Long term mobility and redistribution of exogenous trace elements in soils: the case of polluted Luvisols irrigated during 100 years by raw wastewaters in the Pierrelaye plain
Mobilité et redistribution à long terme des éléments traces métalliques exogènes dans les sols : Application à des Luvisols pollués par 100 ans d'épandage d'eaux usées brutes dans la plaine de Pierrelaye
Résumé
In order to determine the main factors responsible for the distribution of exogenous trace metals (TM) in soil, we used an integrated multi-scale approach: constituents, solum and transect at the plot scale. This approach was applied to sandy Luvisols of Paris region that are highly polluted due to 100 years of raw wastewater irrigation. Endogenous and exogenous TM contents were estimated in order to study the fate of those brought by the wastewater.
In the ploughed surface horizon, the spatial distribution of TMs depends on the spatial design of the spreading system and on the plot topography.
No exogenous Pb and Cr are present in the deep horizons (0.4-1 m). This result is coherent with the speciation of these elements which is similar in the polluted and in the unpolluted solum. TMs inputs to the soil were estimated using TM/Cr ratios in soil and in wastewater. This estimation showed that the Pb brought by the wastewater to the soil was kept within the soil surface horizon. Stocks of exogenous Cu and Zn in the deep horizons showed that these elements migrated downward, Cu being more exported than Zn which has been retained more efficiently than Cu along the solum. Constituents and mechanisms responsible for Cu fixation along the solum were not identified. Zinc was mainly retained by iron and manganese oxides. The quantity of zinc retained was a function of the number of sites available and of their accessibility, which was in turn a function of the distribution of water fluxes within the plot.
In the ploughed surface horizon, the spatial distribution of TMs depends on the spatial design of the spreading system and on the plot topography.
No exogenous Pb and Cr are present in the deep horizons (0.4-1 m). This result is coherent with the speciation of these elements which is similar in the polluted and in the unpolluted solum. TMs inputs to the soil were estimated using TM/Cr ratios in soil and in wastewater. This estimation showed that the Pb brought by the wastewater to the soil was kept within the soil surface horizon. Stocks of exogenous Cu and Zn in the deep horizons showed that these elements migrated downward, Cu being more exported than Zn which has been retained more efficiently than Cu along the solum. Constituents and mechanisms responsible for Cu fixation along the solum were not identified. Zinc was mainly retained by iron and manganese oxides. The quantity of zinc retained was a function of the number of sites available and of their accessibility, which was in turn a function of the distribution of water fluxes within the plot.
Afin d'identifier les principaux facteurs contrôlant la redistribution des éléments traces métalliques (ETM) exogènes dans le sol, nous avons utilisé une démarche intégrative à différentes échelles : constituants, solum et transect parcellaire. Cette démarche a été appliquée sur des Luvisols sableux de la région parisienne, fortement pollués par cent ans d'épandages massifs d'eaux usées brutes. Les ETM endogènes et les ETM exogènes ont été discriminés de manière à étudier spécifiquement le devenir des ETM amenés par les eaux usées brutes.
Dans l'horizon de labour, la distribution spatiale des ETM est fonction de la géométrie du système d'irrigation et de la topographie du terrain.
Dans le cas de Pb et de Cr, il n'y a pas d'exogène dans les horizons inférieurs (0.4-1m), constatation corroborée par leur spéciation, identique dans le sol contaminé et dans le sol témoin. Une estimation des flux d'ETM basée sur l'immobilité du chrome dans les sols, et sur la constance des rapports ETM/Cr dans les eaux d'épandage, indique que le plomb amené par les eaux usées brutes n'a pas migré. Les stocks d'exogène dans les horizons inférieurs montrent que par contre, Cu et Zn ont migré. Cu aurait été plus massivement mobilisé et exporté que Zn, ce dernier étant plus repiégé que Cu le long du profil. Les constituants et les mécanismes responsables du piégeage de Cu le long du solum n'ont pas été identifiés. Pour Zn, la recapture s'est faite principalement sur les oxyhydroxydes de fer et de manganèse. Les quantités de Zn fixées sont fonction du nombre de sites et de leur accessibilité, conditionnée par l'organisation des flux d'eau dans la parcelle.
Dans l'horizon de labour, la distribution spatiale des ETM est fonction de la géométrie du système d'irrigation et de la topographie du terrain.
Dans le cas de Pb et de Cr, il n'y a pas d'exogène dans les horizons inférieurs (0.4-1m), constatation corroborée par leur spéciation, identique dans le sol contaminé et dans le sol témoin. Une estimation des flux d'ETM basée sur l'immobilité du chrome dans les sols, et sur la constance des rapports ETM/Cr dans les eaux d'épandage, indique que le plomb amené par les eaux usées brutes n'a pas migré. Les stocks d'exogène dans les horizons inférieurs montrent que par contre, Cu et Zn ont migré. Cu aurait été plus massivement mobilisé et exporté que Zn, ce dernier étant plus repiégé que Cu le long du profil. Les constituants et les mécanismes responsables du piégeage de Cu le long du solum n'ont pas été identifiés. Pour Zn, la recapture s'est faite principalement sur les oxyhydroxydes de fer et de manganèse. Les quantités de Zn fixées sont fonction du nombre de sites et de leur accessibilité, conditionnée par l'organisation des flux d'eau dans la parcelle.
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