Effet du biochar sur l'enlèvement à long terme de pesticides dans des marais filtrants plantés et non plantés pour le traitement de l'eau de ruissellement agricole

L'agriculture est considérée comme l'un des secteurs qui consomment le plus d'eau sur la planète. Compte tenu de l'augmentation des activités humaines, d'énormes quantités de polluants sont déversées quotidiennement dans l'environnement. L'une des pratiques de l'agriculture moderne à fort impact est l'utilisation excessive et incontrôlée de pesticides pour élargir les limites agricoles et/ou augmenter les rendements des cultures. Cependant, cela pose l'un des plus gros problèmes, car ces composés peuvent pénétrer les nappes phréatiques ou les eaux de surface, affectant la faune, la flore et éventuellement contaminant l'eau brute utilisée pour la consommation d'eau potable Par conséquent, il est important d'évaluer et de développer des technologies durables pour compléter les limites existantes et réduire le problème de la pollution de l'eau. De nos jours, les technologies vertes sont utilisées grâce à l'interaction entre le sol, les plantes et les micro-organismes qu'elles abritent, comme c'est le cas des marais filtrants. Depuis 2019, le projet Traversy a été développé au Jardin botanique de la Ville de Montréal afin d'analyser l'efficacité des marais filtrants dans le traitement de différents pesticides (atrazine, CAP et Gly). Au cours des années 2019 et 2020, l'utilisation de biochar dans le ruissellement agricole a montré des résultats satisfaisants en termes d'élimination des pesticides des eaux de ruissellement. C'est pourquoi, en 2021, l'objectif général de ce projet a été de déterminer l'effet de l'ajout de biochar au substrat des marais filtrants sous-surface à flux horizontal sur l'élimination à long terme du glyphosate dans les eaux de ruissellement agricoles. Le projet a été réalisé en deux parties. La première expérience était basée sur l'échantillonnage de mésocosmes au Jardin Botanique, dans lesquels les pesticides sorbés par le biochar dans les mésocosmes plantés et non plantés ont été quantifiés après deux saisons d'opération, à l'aide de la chromatographie liquide à haute performance – Spectrométrie de masse à haute résolution (HPLC-HRMS). La deuxième expérience était basée sur la détermination de l'isotherme d‘adsorption du biochar. Les résultats de ce projet sur 3 ans ont montré une élimination stable et efficace du glyphosate ainsi que d'autres pesticides dans les traitements utilisant le biochar, suggérant que son efficacité est restée constante tout au long de la période d'application et d'opération entre 2019 et 2021. Les résultats de 2021 ont démontré un pourcentage élevé d'élimination du glyphosate dans le substrat pour l'ensemble des traitements, avec une élimination d'environ 88 %. De même, en ce qui concerne l'influence des plantes sur l'élimination du pesticide, selon la concentration captée par le biochar, une moyenne de 62,5 ng/g a été observée dans le traitement planté (SC B3), tandis que dans le traitement non planté (BC NP), une moyenne de 78,8 ng/g de glyphosate a été mesurée.»

Abstract

Agriculture is considered one of the sectors that consume the most water on the planet. Given the increase in human activities, enormous amounts of pollutants are discharged into the environment daily. One of the high-impact practises in modern agriculture is the excessive and uncontrolled use of pesticides to expand agricultural boundaries and/or increase crop yields. However, this poses one of the biggest problems because these compounds can penetrate groundwater or surface water, affecting fauna, flora, and eventually contaminating raw water used for drinking purposes. Therefore, it is important to evaluate and develop sustainable technologies to complement existing limitations and reduce water pollution issues. Nowadays, green technologies are being used through the interaction between soil, plants, and the microorganisms they host, such as in the case of artificial wetlands. Since 2019, the Traversy project has been developed at the Montreal Botanical Garden to analyze the effectiveness of artificial wetlands in treating various pesticides. In the years 2019 and 2020, the use of biochar in agricultural runoff has shown satisfactory results in terms of pesticide removal from runoff water. That's why, in 2021, the general objective of this project was to determine the effect of adding biochar to the substrate of subsurface horizontal flow artificial constructed wetlands on the long-term elimination of glyphosate in agricultural runoff water. The project was carried out in two parts. The first experiment was based on sampling mesocosms at the botanical garden, in which pesticides sorbed by biochar in planted and non-planted mesocosms were quantified after two operating seasons using High-performance liquid chromatography – Resolution mass spectrometry (HPLC-HRMS). The second experiment was based on determining the adsorption isotherm of biochar. The results of this project over 3 years have shown a stable and effective elimination of glyphosate as well as other pesticides in treatments using biochar, suggesting that its effectiveness remained consistent throughout the application and operation period between 2019 and 2021. The results from 2021 demonstrated a high percentage of glyphosate removal in the substrate for all treatments, with an elimination rate of approximately 88%. Similarly, regarding the influence of plants on pesticide elimination, based on the concentration captured by the biochar, an average of 62.5 ng/g was observed in the planted treatment (SC B3), while in the non-planted treatment (BC NP), an average of 78.8 ng/g of glyphosate was measured.»