Pesticides stabilization in soils as non-extractables residues: Compartment modelling to evaluate the evolution of accumulation and differed liberation of stabilized pestides. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2005

Pesticides stabilization in soils as non-extractables residues: Compartment modelling to evaluate the evolution of accumulation and differed liberation of stabilized pestides.

Stabilisation des pesticides dans les sols sous forme de résidus on extractibles : Modélisation compartimentale pour l'évaluation de l'accumulation et de la libération différée de pesticides stabilisés.

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Abstract

All pesticides form non- extractable (bound) residues in soils in variable percentage, according ti their chemical nature and the experimental conditions. In the context of repeated applications of pesticides, is it right to wait for modification of the formation kinetics of non-extractable residues? Accumulation of these residues would be until a plateau which the kinetics concentration level would be the resultant of the kinetics balance between the formation and the re-mobilization (degradation) of non extractable residues. To evaluate the formation of non-extractable residues and their possible re-mobilization, incubations have been realized with three soils, under laboratory conditions with 14C-atrazine and 14C-isoproturon, with 14C-atrazine applied on lysimètres in natural conditions. The residues evaluation provided information on quality and quantity of residues formed and their kinetics evolution of bound residues. The most significant effect of repeated applications of pesticides is the induction of biological activity of soils specialized in their degradation. The result is a quick degradation of the pesticide, going until the mineralization, with an important decreasing of it persistence and a number of intermediates remaining in the soil. This rapid degradation enters into competition with some phenomenon often slow, responsible for the formation of non-extractable residues. The compartment approach to modeling behavior in the soils allows estimating the re-mobilization flow constant kij, and classifying the most significant flow between the three compartments identified, according to the residues extraction and the solvent used. Bound residues were mostly formed from extractible residues with methanol. But a formation of bound residues from water-soluble residues, the most disponible in the soil, is also put out. This point is probably in relation with the intervention of the bacterial biomass of the soil which is itself a storage compartment of bound residues. But this bacterial biomass is also a transit compartment and a chemical activation compartment through the metabolites formation, intermediates often most reactive than the active substance (e.g. isoproturon). The bound residues mobilization constant kij such estimated, are higher for atrazine than for isoproturon. These kij are systematically slower in the acid soil than in the basic soil. In the basic soil, the induction of a specific biological activity able to degrade quickly the herbicide atrazine and isoproturon increase the re-mobilization's constants of their bound residues, which shows the ability of the micro-organisms such actived to degrade the residues disponible with low availability. These mobilization flow constants can be used to calculate the half life (DT50). The DT50 of non-extractable residues are relatively low in soils having a specific biological activity for the pesticide degradation. In other soils and above all for isoproturon, the DT50 of non-extractable residues are highest, exceeding sometimes on year. The values of mobilization flow constants can be used to realize risk estimations of re-mobilization. Nevertheless, the use of results is being confronted with the difficulty to generalize the data for one pesticide for application to others, and/or in others soils.
Tous les pesticides forment dans le sol des résidus non extractibles ou " résidus liés " dans des pourcentages variables en fonction de leur nature chimique et des conditions expérimentales d'incubation. Dans un contexte d'applications répétées de pesticides, faut-il s'attendre à une modification de la dynamique propre des résidus non extractibles ? Ou à l'accumulation de ces résidus jusqu'à un plateau dont le niveau de concentration serait la résultante de l'équilibre cinétique entre la formation et la remobilisation (dégradation) des résidus non extractibles ? Pour évaluer la formation des résidus non extractibles et leur remobilisation éventuelle, deux types d'incubations ont été réalisées dans trois sols, avec la 14C-atrazine et le 14C-isoproturon en conditions contrôlées de laboratoire, et sous conditions naturelles avec la 14C-atrazine à l'aide de lysimètres placés à Grignon et à Nancy. L'évaluation associée à l'évolution des résidus a permis l'acquisition des informations sur les qualité et quantité des résidus formés et sur les cinétiques d'évolution (remobilisation) des résidus non extractibles. La conséquence la plus significative des applications répétées de deux pesticides est l'induction d'une activité biologique des sols spécialisés dans leur dégradation. Le résultat est une dégradation rapide du pesticide allant jusqu'à sa minéralisation, avec diminution importante de sa persistance et du nombre d'intermédiaires (métabolites) restant dans le sol. Cette dégradation rapide rentre en compétition avec des phénomènes souvent plus lents, responsables de la formation des résidus non extractibles. L'approche compartimentale de la modélisation du devenir des pesticides dans les sols a permis d'estimer, d'une part les constantes kij des flux de remobilisation des résidus non extractibles, et d'autre part de classer par importance relative, les flux les plus significatifs entre les trois types de compartiments identifiés, en fonction de l'extraction des résidus et du solvant utilisé. Les résidus non extractibles se forment à partir des résidus extractibles avec le méthanol. Mais une formation des résidus non extractibles à partir des résidus hydrosolubles, à priori les plus disponibles dans les sols, est aussi mise en évidence. Ce point est probablement en relation avec le rôle de la biomasse microbienne du sol qui constitue en soi un compartiment de stockage des résidus de pesticides non extractibles. Mais cette biomasse microbienne est aussi un compartiment de transit et d'activation chimique par la formation des métabolites, intermédiaires souvent plus réactifs que la molécule mère (cas de l'isoproturon). Les constantes kij de remobilisation ainsi estimées sont plus élevées pour l'atrazine que pour l'isoproturon. Ces constantes sont systématiquement plus faibles dans les sols acides (NB) que dans les sols calciques (GM et GB). Dans les sols calciques, l'induction d'une activité biologique spécifique capable de dégrader rapidement l'atrazine ou l'isoproturon se traduit par une augmentation des constantes de remobilisation de leur résidus non extractibles, ce qui traduit la capacité des microorganismes ainsi activés de s'attaquer à des résidus à priori peu on non disponibles. Ces constantes de vitesse de remobilisation peuvent être converties, en première approximation, en valeurs de demi-vie (DT50). On montre ainsi que les DT50 des résidus liés peuvent être relativement faibles dans les sols possédant une activité biologique spécifique de dégradation des pesticides. Par contre dans d'autres sols, et surtout pour l'isoproturon, les DT50 des résidus non extractibles sont plus élevées, pouvant dépasser un an. Les valeurs des constantes de remobilisation peuvent être utilisées pour réaliser des estimations de risques de remobilisation. Néanmoins, l'utilisation de ces résultats se trouve confrontée à la difficulté de généralisation des données acquises pour un pesticide pour leur application à d'autres pesticides, et/ou d'autres sols.
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pastel-00825687 , version 1 (24-05-2013)

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  • HAL Id : pastel-00825687 , version 1

Cite

Macaire Rodrigue Edzang-Ondo. Stabilisation des pesticides dans les sols sous forme de résidus on extractibles : Modélisation compartimentale pour l'évaluation de l'accumulation et de la libération différée de pesticides stabilisés.. Sciences de l'environnement. AgroParisTech, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00825687⟩
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