Ecodynamique des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et des communautés microbiennes dans des sols à pollution mixte (HAP, métaux) avant et après traitement par biopile et par désorption thermique : influence de la rhizosphère et de la mycorhization

Former industrial multicontaminated soils (PAH, MTE) pose problems for their treatment because remediation techniques (e.g. biopile, thermal desorption) do not eliminate completely pollutants and because its could be affected physicochemical and biological soil properties. Phytoremediation technologies could be a strategy for polluted soils restoration. The aims of this study were (i) to characterize the biological properties of contaminated soils before and after remediation treatments (biopile and thermal desorption), (ii) to investigate the effect of mycorrhizal fungi and nutrients on the growth of alfalfa on contaminated soils before and after remediation treatments, (iii) to study the dynamics of the pollutants in mycorrhizal and nonmycorrhizal plant rhizosphere and to characterize the microbial communities. We used industrial soils contaminated with PAH and to a lesser extent with MTE. .In pot experiments, the soils were inoculated or not with AM fungi and fertilised or not. These experiments showed that the survival and the growth of the plant on the contaminated and treated soils were dependent on the mycorhization. The PAH contents and availability in the rhizosphere decreased in these experiments though the AM fungi had no effect on the PAH contents. Various techniques (enumeration, PCR-TTGE, real-time PCR) showed the impact of the remediation treatments on the bacterial and the fungal population in soils. These results highlight the necessity to know the physico-chemical and the biological characteristics of the contaminated soils and the treated soils. The plant-MA fungi association are decisive for the remediation and the restoration of the soils properties.Les sols industriels ayant des contaminations multiples (HAP, ETM) posent des problèmes pour leur traitement car les techniques disponibles (ex. biopile, désorption thermique) ne diminuent pas l'ensemble de la pollution et modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La phytoremédiation peut être une technique alternative de traitement. Les objectifs de ce travail étaient (i) de caractériser les propriétés biologiques de sols contaminés ou traités par biopile ou par désorption thermique, (i) d'évaluer l'effet de la mycorhization et de la fertilisation sur la capacité de la luzerne à croître sur des sols avant et après remédiation (ii) d?étudier la dynamique des polluants dans la rhizosphère de plantes mycorhizées ou non et de caractériser les communautés microbiennes. Les sols étudiés proviennent de sites industriels contaminés en HAP et dans une moindre mesure en ETM. Des cultures de luzerne inoculée ou non par un champignon MA et/ou fertilisée ont montré que la survie et la croissance de la plante étaient dépendantes de la mycorhization. Les teneurs et la disponibilité des HAP dans la rhizosphère ont diminué en présence de plante tandis que le champignon MA, qui n'a pas d'effet sur la teneur en HAP. Différentes techniques (dénombrement, PCR-TTGE, PCR en temps réel) ont montré l'impact de la remédiation sur la microflore bactérienne et fongique du sol. Les résultats indiquent la nécessité de prendre en compte les caractéristiques physicochimiques et biologiques des sols contaminés et des sols traités. L'association plante-champignons MA sont certainement déterminants pour la remédiation et la restauration des propriétés de ces sols

Ecodynamics of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) and of microbial communities in soils polluted with PAH and heavy metals before and after treatment with biopile and thermal desorption : influence of the rhizosphere and of mycorrhizal colonization

Les sols industriels ayant des contaminations multiples (HAP, ETM) posent des problèmes pour leur traitement car les techniques disponibles (ex. biopile, désorption thermique) ne diminuent pas l’ensemble de la pollution et modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La phytoremédiation peut être une technique alternative de traitement. Les objectifs de ce travail étaient (i) de caractériser les propriétés biologiques de sols contaminés ou traités par biopile ou par désorption thermique, (i) d’évaluer l’effet de la mycorhization et de la fertilisation sur la capacité de la luzerne à croître sur des sols avant et après remédiation (ii) d’étudier la dynamique des polluants dans la rhizosphère de plantes mycorhizées ou non et de caractériser les communautés microbiennes. Les sols étudiés proviennent de sites industriels contaminés en HAP et dans une moindre mesure en ETM. Des cultures de luzerne inoculée ou non par un champignon MA et/ou fertilisée ont montré que la survie et la croissance de la plante étaient dépendantes de la mycorhization. Les teneurs et la disponibilité des HAP dans la rhizosphère ont diminué en présence de plante tandis que le champignon MA, qui n’a pas d’effet sur la teneur en HAP. Différentes techniques (dénombrement, PCR-TTGE, PCR en temps réel) ont montré l’impact de la remédiation sur la microflore bactérienne et fongique du sol. Les résultats indiquent la nécessité de prendre en compte les caractéristiques physicochimiques et biologiques des sols contaminés et des sols traités. L’association plante-champignons MA sont certainement déterminants pour la remédiation et la restauration des propriétés de ces sols.Former industrial multicontaminated soils (PAH, MTE) pose problems for their treatment because remediation techniques (e.g. biopile, thermal desorption) do not eliminate completely pollutants and because its could be affected physicochemical and biological soil properties. Phytoremediation technologies could be a strategy for polluted soils restoration. The aims of this study were (i) to characterize the biological properties of contaminated soils before and after remediation treatments (biopile and thermal desorption), (ii) to investigate the effect of mycorrhizal fungi and nutrients on the growth of alfalfa on contaminated soils before and after remediation treatments, (iii) to study the dynamics of the pollutants in mycorrhizal and nonmycorrhizal plant rhizosphere and to characterize the microbial communities. We used industrial soils contaminated with PAH and to a lesser extent with MTE. .In pot experiments, the soils were inoculated or not with AM fungi and fertilised or not. These experiments showed that the survival and the growth of the plant on the contaminated and treated soils were dependent on the mycorhization. The PAH contents and availability in the rhizosphere decreased in these experiments though the AM fungi had no effect on the PAH contents. Various techniques (enumeration, PCR-TTGE, real-time PCR) showed the impact of the remediation treatments on the bacterial and the fungal population in soils. These results highlight the necessity to know the physico-chemical and the biological characteristics of the contaminated soils and the treated soils. The plant-MA fungi association are decisive for the remediation and the restoration of the soils properties

Ecodynamique des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et des communautés microbiennes dans des sols à pollution mixte (HAP, métaux) avant et après traitement par biopile et par désorption thermique (influence de la rhizosphère et de la mycorhization)

Les sols industriels ayant des contaminations multiples (HAP, ETM) posent des problèmes pour leur traitement car les techniques disponibles (ex. biopile, désorption thermique) ne diminuent pas l ensemble de la pollution et modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La phytoremédiation peut être une technique alternative de traitement. Les objectifs de ce travail étaient (i) de caractériser les propriétés biologiques de sols contaminés ou traités par biopile ou par désorption thermique, (i) d évaluer l effet de la mycorhization et de la fertilisation sur la capacité de la luzerne à croître sur des sols avant et après remédiation (ii) d étudier la dynamique des polluants dans la rhizosphère de plantes mycorhizées ou non et de caractériser les communautés microbiennes. Les sols étudiés proviennent de sites industriels contaminés en HAP et dans une moindre mesure en ETM. Des cultures de luzerne inoculée ou non par un champignon MA et/ou fertilisée ont montré que la survie et la croissance de la plante étaient dépendantes de la mycorhization. Les teneurs et la disponibilité des HAP dans la rhizosphère ont diminué en présence de plante tandis que le champignon MA, qui n a pas d effet sur la teneur en HAP. Différentes techniques (dénombrement, PCR-TTGE, PCR en temps réel) ont montré l impact de la remédiation sur la microflore bactérienne et fongique du sol. Les résultats indiquent la nécessité de prendre en compte les caractéristiques physicochimiques et biologiques des sols contaminés et des sols traités. L association plante-champignons MA sont certainement déterminants pour la remédiation et la restauration des propriétés de ces sols.Former industrial multicontaminated soils (PAH, MTE) pose problems for their treatment because remediation techniques (e.g. biopile, thermal desorption) do not eliminate completely pollutants and because its could be affected physicochemical and biological soil properties. Phytoremediation technologies could be a strategy for polluted soils restoration. The aims of this study were (i) to characterize the biological properties of contaminated soils before and after remediation treatments (biopile and thermal desorption), (ii) to investigate the effect of mycorrhizal fungi and nutrients on the growth of alfalfa on contaminated soils before and after remediation treatments, (iii) to study the dynamics of the pollutants in mycorrhizal and nonmycorrhizal plant rhizosphere and to characterize the microbial communities. We used industrial soils contaminated with PAH and to a lesser extent with MTE. .In pot experiments, the soils were inoculated or not with AM fungi and fertilised or not. These experiments showed that the survival and the growth of the plant on the contaminated and treated soils were dependent on the mycorhization. The PAH contents and availability in the rhizosphere decreased in these experiments though the AM fungi had no effect on the PAH contents. Various techniques (enumeration, PCR-TTGE, real-time PCR) showed the impact of the remediation treatments on the bacterial and the fungal population in soils. These results highlight the necessity to know the physico-chemical and the biological characteristics of the contaminated soils and the treated soils. The plant-MA fungi association are decisive for the remediation and the restoration of the soils properties.NANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF

Real-Time PCR quantification of PAH-ring hydroxylating dioxygenase (PAH-RHDα) genes from Gram positive and Gram negative bacteria in soil and sediment samples

International audienceReal-Time PCR based assays were developed to quantify Gram positive (GP) and Gram negative (GN) bacterial populations that are capable of degrading the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in soil and sediment samples with contrasting contamination levels. These specific and sensitive Real-Time PCR assays were based on the quantification of the copy number of the gene that encodes the alpha subunit of the PAH-ring hydroxylating dioxygenases (PAH-RHDalpha), involved in the initial step of the aerobic metabolism of PAH. The PAH-RHDalpha-GP primer set was designed against the different allele types present in the data base (narAa, phdA/pdoA2, nidA/pdoA1, nidA3/fadA1) common to the Gram positive PAH degraders such as Rhodococcus, Mycobacterium, Nocardioides and Terrabacter strains. The PAH-RHDalpha-GN primer set was designed against the genes (nahAc, nahA3, nagAc, ndoB, ndoC2, pahAc, pahA3, phnAc, phnA1, bphAc, bphA1, dntAc and arhA1) common to the Gram negative PAH degraders such as Pseudomonas, Ralstonia, Commamonas, Burkholderia, Sphingomonas, Alcaligenes, Polaromonas strains. The PCR clones for DNA extracted from soil and sediment samples using the designed primers showed 100% relatedness to the PAH-RHDalpha genes targeted. Deduced from highly sensitive Real-Time PCR quantification, the ratio of PAH-RHDalpha gene relative to the 16S rRNA gene copy number showed that the PAH-bacterial degraders could represent up to 1% of the total bacterial community in the PAH-contaminated sites. This ratio highlighted a positive correlation between the PAH-bacterial biodegradation potential and the PAH-contamination level in the environmental samples studied

Resistance and Resilience of Soil Nitrogen Cycling to Drought and Heat Stress in Rehabilitated Urban Soils

International audienceIn the context of climate change and biodiversity loss, rehabilitation of degraded urban soils is a means of limiting artificialization of terrestrial ecosystems and preventing further degradation of soils. Ecological rehabilitation approaches are available to reinitiate soil functions and enhance plant development. However, little is known about the long-term stability of rehabilitated soils in terms of soil functions when further natural or anthropogenic perturbations occur. Based on rehabilitated urban soils, the present study sought to evaluate the resistance and resilience of soil functions linked to carbon cycling and phosphate dynamics in addition to nitrogen cycling and related microbial communities after a heat and drought stress. A laboratory experiment was conducted in microcosms under controlled temperature conditions, with four contrasted soils collected from a rehabilitated urban brownfield; an initial, non-rehabilitated soil (IS), a technosol with a high organic matter level (HO), and two technosols with less organic matter (LO1 and LO2), together with their respective controls (no stress). Changes in potential denitrification (PDR), nitrification (PNR) rates, and their interactive relationships with soil microbial activities and soil physicochemical properties were determined following a combined heat (40°C) and drought stress period of 21 days. Measurements were carried out immediately after the stress (resistance), and then also 5, 30, and 92 days after soil rewetting at 60% water holding capacity (resilience). Microbial activities involved in soil functions such as carbon cycling and phosphate dynamics proved to be of low resistance in all soils except for IS; however, they were resilient and recovered rapidly after rewetting. On the other hand, the microbial activities and gene abundances that were measured in relation to nitrogen cycling processes showed that for denitrification, activities were more rapidly resilient than gene abundances whereas for nitrification the activities and gene abundances were resilient in the same way. Results suggest that, unless the soils contain high amounts of organic matter, microbial communities in imported soils can be more vulnerable to environmental pressures such as drought and heat than communities already present. This should be considered when rehabilitating degraded soils

Sélection d'amendements organiques et minéraux pour diminuer la mobilité de contaminants (Pb, As, Ba, Zn) dans des résidus miniers: apport pour la phytostabilisation assistée

International audienceLes résidus miniers sont des sources majeures de contamination en métaux et métalloïdes dans l’environnement, de par leur dispersion lors de l’envol de particules ou leur lixiviation et transfert vers les nappes souterraines et les eaux superficielles. La stabilisation physique et géochimique de ces résidus acides, toxiques, pauvres en nutriments et de texture sableuse constitue un sérieux défi environnemental. En vue de faciliter le développement d’une couverture végétale et de diminuer la mobilité du Pb issu des résidus d'une ancienne mine d'Ag-Pb, des expériences de percolation en microcosmes ont été réalisées pour comparer l’efficacité d’amendements minéraux et organiques (Thouin et al., 2019). Ces résidus ont été mélangés avec 5% en poids d’«ochre», une boue minière riche en oxy-hydroxydes de fer, et avec du fumier de vache (0, 0,15, 1 et 2% en poids), et le résidu non amendé a servi de témoin. Les microcosmes ont été soumis à un arrosage hebdomadaire pendant 84 jours. L’ajout d’ochre a permis d’augmenter le pH de 4 à des valeurs comprises entre 7 et 8 et de diminuer considérablement la concentration en Pb dissous (de 13 à 15 mg.L-1 à 0,1 mg.L-1), sans croître significativement la mobilité de As, Ba et Zn. Les oxy-hydroxydes de fer ont ainsi adsorbé majoritairement Pb. Une augmentation transitoire de la diversité microbienne fonctionnelle et d’une lixiviation modérée de Pb (0,4 mg.L-1) a été observée par l’ajout de 1% et 2% de fumier avec un pic après un mois d’incubation, ces deux phénomènes étant liés à la maturation du fumier. Les microcosmes plantés ont révélé que la croissance du ray-grass était améliorée par l’ajout d’ochre et de fumier, avec une biomasse multipliée par 4,8 comparativement au résidu seul. La prochaine étape expérimentale concerne le suivi de la phytostabilisation à l'échelle métrique, en mésocosme instrumenté, avec les amendements sélectionnés et Agrostis capillaris, une espèce végétale naturellement présente sur le site minier

Sélection d'amendements organiques et minéraux pour diminuer la mobilité de contaminants (Pb, As, Ba, Zn) dans des résidus miniers: apport pour la phytostabilisation assistée

International audienceLes résidus miniers sont des sources majeures de contamination en métaux et métalloïdes dans l’environnement, de par leur dispersion lors de l’envol de particules ou leur lixiviation et transfert vers les nappes souterraines et les eaux superficielles. La stabilisation physique et géochimique de ces résidus acides, toxiques, pauvres en nutriments et de texture sableuse constitue un sérieux défi environnemental. En vue de faciliter le développement d’une couverture végétale et de diminuer la mobilité du Pb issu des résidus d'une ancienne mine d'Ag-Pb, des expériences de percolation en microcosmes ont été réalisées pour comparer l’efficacité d’amendements minéraux et organiques (Thouin et al., 2019). Ces résidus ont été mélangés avec 5% en poids d’«ochre», une boue minière riche en oxy-hydroxydes de fer, et avec du fumier de vache (0, 0,15, 1 et 2% en poids), et le résidu non amendé a servi de témoin. Les microcosmes ont été soumis à un arrosage hebdomadaire pendant 84 jours. L’ajout d’ochre a permis d’augmenter le pH de 4 à des valeurs comprises entre 7 et 8 et de diminuer considérablement la concentration en Pb dissous (de 13 à 15 mg.L-1 à 0,1 mg.L-1), sans croître significativement la mobilité de As, Ba et Zn. Les oxy-hydroxydes de fer ont ainsi adsorbé majoritairement Pb. Une augmentation transitoire de la diversité microbienne fonctionnelle et d’une lixiviation modérée de Pb (0,4 mg.L-1) a été observée par l’ajout de 1% et 2% de fumier avec un pic après un mois d’incubation, ces deux phénomènes étant liés à la maturation du fumier. Les microcosmes plantés ont révélé que la croissance du ray-grass était améliorée par l’ajout d’ochre et de fumier, avec une biomasse multipliée par 4,8 comparativement au résidu seul. La prochaine étape expérimentale concerne le suivi de la phytostabilisation à l'échelle métrique, en mésocosme instrumenté, avec les amendements sélectionnés et Agrostis capillaris, une espèce végétale naturellement présente sur le site minier

Relationship between initial soil microbial diversity and the quality of exogenous organic matter: Effect on carbon stability of Soil Organic Matter

International audienceIn a context of global climate change, carbon management is an important point. Therefore, the strategy of sequestration of stable carbon in agricultural soils is the preferred option to offset emissions of greenhouse gases. In addition, from an agronomic point of view, changing agricultural practices by Exogenous Organic Matter (EOM) inputs, allows to significantly increase the organic carbon storage in soils.The objectives of our work were to understand: i) the respective relationship between the chemical composition of Organic Waste Products (OWP) and the diversity of soil microbial communities, and ii) the effect of those communities on the degradation of organic matter.This study concentrated mainly on four organic waste products: green waste compost, green waste-sludge compost, sewage sludge and cattle manure mature. The degradation of these OWP was studied by incubation at 20°C for 6 months, in two agricultural soils that have different microbial diversity status (Permanent Grassland PG, Arable Cropping AC). The OWP were made at constant carbon (4g carbon/kg dry soil).The physicochemical characterization of the organic matter of the OWP and the soils was conducted to determine the total carbon and total nitrogen. Furthermore, thermal analysis has been proposed in order to assess their level of stability. Soil functional activity was measured through i) enzymatic activities including cellulase, xylanase, lipase, and alkaline phosphatase and ii) potential metabolic activity of heterotrophic bacteria with BiologTM ecoplate well system (average well color development (AWCD) and Richness (R)). In parallel, the dynamic of carbon mineralization was followed.Thermogravimetric analysis showed different levels of stability between the OWP. Indeed, the weight losses between 200 and 760°C was higher in order of importance, for the sewage sludge, green waste-sludge compost, cattle manure and green waste compost. These weight losses occurred mainly in two steps. At 210–320°C range, the peak observed was attributed to the combustion of carbohydrates, which were more important for sewage sludge (41%), even though the thermal degradation of the aromatic structures occurred at 400–679°C for green waste compost (16%). Moreover, the combination of these two results seemed to indicate that the organic matter is slightly more transformed in the first case than in the second. These results are in agreement with those obtained on the Van Soest biochemical fractionation of the OWP, and with Organic Matter Stability Index (OMSI). Preliminary results during the first 21 days of incubation indicated changes in microbial functions depending on the time of incubation, the nature of the OWP and the initial status of microbial diversity of soils. Indeed, the monitoring of the measured variables often indicated significant changes at 8 and 14 days of incubation. Moreover, the microbial community from the PG soil was more active than from the AC one, if we consider the functional activities or the carbon mineralization. Finally, adding the OWP favored carbon mineralization in both soils. However, the effects on microbial functions were more nuanced. In fact, in the PG soil, the EOM input did not change functional activities. In contrast, in the AC modality, the metabolic activity was generally higher when the OWP were added. However, the enzymatic activities were not stimulated by inputs. Green waste-sludge compost was hardly degraded by cultivable bacteria. We found that the metabolic activity (R, AWCD) was low and equivalent to the AC soil. The same result was observed with the dynamic of carbon mineralization.In summary, the first results of this study show that depending on the composition of the microbial communities of both soils and composition of the OWP, microbial activities seem to respond differently and more significantly for the AC soil and for stable OWP. To complete our study, it is necessary to conduct additional measurements on microbial community such as abundance (total DNA, carbon biomass) and diversity (bacterial and fungal DNAs) up to 6 months of soil incubation

Suivi in situ de l’écodynamique de pollutions mixtes (hydrocarbures aromatiques polycycliques, métaux) dans la rhizosphère

National audienc

Suivi in situ de l’écodynamique de pollutions mixtes (hydrocarbures aromatiques polycycliques, métaux) dans la rhizosphère

National audienc