Conséquences de la variabilité spatiale et temporelle de l anoxie sur le devenir du sélénium dans le sol

Abstract

Le sélénium est un micro-élément essentiel qui peut être toxique aux concentrations classiquement trouvées dans les sols et les sédiments. De plus, l un de ses isotopes est présent dans les déchets radioactifs de longue vie, faisant l objet de recherches sur la faisabilité d un stockage géologique profond. Les réactions du sélénium dans les sols et son impact sur les activités microbiennes ont été peu étudiés à des teneurs dites non toxiques. Les transformations du sélénium sont très sensibles à l aération, aux activités microbiennes et aux conditions d oxydoréduction qui peuvent être hétérogènes dans un sol structuré. Cette hétérogénéité, présente à différentes échelles (dans un profil vertical de sol, dans la rhizosphère, à proximité de matières organiques en décomposition et au centre des agrégats de sol), pourrait avoir de fortes conséquences sur les prédictions du devenir du sélénium faites à partir des valeurs moyennes de certains paramètres du sol. Cette étude a été réalisée en deux parties: des incubations d agrégats de sols en conditions contrôlées aérobies ou anaérobies strictes, une expérience avec des colonnes d agrégats de sol compactés où existait un gradient vertical d humidité, conduisant à des conditions d aération variables. Les activités respiratoires ont été suivies au cours du temps et des mesures ponctuelles ont permis de caractériser les changements au niveau des populations et activités microbiennes, et du fractionnement chimique du sélénium dans le sol. L ajout de sélénium a modifié les activités microbiennes, en particulier en conditions anaérobies, révélant de probables changements au sein des populations microbiennes. Les pertes nettes de sélénium par volatilisation ont été très différentes suivant les sols et pour l un des sols, elles ont augmenté avec la quantité de sélénium apportée. Ces pertes ont été plus importantes dans les colonnes de sol compactées que dans les sols incubés sans compactage. La mobilité verticale du sélénium dans les colonnes de sol a résulté de flux en solution mais aussi d autres processus mal identifiés. Le sélénium a été fortement immobilisé dans les sols anaérobies, à la fois dans la zone saturée en eau des colonnes et en conditions contrôlées anaérobies. En conditions aérées, cette tendance à devenir moins extractible a été beaucoup moins marquée pour tous les sols. Il a été difficile de relier de façon simple la valeur de la fraction volumique anoxique dans les colonnes de sol à des modifications du fractionnement chimique du séléniumSelenium is an essential micronutrient that is potentially toxic at concentrations close to the normal range found in soils and sediments. Furthermore one of its isotopes is an important component of long-lived radioactive waste for which long term geological storage is planned. Few data exist on the dynamics of selenium in soil and its impact on microbial activity at levels usually considered to be non toxic. The dynamics of selenium are strongly sensitive to aeration, microbial activity and redox conditions which may be very heterogeneous in structured soil. This heterogeneity, present at various scales (in a vertical soil profile, in the rhizosphere, near decomposing organic matter and at the centre of soil aggregates), could have important consequences on the prediction of the fate of selenium based on average measurements of soil properties. This investigation was carried out at two levels; controlled studies of aggregated moist soil incubated under aerobic or strictly anaerobic conditions and in columns packed with soil aggregates with a vertical moisture gradient, imposing varying aeration conditions. Respiratory activity was monitored and changes in microbial populations, microbial activity and selenium chemical fractionation in soil were measured. Selenium addition modified microbial activity, particularly under anaerobic conditions, reflecting probable changes in microbial populations. Net losses from soil by selenium volatilization varied considerably between soils and for one soil increased with increasing level of selenium. Volatilization losses were much larger from the compacted columns than from the looser packed soils. Solute flux but also poorly identified processes contributed to the observed vertical mobility of selenium in soil columns. Selenium was strongly immobilized in anaerobic soils, both in the water-saturated zone of the columns and in the anaerobic incubations. There was a less marked tendency for selenium to become less easily extractable in soils incubated under aerated conditions. In soil columns, there was not a simple relation between the volumic fraction of anoxic soil and changes in selenium fractionationAVIGNON-BU Centrale (840072102) / SudocSudocFranceF