how pesticide dissipation in ponds governs the pesticide transfer at the catchment scale under varying hydro-climatic conditions and agricultural operation practices. To illustrate the multi-scale and dynamic aspects of this issue, we sketch a modelling framework integrating the role of ponds at the catchment scale. Such an integrated framework can improve the spatial prediction of pesticide transfer and risk assessment across the catchment-ponds-river continuum to facilitate management rules and operations

Gérer les eaux de drainage agricole : du génie hydraulique au génie écologique

National audienceThe objective of land drainage is to remove excess water from the soil to promote it. However, land drainage generates impacts on natural environments that are important to understand in order to develop techniques that can be better taken into account environmental issues. After a synthesis of research work on the impact of water, this article presents solutions to limit these impacts on water regime and quality, with an emphasis on the contributions of ecological engineering.Pratique ancienne, dont l'objectif est d'évacuer les excès d'eau dans les sols pour en favoriser la culture, le drainage agricole génère toutefois des impacts sur les milieux naturels qu'il est important de comprendre pour faire évoluer les techniques vers une meilleure prise en compte des enjeux environnementaux. Après une synthèse des travaux de recherche sur l'impact des eaux de drainage sur la propagation des crues et sur le transfert des polluants d'origine agricole, cet article présente des solutions pour limiter ces impacts sur le régime et la qualité des eaux, en mettant l'accent sur les apports du génie écologique

Biodiversité et services écosystémiques des zones tampons humides artificielles de Rampillon (Seine-et-Marne)

National audienceArtificialisation of land and intensification of agricultural practices have led to the homogenization of landscapes and decline of biodiversity. In fact, the loss of habitat diversity leads to a decrease in species richness in many areas. Among various actions to address these challenges, ecological engineering is developing to restore ecosystem functions and services by relying on nature-based solutions. This is the case of the Artificial Wetland Buffer Zone (Zone Tampon Humide Artificielle, ZTHA) whose primary function is to improve the quality of water in agricultural drainage context. But it turns out that this tool also promotes habitat diversity in the context of field crops. In order to know the biodiversity of the ZTHA, inventories on 7 taxa (Amphibians, Chiroptera, Lepidoptera, Mammals, Odonata, Birds and Reptiles) were carried out in 2017. As a result, on an area of about 1 hectare it is possible to recover more than 40% of the species among the taxa of Amphibians, Odonates and Birds known in Île-de-France. ZTHA also promote green and blue corridors on a homogeneous territory which diversifies the landscape and promotes connectivity. In addition, pedagogical and recreational issues are added to the overall benefit with the installation of a learning path on the study site. The issues mentioned above stimulate ecosystem services and are shared on one land site: the ZTHA. Ultimately, their deployment on a larger scale is proposed, which will contribute to the ecological development of territories and allow agroecosystems to have a reduced environmental footprint. This article is the second in a trilogy presenting the different strengths of ZTHA to face current environmental issues.L’artificialisation des terres et l’intensification des pratiques agricoles ont conduit à l’homogénéisation des paysages et au déclin de la biodiversité. En effet, la perte de diversité des habitats naturels ou semi-naturels engendre une diminution de la richesse spécifique dans de nombreuses régions. Parmi diverses actions pour répondre à ces enjeux, les actions d’ingénierie écologique contribuentà restaurer les fonctions et services écosystémiques en s’appuyant sur des solutions fondées sur la nature. C’est le cas du dispositif de zone tampon humide artificielle (ZTHA) dont la fonction première est d’améliorer la qualité de l’eau en contexte de drainage agricole. Mais il s’avère que cet outil favorise également la diversité des habitats en contexte paysager de grandes cultures ayant subi de forts aménagements fonciers pour optimiser la productivité agricole. Afin d’évaluer l’impact des ZTHA sur le site expérimental de Rampillon sur la biodiversité, des inventaires sur sept taxons (Amphibiens, Chiroptères, Lépidoptères, Mammifères, Odonates, Oiseaux et Reptiles) ont été réalisés en 2017, soit 7 ans après leur construction. Il en résulte que, sur une surface d’environ 1 hectare, il est possible de retrouver plus de 40 % des espèces d’Amphibiens, d’Odonates et d’Oiseaux connues en Île-de-France. Les ZTHA favorisent également les trames vertes et bleues sur un territoire devenu homogène par les remembrements successifs, en diversifiant le paysage et en favorisant la connectivité entre les éléments naturels (rôle d’espace relais). En outre, les enjeux pédagogiques et récréatifs viennent s’ajouter au bénéfice global avec l’installation d’un parcours pédagogique sur le site d’étude. Ainsi, les ZTHA sont un support nouveau à la fourniture de services écosystémiques tout en étant mutualisés sur un seul site foncier. In fine, leur déploiement à plus large échelle est proposé, ce qui participera à l’aménagement écologique des territoires et permettra aux agroécosystèmes de tendre vers une empreinte environnementale réduite

Denitrifying bio-cathodes developed from constructed wetland sediments exhibit electroactive nitrate reducing biofilms dominated by the genera Azoarcus and Pontibacter

International audienceTo limit the nitrate contamination of ground and surface water, stimulation of denitrification by electrochemical approach is an innovative way to be explored. Two nitrate reducing bio-cathodes were developed under constant polarization (-0.5 V vs SCE) using sediments and water from a constructed wetland (Rampillon, Seine-et-Marne, France). The bio-cathodes responded to nitrate addition on chronoamperometry through an increase of the reductive current. The denitrification efficiency of the pilots increased by 47% compared to the negative controls without electrodes after polarization. 16S rRNA gene sequencing of the biofilms and sediments evidenced the significant and discriminating presence of the Azoarcus and Pontibacter genera in the biofilms from biocathodes active for nitrate reduction. Our study shows the possibility to promote the development of efficient Azoarcus-dominated biocathodes from freshwater sediment to enhance nitrate removal from surface waters

Carbon availability limits potential denitrification in watercress farm sediment

absen

Coupling of a subsurface drainage model with a soil reservoir model to simulate drainage discharge and drain flow start

International audienc