Modelling trace metal background to evaluate anthropogenic contamination in arable soils of south-western France

The trace metal (TM) content in arable soils has been monitored across a region of France characterised by a large proportion of calcareous soils. Within this particular geological context, the objectives were to first determine the natural levels of trace metals in the soils and secondly, to assess which sites were significantly contaminated. Because no universal contamination assessment method is currently available, four different methods were applied and compared in order to facilitate the best diagnosis of contamination. First, the TM geochemical background was determined by using basic descriptive statistics and linear regression models calculated with semi-conservative major elements as predictors. The natural concentrations of trace metals varied greatly due to the high soil heterogeneity encountered on the regional scale and were more-or-less accurately modelled according to the considered TM. Second, the basic descriptive statistics and the linear regression methods were then compared with the enrichment factor (EF) method and multivariate analysis (PCA), in order to evaluate whether the concentrations measured in soils were abnormally high or not. The advantages and disadvantages of each method were discussed and their results used to identify the most probable contamination cases, the influence of the soils characteristics, as well as the agricultural land cover. The basic descriptive method was good as a first and easy approach to describe the TM ambient concentrations, but may misinterpret the natural anomalies as contaminations. Based on geochemical associations, the linear regression method provided more realistic results even if the relationships between major and trace metals were not significant for the most mobile TM. The EF method was useful to identify high point source contaminations, but it was not suitable when considering a large dataset of low TM concentrations. Finally, the PCA method was a good preliminary tool for the description of the global TM concentrations in a studied area, but it could only give indication on the highest contaminated points. By comparing the results of the different methods in the studied region, we estimated that 24% of the arable soils were contaminated by at least one trace metal, mainly Cu in vineyards/orchards and Cd, Pb and/or Zn in grazing lands. In addition, the calcareous soils exhibited globally higher natural and anthropogenic TM concentrations than non-calcareous soils, probably because of the lower TM mobility at alkaline pH

Indice de multifonctionnalité potentielle des sols de la région Occitanie

Laboratoire Écologie Fonctionnelle et Environnement, LISAH. Financements Région Occitanie, FEDER, Ministère de l’Agriculture et de l’AlimentationDans le cadre du projet ARTISOLS, le Laboratoire Écologie Fonctionnelle et Environnement et le LISAH ont développé une méthode permettant d’aider à répondre à la question suivante : quels sont les sols à protéger de l’artificialisation pour assurer la sécurité alimentaire de la région Occitanie dans 100 ans, tout en minimisant l’impact des activités agricoles sur l’environnement ? Un indice de multifonctionnalité potentielle des sols a ainsi été développé.L’évaluation s’appuie ici sur trois services écosystémiques, sélectionnés comme trois préoccupations agronomiques et environnementales actuelles des aménageurs et pouvant être traitées à l’échelle régionale. Il s’agit de (1) la production d’aliments, de biomasse et de fibres, (2) la régulation des crues et de la qualité des eaux de surface et souterraines et (3) la régulation du climat.Ces services écosystémiques sont caractérisés dans l’indice de multifonctionnalité potentielle des sols par l’agrégation de fonctions du sol pour un usage donné. Les fonctions à privilégier dépendent des services écosystémiques ciblés et donc des usages du sol d’intérêt. Dans le cadre d’ARTISOLS, les quatre fonctions du sol étudiées sont la fonction d’habitat physique pour la croissance végétale, la fonction d’habitat chimique pour la croissance végétale, la fonction de rétention et transferts d’eau et de polluants et enfin, la fonction de séquestration du carbone. Les usages agricoles du sol pris en compte dans l’évaluation sont les cultures annuelles et les prairies temporaires, les cultures pérennes et les prairies permanentes.L’indice de multifonctionnalité potentielle des sols utilise les données du Référentiel Régional Pédologique harmonisé de la région Occitanie, à l’échelle 1/250 000. Deux types de couches cartographiques ont été produites (format shapefile). La première est une carte de zonage des sols à fort indice de multifonctionnalité potentielle. La deuxième correspond à la carte intermédiaire du service de production d’aliments, de biomasse et de fibres

Particle size and metal distributions in anaerobically digested pig slurry

International audienceParticle size distribution and trace element patterns were studied in a full-scale anaerobic digestion plant treating pig slurry. Mass balance was established for major (N, P, K, Ca, Fe, Mg and S) and minor (Al, Cu, Mn and Zn) elements. Most of the elements were conserved through the process but part of the P, Ca, Mg and Mn was deposited as crystals lining the digester. In the dry matter of the slurry, Cu and Zn occurred at between 170 and 2600 mg/kg due to pig diet supplements. Analyses of particle size distributions in raw and digested slurries showed a general shift in distribution towards larger sizes due to degradation of small and easily degradable particles as well as formation of large microbial filaments. Graded sieving of digested slurry showed metals to be mainly present on 3–25 um particles. Less than 2% Cu and Zn was removed by passage through a 250 um rotary screen

Développement et spatialisation d'un indice de multifonctionnalité des sols pour la caractérisation des espaces potentiellement perdus par l'artificialisation en région Occitanie

National audienceEntre 2006 et 2014, les sols artificialisés ont progressé en moyenne de 60 000 ha/an sur le territoire national. Cette artificialisation du sol s’est faite pour deux tiers aux dépens des terres agricoles (SSP – Agreste – Enquêtes Teruti-Lucas). Dans ce contexte, le projet ARTISOLS s’est donné pour objectif de fournir une information cartographique permettant d’apprécier le préjudice d’une perte en sol par artificialisation en région Occitanie. Une partie du projet s’attache ainsi à développer un indice de multifonctionnalité des sols (IMS) et à définir la méthode de spatialisation la plus adaptée à son utilisation par les acteurs de l’aménagement.Afin de discriminer la multifonctionnalité des sols de la région, la démarche conceptuelle du projet UQUALISOL-ZU (Robert et al., 2012) a été reprise. Elle a été adaptée en termes de services écosystémiques, de fonctions du sol et d’indicateurs à prendre en compte afin de correspondre aux problématiques et à l’échelle régionale de l’évaluation. Cette méthode permet de représenter la multifonctionnalité des sols à travers les concepts de services écosystémiques et de fonctions du sol. Les sols les plus multifonctionnels sont considérés comme les sols à préserver de l’artificialisation. L’évaluation s’appuie sur trois services écosystémiques, sélectionnés comme trois préoccupations agronomiques et environnementales actuelles des aménageurs et pouvant être traitées à l’échelle régionale du projet. Il s’agit (i) de la production d’aliments, de biomasse et de fibres, (ii) de la régulation des crues et de la qualité des eaux de surface et souterraines et (iii) de la régulation du climat.Deux approches ont été testées afin de spatialiser l’IMS. La première utilise les données surfaciques (i.e., les propriétés de sols et les polygones des unités cartographiques de sols) du Référentiel Régional Pédologique de la région Occitanie, récemment construit par l’harmonisation des bases de données des deux anciennes régions Midi-Pyrénées et Languedoc-Roussillon. La deuxième approche utilise la cartographie des sols par modélisation statistique sur les profils de sols contenus dans le Référentiel Régional Pédologique, afin de prédire les propriétés de sols nécessaires au calcul de l’IMS sur l’ensemble de la surface régionale ou pour prédire directement le résultat de l’IMS. La cartographie des sols par modélisation statistique permet de produire des cartes de l’IMS à une plus haute résolution spatiale et d’exprimer l’incertitude associée à la prédiction

Development and spatialization of a soil potential multifunctionality index for agriculture (Agri-SPMI) at the regional scale. Case study in the Occitanie region (France)

International audienceEurope is faced to a competing demand for areas suitable for agriculture and areas suitable for urban development. To help building the general guidelines necessary for a sustainable development at the regional scale, we developed a soil potential multifunctionality index for agriculture (Agri-SPMI), which used the concepts of soilbased ecosystem services and soil functions. It considered the provision of a physical and chemical habitat for plant growth functions, the retention and transfer of water and pollutants function, and the carbon storage function. Three agricultural land uses were considered in this index: arable lands, perennial crops, and pastures. The assessment of the Agri-SPMI was done over a large territory, using a small set of inherent soil properties available in the French soil survey database at 1:250,000 scale. The output was in the form of two maps, which can be viewed in a GIS software: a map of areas with high Agri-SPMI and a map of the service of food, biomass, and fiber production. The concept of soil multifunctionality allowed highlighting environmental issues related to agriculture and to encourage land planners to take them into account in addition to the agronomic potential of soils. The framework used is fully transferable to other scales, other soil contexts, or other ecosystem services, with adaptation of the soil properties considered. Abbreviations Agri-SPMI soil potential multifunctionality index for agriculture SMU soil mapping unit STU soil typological uni

Valorisation des données de sols pour la gestion des territoires

National audienc

Adsorption of Aclonifen, Alachlor, Cd and Cu onto Natural River Suspended Matter in the Context of Multi-Pollutions: Influence of Contaminant Co-Presence and Order of Input into the Aqueous Solution

International audienceIn the environment, a pollutant is rarely present alone, and other contaminants can influence its fate. To investigate the influence of the presence of other pollutants on the sorption of pesticides and trace metals (TM), the adsorption of Aclonifen, alachlor, Cd and Cu onto suspended particulate matter (SPM) was studied. SPM was isolated during the flood event of May 2010 in the Save agricultural watershed of SW France. Adsorption equilibrium was reached after 2 h of contact with SPM for pesticides and 24 h for TM. To simulate natural conditions, the SPM load allowing a maximum adsorption of pollutants was set at 1 g L-1 and the concentration of pollutants at 10 g L-1. These factors being established, the co-presence experiments showed that most contaminants were influenced by the presence of other pollutant(s) in the water, trace metals to a lesser extent than pesticides. The mutual influence can be either competition for the same adsorption sites or formation of new complexes between pollutants. These phenomena can modify the adsorption capacities of each pollutant. The order of introduction into the aqueous solution also influenced the amount of adsorption of pollutants onto SPM. These results open new perspectives on the fate of pollutants