Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / L'industrie québécoise des produits forestiers génère de grandes quantités de résidus qui peuvent être utilisés en agriculture comme amendements ou sources d'éléments fertilisants afin de restaurer la fertilité des sols. Cependant, l'épandage de ces produits sur nos terres agricoles peut susciter des inquiétudes quant à l'accumulation d'éléments traces métalliques (ÉTM) dans les sols et les cultures et peu d'études ont évalué leurs effets à long terme. Une expérience a été réalisée entre 2000 et 2008 sur un sol loameux situé à Yamachiche, QC afin de mesurer l'effet à long terme d'apports annuels répétés de biosolides mixtes papetiers (BMP) lorsqu'appliqués seuls ou en mélanges avec des résidus alcalins (RA) sur le pH du sol et les formes labiles des ÉTM, notamment le Cu, Zn, Ni, Mo et Cd, dans le sol et les plantes après six [soya (Glycine max (L.) Merr.)] et neuf années de culture [maïs (Zea mays L.)]. Cette étude exhaustive faisait appel à diverses méthodes d'extraction de routine ainsi qu'à un schéma de fractionnement révélant l'accumulation dans certains pools d'ÉTM dans le sol après l'ajout des matériaux et prédisant la transformation des ÉTM entre les différentes formes dans le sol et leur libération potentielle dans l'environnement. Les BMP ont été apportés annuellement à des taux de 0, 30, 60 ou 90 t ha⁻¹ (base humide) en surface après le semis. De la chaux calcique (CC), de la boue de chaux (BC) et de la cendre de bois (CB) ont été appliquées chacune à raison de 3 t ha⁻¹ (base humide) conjointement avec 30 t ha⁻¹ de BMP. Dans un premier temps, les résultats montrent que l'application répétée du mélange BMP + BC a produit les augmentations de pH les plus importantes, suivies par le mélange BMP + CC. Ces augmentations de pH ont aidé à diminuer la teneur en ÉTM labiles dans le sol. Cependant, l'application répétée de doses élevées de BMP (90 t ha⁻¹) a augmenté l'indice de disponibilité des ÉTM dans le sol ainsi que le taux de leur prélèvement par les cultures. Dans un deuxième temps, il a été observé que les applications répétées de BMP à doses élevées ont augmenté les concentrations d'ÉTM dans les plantes et le sol après six et neuf ans dans l'ordre Cd > Mo (soya) > Zn > Cu. Les RA ont augmenté le pH du sol et la disponibilité du Mo et ont diminué la disponibilité du Zn et du Cd. Les tiges des deux cultures ont emmagasiné davantage d'ÉTM selon les taux d'application que les grains, mais leurs concentrations étaient généralement bien inférieures aux valeurs critiques. Toutefois, le rapport Cu/Mo des plants de soja à un pH > 6,8 a chuté en-dessous de 2:1 et pourrait présenter un risque d'induire un trouble du métabolisme du Cu chez les ruminants. Dans un dernier temps, l'étude du fractionnement des ÉTM selon la méthode de Tessier a révélé que l'ajout de BMP augmentait les concentrations de Zn et de Cd échangeables, de Cd lié aux carbonates, de Zn et de Cd liés aux oxydes de Fe-Mn, de Cu et de Zn liés aux composés organiques, ainsi que de Zn et de Cd de la fraction résiduelle. En revanche, cet ajout a diminué la concentration de Cu liée aux oxydes de Fe-Mn dans la couche supérieure de 30 cm. Avec les sous-produits de chaulage, il a été observé un passage des formes échangeables des ÉTM étudiés aux formes liées aux carbonates. Même avec une très faible augmentation des ÉTM, les BMP + RA ont augmenté la mobilité du Zn et du Cd du sol après neuf ans d'application, et cette redistribution des métaux s'est traduite par des concentrations plus élevées dans les grains des cultures. Ces résultats suggèrent que les applications répétées de doses de BMP supérieures à 60 t ha⁻¹ (base humide) peuvent contribuer à augmenter les teneurs en ÉTM sous formes labiles dans la couche arable du sol et peuvent ainsi nuire à la durabilité de l'agroécosystème. L'épandage à faible dose de BMP avec un complément d'engrais N minéral est la solution à privilégier dans une perspective d'agriculture durable. / The Quebec's forest industry generates large amounts of residues which can be used in agriculture as amendments or sources of fertilizer elements to help restore soil fertility. However, the application of these products on agricultural lands can raise concerns about the accumulation of metals in soils and crops and few studies have evaluated their long-term effects. An experiment was carried out between 2000 and 2008 on loamy soil located in Yamachiche, QC to measure the long-term effect of repeated annual applications of combined paper mill biosolids (PB) when applied alone or in mixtures with alkaline residuals (AR) on soil pH and labile forms of metals including Cu, Zn, Ni, Mo and Cd in soil and plants after six and nine years [soybean (Glycine max (L.) Merr.)] and [corn (Zea mays L.)] cultivation, respectively. This constitutes a comprehensive study using various routine extraction methods as well as a fractionation scheme revealing the accumulation of certain pools of metals occurring after the addition of materials and predicting the transformation of metals between the different forms in the soil and their potential release into the environment. Paper mill biosolids were added annually at rates of 0, 30, 60 or 90 t ha⁻¹ (wet basis) to the surface after sowing. Calcitic lime (CC), lime mud (LM) and wood ash (WA) were each applied at 3 t ha⁻¹ (wet basis) together with 30 t ha⁻¹ of PB. First, the results showed that repeated application of PB + LM produced the largest increases in pH, followed by the PB + CC. These increases in pH helped to decrease the content in labile metals in the soil. However, the repeated application of the high rate of PB (90 t ha⁻¹) also increased the availability index of metals in the soil as well as the uptake of metals by crops. Secondly, it was observed that repeated applications of PB at high rates increased metal concentrations in plants and soil after six and nine years in the order Cd > Mo (soybean) > Zn > Cu. Liming increased soil pH and Mo availability and decreased Zn and Cd availability. Stalks of both crops stored more metals at application rates than grains, but their concentrations were generally well below critical values. However, the Cu/Mo ratio of soybean plants at pH > 6.8 dropped below 2:1 and could pose a risk of inducing Cu metabolism disorder in ruminants. Finally, the fractionation of metals according to Tessier scheme indicated that the addition of PB increased the levels of exchangeable Zn and Cd, Cd linked to carbonates, Zn and Cd linked to Fe-Mn oxides, Cu and Zn bound to organic compounds and Zn and Cd of the residual fraction. However, it decreased the fractions of Cu bound to Fe-Mn oxides in the upper 30 cm layer. With the addition of liming by-products, a shift from exchangeable forms to carbonate-bound forms was observed. Even with a very small increase in metals, PB + AR increased the mobility of soil Zn and Cd after nine years of annual application, and this metal redistribution resulted in higher concentrations in crop grains. These results suggest that the repeated application of PB at a dose greater than 60 t ha⁻¹ (wet basis) can contribute to increasing the levels of metals in labile forms in the topsoil and can thus harm the sustainability of the agroecosystem. Low dose spreading of PB with reduced rate of mineral N fertilizer is the preferred solution from a sustainable agriculture perspective.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/152190 |
| Date | 21 October 2024 |
| Creators | Robichaud, Annie |
| Contributors | Karam, Antoine, Ziadi, Noura |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xviii, 108 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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