Devenir dans l environnement des produits phytosanitaires : quelle influence des pratiques agricoles?

(1)

Lionel ALLETTO

Chambre Régionale d’Agriculture d’Occitanie Chercheur associé INRA UMR Agroécologies, Innovations, Territoires

lionel.alletto@occitanie.chambagri.fr

@LionelAlletto

Témoignages et échanges sur les systèmes maïsicoles Vic en Bigorre (65)

phytosanitaires :

quelle influence des pratiques agricoles ?

(2)

FOCUS sur le Devenir dans l’environnement des pesticides

Microflore

(localisation, abondance, activité…)

Structure du sol

(porosité, stabilité, rugosité)

Matières organiques

(quantité, nature)

Volatilisation Lixiviation Ruissellement

Disponibilité

Rétention Dégradation

Interception

Conduits racinaires Résidus = mulch

(f(travail du sol))

Lavage

Température, teneur en eau

Processus conditionnant le devenir des pesticides Facteurs affectés par les pratiques agricoles

Effet direct sur les processus conditionnant le devenir des pesticides

Effet d’un des facteurs affectés parles pratiques agricoles sur un autre

(Alletto et al, 2010)

(Alletto et al., 2010)

(3)

Volatilisation

Photolyse

(4)

Volatilisation

Variation diurne : pic de volatilisation à midi

(5)

(Bedos et al., 2002)

(6)

Volatilisation

(Bedos et al., 2002)

(7)

Volatilisation d’herbicides (UMR EGC Grignon)

(8)

Volatilisation

Effets d’un mulch en surface vs. sol nu sur volatilisation du S-métolachlore

► Pertes plus importantes sur la modalité en non-labour avec mulch

Labour

Non-labour (mulch)

Nbre jours après application

(9)

des suivis de la qualité de l’air au niveau européen et national

25 juin 2018 - Lancement de la campagne exploratoire nationale de mesure des résidus de pesticides dans l'air

collaboration Anses / Ineris / ATMO France

(10)

Volatilisation

Photolyse

Interception Rétention

Rétention

►Variabilité importante en fonction : - molécules

- pH

- composition physicochimique du milieu : surtout MO et argiles ! - pratiques culturales

(11)

0 1 2 3 4 5 6 7

0-10 0-10 0-10 10-2020-30 0-10 10-2020-30 0-5 0-5 0-5 5-10 10-1515-20 0-5 5-10 10-1515-20 0-15 0-15 0-15 0-15 0-15 0-15 NT CT NT NT NT CT CT CT NT CT NT NT NT NT CT CT CT CT NT+B NT+V NT CT+B CT+V CT

Acétochlore Acifluorfen Alachlore Alachlore Alachlore

Coeffcient d'adsorption (L / kg)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 0-10 0-10

NT CT NT CT NT CT NT CT NT CT NT CT NT CT NT CT NT CT

Chlorimuron Clopyralid Cyanazine Dicamba Diclosulam

► Le plus souvent : rétention accrue en agriculture de conservation

► Lien direct avec les teneurs en MO : diminution de la rétention avec la profondeur

(12)

Rétention Effets de pratiques de travail du sol

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0-3 3-6 0-3 3-6 0-3 3-6 0-3 3-6 0-4 4-8 8-15 0-4 4-8 8-15 0-4 4-8 8-15 0-4 4-8 8-15 0-2 2-5 5-10 10-25 0-2 2-5 5-10 10-25 0-8 0-8 0-2 2-10 0-2 2-10 0-2 2-10 0-2 2-10 NT+V NT+V NT+B NT+B CT+V CT+V CT+B CT+B NT NT NT CT CT CT NT+V NT+V NT+V CT+V CT+V CT+V NT NT NT NT CT CT CT CT NT CT NT NT NT+RgNT+Rg CT CT CT+Rg CT+Rg

Fluometuron Fluometuron Fluometuron Fluometuron Fluometuron

► Assez forte variabilité pour une même molécule en fonction des études Exemple du fluométuron

0 2 4 6 8 10 12 14

0-5 0-5 0-5 0-5 0-5 10-15 0-5 10-15 0-8 0-8 0-2 2-10 0-2 2-10 0-2 2-10 0-2 2-10 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-7.5 0-3 3-10 10-25 0-3 3-10 10-25 NT CT NT CT NT NT CT CT NT CT NT NT NT+RgNT+Rg CT CT CT+Rg CT+Rg NT CT NT CT NT CT NT NT NT CT CT CT

MCPA Métolachlore Norflurazon Norflurazon Sulfentrazone 2,4-Dichlorophénol

► Effet de la nature des résidus de culture sur la rétention…

(13)

Maïs Avoine

Trèfle inc.

Phacélie

(14)

Decomposition and associated application time (days)

0 d 6 d 28 d 56 d

Kd Glyphosate (L.kg-1 )

0 20 40 60 80 100

c aab

b b

b

a c

b

a

a a

A

ab b

A

Kd S-metolachlor (L.kg-1 )

0 10 20 30 40 50 60 70

b

a a

b c a

c

b

bb

c

ab a cbc

bc

Kd Epoxiconazole (L.kg-1 )

0 100 200 300 400 500

Oat Red clover Phacelia Turnip rape

b a

a

b

b a

c ab

b b a

a

a a

a

Rétention

► Augmentation de la rétention avec le vieillissement des résidus de cultures

► En lien avec la modifications de leur composition au cours du

temps ?

(Cassigneul et al., 2015)

(15)

Avoine Trèfle

Phacélie Navette

LIC « Lignines + Cutines »

CEL « Cellulose »

HEM « Hemicellulose »

SOL-Ndf « Soluble – détergent neutre »

SOL-Eau« Soluble –eau chaude »

Fractionnement Van Soest

Maïs

(16)

Rétention

► Relation intéressante entre la rétention de phytos et la minéralisation (= décomposition) des résidus à la surface du sol

Effets des résidus de culture se décomposant à la surface du sol sur la rétention de phytos

Net cumulative mineralisation (% applied orgC)

0 20 40 60 80

K d (L.kg-1 )

0 100 200 300 400 500

EPX SMOC

GLY y = 7 x - 64

R²=0.81 (p<0.01)

y = 1.7 x - 8.1 R²=0.61 (p<0.001)

y = 0.7 x + 7.7 R²=0.80 (p<0.001)

Minéralisation du couvert végétale (libération de CO₂)

Coefficient d’adsorption

Epoxiconazole S-métolachlore Glyphosate

(17)

► Prélèvements sur 64 parcelles en non-labour (Strip-till, travail superficiel, semis direct), avec/sans couverts végétaux, rotation de durée variable, …

(18)

Rétention

Coefficient d’adsorption K_D et K_OC: quantité de

molécule pouvant se fixer sur les composés organo- minéraux

Conditions expérimentales - T°C: 25°C

- Obscurité Agitation ¹⁴C-Herbicide +

Eau + CaCl₂

(19)

► Adsorption du S-métolachlore plus élevée dans les sols non labourés recevant des couverts végétaux vs. sols non labourés sans couverts

végétaux

With cover crop

K d (L kg-1 )

0 2 4 6 8 10

0-5 cm

Without cover crop

5-10 cm 0-5 cm 5-10 cm Avec couverts végétaux Sans couverts végétaux

Coefficient d’adsorption

0-5 cm

Adsorption (L kg-1 )

0 2 4 6 8

10 5-10 cm

DT RT NT DT RT NT

(20)

Volatilisation

Photolyse

Disponibilité

Dégradation

= microorganismes

= eau + pesticide

(21)

14CO₂: fraction minéralisée

Extraction Eau + CaCl₂

Extraction Solvants organiques

Combustion d’échantillons

=

piégeage du ¹⁴CO₂

Fraction facilement biodisponible

Fraction plus difficilement extractible

Fractionnon-extractible (“résidus liés”)

Analyses par chromatographie : formes moléculaires

1

2 3

4

% Molécule mère (=DT₅₀), autres métabolites Conditions d’incubation

- T°C : ?

- Teneur en eau / Potentiel matriciel

(22)

Dégradation : étude au laboratoire

► La dégradation de certaines molécules dépend de microorganismes spécifiques = la répétition régulière d’un même traitement peut conduire à une accélération de la dégradation par sélection d’une flore adaptée

(23)

+ +

Labour à la charrue

Période: Avril

Profondeur : 28-30 cm

Cultivateur + rouleau + herse plate

Période : Mai Profondeur : 8 cm

Disques + rouleau

Période : Novembre Profondeur : 9-12 cm

Cultivateur + herse plate

Période : Mai Profondeur : 8 cm

10 0

20 30 40 50 60 70 80 90

cm

Travail du sol conventionnel (CT) Travail superficiel du sol (MT)

(24)

0 8

30 cm

Lit de semence (0-8 cm) (CT_SL) Couche labourée (8-28 cm)

Inter-bandes (CT_IF)

Terre fine (CT_FS) Semelle (28-30 cm)

(CT_PP)

Travail du sol conventionnel (CT)

Lit de semence (0-8 cm) (MT_SL)

0 8

30 cm

Couche disquée (8-12 cm) (MT_DL)

Couche non travaillée (12-30 cm) (MT_UL)

Conservation tillage (MT)

(25)

0 5 10 15 20

0 20 40 60 80

Incubation times (days)

%14 CO2

CT_SL 25°C CT_SL 15°C MT_SL 25°C MT_SL 15°C MT_DL 25°C MT_DL 15°C

0 5 10 15 20

0 20 40 60 80

Incubation times (days)

%14 CO2

CT_FS 15°C CT_IF 15°C CT_PP 15°C MT_UL 15°C

Temps (jour)

► Pas de différence dans le lit de semence en CT et MT

► Minéralisation plus forte dans la couche disquée = moins de résidus que dans le lit de semence avec moins de rétention

(compétition réduite entre ces processus) Etude du dicétonitrile

(produit de dégradation à action herbicide de l’isoxaflutole)

► Pas de différence dans les horizons profonds en CT et MT

3

(26)

Etude du nicosulfuron

0 5 10 15 20 25 30 35

0 3 7 14 21 28 35 42 49 56 70 84 91

14C-CO2 (en % cumulé)

Nombre de jours

Minéralisation du nicosulfuron Agri. Conventionnelle (64)

CAS TEM 0-10 CAS TEM 10-25 CAS TEM 25-60 CAS TEM 60-90

0 5 10 15 20 25 30 35

0 3 7 14 21 28 35 42 49 56 70 84 91

Nombre de jours

Minéralisation du nicosulfuron ACS (64)

CAS ESS 0-10 CAS ESS 10-25 CAS ESS 25-60 CAS ESS 60-90

0-10 cm 10-25 cm 25-60 cm 60-90 cm

► sur des sols riches en MO :

 Pas de modification de la

dégradation des molécules étudiées

(27)

0 5 10 15 20 25 30 35

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91

Nombre de jours

Minéralisation du nicosulfuron Agri. Conventionnelle (32)

ABA TEM 0-10 ABA TEM 10-25 ABA TEM 25-60

0 5 10 15 20 25 30 35

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91

Nombre de jours

Minéralisation du nicosulfuron ACS (32)

ABA ESS 0-10 ABA ESS 10-25 ABA ESS 25-60

► sur des sols initialement pauvres en MO :

 Peu de différence

 Augmentation sensible de la minéralisation dans l’horizon

« profond »

0-10 cm 10-25 cm 25-60 cm

(28)

Durée d'incubation (j)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

14 CO 2 libéré (%14 C appliqué)

0 5 10 15 20

IZA_P1 IZA_P2 IZA_P3 IZA_P4 MAR_P1 MAR_P2 MAR_P3 MAR_P4 LAJ_P1 LAJ_P2

Echantillons de sols en parcelles en agriculture de conservation

► Variabilité en

fonction des sols, des systèmes de culture Etude du S-métolachlore

(29)

Résidus de cultures intermédiaires Mélange Sol + Résidus

Sol

Piège à soude = ¹⁴CO₂

Effets de la nature et de l’âge (degré de décomposition) * des résidus sur la dégradation d’herbicides

* *

(30)

Minéralisation Extractible

Résidus non extractibles (…)

Elevé Faible

Elevé

avec bcp de

métabolites

Faible

avec peu de

métabolites

Elevé Faible

Sol nu Sol + résidus de CIMS

(31)

Estimation de la variabilité de l’épandage …….

Ajustement non linéaire (cinétique d’ordre 1) = Estimation de la T_1/2

CT_BS

0 5 10 15 20 25 30

% IFT appliqué

0 20 40 60 80 100

T1/2 (IFT) = 0.91 j (22 h)

MT_BS

0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100

T1/2 (IFT) = 0.47 j (11 h)

CT_CC

JAT

0 5 10 15 20 25 30

% IFT appliqué

0 20 40 60 80 100

T1/2 (IFT) = 0.95 j (23 h)

MT_CC

JAT

0 5 10 15 20 25 30

0 20 40 60 80 100

T1/2 (IFT) = 1.02 j (24 h)

Labour – sol nu Non-labour – sol nu

Labour – sol couvert Non-labour – sol couvert

► Dégradation au champ plus difficile à quantifier :

 Effort porté sur le suivi des transferts

(32)

Dégradation / Rétention : illustration de la compétition

(33)

Homologation : étude de la demi-vie de

dégradation…

… mais persistance biologique plus longue

DT₅₀de dégradation

Temps

Persistance agronomique Persistance chimique

Persistance biologique Seuil de détection analytique Seuil de sensibilité des

plantes 50 %

Calvet et al., 1980

Dissipation

Phytotoxicité =

(34)

Dégradation : devenir du glyphosate après absorption par la plante

(35)

Volatilisation

Photolyse

Ruissellement

Disponibilité

Dégradation - 3-15 % dose appliquée (Fawcett et al.,

1994, Lacas et al., 2005) - variabilité en fonction :

► propriétés des molécules : Solubilité, Rétention => transport en solution ou par érosion…

► topographie

►météo : nombreuses relations ln [atrazine]_runoff= a + b. ln

(number of days after treatment) (Triplett et al., 1978)

► pratiques culturales : travail du sol, couverture du sol, …

(36)

Ruissellement & Erosion

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies

 Présence d’un couvert végétal à la surface du sol

 Présence d’un mulch

Période d’interculture Cycle cultural des cultures marchandes

(37)

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies

(38)

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies

Quantité de résidus

(t/ha)

Ruissellement

(% précipitations) Erosion

(t/ha)

0 45 12

0,25 40 3

0,5 25 1

1 0,5 0,3

2 0,1 0

4 0 0

(39)

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies

(40)

(41)

2- Stabiliser les agrégats

 Accroitre les teneurs en C organique dans les horizons de surface des sols

 Intégrer un suivi du pH dans le

raisonnement : à adapter f° type de sol

(42)

2- Stabiliser les agrégats

Technique conventionnelle

19 juillet 2005

270 mm de pluie Technique de conservation

 le travail du sol comme levier pour accroitre la

stabilité des agrégats

(43)

3- Accroitre les capacités d’infiltration

 Commencer par connaitre les intensités et cumul de pluies de la zone : si pluies d’orages à forte intensité mais sur des

périodes courtes, la macroporosité joue tout son rôle ! On compte alors sur nos amis …

40 cm

60 cm

 Ksat (conductivité hydraulique à

saturation) dans les galeries de vdt peut varier

de 50 à 500 mm/h !

(44)

 Accroitre l’infiltration dès la surface du sol :

3- Accroitre les capacités d’infiltration

(45)

3- Accroitre les capacités d’infiltration

Peu prise en compte dans modèles

(Angulo-Jaramillo et al., 1997 ; Strudley et al., 2008)

Conductivité hydraulique (à saturation) en labour

(Sauer et al. 1990 ; Green et al., 2003 ; Stange et Horn, 2005 ; Strudley et al., 2008)

Forte dynamique temporelle

Densité apparente en labour du milieu poreux à transmettre l’eau qu’il contient pour une teneur en eau donnée (ou un potentiel

matriciel donné).

Temps / Cumul de pluies / …

Wsol primaire M L^-3

/

L T^-1 Dynamique en ACS

(46)

3- Accroitre les capacités d’infiltration

Test érosion en conditions contrôlées



Placette 2.7 m²



Pluviomètres



Echantillonnage des eaux de ruissellement

 Matière en suspension (MES) en g/L

 Quantité d’eau ruisselée Lr (lame

d’eau ruisselée)

(47)

3- Accroitre les capacités d’infiltration

 Des difficultés pour se positionner dans les mêmes conditions expérimentales

 Stabilisation à environ 150-200 mm/h de pluies durant 20 min chez ACS GERS alors que sur la parcelle voisine (Labour GERS), l’intensité de pluie n’a pas été régulée

convenablement et sur une durée équivalente (au final ≈ 60 mm de pluie ont été appliqués sur ACS GERS contre ≈ 28 mm chez Labour GERS)

 Pluies ruisselées chez ACS GERS ≈ 3 mm vs. 6,4 mm chez Labour GERS

ACS GERS Labour GERS

(48)

12 g/L 0.3 g/L

 Une érosion générée très significativement plus faible en ACS

 Il faudrait également tenir compte des écoulements hypodermiques également à l’origine d’une érosion

3- Accroitre les capacités d’infiltration

ACS GERS Labour GERS

(49)

3- Accroitre les capacités d’infiltration

(50)

A PRENDRE EN COMPTE SUR L’ENSEMBLE DU PROFIL DE SOL: RUISSELLEMENT HYPODERMIQUE

3- Accroitre les capacités d’infiltration

(51)

Volatilisation

Photolyse

Lixiviation

Ruissellement

Disponibilité

Dégradation

Flux dans la macroporosité : court-circuit de la matrice

-variabilité en fonction :

► propriétés des

molécules : Solubilité, Rétention => transport en solution

► Précipitations : pluies et irrigation

► pratiques culturales :

travail du sol, couverture

du sol, … : formation de

galeries (macropores)

(52)

Lixiviation : comment s’active le drainage sur une parcelle ?

Limons / Sables

Argiles

Matières organiques

Hydratation des argiles = augmentation de l’espace interfoliaire

Eau du sol (solution du sol)

Charges négatives Calcium (Ca²⁺)

- --

- -

- - - -

- - -

-

- -

-

- -

- - ---- - -- - -

- - - -

- -

- - - - - - - - - - -

(53)

Au cœur du

macropore : énergie de liaison faible = l’eau n’est pas retenue

Dans les pores de petits diamètres, l’attraction

exercée par les particules solides reste forte = l’eau est bien retenue

 Potentiel hydrique = état énergétique de l’eau dans le sol

 Explication des remontées capillaires

(54)

Lixiviation : comment s’active le drainage sur une parcelle ?

Conséquences :

1- l’eau circule dans un sol en empruntant des pores de taille de porosité croissante :

Si intensité de pluie :

< capacité infiltration pores de taille 1

> capacité infiltration pores de taille 1

> capacité infiltration pores de taille 2

> capacité infiltration pores de taille 3 : refus d’infiltration

2- les capacités d’infiltration d’un sol vont directement dépendre

de la porosité totale mais aussi de la distribution des différentes

gammes de pores et de leur connectivité

(55)

Idées reçues

« les galeries de vers de terre permettent de faire circuler l’eau » -> Partiellement vrai : circulation de l’eau lorsque le sol est saturé (ex. après une très forte pluie ou une période de pluie assez

longue…)

« les macropores permettent d’améliorer le réservoir utilisable » ou « les macropores favorisent les remontées capillaires »

-> Faux ou de façon très peu significative, par exemple via les MO

recouvrant les parois des vers…, pas de remontées capillaires

(56)

Année / Pratiques Agricoles

Travail du sol Culture Intermédiaire 2005 ++ en Non-labour ++ avec CI

2006 Pas d’effet ++ avec CI

2007 Pas d’effet Pas d’effet*

2008 ++ en Non-labour ++ avec CI

=> Poursuivre les efforts de caractérisation des CIMS sur les transferts hydriques et de solutés

Lixiviation

Effets du travail du sol et de la gestion de la période d’interculture sur le transfert d’herbicides par lixiviation

* Très faible biomasse de couvert végétale en 2007 (< 500 kg MS/ha contre 2 à 4 t MS/ha les autres années)

(57)

► Les processus intervenant dans le devenir environnemental des phytos sont nombreux, complexes et en interrelations fortes !

► Certaines pratiques peuvent permettre de limiter leurs fuites et favoriser leur dégradation

 Couverture des sols : Ruissellement, Erosion, Dégradation, Rétention

 Augmentation des teneurs en MO : Erosion, Dégradation, Rétention

 Amélioration de l’activité biologique : Dégradation

 Gestion de l’irrigation : Lixiviation

► Mais : compte tenu des objectifs de qualité de l’eau

(0,1 μg/L ; 0,5 μg/L ; 2 μg/L)

il est impératif de réduire les applications

les illustrations de pratiques alternatives mises en

œuvre par des agriculteurs prennent tout leur sens !

(58)

Merci pour votre attention

lionel.alletto@occitanie.chambagri.fr

@LionelAlletto