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FICHE TECHNIQUE

Limportance des lments mineurs : des carences la toxicit. Une proccupation en agriculture biologique ?

B. Estevez, agr.

Introduction Les lments mineurs sont importants pour les vgtaux Les sols carencs peuvent nuire au dveloppement vgtal et rduire ainsi la qualit du produit Certains lments mineurs sont des mtaux lourds et lorsque les sols sont saturs, la disponibilit pour la plante peut potentiellement crer de la phytotoxicit augmentant le risque de la contamination de lenvironnement et de la chane alimentaire des humains et des animaux

Les lments mineurs (ou oligo-lments) du sol importants au Qubec

Zinc (Zn) Cuivre (Cu) Manganse (MN) Fer (Fe) Molybdne (Mo) Bore (B)

Tableau 1. Le rle des lments mineurs pour les plantes : fonctions physiologiques (Parent et Rivest, 2003 ; Comeau et al., 2006) lments mineurs/Symbole chimique

Fonctions

Fer (Fe) Rle majeur dans la synthse de la chlorophylle et les protines Manganse (Mn) Participe la production doxygne molculaire lors de la photosynthse; essentiel llongation des

racines et la synthse des membranes et des substances de dfense. Cuivre (Cu) Impliqu dans la biosynthse de la lignine, des alcalodes et des phytoalexines (antibiotiques contre les

maladies) Zinc (Zn) Impliqu dans la photosynthse Molybdne (Mo) Ncessaire la rduction du nitrate et la fixation symbiotique du N2 Bore (B) Le bore aide le transport des sucres et stabilise les membranes. Les dicotyldones (feuilles larges)

sont plus sensibles aux carences. Dans une plante bien pourvue de B, les organes reproducteurs sont plus viables et les racines poussent mieux.

La disponibilit des lments mineurs : la nature du sol et les pratiques agricoles

Les types de sol : une dimension intrinsque

Pour les lments mineurs, leur disponibilit potentielle dpend des types de sols et particulirement leurs caractristiques physico-chimiques. Selon Tran et al. (1995), les facteurs les plus importants sont : La texture Le pH (un des facteurs physico-chimiques du sol les plus importants. En effet, lacidit du sol les rend plus disponibles mis part le molybdne pour lequel cest le contraire). La teneur en matire organique Lhumidit du sol Le potentiel doxydo-rduction (aration et humidit du sol) Le tableau 2 mentionne le potentiel de carence en fonction du type de sol et des rgions du Qubec. Prcisons que dans ce tableau, on rfre aux teneurs en lments mineurs disponibles et non aux teneurs totales. Pour une bonne comprhension de la problmatique, Il faut cependant tre averti de quelques prcisions pour bien interprter les rsultats danalyse des teneurs du sol en lments mineurs.

Les analyses de sol donnent la teneur des lments nutritifs facilement assimilables, donc potentiellement disponibles la plante via la solution du sol.

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Certaines sries de sol sont moins bien pourvues en lments mineurs que dautres surtout selon leur texture et leur groupe pdologique (Giroux et al., 1992).

Lorsque lon parle de teneur totale en lments mineurs du sol, on fait rfrence la quantit totale prsente dans toutes les fractions dun chantillon de sol. Il faut savoir que lon a alors utilis une mthode danalyse trs forte, diffrente de la mthode Mehlich-3 utilise de manire routinire pour les analyses de sol au Qubec et qui nous informe de la disponibilit potentielle pour la plante.

Ainsi, la mthode Mehlich-3 est bien adapte aux sols du Qubec souvent acides. Cependant, tant donn que cette mthode extrait des pH trs bas et non au pH du sol, les rsultats doivent donc tre interprts comme le potentiel de disponibilit des lments mineurs du sol.

Par consquent, il est possible quun sol teneur moyenne puisse induire une carence, mais aussi, quun sol trs riche ne puisse pas induire automatiquement une toxicit. Cest dire que la notion de disponibilit relle doit tre prise en compte et ce en fonction la fois des caractristiques physico-chimiques du sol (pH, CEC, le potentiel redox..) et des pratiques agricoles.

Tableau 2. Carences potentielles en lments mineurs selon le type de sol et les rgions du Qubec (Tran et al., 1995) lments mineurs Caractristiques physico-chimiques des sols et particularits Fer Gnralement assez lev dans les sols. Les carences sont plutt observes dans les sols

organiques. Carence trs rpandue en sol calcaire mais rare au Qubec. Son effet peut augmenter labsorption du manganse (Mn) jusqu des seuils toxiques

Manganse Correction de lacidit par le chaulage diminue le risque de toxicit mais accrot le risque de carence. La carence peut apparatre surtout en sol lger bien ar ou en sol alcalin riche en humus. Correction possible par des applications de MnS0 sur les feuilles. Le sol immobilise le manganse rapidement si la microflore est du genre oxyder le manganse. La toxicit est possible en conditions anarobies ou trop acides. Lexcs de manganse produit une perte de dominance apicale et la formation de balais de sorcire . En cas de surchaulage, le problme de la carence du manganse saccentue davantage surtout en sols sableux et riches en matire organique. La teneur disponible diminue avec laration du sol (drainage). Faibles teneurs frquentes en sols lgers : Bois-Francs, Outaouais, Laurentides, Mauricie, Saguenay et Lac St-Jean

Cuivre Carence surtout avec un pH lev, en sols sableux, pauvres en Cu et riches en matire organique La carence retarde la floraison, nuit la fertilit du pollen, nuit la formation des parois cellulaires surtout aprs la mi-saison. Lapplication dazote accentue la carence en cuivre. Lutilisation de sulfate de cuivre devient alors ncessaire. Lutilisation intensive de dchets dorigine industrielle ou urbaine, de lisiers et de fumiers riches en cuivre peut faire augmenter la teneur du sol mais simultanment immobiliser le cuivre qui devient non disponible aux plantes, ce qui mne la carence en cet lment (problme de mtaux lourds). Le Cu est fortement li la matire organique du sol et nest pas facilement lessiv. Les fortes doses dazote et de phosphore et un excs de zinc peuvent entraver labsorption du cuivre par la plante. Faibles teneurs possibles dans les rgions : Saguenay et Lac St-Jean. Un manque de cuivre peut favoriser lergot de lorge et ratatiner les grains de crales (Albertas agriculture ministry, 1999).

Zinc Carence surtout dans les sols dont le pH est >6,8 et riches en phosphore assimilable. De fortes applications dengrais phosphats sur des sols contenant peu de zinc disponible peuvent induire la carence de zinc et augmenter le besoin des plantes en cet lment. Lutilisation intensive de dchets dorigine industrielle ou urbaine, de lisiers et de fumiers riches en zinc peut faire augmenter la teneur du sol en cet lment et causer des problmes de mtaux lourds. Faibles teneurs possibles dans les rgions : Saguenay et Lac St-Jean

Molybdne Contrairement aux autres lments mineurs, la disponibilit du Mo augmente avec laugmentation du pH du sol. La carence se manifeste surtout chez les lgumineuses et les crucifres et chez loignon cultiv en sol organique nouvellement mis en culture. Labsorption du Mo augmente avec lhumidit du sol et certains sols mal drains peuvent provoquer lexcs de Mo dans les fourrages

Bore La disponibilit dpend du taux de matire organique et du pH. A pH< 7, le bore est sous forme dacide borique dans la solution du sol, la forme dabsorption dominante (Parent et Rivest, 2003). Carence trs rpandue sous les climats trs pluvieux favorisant le lessivage de lacide borique dans les sols alcalins et argileux. tude prliminaire effectue par les laboratoires rgionaux en 1993 : Disponibilits faibles (0,3 mg kg -1) dans les rgions de Qubec, Bois-Francs, Saguenay, Lac St-Jean et ailleurs

Prcisons que la disponibilit des lments mineurs est aussi relative la culture puisque certaines dentre elles sont plus sensibles aux carences (Tran et al., 1995). Cest le cas notamment de la luzerne et des lgumes qui ont de plus grands besoins de bore (Parent et Rivest, 2003), un lment qui est aussi impliqu dans la strilit du bl (Subedi et al., 1997). En effet le bore joue un rle dans le dveloppement du pollen, la germination et le dveloppement du tube du pollen et par consquent, le dveloppement reproductif. Ainsi, la viabilit du pollen peut tre inhibe lors dune carence en bore. Les crales sont spcialement sensibles aux carences en bore et en manganse. Le mas a grand besoin de zinc.

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Les pratiques agricoles : une dimension anthropique

Les pratiques suivantes sont celles qui influence le plus la disponibilit des lments mineurs.

Drainage Par exemple, le manganse devient trs soluble lorsque le pH est infrieur 5,5 et que les conditions de sol sont rductrices. Cet lment peut donc devenir toxique lorsque sa concentration dans la solution du sol dpasse 4 ppm. Ainsi, cette toxicit a plus de chance de se produire dans les sols acides mal drains (FAO, 1998). linverse, la solubilit du manganse est plus faible dans les sols de drainage excessif comme les sols sableux grossiers.

Chaulage En augmentant le pH par le chaulage par exemple, on augmente la disponibilit du molybdne (Mo) mais on diminue par contre la disponibilit de plusieurs autres lments mineurs : zinc, cuivre, manganse, bore et le fer surtout des pH> 6,8. Ainsi, le pH peut tre un indicateur de risque potentiel.

Fertilisation La fertilisation peut remdier des carences dlments mineurs dans la saison, soit de manire minrale, dont la pulvrisation foliaire ou par des engrais de ferme.

Symptmes des carences

Guide des symptmes de carence nutritive (mas) (MAAARO, 2002).

La visualisation des symptmes nest pas toujours suffisante pour grer une carence. Des analyses de tissus ainsi que des analyses de sol sont ensuite ncessaires pour mieux valuer limportance du phnomne et ainsi, agir en consquence. Linterprtation des rsultats danalyses dlments mineurs exige de prendre en compte un grand nombre de facteurs, soit les caractristiques physico-chimiques du sol et les pratiques agricoles.

Complexit de linterprtation des carences (Photo Semican/Comeau, explication, A. Comeau, AAC) Ne jamais juger la carence l'il ! Dans la photo ci-dessous, le feuillage de Barrie adopte une coloration jaune et semble souffrir de carence en soufre. Ce diagnostic visuel est erron. L'analyse de sol rvle: P, K, Mg, Mn, B tous au niveau faible et Zn, Cu au niveau trs faible. L'usage d'engrais N-P-K n'a pas empch le Barrie de faire ici une performance dsastreuse. Par contre, la ligne exprimentale droite tolre trs bien ces conditions difficiles. Il y a donc une composante gntique possible. On peut tenter d'valuer les carences l'il mais ce n'est pas une approche logique car des carences multiples sont difficiles interprter. De tels cas ne sont pas rares au Qubec. Donc l'analyse totale des sols est indispensable. Ajouter de l'azote et du phosphore sur un sol carenc en lments mineurs est une dpense inutile et mme un acte de pollution car ces produits ne seront pas utiliss par la plante .

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Les carences des semences

Comeau et al. (2006) ont illustr limportance des lments mineurs dans les semences pour permettre un bon tablissement des crales. Celui-ci fait la diffrence dans la comptition contre les mauvaises herbes qui pose un grand dfi en agriculture biologique. Les auteurs mettent laccent sur le manganse et le bore pour lesquels des carences seraient encore frquentes au Qubec. De plus, les symptmes ne sont pas souvent faciles dtecter et de ce fait, les rendements des cultures peuvent tre lourdement atteints.

Le cas du manganse (Photo et explication, A. Comeau, AAC)

Limage ci-dessous illustre un essai de semis dans un sol faible teneur de manganse (moins de 5 ppm). On voit gauche des plantules de bl issues de semence appauvrie en Mn parce que cette semence avait t produite sur un sol pauvre en manganse. droite, le rsultat est bien diffrent avec la semence provenant de sol riche en manganse. En effet, la rserve prsente dans la semence offre au moins un dpart adquat, capable de masquer un rouleau de ruban-cache. Noter que dans ce cas, la carence se manifestera avec retard, vers la floraison. tout prendre, mieux vaut une semence riche en Mn cultive sur un sol riche en Mn, mais l'apport de Mn venant de la semence est tout de mme biologiquement trs significatif, et peut augmenter le rendement l'anne subsquente . Ce chercheur prcise quau Qubec, ce genre de carence peut apparatre avec dautres lments mineurs, notamment le bore. Lorsque lon utilise sa propre semence, il faut donc connatre si les sols ont des carences .

Des lments mineurs aux mtaux lourds

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Dans le registre de la pollution agricole (sol et eau), les mtaux lourds sont une proccupation de plus en plus inquitante car certains de ces lments peuvent se retrouver dans la chane alimentaire. Ce que lon appelle communment les mtaux lourds est aussi nomm les TM pour lments traces mtalliques .

Les matires rsiduelles fertilisantes (MRF) peuvent tre une source potentielle dTM (Deschnes et al., 2006) (boues dpuration de stations dpuration des eaux, les poussires de cimenteries, les composts urbains, les cendres de bois, les bois ramaux, les rsidus de ptes et papiers..). Leur valorisation agricole est encadre par une lgislation du ministre de lenvironnement (MDDEP, 2004).

Les fumiers et les lisiers ne sont pas non plus sans potentiel de contamination. En effet, lutilisation dengrais de ferme peut contribuer enrichir les sols et occasionner des pertes dTM dans les eaux de ruissellement, notamment pour Cu, Zn et Mn et ce davantage dans le mas que dans les prairies (Deschnes et al., 2006). Toujours au Qubec, Giroux et al. (2005) ont mis en vidence que lapport de lisiers pendant 25 ans a affect les teneurs totales et disponibles du sol en zinc et en cuivre, de mme que celles des fractions changeable, organique et des oxydes libres. Lapport de Cu et de Zn par le lisier de porc pendant 25 ans a augment la saturation des sites de fixation, ce qui accrot la mobilit des TM. plus long terme, les matires organiques fertilisantes contenant des TM devront tre rduites pour ce sol afin de ne pas atteindre des niveaux phytotoxiques pour les plantes ou toxiques pour la chane alimentaire.

Dans le tableau 3, nous prsentons les principaux mtaux lourds selon leur degr de risque pour les humains. Vous constaterez que parmi les sept mtaux lourds les plus risque, trois dentre eux sont aussi des lments mineurs. Il est important de savoir que souvent, la marge entre la carence et la toxicit est parfois mince. Giroux et al. (1992) mentionnent le cas du cuivre (Cu) (tableau 4).

Tableau 3. Les mtaux lourds selon leur risque pour lenvironnement et la chane alimentaire (Giroux et al., 1992) Risque faible Risque important Mn (manganse) Zn (zinc) Fe (fer) Cu (cuivre) Al (aluminium) Mo (molybdne) Cr (chrome) Ni (nickel) Sb (antimoine) Cd (cadmium) Pb (plomb) Co (cobalt) As (arsenic) Se (slnium) Hg (mercure)

Tableau 4. Carence et toxicit du cuivre dans les vgtaux (Harter, 1983 cit par Giroux et al., 1992). Carence Niveau de suffisance Risque important 1 5 ppm 5 15 ppm Entre 16 et 20 ppm

Ainsi, la toxicit des lments mineurs est possible et provient toujours dune grande disponibilit dans le sol. Celle-ci na pas toujours un lien direct avec la teneur totale du sol en lments mineurs. Puisque la disponibilit est en cause, le pH est souvent le facteur principal.

Les teneurs les plus leves des mtaux lourds sont trouves dans des sols argileux. Ainsi, leur teneur totale est en relation avec les groupes texturaux : argiles>loams argileux>loams>sables (Giroux et al., 1992).

Comme avec le cas des lments mineurs, la teneur totale des mtaux lourds du sol nindique pas la disponibilit la culture, donc le potentiel de toxicit, non plus le risque de contamination de la chane alimentaire que ce soit pour les humains ou le btail.

Les matires fertilisantes sur lesquelles lagriculteur un contrle sont dautant plus proccupantes que les TM sy trouvent surtout dans des fractions labiles donc potentiellement disponibles (Deschnes et al., 2006; Giroux et al., 2005).Il est donc trs important pour lvaluation du risque de connatre les liens entre la teneur du sol et la concentration dans les tissus vgtaux

Pour dterminer le niveau de contamination des sols, il est alors ncessaire de complter le suivi avec dautres analyses. Deschnes et al.(2006) ont mis au point une mthode dvaluation du potentiel de risque des TM en trois tapes :

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1) Lanalyse Mehlich-3 du sol qui permet de dterminer la disponibilit potentielle des TM en rapport aux teneurs naturelles est la premire tape de cette approche. Si la teneur dpasse un certain seuil, on passe la seconde tape

2) En deuxime tape, une analyse de trois fractions des TM du sol (changeable, organique et des oxydes libres) est effectue. Ce fractionnement permet de mieux connatre la mobilit des TM et le niveau de contamination chimique du sol. Advenant le cas dune solubilit excessive (la fraction changeable est alors leve) et dun enrichissement important de la fraction organique et celle des oxydes libres, le sol nest vraisemblablement plus en mesure de contrler adquatement la mobilit des TM. Un doute apparat alors si son niveau de contamination lev peut reprsenter un risque pour la chane alimentaire. Il faut alors sen assurer par une dernire tape.

3) Des tests cotoxicologiques (organismes vivants) et enzymatiques (fonctions enzymatiques du sol) permettront dvaluer le niveau de toxicit pour les organismes du sol, les plantes, les animaux et pour le milieu aquatique et par consquent pour la chane alimentaire. Cest donc suite cette dernire analyse quil sera possible de parler de toxicit des TM dans les sols.

ltape 1 et 2, on parlera daccumulation, denrichissement en TM, de niveau de contamination et de pollution diffuse. Cette dmarche en trois tapes est importante et permet de parler de la problmatique des TM dans une approche prventive.

Certaines situations sont plus risque (Baize, 2000) : La viticulture et larboriculture notamment par lutilisation de la bouillie bordelaise, fongicide base de sulfate de cuivre. Celui-ci tant un puissant antibiotique, un impact ngatif sur la vie microbienne du sol est possible. Les parcelles qui ont reu des produits phytosanitaires pendant une longue priode (Zn, Hg, Pb, As, Cu) ou par une fertilisation minrale leve et soutenue (Cd). Les parcelles ayant reu des boues industrielles fortement charges en mtaux lourds et pendant une longue priode (Cd, Pb, Cu, Zn, Hg) ou encore des composts dordures mnagres (Mench et Baize, 2004). Lpandage hautes doses de lisier pendant une longue priode peut enrichir le sol en Cu et en Zn. La proximit dusines mtallurgiques, dexploitations minires ou dincinrateurs est une source de contamination par voie atmosphrique.

Conclusion

Lanalyse des lments mineurs du sol est la premire dmarche pour valuer un potentiel de carence. Un suivi au cinq ans est souvent appropri. Lchantillonnage doit tre bien reprsentatif, lutilisation dun GPS est un atout pour prendre en compte lhtrognit su sol.

Bibliographie

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Comeau, A., Pageau, D., Voldeng, H. Brunelle, A. 2006. Les oligolments : Essentiels ltablissement du couvert vgtal dans les crales. Grandes cultures, Vol. 16 (4) :34-36.

Deschnes, L., R. Chass, M. Giroux, C. Bastien , L. Jean, V. Bcaert, D. Martineau et G. Ct, G. 2006. Dveloppement d,une mthode dvaluation de la mobilit et de la biodisponibilit des lments traces mtalliques dun sol. PARDE, 147p + annexes

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Giroux, M., R. Chass, L. Deschnes et D. Ct. 2005. tude sur les teneurs, la distribution et la mobilit du cuivre et du zinc dans un sol fertilis long terme avec des lisiers de porcs. Agrosol. Vol. 16 (1) : 23-32.

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MAAARO. 2002. Autres problmes lis la culture du mas. Publication 811F.

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MDDEP. 2004. Guide sur la valorisation des matires rsiduelles fertilisantes : critres de rfrence et normes rglementaires. http://www.mddep.gouv.qc.ca/matieres/mat_res/fertilisantes/critere/index.htm

Mench, M. et D. Baize. 2004. Contamination des sols et de nos aliments dorigine vgtale par les lments en traces. Mesures pour rduire lexposition. Courrier de lenvironnement de lINRA. No 52 :31-56.

Parent, L.O. et R. Rivest. 2003. Les lments nutritifs Dans le Guide de fertilisation. 1re dition. CRAAQ, Qubec. 294pp.

Subedi, K.D., C.B. Budhathoki, M. Subedi and D.G.C. Yubak.1997. Variation in sterilitu among wheat (Triticum aestivum L.) genotypes in responseto boron deficiency in Nepal. Euphytica. 95. 21-26.

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Remerciements :

Cet article a t rdig dans le cadre du projet Semences : Dveloppement et rseautage du SPGBQ, financ par le Programme de soutien au dveloppement de lagriculture biologique (PSDAB) du MAPAQ. Nous remercions les chercheurs Marcel Giroux (IRDA) et Andr Comeau (AAC, Ste Foy) pour leur contribution trs apprcie

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