Rôle de la végétation sur la signature isotopique des solutions de

Ecole Doctorale Science et Ingénierie, Ressources, Produits, Procédés, Environnement
Rôle de la végétation sur la signature isotopique des solutions de sol et des rivières: approche isotopique
Bolou‐Bi B. Emile
ZAM, 29.09.2009
Encadré par Anne POSZWA et Nathalie VIGIER
Magnésium : Essentiel au fonctionnement des écosystèmes forestiers
A
atm ppor
ts
osp
h ér iq u
es
Translocation et recyclage
Litière
Absorption
[Mg2+] Lixiviation
Dra
ina
ge M
g 2+
Rivières
Mg 2+
ZAM, 29.09.2009
Solution du sol
Minéraux primaires
1
Magnésium : macroélément essentiel
¾ Immobile : Chlorophylles a et b
¾ Mobile : Complexe Mg‐ ATP
le
mp
co
xé
ZAM, 29.09.2009
Mg2+ dans la plante
libre
¾ Régulation du pH
¾ Activation et formation des complexes enzymatiques
Isotopes du Magnésium
Mg : 3 isotopes stables
(
ZAM, 29.09.2009
δ26Mg (‰) = (26Mg/24Mg)
échantillon
(26Mg /24Mg)
standard
)
‐ 1 x 1000
Standards : SRM980 (hétérogène) Æ DSM3 2
Fractionnement isotopique du Mg
ZAM, 29.09.2009
Brenot et al., 2008
Tipper et al., 2006
… au cours de l’altération des silicates.
Fractionnement isotopique du Mg
ZAM, 29.09.2009
Black et al., 2008
… au cours de la croissance de plante.
3
Questionnements
9 Peut‐on utiliser les isotopes du Mg comme traceur de sources et de processus biogéochimiques? 9 Plantes induisent‐elles des variations des signatures isotopiques du Mg lors de leurs croissances?
ZAM, 29.09.2009
9 Quel est alors l’impact de la végétation sur les signatures isotopiques des solutions de sol et des rivières?
Préparations des échantillons 11
Résines échangeuses d’ions
2
δ26MgDSM3(‰) (données de la littérature)
Extraction chimique du Mg et mesure de la composition isotopique
1 :1
Fractions purifiées de Mg
ZAM, 29.09.2009
δ26MgDSM3(‰) (donnée de cette étude) Compositions isotopique du Mg par MC ICP‐MS : 3
“standard‐sample bracketing” (Bolou‐Bi et al. 2009)
4
Cultures expérimentales des plantes
Echantillons :
Analyses :
9 Feuilles, tiges et racines
9 Source initiale de Mg
9 Compositions isotopiques du Mg par MC ZAM, 29.09.2009
ICP‐MS : “Standard‐Sample Bracketing” (Bolou‐
Bi et al. 2009)
Cultures expérimentales des plantes : Culture hydroponique
Bulk Plant
Plants
ort
sp
ra n
g T
M
Leaves Stem
Roots
e
ak
pt
u
g
M
Rye‐grass
Clover
Initial solution
ZAM, 29.09.2009
‐1.2 ‐1.0
‐0.8 ‐0.6 ‐0.4 ‐0.2
δ26Mg
‐0.0
DSM3 (‰)
…Enrichissement des plantes en isotopes lourds de Mg.
5
Etude du cycle du Mg dans le Val de Senones
Epicéa :
‐Aiguilles
‐Bois
‐Racines
Canche :
‐feuilles
‐Racines
0
ZAM, 29.09.2009
Profondeur (cm)
Solutions de sol
‐ 20
Solutions de sol
‐ 40
Solutions de sol
‐ 70
Ruisseau
Systématique dans les plantes
3
3
2
ZAM, 29.09.2009
32
2
1
1
1
… Enrichissement des plantes en isotopes lourds de Mg
6
Systématique des isotopes du Mg
Janvier
Æ Pas un mélange de sources.
Mesuré
Æ Pas excellent traceur d’origine dans les plantes.
Altération
Æ Précipitation variable au cours du temps ?
ZAM, 29.09.2009
2SD
Systématique des isotopes du Mg
Mai
Horizon de surface :
δ26Mgs = x*δ26Mgp + (1‐x) δ26Mgr
Mesuré
Æ 60 % du Mg la croissance des plantes
Horizons profonds : Altération
Æ Effet de la végétation atténué
ZAM, 29.09.2009
ÆAltération + précipitations
2SD
7
Systématique des isotopes du strontium
32%
35%
45%
ZAM, 29.09.2009
90%
Conclusions
9 Plantes prélèvent préférentiellement les isotopes lourds du Mg.
9 A l’échelle d’un bassin versant, composition des ruisseaux : prélèvement racinaire + interaction roche‐eau (altération).
9 Isotopes du Mg : traceur de processus internes à la plante et dans les sols.
9 Isotopes du Sr : excellent traceur de sources
Perspectives
ZAM, 29.09.2009
9 Effet amendement sur grès et granite par l’approche isotopique (Mg, Sr).
9 Développement et utilisation de modèles. 9 Dégradation de la litière? 9 Synthèse de minéraux secondaires dans les sol ?
8
9