Relations entre les proprietes des sols et l'absorption du strontium par une culture de ray grass en sols calcaires

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Relations entre les proprietes des sols et l’absorption du strontium par une culture de ray grass en sols calcaires

R. Guennelon, A. Conesa, A.M. de Cockborne

To cite this version:

R. Guennelon, A. Conesa, A.M. de Cockborne. Relations entre les proprietes des sols et l’absorption

du strontium par une culture de ray grass en sols calcaires. Annales Agronomiques, INRA, 1972, 23

(5), pp.497-515. �hal-02730950�

agron., 1972, 23 (5), 497-515.

RELATIONS ENTRE LES PROPRIÉTÉS DES SOLS ET L'ABSORPTION DU STRONTIUM

PAR UNE CULTURE DE RAY-GRASS EN SOLS CALCAIRES

R. GUENNELON, A. CONESA et A. M. de COCKBORNE Station d' A mitonne

Centre de Recherches d' Arignon, I. N. R. A., 84140 Montfavet

Annales agronomiques

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE

149, rue de Grenelle, 75341 Paris Cedex 07

Ani. agron., 1972, 23 (5), 497-515.

RELATIONS ENTRE LES PROPRIÉTÉS DES SOLS ET L'ABSORPTION DU STRONTIUM

PAR UNE CULTURE DE RAY-GRASS EN SOLS CALCAIRES

R. GUENNELON, A. CONESA et A. M. de COCKBORNE Station d'Agronomie,

Ccntre de Recherchcs d'Avignon, I. N. R. A., 84140 Montfavet

RÉsumÉ

Une étude portant sur une cinquantaine de sols montre la difficulté de relier le coefficient de distribution du strontium entre un sol et une solution de contact à, des propriétés physico-chimi- ques de ce sol ; en particulier, la capacité d'échange ne peut servir seule de critère; la teneur du

;o1 en strontium soluble semble jouer un rôle important.

Le strontium total absorbé est une fonction croissante du rapport strontium échangeable/capa- cité d'échange, mais des variations du taux d'absorption ne sont sensibles que pour de forts apports de strontium facilement soluble.

Un apport de strontium marqué juste avant la culture se traduit par un taux de contamina- tion qui ne dépend que de la capacité d'échange du sol : il lui est inversement porportionnel au moins durant les huit semaines qu'a duré la culture. Là encore, la réduction du taux de contamina- tion ne peut être obtenue que par une modification positive de la capacité d'échange, mais la quantité de matériel (argile, matière organique) qu'il faudrait apporter est, sur le plan pratique, beaucoup trop importante. Un certain effet peut cependant être prévu en sols sableux, ayant une CEC très faible.

I. — INTRODUCTION

De nombreuu travaux ont porté sur la pénétration du strontium dans les végé- taux, surtout depuis 1945, lorsque cet élément s'est avéré, sous la forme de l'iso- tope go, un radio-contaminant dangereux.

Ces études ont été menées sous deux angles différents ; elles ont porté, d'une part sur le pouvoir de décontamination des sols vis-à-vis des solutions polluées que l'on projetait de rejeter, d'autre part sur les relations sol-plante dans des sols conta- minés ou en voie de contamination.

L'antagonisme Sr/Ca avait fait antérieurement l'objet des recherches de limer,

498 ^R. GuENNELoN, A. colsrEsA, A.-M. De COCKBORNE

HOFF (1893), de Mac HARGITE (1919) et de WALSH (1945), entre autres. Plus récem- ment, MENzw, (1954), ErsTeiN et LEGGer (1954), utilisant le strontium radioactif, étudièrent les relations entre l'absorption de cet élément et le taux de Ca ou de K échangeable.

Une bibliographie, très abondante, rassemblant les travaux sur "Sr dans les sols et sur le rôle de Sr dans la nutrition de la plante, a été publiée par le Common- wealth Bureau of Soils, Harpenden (1960-1969).

Remarquant que ces travaux se réfèrent, en général, aux sols non calcaires, nous avons décidé d'étudier comparativement divers sols, dont la teneur en CaCO 3 varie de o à 8o p. Ioo. A cette étude, ont été ajoutés quelques sols acides, mais ayant reçu des apports de calcium assurant à la plante une fourniture suffisante en cet élément.

Le but de ce travail était de rechercher la possibilité, au travers d'analyses sim- ples, de définir le comportement probable de ces sols en cas de pollution et de prévoir les conséquences pour les végétaux cultivés quant au niveau de contamination.

II. — TECHNIQUES ExpÉRImENTALEs

Les sols utilisés sont caractérisés par leur analyse granulométrique, leur pH, leur teneur en calcaire actif (DRoinNEAu, 1942), leur capacité d'échange à l'ion NH 4 , leur teneur en matières organiques totales, leur strontium échangeable par percolation à l'acétate d'ammonium. Le stron- tium total et le soufre total ont été dosés par fluorescence X.

Pour les cultures de ray-grass, utilisé comme plante-test, des pots en plastique sont remplis de 400 g de sol mélangé à 500 g de sables grossiers (environ 1,5 mm). On apporte, dans tous les pots de culture, les éléments majeurs et mineurs sous forme de solutions. Après séchage et homo- généisation, on ajoute 5 ml d'une solution de Sr(N0 4) 2 contenant, par litre, Io microcuries de

90

Sr et ro° mg de Sr entraîneur. On homogénéise à nouveau ; le semis de ray-grass est effectué et les graines sont recouvertes d'une couche de sable de 0,5 mm d'épaisseur ; au moyen d'un petit tube de verre enfoncé dans le pot, on ramène, chaque jour, par pesée, le matériel sol ± sable, aux 2)3 de sa capacité de rétention. Le semis ayant eu lieu le 31 août, deux coupes ont été effec- tuées respectivement les 28 septembre et 19 octobre. Chaque essai a été répété quatre fois.

Sur les parties aériennes, on dose K par spectrophotométrie d'émission, Ca et Sr par absorption atomique. Le strontium radioactif est mesuré sur un poids déterminé de matières sèches ; l'étalonnage est réalisé par référence à une gamme établie à l'aide de la solution de contamination et de matière végétale provenant de ray-grass non contaminé.

Le comptage est effectué dans des coupelles en acier inoxydable de 87 mm de diamètre, au moyen d'un compteur à gaz argon-méthane, dans un spectromètre bêta à bas bruit de fond (durée de comptage : 4 fois 15 minutes).

Les principaux résultats figurent dans les tableaux r, 2 et 3.

— RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le premier travail a été de chercher à relier les propriétés physico-chimiques

des sols étudiés à un coefficient global tenant compte de la répartition du strontium

entre le sol et une phase liquide ; en second lieu, on a tenté de relier le strontium total

absorbé par la plante à divers caractères du sol. On a enfin recherché le facteur

influençant le plus l'absorption du strontium radioactif incorporé au sol.

ABSORPTION DE ST EN SOLS CALCAIRES 499 A. — Propriétés physico-chimiques des sols et coefficient de distribution Le coefficient de distribution d'un sol vis-à-vis d'une solution marquée en équi- libre avec ce sol est :

Activité par g de sol

Ka — • •

Activité par ml de solution

Ce coefficient a été étudié par Mc HENRY (1958) qui travaillait sur un sol cal- caire grossier de type Sierozem contenant 1,5 p. Io° de CaCO 3, 11,5 p. I 000 d'argile et présentait une capacité d'échange de 5,9 meq/Ioo g.

Utilisant une technique analogue à celle décrite par cet auteur, nous avons mis en contact pendant 24 heures, avec agitations intermittentes, 4 g de sol avec 25 ml de solution contenant o,o6 x 10- 3 meq de strontium, marqué au "Sr.

Cette quantité, correspondant à 1,5 x Io -3 meq/Ioo g de sol, est inférieure à la valeur maximale proposée par Mc HENRY (/oc. cit.), (1 p. i 000 de la capacité d'échange), à l'exception des échantillons 41 et 45 dont les C.E.C. sont très faibles.

On mesure l'activité de la solution sur une partie aliquote et l'on calcule le rap- port K.

Aucune relation satisfaisante ne relie ce coefficient aux divers paramètres envi- sagés isolément ou conjointement, qu'il s'agisse de K a déterminé sur un sol non traité ou sur un sol saturé au préalable par Ca++ (tabl. i et 2).

Sur cinq sols, Mc HENRY avait déjà noté que K a ne présentait aucune corréla- tion évidente avec la capacité d'échange.

Plusieurs phénomènes contribuent à expliquer cette divergence :

a) lorsque le sol est riche en strontium facilement soluble, la quantité adsorbée par la phase solide n'est pas seulement fonction de la C.E.C. mais dépend également de la modification de la concentration de la solution due à la solubilisation de Sr du sol ;

b) dans ce cas encore, outre les phénomènes d'adsorption, il faut considérer la dilution isotopique avec Sr déjà adsorbé, qui, contribuant à faire baisser l'activité de la solution, augmente la valeur de K a ;

c) la fixation de Sr sur le sol est non seulement réalisée au niveau des colloïdes argileux, mais également au niveau de la matière organique. Or, la capacité d'échange totale, déterminée à l'aide de l'ion NH 4, ne correspond pas au pouvoir de sorption du sol vis-à-vis de Sr, au profit duquel joue le pouvoir « chélatant » de la matière organique (1110RrENsF,N et MARcusiu, 1963).

La seule considération de la capacité d'échange ne peut donc permettre de prévoir le coefficient de distribution d'un sol.

Par ailleurs, NISHITA et TAYLOR (1964) ont montré qu'une fraction de Sr appli- qué à un sol est adsorbée d'une manière telle qu'il n'est plus susceptible de participer à l'échange isotopique ; plus récemment, TAYLOR (1968) constate, comme SCHULZ et al. (1958, 1961) et comme ROBERTS et MENzEr. (1961), que près de 50 p. Ioo de

"Sr introduit dans les sols par les retombées, n'est plus échangeable.

Il conclut que, l'équilibre isotopique avec de telles fractions non facilement

échangeables n'étant atteint qu'au bout de 6 à 8 semaines, les méthodes d'extraction

TABLUALT I

CetractCristiqucs physico-chimiquss des sols (ire série) et coefficients de distribution

Résultats en p. 1 000 Résultats en p.p.m. méq./100 g Coefficients de

distribution K,s

PH Argile Litnon Matières

organiques

Calcaire actif

s total

Sr total

Sr

échmg. CEC

sans

prétraitement

avec g

2 7,8 190 « 485 46 15 1 670 190 23 16,3 16? 80

3 8 215 380 37 110 260 610 30 14,5 21-8 186

4 8,3 185 405 26 115 1 140 840 99 12,8 243 106

5 125 180 29 tr. 50 100 14 11,4 220 248

6 8,1 170 465 31 20 420 140 13 10 110 128.

7 8,3 15 65 10 30 60 350 14 2 54 44

8 8,2 115 175 24 85 80 250 6 8 292 160

9 7,5 210 210 65 340 160 17 16,8 173 175

10 79 120 325 37 15 210 140 15 155 101

11 75 160 195 33 tr. 20 110 3 10 3 162 140

12 75 70 155 22 tr. 170 40 2 4,8 51

13 7,6 235 210 45 tr. 120 50 18,3 211 47

15 16

7,8 7,7

130 265

260 265

31 49

40 tr.

390 270

190 90

5 12

8,5 19,3

200 258

99

162 0

17 7,3 215 195 74 tr. 120 510 17 26,3 388 207

8 295 340 45 235 330 500 18 13,4 186 142

19 7,5 169 190 36 tr. 80 80 9,2 146 132

21 7,8 375 185 77 15 80 120 34 31,1 417 235 ^>4

Sols ljgèrement acides

6,1 110 100 28 o 140 30 2 I 6 80 71

14 6,2 130 135 21 o ¹⁸⁰ o ^{0-2 4,8 95 51}

20 6,5 137 185 33 o ^{90 80 O 7,6 145 73}

Résultats en p. '1000 Résultats en p.p.m. méq./100 @ Coefficients de distribution Ka PH

Argile Limon Matières organiques

Calcaire actif

S total

Sr total

Sr

échang. C... E C sans 1 prétraitement

avec

24 7,5 60 25 28 15 - 10 3 8,2 70 212

25 7,9 90 145 23 50 80 370 10 6,7 98 88

26 8,5 70 125 124 85 480 320 29 20,2 82 86

27 7,5 210 325 59 365 2 610 530 42 10,2 42 73

28 78 180 250 49 135 660 480 22 12,5 117 102

29 7,9 285 230 87 240 800 1 070 44 22,9 164 127

30 7,9 215 105 59 40 290 240 17 16,4 137 183

31 7,7 280 115 93 25 170 60 7 23.7 172 157

34 8 315 185 60 80 1 000 300 32 25 170 214

35 7,5 55 85 36 15 200 20 8 8,6 86 77

37 7,7 90 175 53 60 110 20 6 12,9 152 80

38 7,5 300 150 111 60 3 980 2 130 550 40,5 14 18

39 7,5 295 155 128 75 3 200 12 800 '1375 28,3 41 61

40 7,9 290 360 31 125 4 570 390 47 7,5 J 3

43 8,3 250 415 72 135 760 640 40 13,7 '192 57

45 0 25 15 10 10 210 18 1,2 26 39

46 280 450 70 210 560 610 64 23 221 159

50 7,9 165 325 47 185 570 450 15 11,8 105 147

Sols acides ou non calcaires (pH 7)

32 7,7 60 40 36 O 140 20 5 8,9 80 80

33 7,5 385 95 163 O 560 12 42 287 234

36 6,5 130 25 31 O -- 40 4 8,6 '100 56

41 5,2 15 45 10 - 10 1 0-0,3 18 24

42 5,5 50 30 20 O 30 3 0-0,6 1,7 72 35

44 5,4 150 150 57 o ^{340 60 4 6,8 171 97}

47 185 195 52 o ^{50 100 8 13 269 '178}

48 7,0 170 130 53 o ^{140 40 10 12,9 231 141}

49 6,9 135 125 62 o ^{60 15 13,7 300 209}

51 7,8 175 200 37 o ^{280 90 19 15,2 149 223}

52 53

7,5 7,5

130 120

165 150

36 39

o o ^{430 250}

100 110

7 7

12,1 15,5

152 149

127 ^CJ1 162 0

MS N a Is U C C NO II‘ 12 10S EW

502 R. GUENNELON. A. CONRSA, A.-M. DR COCKBORNe

rapides ne permettent pas d'obtenir une estimation satisfaisante du strontium utili- sable par la plante.

De même, les coefficients de distribution sol/solution résultant de contact de courtes durées, ne reflètent pas la disponibilité totale du strontium.

On ne peut donc utiliser ce coefficient que pour classer globalement les scls selon leur pouvoir de décontamination vis-à-vis de solutions polluantes strontiques, comme l'avait proposé Mc ^HeNRY.

B. — Caractéristiques des sols et teneurs en Sr total des végétaux

On a ensuite tenté d'établir une relation entre la teneur du végétal en strontium total et les propriétés des sols étudiés.

Il n'est pas indifférent, en effet, qu'une même activité en "Sr par unité de poids de matière végétale, corresponde à des teneurs variables en strontium total du point de vue de l'hygiène alimentaire.

De plus, pour une activité spécifique donnée de Sr du sol, il devrait être intéres- sant de savoir comment l'on peut réduire l'absorption de Sr par la plante. C'est géné- ralement par le chaulage qu'un tel résultat a été recherché. On trouvera dans un travail de \Veen, Kr..,oKe et MARCKWORDT (1961), une revue des principaux articles traitant de ce problème dont la conclusion générale tend à reconnaître, moyennant des réserves, une certaine efficacité du chaulage, à cet égard, en sols acides. SexerreR et LuDwIEG (1959) estiment, qu'en sols bien pourvus en chaux, l'apport supplémentaire de Ca ++ augmenterait l'absorption de Sr par la plante.

Selon la plupart des auteurs, il est intéressant de relier le rapport (Sr/Ca) dans la plante, au rapport (Sr/Ca) échangeable ; le quotient k de ces deux rapports est le « facteur de distribution » (MeNzni., 1954). Il se définit comme un indice de simili- tude de comportement de ces deux éléments vis-à-vis de leur absorption par les plantes

(111.eNzu, /oc.cit .). Dans de nombreux cas étudiés, ce facteur est voisin de I, mais il peut aussi s'en écarter notablement.

Dans notre expérimentation, où nous avons préférentiellement étudié des sols calcaires, la notion de calcium échangeable ne présente pas le même intérêt, compte tenu de la solubilité de CaCO s (non nulle et variable selon les paramètres température, pression partielle de CO », présence de divers ions) dans la solution du sol ou dans les réactifs d'extraction. D'ailleurs, la teneur en Ca du ray-grass a peu varié (6 à 13 p. I 000 pour la première coupe, 5 à 14 p. i 000 pour la seconde coupe), comparativement aux teneurs en strontium (15 à 722 p.p.m. et 13 à 997 p.p.m.

respectivement).

Nous avons donc préféré la recherche d'une relation entre l'absorption du stron- tium par la plante et la possibilité de fourniture de cet élément par le sol, la déter- mination de Sr++ dans les sols ne posant pas plus de problèmes analytiques que celle de Ca++.

On a tout d'abord vérifié qu'aucune relation ayant une probabilité suffisante n'existait entre le strontium total absorbé d'une part, et des variables isolées : Sr total, Sr échangeable, capacité d'échange.

De même, une relation simple entre le strontium absorbé et le rapport Sr échangeable

n'existe pas.

Capacité d'échange

ABSORPTION DE Sr EN SOLS CALCAIRES 503 Par strontium échangeable, nous entendons tout le strontium soluble à l'acétate d'ammonium N par extractions successives, ce qui implique une certaine dissolution du carbonate (ou du sulfate) de strontium pouvant exister dans certains sols.

La teneur en Sr de la plante doit être fonction de l'activité chimique [Sr++1, donc de la concentration de cet élément dans la solution du sol.

Selon une relation proposée par BOYD, ScHuBERT et ADAMSON (1947), pour représenter l'adsorption de deux cations bivalents par une zéolite, on peut écrire que la quantité de strontium adsorbée par un poids m d'adsorbant est telle que :

(Sr) ₌ E bi • [Sr++] 2

b1 [Sr] 2 + b.• [Ca] 2 (I) Cette relation explique d'ailleurs, comment à taux constant de Sr dans un tel système, l'augmentation de [Ca++], pourrait, en diminuant la quantité adsorbée,

!aire croître [Sr++], ce qui est en accord avec certains essais de SemereeE et LuEvneG (1958), dans la mesure où le lessivage ne provoque pas l'entraînement de Sr au fur et à mesure de l'augmentation de sa concentration dans la solution du sol.

En présence d'un excès de CaCO 3, l'activité chimique de [Ca++] peut être consi- dérée comme constante, aux variations près, dues à la pression de CO 2 et à (l'autres facteurs pouvant agir sur la solubilité du carbonate.

Dans la formule (1), E représente la capacité d'échange et b1 , b2 , sont les énergies d'adsorption des deux cations.

La concentration de Sr dans la solution du sol étant toujours faible, on peut tdmettre que le strontium adsorbé et disponible pourtant pour la plante, est peu différent du strontium extrait comme échangeable.

On. a alors :

Sr éch. b1 . e 2

b1c2 4- Q (2)

b, et Q sont des constantes et c la concentration de Sr dans la solution du sol.

Sr éch.,

Si p est le rapport E , chaque terme exprimé en meq, on aura :

c LY. k P

— p (3)

En exprimant le strontium échangeable en p.p.m. et E en meqfroo g, on aura : Sr éch. en p.p.m.

— E k ^pi (3 bis)

meq/roo g et c

438 —

L'alimentation de la plante peut donc se faire à partir d'une solution de concen- ration en Ca++ constante et de concentration en strontium déterminée par la for- utile 3 bis.

P '

Un graphe de Sr A absorbé en fonction de . 1 438 p, montre que cette relation e peut être linéarisée qu'au moyen de la double transformation logarithmique fig. I et 2) :

log log Sr A = a• log 438 P p , b (4)

0,4

0,3

0,2

0,1

504 R. GURNNRI,ON, A. coNnsA, A.-M. De COCKBORNE

Pour calculer ^p' et établir cette représentation, nous avons tenu compte de la différence existant entre les valeurs analytiques obtenues pour Sr éch., et les valeurs réelles pouvant exister dans les sols utilisés, différence provoquée par l'apport de l'entraîneur de la solution radioactive. Cette quantité apportée est l'équivalent de

log. log Sr p p m

0 I 2 3

FIG. I.

Relation entre le strontium total absorbé par la Plante et le rapport strontium échangeable/capacité d'échange

Ire coupe : : sols calcaires, X : sols neutres, o : sols acides

1,25 p.p.m. de Sr échangeable. On a ainsi corrigé les échantillons 24, 36, 37, 41, 42 et 44, dont la teneur en Sr échangeable très faible risquait d'être modifiée par cet apport ; on notera que, par suite de l'apport initial de Ca(N08)2, effectué pour réaliser l'alimentation azotée, les sols non calcaires se comportent à peu près comme les sols calcaires.

Ajoutons enfin que l'échantillon 45 n'a pas été retenu, par suite de sa capacité

I og P' + 4 438— P'

ABSORPTION De Sr EN SOLS CAI,CAIR.ES 505

d'échange extrêmement faible, analytiquement sujette à caution : il s'agit d'un sable presque pur (97,3 p. ioo de sables supérieurs à 50 microns), très pauvre en matières organiques et dont le strontium soluble à NII.(Ac), provient vraisemblablement de

10g. log Sr pom

o

0,&.

2"coupe

0,2—

2 3

FIG. 2. — Relation entre le strontium total absorbé par la plante et le rapport strontium échangeable/capacité d'échange

Ze coupe : -I- sols calcaires, x : sols neutres, o : sols acides

ta dissolution de SrCO. (il contient 12,5 p. Ioo de CaCO 3 constitué surtout de débris de coquilles).

On obtient donc, pour la première coupe, la relation :

0,4-

0

Sr A (p.p.m.) = exP { 8,79 N

1 438 P

(5)

506 R. GUENNELON. A. coNesA, A.-M. DE COCKBORNe

avec une probabilité meilleure que 0,001 (t = 5,4o" pour 27 degrés de liberté), et, pour la seconde coupe :

& A (p.p.m.) = exp Io /

0,34

P 438 — (D'

}

(6) avec une probabilité meilleure que o,00i (t = 3,72" pour 27 degrés de liberté).

Dans les conditions de l'expérience, le strontium total absorbé par le végétal, est donc une fonction croissante de p', puisque la fonction / p' croît, elle-

\ 438 —

sr (ppm )

FIG. 3. — Variation de la fonction 102 , 430 — et position des données expérimentales

En étudiant séparément les deux termes du rapport p', la plupart des auteurs trouvent une corrélation positive de Sr ^A avec Sr éch., (YITDINTSEVA et al., 1969) et une corrélation négative avec la capacité d'échange (GuerHER et ScHRoeDER, 1968).

même, en fonction de p' (fig. 3 et 4).

0,010

0,005

P' 438-P'

pi Sr éch. ppm C.E.C. meq.100g"

ABSORPTION De sr EN SOLS CALCAIRES 507

On notera que la teneur en calcaire fin (calcaire actif) n'intervient pas sur Sr A, les phénomènes d'absorption de Sr par CaCO, (GueNTNnzoN et al., 1969), s'ils limitent la disponibilité de ce cation, sont sans doute contrebalancés par la solubilité de ce carbonate de calcium qui peut, selon son origine, être plus ou moins chargé en strontianite.

100 200

FIG. 4.

Relation entre p' et le facteur de concentration el 4 38 P1 p ,

C. — Caractéristiques des sols et absorption du strontium radioactif apporté Le but principal de ce travail est évidemment de déterminer les facteurs qui agissent le plus sur l'absorption du strontium, fraîchement incorporé au sol, simulant une pollution récente. Une prolongation de cette étude aura pour but de rechercher à nouveau le taux de contamination du ray-grass deux ans après la première culture.

Sur les 50 000 picocuries de 9°Sr apportés pour chaque essai, la culture n'en

a absorbé qu'une faible fraction, allant de 78 picocuries par gramme (en matière

sèche) pour le Sol 38 (2e coupe) à 5 371 pour le sol 41 (2e coupe) soit, par récolte, une

5o8 ^R. GUENNEI,ON, A. CONESA, A.-m. De COCKBORNE

exportation de i6o à 6 500 picocuries (3 à 130 p. I 000 de la quantité apportée). Il est intéressant de savoir dans quelles limites cette radiocativité absorbée dépend des caractéristiques des sols. Le tableau 3 donne la teneur en Sr total, la radioactivité

TABLEAU 3

Teneurs du ray-grass en strontium total et 90 Sr ; activités spécifiques des cultures et des sols

Sr total

;P.P.m.)

Activité totale (pCi/g M S)

Activité spécifique (pCiiiLg de Sr)

Activité spécifique

sols

I Il I Il I II (pCi/ 1.1..gSr)

34 33 469 485 13,8 14,70 19,4

61 52 551 424 9,05 8,15 6,2

53 49 176 177 3,3 3,60 4,1

65 62 177 172 2,7 2,80 2,9

47 33 309 233 6,6 7,05 5,4

70 62 171 149 2,45 2,40 2,8

26 20 208 135 8 6,75 6,8

21 13 174 153 8,3 11,75 15,2

65 50 148 114 2,3 2,3 3,8

35 31 421 380 12 12,25 13,5

29 21 338 245 11,65 11,65 17,2

223 345 99 78 0,45 0,25 0,20

722 997 109 94 0,15 0,10 0,10

79 76 379 272 4,80 3,60 2,6

96 75 309 223 3,20 3,00 3,0

53 61 1 595 1 332 30,1 20,80 6,5

106 74 280 164 2,65 2,20 1,9

29 29 292 248 10,05 8,55 7,7

Sols non calcaires

26 25 492 456 18,9 18,25 20,0

15 13 111 83 7,4 6,40 9,4

37 21 263 192 7,10 9,15 11,1

42 29 287 190 6,8 6,55 7,7

45 44 233 247 5,20 5,60 6,2

26 25 358 280 13,75 11,20 15,2

27 24 365 277 13,50 11,55 15,2

Sols acides

38 33 744 517 19,60 15,65 23,8

117 202 3(20 5 371 26,65 26,60 55,6

44 75 2 179 2 895 49.50 38,60 67,6

28 41 719 685 25,70 16,70 23,8

34 25 374 252 11,00 10,10 13,5

des plantes, les activités spécifiques des plantes et des sols, pour les essais en sols cal- caires, en sols neutres non calcaires et en sols acides.

On note tout d'abord que l'activité absorbée ne présente pas de corrélation avec le strontium total absorbé, ce qui s'explique par le fait que l'activité spécifique par

24 25 26 27 28 29 30 34 35 37 99 40 43 45 46 50

32 33 48 51 53

36

41

42

44

47

ABSORPTION De sr EN SOLS CALCAIRES 509

microgramme de Sr disponible dans le sol n'est pas constante, par suite des variations de Sr échangeable.

Mais on constate aussi que l'activité spécifique ( 90Sr/Sr)plante n'est pas égale à l'activité spécifique ( 9°Sr/Sr échangeable)se (que l'on corrige ou non la valeur de Sr échangeable mesurée, pour tenir compte de l'apport d'entraîneur).

1 04 log

Act.pCi/g

+f

4.

X

X

X

+ + //e '+ a

1re coupe

0,5_

log 10 [CEC]

2 3

Fm. 5. — Relation entre l'activité absorbée par la Plante et la capacité d'échange du sol

(Ire coupe)

Par contre, on a pu mettre en évidence une relation entre l'inverse de la radio- activité absorbée et la capacité d'échange : on a ainsi pour la première et la seconde coupe :

log Ioo = 0,756 63 log [ro — 0,067 99 (7)

log

log = 0,895 76 log [Io — 0,275 31 (8)

avec t = 5,96'' et t = 7,47** pour 28 degrés de liberté (fig. 5 et 6).

Annales agronomiques. —

2_

1,5 —

510 R. CUENNELON, A. CONeSA, A.-M. De COCKBORNR

On a, dès lors :

A, — 2 049 ^E0,756 (9)

et _1-1 ^A _{3 = 0,806} ² 397 (Io)

On peut donc dire que, lors d'apports de strontium au sol, la quantité absorbée par la plante et provenant de ces apports, est inversement proportionnelle à la capa- cité d'échange et ne dépend pas du strontium disponible préexistant ; cela signifie

10 4

log

Act.pCi/g 2

1,5

e o

2"« coupe

o

log 10 [C.E.C1

2 3

FIG. 6.

Relation entre l'activité absorbée par la Plante et la capacité d'échange du sol (ze coupe)

que la dilution isotopique dans le sol n'est pas réalisée, et cela est valable, dans les

conditions de l'expérience, pendant une durée minimum de cinq semaines (entre le

semis et la seconde coupe).

ABSORPTION De sr EN SOLS CALCAIRES 511

IV. — PRÉVISION De LA CONTA1VUNATION DE 14 PLANTE ET CONSÉQUENCES PRATIQUES

Le but final des travaux sur la contamination des végétaux est la prévision de la teneur des plantes en éléments radioactifs et éventuellement la détermination des moyens permettant de réduire ce niveau de contamination.

De l'analyse des résultats faite au paragraphe C, on voit que, pour un apport récent de °°Sr, l'absorption est inversement proportionnelle à la capacité d'échange du sol. Il n'est donc pas possible d'agir sur la pénétration du strontium, si ce n'est par des apports massifs de matériaux à forte capacité d'échange.

Dans les conditions de contamination utilisées, la variation relative du taux de capacité d'échange nécessaire pour obtenir une diminution de 50 p. ro° de l'activité absorbée est, par dérivation de la formule 9 :

o ' 666 (II)

E

Pour un sol ayant une capacité d'échange de 10 meg] ro° g, une réduction de 500 Fei à 250 pCiig de M.S., nécessite une augmentation relative de la capacité d'échange de 6,6 meq/roo g. Ceci correspond à un apport de l'ordre de 200 tonnes à l'hectare, d'un produit ayant une CEC de r meq par g. Ce procédé est donc prati- quement inutilisable.

Par contre, pour un sol sableux, à capacité extrêmement faible, le même calcul peut conduire à des apports plus faibles (de l'ordre de la dizaine de tonnes), tout en étant efficaces. Dans de tels sols, une bonne mesure préventive, qui est aussi une pra- tique culturale correcte, serait d'effectuer des apports massifs répétés de matières organiques (tourbe, engrais verts, etc.), voire même des marnages avec un matériel peu calcaire relativement à sa capacité d'échange. De toutes façons, la réduction importante d'une contamination des récoltes, par une pollution récente du sol, est une opération techniquement et économiquement peu praticable.

Peut-on par ailleurs, envisager de réduire l'absorption de 90Sr en apportant, durant la période de pollution du sol, un élément déterminé comme le strontium non radioactif? L'expérience réalisée, utilisant une seule dose d'entraîneur, ne peut per- mettre de répondre directement à cette question. Toutefois, si l'on constate que les teneurs du ray-grass cultivé, dans notre essai, peuvent s'élever jusqu'à I 000 p.p.m.

(en MS), sans toxicité apparente, on peut en déduire que des apport s de strontium augmentant le taux de Sr disponible, augmenteront l'absorption de cet élément, ce qui entraînera, il est vrai, une diminution de l'activité spécifique par rapport au strontium absorbé, sans modifier l'absorption de 9°Sr récemment incorporé au sol.

Enfin, est-il possible de diminuer l'absorption de 90 Sr récemment apporté en augmentant à l'avance le stock de strontium échangeable? Comme l'absorption de cet élément fraîchement incorporé dépend surtout de la capacité d'échange (for- mule 9), il ne faudrait espérer qu'une diminution de l'activité spécifique, ce qui peut être un résultat recherché par les hygiénistes. Pour que le résultat soit appréciable,

faudrait augmenter considérablement le niveau du strontium total absorbé.

C. E. C.

en méq.

pour 100 g

16

17,2

6

512 R. GITENNELON, A. CONESA, A.-M. DE COCKBORNE

Or, en différenciant la formule 5 où l'on remplace

Sr échangeable en meq/Ioo g s p par p =-

E meq/Ioo g E'

soit

SrA

dSr A STA

= exP { 8 ,79 (£ j °' 1 5

— 32 (E ds, (5 bis)

on obtient :

SrA E As, car s en meq reste petit par rapport à E.

Une augmentation de 13 p. Ioo déterminée par cette formule pour un sol ayant une capacité d'échange de Io meq/roo g serait acquise pour s -= i meq/roo g, ce qui représente approximativement I 300 kg à l'hectare. Comme l'augmentation souhaitable devrait permettre d'atteindre des niveaux égaux à ro voire même Ioo fois le stock existant, on doit s'attendre à être obligé de prévoir des apports de près de 2 000 tonnes à l'hectare en Sr, ce qui représente des tonnages d'amende- ments irréalisables. Encore, serait-il nécessaire que ce strontium reste sous forme échangeable et ne soit pas insolubilisé ou lessivé. Le carbonate de strontium, compte tenu de sa solubilité et de la teneur en eau des sols, ne peut en aucun cas permettre d'effectuer des relèvements rapides aussi considérables du taux de Sr disponible.

TABI,BAIT 4

Valeurs moyetturs des activités et des caractéristiques pour trois classes de sol

I 32

Activité de la plante en pCilg de MS

Activité spécifique en pCi/v.g de Sr

lre coupe 2° coupe Ire coupe e coupe

Sols calcaires 344 282 7,3 6,7

Sols non calcaires

non décalcifiés 301 246 10,4 9,8

Sols décalcifiés 1 427 1 944 26,5 21,5

Sr total en p.pan.

(sols)

Sr échan- geable en P•P•rn•

1 146 129

65 12

42 3,5

Ces résultats sont en accord avec ceux de Roffley et al. (1959) qui estiment que,

dans certains cas, les quantités de strontium à apporter pour obtenir un effet intéres-

sant (diminution de 15 à 30 p. Dm), sont de l'ordre de Io tonnes à l'hectare ; FRe-

DRixssoN et al. (1959) avaient également conclu à l'influence insignifiante du stron-

ABSORPTION DE sr EN SOI,S CALCAIRES 513

tium stable apporté, sur l'absorption du strontium radioactif présent dans le sol.

Lieurs conclusions obtenues par des expériences basées sur la réalisation d'apports xoissants de Sr stable, sont donc confirmées par une autre voie et par l'application L'une formule valable pour un grand nombre de types de sols.

La nature du sol n'est cependant pas sans effet notable sur la contamination de a plante. en effet, si l'on considère les groupes de sols définis au tableau 3, on peut Loter les résultats assez intéressants exprimés au tableau 4, mais qui s'expliquent m fait par les valeurs moyennes de la capacité d'échange et du strontium total et

changeable.

V. — CONCLUSIONS

Cette étude montre la difficulté d'intervenir de façon efficace pour diminuer contamination des plantes poussant sur des sols calcaires pollués par le ,trontium-go.

La pollution accidentelle (de quelque origine que ce soit) de sols calcaires ne onduit donc pas à première vue à une situation bien meilleure que celle des sols icides quant à la contamination de la plante, en ce qui concerne les méthodes de

écupération des sols.

Seuls, les sols calcaires riches en strontium (et présentant donc des teneurs très Levées en cet élément sous forme échangeable ou facilement soluble), peuvent laisser

,

révoir une contamination du végétal plus faible, pour des apports de "Sr relative- rient anciens (supérieurs à trois ou quatre mois).

Reçu pour publication cn juin 1972.

SIT12MARY

INTERRELATED PROPERTIES or SOILS AND STRONTIUM UPTAKE BY RYE-GRASS GROWN ON CALCAREOUS SOILS

An investigation, involving some fifty different sous, shows how difficult it is to correlate I te strontium distribution ratio of a sou l and a contact solution with the physico-chemical pro- crues of this soil ; more particularly, exchange capacity is not adequate as a single criterion since Ite soil content of soluble strontium apparently plays a major role.

The total strontium absorbed is an increasing function of the exchangeable strontium/

change-capacity ratio, but variational absorption rates are only marked when inputs of readily- 4uble strontium are heavy.

A strontium input tagged just before cultivation instances a contamination ratio depending Jely on the exchange capacity of the soil and is inversely proportional at least over the 8 weeks ultivation lasted. Here again, a lower rate of contamination can only be secured by a positive lteration of the exchange capacity ; however the amount of material (clay, organic matter) I tat would be needed is for practical reasons, much too large. Yet, some effect may be expected

sandy soils the cationic exchange-capacity of which is very low.

5 14 ^R. GuENNELON, A. CONESA, A.-m. DE COCKBORNE

ZUSAMIVI:CNFASSUNG

BEZIEHUNGEN

zivIscHEN DER BoDeNsescHArrtmna'r UND DER AUFNAHME VON STRONTIUM DURCH EINEN

RAY-GRASS-ANBAU ATTF KAI,knAtTIOEM BODEN

Eine Untersuchung von ungefâhr fünfzig Bôden zeigt wie schwer es ist, den Verteilingskoef- fizienten des Strontiums im Bôden und in einer Berührungslfisung mit den physischen und che- mischen Merkmalen dieses aidens in Bezug zu bringen. Insbesondere kann die Ionen-Austausch- kapazitât nicht ais einziger Gesichtspunkt dienen. Der lfisliche Strontiumgehalt des Bfidens scheint eine bedeutende Rolle zu spielen.

Das gesamte aufgenommene Strontium ist eine steigende Funktion des Verhâltnisses : aust- auschbares Strontium/Ionen-Austauschkapazitât, jedoch verzeichnet man starke Schwankungen der Aufnahmes.tze nur für starke Zugaben von leicht lfislichem Strontium.

Eine Gabe von markiertem (gezeichnetem) Strontium vor dem anbau spiegelt sich in einem Verseucliungssatz wieder, der lediglich von der Austauschkapazitât des Bfidens abhângt. Dieser Verseuchungssats steht im umgekehrten Proportionalverhâltnis zur Austauschkapazitât, zumin- dest wâhrend der achtwfichigen Dauer des Anbaus. Hier konnte lediglich eine Minderung der Verseuchungssâtze durch eine positive Verânderung der Austauschkapazitât erreicht werden, jedoch ist die Menge der zu zuführenden Stoffe (Ton, organische Stoffe) in der Praxis viel zu gross.

Eine gewisse Wirkung kann man jedoch voraussehen bei sandigen Bfiden mit einer sehr geringen Ionenaustauschkapazitâ.t Austauschkapazitât (C. E. C.).

PE310ME

MCHS,HY CBOI/CTI3HIVIII rroqn H 1101'.11011.1CHHCM CTP01111113 .1 paiirpacom

H3BeCTHOBLIX nognax.

P. FEHHEJ101-I, A. HOHE3A, A. M. Re 1-Z01-0;OPH.

Flcc.neaonanne ono.no nnTnaecnTH 061)annon 110 ,113 notiamduacT, nTo Tpyano CI3F13aTb noa(filbnunenT pacnpeaezeinin cTponnnn meaçw nognoli pacTnopom uonTanTa C 4/14313 HO

XHNIHMCC1111MH OCO6CHHOCTSIMII )T011 HOH1312;

OCO6CHHOCTII, ëMHOCTb o6mena iie MO13CT, °ana, 61,1Tb npnTepnem; conepneanne paCTB0p1IMOr0 CTPOIMHB B 110 111333 nrpaeT, IMRCTCH, BBH:Hylo

(Mame ROJIHileCTI30 rIOIVIOIHC•HOr0 cTpompin ripeacraBafieT Boapacraio- utylo (Pyrimpaio ofimermuil cTpollullii / eiurzocri.. (Amelia, Ho H8MCBCBOO 1-10FJ10- Luerinux HO.RI4ICCT13 — P1013141411 TO.TI MW 13 cariai-lx npyrnimx nneceimit J'en() pacTnopnmoro cTponuna. Bnecenme megeffiloro cTpounnn nepea naimaom nyaITLTypm nmpaameTcn nponenTolvi aarpnallenen nanncsnwim Tom,Ho oT emi-zocTn o6mena nognil : nponenT OTOT o6paTno nponopnnona.nen

06mena, no upagnen mepe n Teqenne BOCIAII4 neaenb 11TO nj114Teff nyabrypa.

B DTOM MOIHHO JOCTMq1, colipainemin nponenTa

TOSILIZO I13131CBCHI1CM eMliOCTI4 o6mena B BOHOH3HTCJII,Hy10 cTopony; HO E0.11 11- necTBo maTepnana (ranna, opranntiecnoe BCIOCCTB0), noTopoe aan" aToro

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monino oEnatio IIpeiBHJeTI n nectianog nolme co cna6oll emEocTbio o6mena

naTnonama.

ABSORPTION DE sr EN SOLS CALCAIRES 515

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