Influence of biodegradation on pesticide attenuation in a vineyard watershed: potential of different landscape compartments and role of buffer zones
Influence de la biodégradation dans l’atténuation des pesticides sur un bassin versant viticole : potentialité des différents éléments du paysage et rôle des zones tampons
Résumé
This study showed that the different compartments of the landscape within the Morcille watershed (vineyard soil, grass buffer strip soil, sediments), connected along the soil-water continuum, are able to mineralize the herbicide diuron. The purifying capability of these different compartments evolved according to the level of exposure to the contaminant. Indeed, the exposed grass buffer strip showed a better ability to mineralize diuron than the control one. The sediments of the Morcille river located nearby the buffer zone showed also a purifying capability following an upstream-downstream gradient in accordance with the one observed for the chemical quality of the water in Morcille river. The importance of the surface run-off from the vineyard to the sediments of the Morcille river for the adaptation of microbial communities to diuron-mineralization was showed. These original findings showed that although the microflora of the sediments was intrinsically able to adapt to diuron degradation, this process was favoured by soil run-off suggesting the transfer of purifying capabilities from soil to aquatic microbial communities, underlining the existence of chemical and microbiological connections of terrestrial and aquatic compartments of agro-systems. Monitoring of the evolution of the purifying capability of sediments in response to the ban of diuron uses evidenced the improvement of the chemical quality of the Morcille river. However, even four years after its ban, diuron was still detected in the river at the intermediary and downstream stations in spring and summer. Over this four-year period the purifying capability of the sediments significantly decreased. However an upstream-downstream gradient was still detectable, in accordance with the one observed for the chemical quality of the Morcielle water. The study of the diuron-degrading microbial community from the grass-buffer strip soil and from the sediments allowed isolating diuron-degrading microbial populations. Several Arthrobacter sp. isolates able to transform diuron to 3,4-dichloroaniline have been isolated from the soil and the sediments. Moreover, one additional bacterial isolate belonging to the Achromobacter genus and able to mineralize 3,4-dichloroaniline, has been isolated. A synthetic microbial consortium made of Arthrobacter sp. and Achromobacter sp. populations was shown to be able to fully mineralize diuron. These observations suggest that the microbial community able to mineralize the diuron in the soil of the buffer zone or in the sediments of the Morcille river was probably resulting from the metabolic cooperation of two bacterial populations, one transforming the diuron to 3,4-dichloroaniline while the other mineralized this intermediary metabolite. To conclude, this study shows that vineyard and grass buffer strip soils as well as the sediments of the Morcille River frequently exposed to diuron hosted a diuron-degrading microbial community able to degrade diuron. Degradation capabilities of these different compartments are variable and the level of exposure to the contaminant was shown as a major driver of the adaptation to diuron degradation. The purifying capability of vineyard and grass buffer strip soils sediments relied on the activity of microbial degrading populations developing cooperative metabolism.
Nos travaux ont montré que les différents compartiments d'un paysage viticole du site atelier de la Morcille (sol de la parcelle, bande enherbée et sédiments) connectés le long du continuum sol-eau, présentaient une aptitude à minéraliser le diuron. La capacité épuratrice de ces différents compartiments évolue en fonction du niveau d’exposition au contaminant. Ainsi la zone tampon exposée présente une meilleure aptitude à épurer le diuron que la zone tampon témoin. Les sédiments de la Morcille situés à proximité de la zone tampon présentent également une capacité épuratrice présentant un gradient amont-aval coïncidant avec le gradient amont-aval observé également pour la qualité chimique des eaux de la Morcille. L’importance du flux érosif de la parcelle viticole vers le cours d’eau pour l’adaptation des communautés microbiennes à la biodégradation du diuron a pu être mise en évidence. Ces résultats originaux montrent que même si la microflore des sédiments présente intrinsèquement la capacité d’adaptation à la biodégradation du diuron, cette faculté est améliorée par le flux érosif suggérant le transfert du potentiel épurateur du compartiment terrestre au compartiment aquatique. Ceci souligne la connectivité chimique et microbiologique des compartiments terrestres et aquatiques. L’évolution de la capacité épuratrice des sédiments de la Morcille en réponse à l’interdiction d’usage du diuron a permis de mettre en évidence une diminution de leur niveau d’exposition au diuron. Ceci confirme donc l’amélioration de la qualité chimique des eaux de la Morcille. Toutefois, quatre années après son interdiction, le diuron est toujours détecté dans les stations intermédiaires et aval aux périodes printanière et estivale. Sur la période d'étude, les capacités épuratrices des sédiments ont diminué de manière significative même si elles présentent toujours un gradient amont-aval en concordance avec la qualité chimique des eaux de la Morcille. L’étude de la communauté microbienne dégradant le diuron du sol de la bande enherbée et des sédiments de la Morcille a permis d’isoler des populations microbiennes dégradantes. Ainsi, des isolats bactériens appartenant au genre Arthrobacter sp. transformant le diuron en 3,4-dichloroaniline ont pu être isolés du sol de la bande enherbée et des sédiments. De plus, un isolat bactérien appartenant au genre Achromobacter sp. dégradant la 3,4-dichloroaniline a pu être isolé. Le consortium microbien synthétique formé d’Arthrobacter sp. et d’Achromobacter sp. est capable de minéraliser le diuron. Ces observations suggèrent que la communauté bactérienne minéralisant le diuron dans le sol de la bande enherbée et dans les sédiments repose sur la coopération métabolique de deux populations dégradantes, l’une transformant le diuron en 3,4-dichloroaniline et l’autre minéralisant cet intermédiaire métabolique. Pour conclure, ces travaux mettent en évidence que le sol de la parcelle viticole, le sol de la bande enherbée et les sédiments de la Morcille hébergent des communautés microbiennes capables d’épurer le diuron. Les capacités épuratrices de ces différents compartiments sont variables et l’un des paramètres affectant le plus ces capacités est le niveau d’exposition à la contamination. La capacité épuratrice des sols et des sédiments repose sur l’activité de populations dégradantes développant une coopération métabolique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...
