Fate and transport of manure-borne estrogens in biochar amended agricultural sandy soil

Steroidal sex hormones, also known as estrogens, such as 17β-estradiol (E2) and its primary metabolite, estrone (E1), are being released in significant amount by animals in their urine and feces which generally ends up in manure and is typically spread on agricultural land. These hormones are important subject to study because of their potential toxic impact on soil, stream and groundwater quality. Because of their development effects in reptiles and amphibians, these hormones are labelled as Endocrine Disrupting Chemicals (EDCs). These compounds are able to produce endocrine disruption in living organisms even at nanogram-per-liter levels. Various studies have highlighted biochar’s potential in adsorbing such hormones, given its structural and physiochemical properties. Two different studies were done to test remaining adsorption capacity of slow pyrolysis biochar during second year after its application. Adsorption was tested against two different type of manures (poultry manure and liquid swine manure) in sandy soil. While in the first year of biochar application, a significant spatial-temporal stratification of steroidal sex hormones had been observed in the biochar-amended soil (vs. non-amended soil). In the second year, biochar adsorbed hormones to a considerably lesser degree in both studies. When biochar was fresh, its pores were available for hydrophobic interactions so it was holding significant concentration of hormones during first year of application but with time there were several biotic and abiotic changes on surface of biochar and after some physical fragmentation, pores on surface were no longer available for hydrophobic interactions and also it started releasing dissolved organic carbons which facilitated even greater mobility of hormones from manure down to lower depths of soil profile.Les hormones stéroïdiennes, ou estrogènes, tel que le 17β-œstradiol (E2) et son métabolite principal, l’estrone, sont couramment relâchés en quantités importantes dans l’urine et les excréments des animaux de ferme. Ce fumier, avec les hormones associées, est généralement réappliqué aux terres agricoles, et le potentiel de ces hormones pour causer des effets négatifs sur les sols, les cours d’eau et les eaux souterraines souligne l’importance des études à leur sujet. Ces hormones sont classifiées comme des perturbateurs endocriniens dû à leurs impacts sur le développement des reptiles et des amphibiens et peuvent causer des perturbations endocrines même à des concentrations de nanogrammes par litre.Plusieurs études ont souligné le potentiel du biocharbon, donné ses propriétés structurelles et physicochimiques, pour l’adsorption de telles hormones. Cette thèse porte sur la capacité de rétention du biocharbon provenant de pyrolyse lente lors de son incorporation dans un sol sablonneux avec application d’estrogènes de deux différentes sources (fumier de volailles et lisier de porc). La première année suivant l’application du biocharbon au sol, une stratification spatiotemporelle significative des hormones stéroïdiennes fut observée dans le sol amendé par le biocharbon (versus le contrôle sans biocharbon). Cependant, le biocharbon montra une capacité d’adsorption considérablement moins élevée lors de la seconde année.Ces résultats peuvent s’expliquer par le fait que le biocharbon frais contient des pores disponibles pour des interactions hydrophobiques avec les hormones, le permettant de retenir des concentrations importantes de ces dernières lors de la première année. Avec le temps, cependant, les changements biotiques et abiotiques à la surface du biocharbon, autant que la fragmentation physique, ont réduit la disponibilité des pores pour les interactions hydrophobiques. En plus, la dissolution des molécules organiques a additionnement facilité la mobilité des hormones vers les niveaux plus profonds du profil du sol