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Quels impacts des cyanotoxines présentes dans les eaux d’irrigation des cultures ?

Les irrigations successives des sols avec des eaux contaminées conduisent à l’accumulation de cyanotoxines qui restent relativement biodisponibles pour les organismes vivants. Ces toxines sont en partie transférées du sol vers les racines et les feuilles des plantes qui s’y développent. Elles en accélèrent la germination des graines et stimulent l'activité des bactéries nitrifiantes du sol.

Agriculture maraichère entre Sartrouville et Montesson dans les Yvelines.. © Inra, MAITRE Christophe
Mis à jour le 18/11/2015
Publié le 09/04/2015

La présence de cyanobactéries dans les eaux de surface est souvent accompagnée de la production d'une grande quantité de cyanotoxines, dont les microcystines et leur congénère majeur, la microcystine leucine-arginine, hépatotoxique pour les vertébrés. Le devenir des microcystines dans les sols agricoles irrigués avec des eaux contaminées, le transfert des toxines vers des plantes maraichères, ainsi que les impacts écotoxiques et sanitaires qui peuvent en résulter restent peu étudiés dans des conditions environnementales (exposition chroniques, concentrations réalistes…).

De l’irrigation des cultures maraîchères avec des eaux de surface

Dans la perspective d’apporter de nouveaux éléments de connaissance relatifs à l’évaluation des risques associés à ces irrigations, des chercheurs de l’Inra Versailles-Grignon ont mené des expérimentations en laboratoire dans des conditions de climat et d’irrigation contrôlées. Ils ont utilisé une eau contenant un mélange de microcystines en faibles concentrations pour irriguer quotidiennement un sol agricole sableux pendant le cycle de développement d’une plante maraîchère, la tomate. Ils ont plus particulièrement suivi le devenir de la microcystine leucine-arginine au fil du temps.

 

Disponibilité et effets biologiques des cyanotoxines

Dans ces conditions expérimentales, la microcystine leucine-arginine est faiblement minéralisée par les microorganismes du sol et présente un temps de demi-vie relativement élevé, de l’ordre de 60 jours. La toxine est faiblement adsorbée dans le sol et reste en conséquence relativement biodisponible pour les microorganismes et les végétaux. Si les activités microbiennes globales du sol ne sont pas affectées par les microcystines en mélange, l’activité des bactéries nitrifiantes est quant à elle stimulée par l’apport de toxines. Lors de cultures en hydroponie ou sur sols, les microcystines s’accumulent dans les différents organes de la tomate, avec une préférence pour les racines et les feuilles, sans toutefois atteindre les parties comestibles que sont les fruits. Le taux de germination des graines de tomate arrosées pendant 7 jours avec de l’eau contaminée est légèrement augmenté par la présence de microcystines. Au-delà, entre 15 et 90 jours d’exposition, la croissance et les paramètres physiologiques de la plante ne sont plus affectés par les apports quotidiens de microcystines.

 

S’il convient de reproduire ces expériences en l’absence de végétaux pour évaluer plus en détails les effets des microcystines sur le fonctionnement du sol, ces données mettent en lumière les risques écotoxicologiques et sanitaires associés à l’irrigation de cultures maraîchères avec des eaux contaminées. Plus avant, il sera intéressant de poursuivre notre étude en prenant en compte des effets éventuels de ces toxines sur les invertébrés du sol.

Ce travail et leurs résultats sont un des faits marquants de l'Inra Versailles-Grignon au titre de l'année 2014.

En savoir plus

Corbel S., Bouaïcha N., Mougin C., 2014. Dynamics of the toxic cyanobacterial microcystin-leucine-arginine peptide in agricultural soil. Environ. Chem. Lett. 12:535.

Corbel S., Mougin C., Bouaïcha N., 2014. Cyanobacterial toxins: Modes of actions, fate in aquatic and soil ecosystems, phytotoxicity and bioaccumulation in agricultural crops. Chemosphere 96: 1.

Corbel, S., Mougin C., Martin-Laurent F., Crouzet O., Bru D., Nélieu S., Bouaïcha N. 2015.Evaluation of phytotoxicity and ecotoxicity potentials of a cyanobacterial extract containing microcystins under realistic environmental concentrations and in a soil-plant system. Chemosphere 128:332.

Les cyanobactéries, en quelques mots

Apparues il y a environ 2,5-3 milliards d'années, les cyanobactéries ont contribué à l'expansion des formes actuelles de vie sur Terre grâce à leur capacité à produire de l’oxygène par photosynthèse. Elles jouent également un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes grâce à leur aptitude à fixer le carbone et l’azote atmosphériques.

Présentes dans les eaux douces ou salées, à la surface des sols, dans les zones froides ou chaudes, ces bactéries sont aussi des organismes pionniers des milieux désertiques et autres environnements extrêmes.

Connues pour proliférer de façon parfois importante, les cyanobactéries peuvent alors être à l’origine de nombreux problèmes parmi lesquels la production de toxines potentiellement dangereuses pour l’homme et l’animal.