Journal of Applied Biosciences 129: 12996 -13003
ISSN 1997-5902
Contamination en éléments traces métalliques de l’amarante et de l’oseille cultivées en conditions
contrôlées sur un sol pollué
Fanna ABDOU GADO, Yadji GUERO, Abdourahamane TANKARI DAN-BADJO*, Ousseini ZAKARIA IBRAHIM
Département Science du sol, Faculté d’Agronomie de Niamey, Université Abdou Moumouni de Niamey BP : 10 960 Niamey (NIGER)
Email auteur correspondant : tankari@yahoo.fr
Original submitted in on 31st May 2018. Published online at www.m.elewa.org on 30th September 2018 http://dx.doi.org/10.4314/jab.v129i1.3
RÉSUMÉ
Objectifs : L’amarante, Amaranthus hybridis et l’oseille, Hibiscus sabdariffa font partie des espèces végétales cultivées sur les sols pollués de la vallée de Gounti Yéna à Niamey au Niger et sont destinées à la consommation de la population locale. L’objectif de cette étude est d’évaluer le niveau de contamination en éléments traces métalliques (ETM) des feuilles de l’amarante et de l’oseille cultivées sur les sols de cette vallée.
Méthodologie et résultats : Des cultures de l’amarante et de l’oseille ont été conduites pendant 30 jours, en conditions contrôlées dans des pots contenant des sols contaminés de la vallée de Gounti Yéna. Par la suite, les concentrations en ETM dans les feuilles des ces deux espèces ont été analysées par spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS) après digestion acide. Dans les feuilles de l’amarante, les teneurs moyennes en ETM sont de 388,52 ; 0,49 ; 0,58 ; 53,26 ; 5,18 et de 1,83 mg/kg MS respectivement pour l’Al, le Cd, le Co, le Mn, le Pb et le Ni. Alors que dans celles de l’oseille, elles sont de 253,08 ; 0,67 ; 0,24 ; 43,06 ; 0,69 et de 0,75 mg/kg MS respectivement pour l’Al, le Cd, le Co, le Mn, le Pb et le Ni.
Conclusions et application des résultats : Ces concentrations en ETM relevées dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille dépassent les normes réglementaires exceptées celles en Ni et pourraient présenter un danger pour la population qui les consomment. Pour maintenir les activités agricoles sur ce site, il s’avère nécessaire de dépolluer les sols de cette vallée en vue de limiter le risque de transfert des ETM dans la chaîne alimentaire.
Mots clés : Sol, ETM, Amarante, Oseille, Sécurité alimentaire, Niamey.
ABSTRACT
Trace metals contamination in amaranth and sorrel grown under controlled conditions on polluted soil Objectives: Amaranth, Amaranthus hybridis and sorrel, Hibiscus sabdariffa are among plant species cultivated on polluted soils of Gounti Yena Valley (Niamey-NIGER) and are intended for consumption by local population.
Objective of this study is to evaluate the contamination level of (MTE) in leaves of amaranth and sorrel grown on soils of this valley.
Methods and Results: Amaranth and sorrel cultures were grown for 30 days under controlled conditions in pots containing contaminated soils from Gounti Yena Valley. Subsequently, MTE concentrations in leaves of these two species were analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after acid digestion. In
leaves of amaranth, average MTE levels are 388.52; 0.49; 0.58; 53.26; 5.18 and 1.83 mg/kg DM respectively for Al, Cd, Co, Mn, Pb and Ni. While in those of sorrel, they are 253.08; 0.67; 0.24; 43.06; 0.69 and 0.75 mg/kg DM respectively for Al, Cd, Co, Mn, Pb and Ni.
Conclusions and application of research: These levels of MTE found in leaves of amaranth and sorrel exceed regulatory limits except Ni and could pose a risk to the population who consume these leaves. In order to maintain agricultural activities on this site, it would be necessary to clean up the soil of the Gounti Yena valley to limit the risk of MTE transfer into the food chain.
Keywords: Soil, Pollution, MTEs, Amaranth, Sorrel, Food Security, Niamey.
INTRODUCTION
Avec l’augmentation de la pression anthropique sur les milieux, les problèmes de contamination se font de plus cruciaux. Ces contaminants peuvent être biodégradables ou persistants. Les polluants non bio dégradables qui sont pour l’essentiel des Éléments Traces Métalliques (ETM) sont difficiles à contrôler et à éliminer car, ils se présentent sous une forme plus complexe dans la nature (Bourrelier et al., 1998
; ADEME, 2008). En effet, la présence de ces contaminants provenant de différentes sources (circulation routière, agriculture, industries, décharges à ciel ouvert, eaux usées) dans le sol pose des problèmes de toxicité dès lors que ces polluants migrent et se retrouvent dans la chaîne alimentaire ou entrent en contact avec l'Homme via son alimentation (Martin-Garin et al., 2004). Ils contaminent les sols et les eaux souterraines qui, plus tard, auront une incidence sur la santé humaine (Krishna et Govil, 2007). Plusieurs travaux ont montré le transfert possible de ces ETM à partir du sol et leur accumulation conduit à une perturbation du fonctionnement des écosystèmes (Redon, 2009).
Ce transfert sol-plante des ETM est une des voies majeures d’exposition et de contamination de l’Homme via la chaîne alimentaire (Cui et al., 2004 ; Den et al., 2004). Au Niger, la ville de Niamey est confrontée à une multitude sources de polluants métalliques liées notamment aux activités industrielles formelles et informelles, aux activités agricoles, aux trafics routiers, aux eaux usées et aux décharges à ciel ouvert. Ces polluants métalliques notamment les ETM contaminent les sols, les eaux
et les plantes menaçant ainsi la sécurité alimentaire de la population riveraine. Définis comme étant tout métal dont les teneurs sont inférieures à 1g/kg (Alloway, 1995), les ETM présentent des potentiels toxiques importants aussi bien pour les plantes, pour l’Homme que pour les animaux qui y sont exposés (Ajmone Marsan et al., 2010 ; Tankari Dan-Badjo et al., 2012). La vallée de Gounti Yéna, principal site de production maraîchère situé au centre-ville de Niamey, est particulièrement polluée par les ETM (Tankari Dan-Badjo et al., 2012). Il y a alors un risque élevé de transfert des polluants. L’amarante (Amaranthus Hybridis) et l’oseille (Hibiscus sabdariffa) font parties des nombreuses espèces végétales cultivées dans cette vallée de Gounti Yéna polluée. Elles représentent une source de revenus non négligeable aux jardiniers étant donné qu’elles sont largement consommées par la population notamment dans les sauces. D’énormes quantités d’ETM ont été retrouvées dans des végétaux cultivés sur des sites contaminés par des activités industrielles (Yusuf, 2003). Tankari Dan-Badjo et al.
(2013) ont montré une contamination en ETM du chou et de la laitue directement prélevés dans la vallée de Gounti Yéna. La présente étude s’inscrivant dans le cadre de l’évaluation du risque lié à la contamination par les ETM des légumes issus des jardins urbains, vise à déterminer les concentrations en ETM dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille cultivées sur les sols pollués de la vallée de Gounti Yéna, en conditions contrôlées.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Présentation de la zone d’étude : La vallée de Gounti Yéna est située dans l’arrondissement communal II de la ville de Niamey (Figure 1) et couvre une superficie d’environ 38 hectares (Tankari Dan-Badjo et al., 2013).
Cette vallée collecte les eaux usées et pluviales de plusieurs quartiers de la ville, depuis le quartier Boukoki jusqu’à celui de Zongo avant de se déverser dans le fleuve Niger. D’autres sources des polluants sont
également dans cette zone de la vallée de Gounti Yéna telles que les grandes voies routières, les décharges à ciel ouvert et les petites industries. Le maraîchage est pratiqué dans cette vallée avec 343 jardins en 2011 (Tankari Dan-Badjo et al., 2012). Cependant, le nombre de jardin tend aujourd’hui à augmenter même si au contraire la superficie de la vallée tend à diminuer avec l’urbanisation galopante.
Figure 1 : Localisation de la vallée de Gounti Yéna dans la communauté urbaine de Niamey (NIGER).
Les sols de la vallée sont en majorité de texture sableuse. Il existe, toutefois, des poches à texture limoneuse et argileuse.
Dispositif expérimental : Des échantillons du sol pollué de la vallée de Gounti Yéna et un sol témoin provenant de la ceinture verte (Niamey 2000, éloignée de toute source de pollution) ont été prélevés. Ces échantillons de sols ont été répartis dans des pots de 25 cm de diamètre et 20 cm de longueur à raison de 3 kg par pot avec 5 répétitions pour chaque espèce végétale. L’essai est conduit dans la parcelle expérimentale de la Faculté d’Agronomie de l’Université Abdou Moumouni de Niamey (13˚05’02’’de latitude Nord et 2˚05’25’’de longitude Est et d’altitude 216 m). Le choix de ce site se justifie par le fait qu’il est situé hors de zones exposées à la pollution. Les semences de l’amarante et de l’oseille sont introduites dans les pots contenant le sol témoin non pollué et le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna. Les pots sont ensuite arrosés chaque jour à l’eau de robinet et le développement des plantes a été suivi en mesurant
quotidiennement la hauteur des plants. Les cultures ont été conduites entre 25-30°C.
Analyses physico-chimiques des sols : Les analyses physico-chimiques des sols prélevés ont été effectuées au laboratoire du département Science du Sol de la Faculté d’Agronomie de l’université Abdou Moumouni de Niamey. Il s’agit essentiellement de la granulométrie, le pH, le taux de matière organique et la CEC. Les dosages des ETM ont été effectués au Laboratoire Sols et Environnement (LSE) de Nancy en France par spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif après attaque acide. C’est une technique instrumentale basée sur la séparation, l’identification et la quantification des éléments constitutifs d’un échantillon en fonction de leur masse (Crépineau et al., 2003).
Prélèvement et traitement des échantillons des plantes : Au bout d’un (1) mois de culture, les plantes ont
été récoltées par pot et par culture. Les échantillons sont acheminés au laboratoire du département Science du Sol de la faculté d’Agronomie de Niamey et lavés à l’eau distillée. Les différentes parties de la plante (racines, tiges et feuilles) sont séparées, pesées (poids matière fraîche) puis séchées (poids matière sèche) à température ambiante (30 à 35°C) pendant une (1) semaine. Après séchage à l’étuve (60°C) pour une déshydratation totale,
chaque partie totalement sèche est broyée et les broyats bien étiquetés sont envoyés au laboratoire LSE de Nancy en France afin d’effectuer le dosage des ETM. La mise en solution de 0,5 g de chaque échantillon est effectuée à l’aide d’un mélange d’acides chlorhydrique et sulfurique et de l’eau oxygénée (H2O2). Les résultats sont exprimés en mg/kg de matière sèche.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
Caractéristiques physico-chimiques des sols ; Le tableau 1 illustre les résultats des différentes analyses
physiques et chimiques des sols témoin et pollué à l’état initial.
Tableau 1 : Caractéristiques physico-chimiques du sol de la ceinture verte (témoin) et du sol de la vallée de Gounti Yéna (pollué).
Analyses chimiques
pH CEC (meq/100g) MO
ST 6,3 12 1,02
SP 8 25,23 2,23
Analyse granulométrique (%)
%Argiles %Limons %Sables Texture
ST 4,3 9,15 86,55 Sableuse
SP 5,06 12,21 82,75 Sableuse
ST : sol témoin de la ceinture verte ; SP : sol pollué de la vallée de Gounti Yéna ; CEC : Capacité d’Échange Cationique ; MO : Matière Organique
Le pH du sol pollué est basique (pH=8) alors que celui du sol témoin est acide (pH=6,3). Cette différence est due au fait que le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna est exposé aux activités de brûlures des déchets qui augmenteraient le pH du sol. Ce pH basique du sol pollué pourrait permettre une immobilisation des ETM car une augmentation du pH va entraîner une augmentation de la densité de charges négatives à la surface des phases solides et favoriser la rétention des cations (Dère et al.
2006 ; Mc Grath et al., 2000 ; Chang et al., 1997). Par ailleurs, à pH neutre à basique, ce sont les espèces cationiques qui dominent la spéciation des métaux. Elles sont préférentiellement adsorbées par les sites de surface des phases solides (Dère et al. 2006 ; Mc Grath et al., 2000 ; Chang et al., 1997). Par contre, le pH acide du sol non pollué de la ceinture verte favoriserait la mobilisation des ETM à travers la compétition des protons pour les sites d’adsorption. Ce qui laisse suggérer que les végétaux cultivés sur le sol pollué pourraient présenter des concentrations en ETM dans leurs parties végétatives inférieures à celles des végétaux dans le sol témoin non pollué. La CEC quant à elle, est beaucoup plus élevée dans le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna que dans
le sol témoin non pollué de la ceinture verte. Cette CEC est liée essentiellement aux teneurs en argile et en matière organique (Citeau, 2006) qui sont plus élevées dans ce sol pollué de la vallée de Gounti Yéna que dans le sol de la ceinture verte. Ce qui expliquerait donc cette teneur élevée. Les matières organiques des sols contribuent de différentes manières à améliorer les caractéristiques physico-chimiques des sols vis-à-vis du transfert des ETM vers les végétaux (Citeau, 2006). La texture des deux sols (témoin et pollué) est sableuse.
Cependant, le sol pollué renferme plus d’argile. D’après l’auteur Citeau (2006), la teneur en argile granulométrique doit être suffisamment faible pour minimiser le transfert des ETM du sol aux plantes. Or, les résultats montrent que le sol de la vallée est légèrement élevé en argile ce qui indique qu’il pourrait favoriser considérablement la contamination des plantes qui y sont cultivées.
Concentrations en ETM dans les sols : Le tableau 2 présente les concentrations en éléments traces métalliques dans les sols témoin et pollué en comparaison avec les normes réglementaires AFNOR NFU 44-04.
Tableau 2 : Teneurs des ETM en mg/kg dans les sols témoin et pollué ainsi que les normes AFNOR NFU 44-04.
ETM Normes AFNOR NFU 44-04 mg/kg dans
Sol témoin mg/kg dans
Sol pollué mg/kg dans
Aluminium - 2 914,67 6 993,62
Cadmium 2 nd 1,52
Cobalt 30 1,27 58,36
Manganèse 270 55,53 1 615,83
Nickel 50 2,17 36,71
Plomb 100 2,88 89,35
- : non déterminé Les concentrations en ETM varient selon le type de sol,
mais aussi selon l’élément concerné. Elles sont globalement plus élevées dans le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna que dans le sol de la ceinture verte. Les concentrations de tous les ETM du sol témoin de la ceinture verte ne dépassent pas la valeur réglementaire de la norme AFNOR NFU 44-04. Par contre, la concentration en Co dans le sol de la vallée (58,36 mg/kg) représente presque le double de la norme réglémentaire AFNOR NFU 44-04 en Co (30 mg/kg).
Celle du Mn, 1615, 83 mg/kg, est très supérieure à la norme réglémentaire AFNOR NFU 44-04 qui est de 270 mg/kg. Pour les autres ETM, même si les concentrations sont élevées, elles ne dépassent pas les normes AFNOR NFU 44-04. Des teneurs beaucoup plus élevées que celles que cette étude enregistrée ont été obtenues dans le sol algérien (Baba Ahmed, 2012). A titre d’exemple, il obtint 9,49 mg/kg pour le Cd, 121,49 mg/kg pour le Ni et 127,4 mg/kg pour le Co. Cela montre que les sols de la vallée de Gounti Yéna sont peu contaminés en ETM par rapport aux sols d’Annaba en Algérie et cela s’expliquerait par la faible industrialisation de la ville de Niamey. Ces concentrations élevées en ETM dans le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna peuvent être expliquées par les différentes sources d’ETM auxquelles ce site est exposé (décharges sauvages, trafic routier, eaux usées, incinération et brûlures). La faible présence des ETM au niveau du sol témoin de la ceinture verte serait due au vent qui transporte les particules libérées dans l’air et les dépose sur les sols (Wassim, 2017). En effet, des sources de pollution telles que la circulation routière émet des polluants dans l’atmosphère qui se déposent par la suite sur les sols. Toutes les concentrations que nous avons obtenues sont inférieures à celles observées par Tankari Dan-Badjo et al., (2013) à la station d’épuration de l’Hôpital National de Niamey où les sols sont pollués par les eaux usées issues de l’Hôpital National de Niamey déversées sans aucun traitement au préalable. Notons par ailleurs que les teneurs en ETM dans le sol pollué de la vallée de Gounti
Yéna, sont élevées avec l’ordre décroissant de Al >Mn
>Pb > Co >Ni > Cd. Ces teneurs élevées en Al, Mn, Pb, Co, Ni et Cd représentent un danger pour la population en ce sens que ces ETM sont toxiques pour la santé (Slatni, 2014). Par exemple, un excès en Cd peut provoquer une hypertension, des dommages sur le foie et un excès en Ni peut provoquer des allergies, des maladies respiratoires et peut même être cancérigène (Slatni, 2014). La concentration en Cd (1,52 mg/kg) obtenue dans le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna est proche de la concentration en Cd dans les sols de Seine-Marne en France (0,09 à 1,80 mg/kg) (Baize et al., 1995). Cette valeur en Cd dans le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna ne dépasse pas les normes AFNOR NFU 44-04. Cependant, cette concentration est plus élevée que celle obtenue par Awofolu, (2005) dans des sols pollués de la ville de Lagos au Nigéria. La concentration en Mn obtenue dans le sol pollué (1 615,83 mg/kg) est largement supérieure aux normes AFNOR NFU 44-04 (270 mg/kg). Ces résultats corroborent à ceux de Tankari Dan-Badjo et al., (2013) qui ont montré que les concentrations en ETM dans les sols de la ville de Niamey dépassent parfois très fortement les valeurs réglementaires.
Teneurs en ETM dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille : Les concentrations en Al dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille sont respectivement de 388,52 mg/kg et de 253,08 mg/kg sur le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna et de 851,29 mg/kg et 201,31 mg/kg respectivement pour l’amarante et l’oseille sur le sol non pollué (Figure 2). Ces résultats sont très supérieurs aux concentrations maximales réglementaires en Al fixées par l’OMS qui varient de 2,7 à 45,8 mg/kg dans les végétaux.
Cette teneur élevée est due aux grands axes routiers qui entourent la vallée de Gounti Yéna. Les concentrations en Cd dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille cultivées sur le sol pollué sont respectivement de 0,49 mg/kg et 0,67 mg/kg. Ces concentrations sont supérieures à la norme du CSHPF, 1996 fixées à 0,2 mg/kg de concentration en Cd dans les végétaux. Le Cd
est présenté comme un des ETM les plus solubles et dès que sa concentration augmente dans la terre, les plantes l’absorbent et il se retrouve dans la chaîne alimentaire (Verloo, 2003). Les concentrations en Co dans les feuilles de l’amarante et dans les feuilles de l’oseille cultivées sur le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna sont respectivement de 0,58 mg/kg et 0,24 mg/kg. Ces concentrations en Co sont inférieures à celles trouvées par Kabata-Pendias et Pendias (2001) dans les végétaux qui tournent autour de 1 mg/kg. Les concentrations en Mn dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille cultivées sur le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna (53,26 et 43,06 mg/kg) sont inférieures à celle indiquée par Tankari Dan Badjo (2013) (250,627 mg/kg) dans la laitue cultivée dans la même vallée de Gounti Yéna et à celle des végétaux cultivés sur un sol pollué en Nouvelle Calédonie, 2 870 mg/kg (Tankari Dan Badjo et al., 2013). Les concentrations en Pb dans les feuilles de l’amarante et dans les feuilles de l’oseille cultivées sur le sol pollué de
la vallée de Gounti Yéna sont respectivement de 5,18 mg/kg et 0,69 mg/kg. Ces concentrations sont proches de celle indiquée dans la laitue cultivée sur le même site (5,167 mg/kg). Les concentrations en Pb dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille dépassent la norme du CSHPF, 1996 de 0,5 mg/kg. La présence de ce métal dans le sol et dans les végétaux s’expliquerait par ses sources qui sont abondantes au niveau du site de la vallée de Gounti Yéna notamment les gaz d’échappement, les incinérations des déchets, les percolats des décharges. En ce qui concerne le Ni, la concentration dans les feuilles de l’oseille sur le sol pollué est de 0,75 mg/kg et dans les feuilles de l’amarante est de 1,83 mg/kg. Ces concentrations sont inférieures aux normes réglementaires (8 mg/kg) fixées par l’OMS.
Toutefois, même si les teneurs en Ni sont faibles, cette situation ne doit pas être négligée car le Nickel est responsable de plusieurs maladies respiratoires, d’allergies de la peau et est cancérigène.
ST : Sol Témoin SP : Sol Pollué
Figure 2 : Concentrations des éléments traces (mg/kg) dans les feuilles de l’amarante (Amaranthus hybridis) et de l’oseille (Hibiscus sabdariffa) cultivées sur le sol témoin de la ceinture verte et sur le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna.
La figure 2 montre aussi que le transfert des ETM se fait plus dans le sol de la ceinture verte par rapport à celui de la vallée de Gounti Yéna. Cela s’explique par le fait que le sol de la vallée de Gounti Yéna a un pH basique et un fort taux de MO. Cette caractéristique du sol de la vallée de Gounti Yéna immobiliserait les ETM réduisant ainsi leur transfert vers les plantes. Ce résultat corrobore celui de Basta et Tabatabai, (1992) qui ont montré qu’à un pH basique et avec une forte MO, les ETM subissent une
immobilisation qui réduit leur phytodisponibilité.
Cependant, même si les ETM semblent être immobilisés dans le sol de la vallée de Gounti Yéna, une petite variation du pH pourrait permettre leur relargage dans le sol. Ils deviendront alors phytodisponibles. Leur transfert dans les plantes qui y sont cultivées présenterait donc un problème de santé pour la population qui consomme ces plantes.
CONCLUSION
L’objectif de cette étude était de déterminer les concentrations en ETM dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille cultivées sur le sol pollué de la vallée de Gounti Yéna. Les résultats obtenus ont montré que le sol de la vallée de Gounti Yéna est pollué par les ETM et que ces concentrations dans ce sol pollué sont très élevées par rapport au sol témoin. Les ETM dosés dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille ont montré qu’il y a effectivement un transfert de ces ETM du sol vers ces végétaux. Les concentrations enregistrées de 5 éléments
sur 6 dans les feuilles de l’amarante et de l’oseille dépassent les normes réglementaires des ETM dans les végétaux et présentent ainsi un danger pour la population car elles sont très utilisées dans l’alimentation. Cela doit interpeller les autorités en charge de l’environnement et de la santé afin de prendre les mesures adéquates pour assurer la sécurité de la population à travers par exemple une dépollution biologique des sols de la vallée de Gounti Yéna notamment la phytoremédiation.
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