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Les pesticides dans les sols : rémanence et impact sur les systèmes mycorhiziens

Les pesticides font partie intégrante de l’agriculture intensive et servent à lutter contre ce que d’aucun considèrent comme de mauvaises herbes, des maladies fongiques ou certains « parasites ». Au cours des deux dernières décennies, l’utilisation des pesticides a augmenté de plus de 40 %, et actuellement, plus de 4,1 millions de tonnes sont utilisées chaque année dans le monde. L’utilisation intensive et généralisée des pesticides soulève des préoccupations environnementales et sanitaires en raison de la contamination des ressources naturelles. En effet, lors de leur application, seule une fraction des pesticides appliqués atteint ses objectifs, le reste (30 à 50 %) finissant à la surface du sol et se dispersant ensuite par le biais de plusieurs processus abiotiques, notamment la volatilisation, l’érosion éolienne, le lessivage ou le ruissellement.

Ainsi, les pesticides et leurs produits de transformation sont connus pour polluer les milieux aquatiques et pour avoir un impact sur les populations aquatiques. Dans les systèmes terrestres, ils ont été directement et indirectement liés à la diminution des populations d’oiseaux, d’insectes et de pollinisateurs et ils constituent également une menace pour les micro-organismes du sol, qui sont à l’origine de processus pédologiques essentiels tels que le cycle du carbone et des nutriments. Comme la vie du sol fournit un large éventail de services écosystémiques, ces effets délétères des pesticides pourraient potentiellement affecter la santé du sol et donc la production agricole.

A titre d’exemple, l’influence des pesticides sur les champignons mycorhiziens est particulièrement intéressante car ces derniers s’engagent dans des associations symbiotiques avec la majorité des plantes terrestres, y compris de nombreuses cultures. Ils fournissent des nutriments (jusqu’à 80 % des besoins en phosphore des plantes peuvent être couverts par ces organismes) et d’autres services aux plantes (promotion de la structure et de l’agrégation du sol et la réduction des pertes de nutriments par lixiviation et dénitrification).

Une nouvelle étude nous donne un aperçu complet de la présence et de l’abondance de 46 pesticides largement appliqués (16 herbicides, 8 produits de dégradations d’herbicides, 17 fongicides et 7 insecticides) dans les sols de 100 champs agricoles, dont 40 sous gestion biologique. En outre, les chercheurs ont évalué si :

  • les systèmes de gestion (conventionnel, conventionnel sans travail du sol et gestion biologique) influençaient l’occurrence des pesticides ;
  • la durée de la gestion biologique avait une incidence sur l’occurrence et la concentration des pesticides dans le sol ;
  • les caractéristiques du sol influençaient l’occurrence des résidus de pesticides ;
  • l’occurrence des résidus de pesticides détectés dans cette étude sur l’exploitation est liée aux indicateurs de la vie du sol (biomasse microbienne et respiration du sol ainsi que l’abondance des champignons mycorhiziens).

L’analyse a révélé que les résidus de pesticides étaient très répandus dans les sols agricoles. En effet, les 100 sites testés contenaient tous des résidus de pesticides dans la couche supérieure du sol. Le nombre de pesticides détectés par champ variait de 3 à 32 et les sols sous gestion conventionnelle contenaient environ deux fois plus de résidus détectés que les sols sous gestion biologique.

La somme de la concentration de tous les résidus (μg par kilogramme de sol sec) différait également de manière significative entre les systèmes de gestion. La concentration médiane de pesticides dans les cultures maraîchères gérées de manière conventionnelle était 79 % plus élevée que la médiane des champs des autres cultures gérées également de manière conventionnelle. En outre, la somme médiane de la concentration en pesticides dans les sites biologiques en production de cultures arables ou maraîchères était dans les deux cas inférieurs de 85 % à la médiane des sites gérés de manière conventionnelle.

Sur les 46 pesticides et produits de transformation analysés, 41 ont été détectés dans au moins un sol, dont 12 herbicides, 8 sous-produits d’herbicides, 16 fongicides et 7 insecticides. La 2-hydroxyatrazine, un produit de dégradation de l’atrazine (un herbicide à larges feuilles), a été détectée le plus fréquemment, dans 92 % des sols arables et dans 100 % des sols végétaux. C’est également elle qui contribue le plus à la charge de pesticides dans les sites gérés biologiquement.

Les questionnaires ont en outre permis de savoir depuis combien de temps les champs étaient gérés de manière biologique. Le nombre de résidus de pesticides ainsi que la somme de la concentration totale de pesticides ont diminué de manière significative avec la durée de l’agriculture biologique, de 70% ou 90% respectivement. Toutefois, même après 20 ans de gestion biologique, entre 3 et 16 résidus de pesticides différents ont encore été détectés. Les herbicides linuron, napropamide, chloridazon et atrazine (y compris les sous-produits), ainsi que le fongicide carbendazim, sont les pesticides qui ont prévalu le plus longtemps après la conversion à l’agriculture biologique.

Comme les champs gérés biologiquement n’avaient pas été exposés à l’application directe des pesticides testés depuis au moins trois ans, ces travaux suggèrent que soit les pesticides ont persisté dans le sol bien plus longtemps que prévu, soit la contamination s’est produite par une voie indirecte à partir des champs conventionnels adjacents, par la dérive des particules, l’érosion éolienne ou le ruissellement. Pour certains des pesticides détectés, tels que le napropamide, le chloridazon et le carbendazime, qui sont actuellement toujours utilisés, cette contamination diffuse par dérive est possible. Cependant, pour d’autres résidus tels que l’atrazine et ses produits de dégradation, une voie de contamination indirecte n’est plus possible car ils sont interdits depuis de nombreuses années. Cela implique que les résidus d’atrazine persistent beaucoup plus longtemps que leur demi-vie (DT50) de 6-108 jours, comme le suggèrent les études de terrain. Les demi-vies de divers autres pesticides, tels que le chloridazon, le carbendazime et le linuron, sont également faibles, mais elles ont encore été détectées après 20 ans de gestion biologique.

Par ailleurs, l’étude montre une faible influence des caractéristiques du sol sur la présence des résidus pesticides. Néanmoins, quelques exceptions ont été observées. Par exemple, des niveaux plus élevés de pesticides ont été trouvés dans des sols à faible pH, peut-être parce que la capacité de ces sols à absorber les pesticides est plus élevée, ce qui entraîne une persistance accrue. En outre, l’activité microbienne est réduite à un faible pH, ce qui pourrait nuire à la dégradation des pesticides. Enfin, les propriétés des composés peuvent jouer un rôle dans leur sorption et leur dégradation.

La biomasse microbienne et la colonisation des racines par les champignons mycorhiziens ont été corrélées négativement au nombre de résidus de pesticides. Cela révèle que les pesticides présents dans le sol sont probablement un facteur clé de l’abondance des champignons mycorhiziens dans le champ. Il est bien établi que la fertilisation minérale réduit leur abondance et leur diversité et plusieurs études ont également montré l’influence du pH du sol. Les pesticides dans le sol (par exemple, les fongicides) pourraient directement nuire à la croissance des hyphes fongiques ou interférer avec des processus physiologiques spécifiques tels que l’absorption et le transport des métabolites et des nutriments ou la signalisation entre la plante et le champignon mycorhizien. Ces conclusions sont importantes car les champignons mycorhiziens, comme mentionné ci-dessus, forment des associations symbiotiques avec les plantes tout en fournissant un certain nombre de services écosystémiques essentiels et sont donc indispensables pour un sol sain.

Les résultats soulignent que la contamination omniprésente des sols agricoles par divers pesticides peut avoir des effets négatifs à long terme sur la vie des sols. Les sites gérés de manière biologique subissent les effets de la gestion conventionnelle passée. En outre, ces données indiquent que la persistance des pesticides interdits et actuellement utilisés est sous-estimée. Même si de faibles concentrations ont été détectées dans les sols des champs gérés biologiquement, l’effet potentiel de cette contamination à long terme est particulièrement critique, car les champs sous gestion biologique dépendent beaucoup plus des processus biologiques du sol et de la vie bénéfique du sol comme les champignons mycorhiziens. En outre, les données modélisées montrent que les résidus de pesticides pourraient avoir une influence néfaste sur la vie microbienne du sol.

Ces travaux indiquent que les études futures ne devraient pas se concentrer uniquement sur des pesticides isolés, mais également prendre en compte un large éventail de combinaisons de pesticides (par exemple, les cocktails) et examiner dans quelle mesure ces résidus de pesticides affectent les organismes du sol et, par conséquent, les processus et les fonctions du sol. En outre, les études devraient également examiner les interactions des résidus de pesticides avec d’autres facteurs de changement global tels que la sécheresse, les antibiotiques ou les microplastiques, étant donné que ces facteurs de stress abiotiques et anthropiques peuvent avoir un effet synergique ou antagoniste sur le microbiote du sol et réduire le fonctionnement du sol.

 

Source :

Judith Riedo, Felix E. Wettstein, Andrea Rösch, Chantal Herzog, Samiran Banerjee, Lucie Büchi, Raphaël Charles, Daniel Wächter, Fabrice Martin-Laurent, Thomas D. Bucheli, Florian Walder and Marcel G. A. van der Heijden. Widespread Occurrence of Pesticides in Organically Managed Agricultural Soils – the Ghost of a Conventional Agricultural Past? Environ. Sci. Technol. DOI : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c06405

 

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