Interaction network of a plant community made up of vegetable crops and depolluting plants

Au cours des dernières années, l’agriculture urbaine s’est développée de plus en plus pour répondre aux difficultés liées à la pollution par les métaux présente dans les sols urbains. La culture de légumes sur ces sols peut entraîner un risque pour la santé, en particulier par la contamination de la chaîne alimentaire. Dans cette étude, nous visons à évaluer de nouvelles approches pour la reconversion du site, sa décontamination et de nouvelles pratiques, notamment celles destinées à l’agriculture urbaine. En particulier, ma thèse porte sur deux expérimentations in situ et ex situ. La première a été réalisée sur le terrain sur un sol présentant une multi-contamination (As, Cd, Cr, Ni, Pb, Zn) avec six modalités : Sol nu (P1), plantes potagères seules : Solanum lucopersicum L. (tomate var. Marmande), Phaseolus vulgaris L. (haricot var. Fin de Bagnols), Raphanus sativus L. (radis var. 18 jours), Solanum tuberosum L. (pomme de terre var. Charlotte), Spinacia oleracea L. (épinard var. Junius), Allium porrum L. (poireau var. Bleu de Solaise) P2, plantes phytostabilisatrices : Rayegrass (Lolium porrum L. Var. NUI), Trèfle blanc (Trifolium repens L.), Luzerne (Medicago sativa) P3, plantes potagères associées à des plantes phytostabilisatrices (P4), plantes phytoextractrices : Moutarde brune (Brassica juncea), Moutarde blanche (Sinapis alba), Corbeil d’or (Aurina saxatile) P5 et plantes potagères associées à des plantes phyoextractrices (P6). Cette première étude permet de mesurer la contamination des productions potagères et voir si la co-culture des deux types de plantes peut limiter l’absorption des polluants dans les parties consommables.La seconde expérimentation effectuée en mésocosmes avec l’introduction de Brassica oleracea et Sinapis alba en monoculture ou co-culture, en présence ou en absence de l’EDDS vise à accélérer la biodisponibilité des éléments traces du sol vers les parties aériennes des végétaux.Les résultats montrent que la co-culture plantes potagères-plantes extratrices (P6) favorise le transfert des polluants vers les parties comsestibles, ce qui entraîne un dépassement du seuil réglementaire fixé par l’Union européenne (n° 1881/2006) dans les légumes testés à l’exception de la tomate (Pb), de l’épinard et poireau (partie blanche) pour le Cd. Cependant, Zn a été au dessous du seuil sauf pour l’épinard dans les feuilles sur les parcelles P4 et P6. Lorsque les plantes potagères sont combinées avec les plantes phytostabilisatrices (P4), les teneurs en Cd dans les parties consommables de tomate, du radis, de la pomme de terre, de l’épinard et du poireau (partie verte) sont inférieures à la norme CEE (n° 1881/2006). Pour Pb sur la même parcelle (P4), seuls la tomate et le poireau (partie verte) sont en-dessous de la limite fixée par la CEE. Les résultats des plantes phytoextractrices (P5) montrent une faible efficacité de dépollution et une limitation de l’extraction de certains éléments traces par la biodisponibilité sur le site d’étude. Les plantes phytostabilisatrices (P3) montrent des meilleurs résultats pour la plupart des éléments traces plus particulièrement Lolium perenne et Trifolium repens. Les résultats obtenus dans la seconde expérience montrent qu’en présence de l’EDDS, la plupart des éléments traces s’accumulent dans les racines quelle que soit l’espèce. En comparant entre les deux systèmes de culture, l’absorption des éléments traces a tendance à diminuer lorsque les deux espèces sont cultivées en association bien que cette différence ne soit pas significative. Par contre lorsque l’EDDS a été ajouté, l’accumulation est bien présente dans la culture seule (monoculture). Dans l’ensemble, il n’y a eu aucune influence de la co-culture ni de l’EDDS sur l’activité des communautés bactériennes de la rhizosphère de chaque plante.Over the last years, urban agriculture has developed and now needs to address the question of metal pollution often present in urban soils. Growing vegetables on these soils can lead to health risks, because pollutants enter food chains. In this study, we assessed new approaches for the decontamination of polluted sites, and their reconversion as sites suitable for urban agriculture.More specifically, this thesis deals with two independent experiments, one conducted in situ, the other conducted ex situ. The first was carried out in the field, on an anthroposoil presenting a polyelement pollution (As, Cd, Cr, Ni, Pb, Zn). Six setups were used: (P1), bare soil; (P2), vegetable crops: Solanum lucopersicum L. (tomato var. Marmande), Phaseolus vulgaris L. (french bean var. Fin de Bagnols), Raphanus sativus L. (radish var. 18 jours), Solanum tuberosum L. (potato var. Charlotte), Spinacia oleracea L. (spinach var. Junius), Allium porrum L. (leek var. Bleu de Solaise); (P3), phytostabilizing plants: raygrass (Lolium perenne L.), white clover (Trifolium repens L.), alfalfa (Medicago sativa); (P4) vegetable crops combined with phytostabilizing plants; (P5) phytoextracting plants: brown mustard (Brassica juncea), white mustard (Sinapis alba), Aurina saxatile; (P6) vegetable crops combined with phyoextracting plants. In the first study, we aim at measuring the contamination of vegetable productions and assessing if the co-culture of two plant types could limit pollutant absorption in the edible plant parts.The second experiment carried out in pots wherein Brassica oleracea plants and Sinapis alba plants were introduced either as mono- or co-cultures, with the addition or not of Ethylenediamine-N,N’-disuccinic acid (EDDS). This compound aimed at improving the bioavailability of trace elements from the soil to the aerial parts of the plants.The results showed that co-cultivation of vegetable crops with phytoextracting plants (P6) promoted the transfer of pollutants to the edible parts and led to exceeding the regulatory threshold set by the European Union in the vegetables except in tomato for Pb, spinach and leek (white part) for Cd. However, Zn contents were below the EU threshold, except in spinach leaves in cropping modalities P4 and P6. When the vegetable crops were combined with phytostabilizing plants (P4), the Cd contents in the consumable parts of the tomato, radish, potato, spinach and leek (green part) were lower than the EU standards (n ° 1881/2006). For Pb under P4 conditions, only tomatoes and leeks (green parts) were below the limits fixed by the EU. The results with phytoextracting plants (P5) showed poor depollution efficiency and a limitation of the extraction to certain trace elements. Phytostabilizing plants (P3) led to better results for most of trace elements, more specifically for Lolium perenne and Trifolium repensThe results obtained in second the experiment showed that in the presence of EDDS, most of the trace elements accumulate in the roots, regardless of the plant species. Comparing the two cropping systems showed that the absorption of trace elements tended to decrease when two plant species are combined, although differences were not significant. On the other hand, when EDDS has been added, the accumulation was clearly present in the culture alone (monoculture). Overall, there was no influence of co-culture nor EDDS on the rhizosphere bacterial communities of each plant