Métaux toxiques dans les grains de blé : proviennent-ils du sol ou des engrais ?
Les plantes n'absorbent pas seulement des nutriments par leurs racines, mais aussi des métaux toxiques. Jusqu'à présent, on ne savait pas s'ils provenaient du sol ou des engrais épandus. Sous la direction de l'UFZ et de l'université de Duke (États-Unis), une équipe de chercheurs a analysé des grains de blé pour clarifier la question et a découvert, grâce à une signature isotopique spéciale, que la majeure partie des métaux toxiques provenait des engrais minéraux. Une combinaison de fertilisation minérale et organique permettrait non seulement de réduire la teneur en métaux toxiques, mais aussi d'augmenter la teneur en métaux essentiels à l'alimentation humaine.
Récolte de céréales dans l'essai de fertilisation statique à la station expérimentale UFZ de Bad Lauchstädt (Saxe-Anhalt).
André Künzelmann
"On sait, grâce à des études sur le terrain et en serre, que le type de fertilisation, minérale ou organique, a une influence sur les teneurs en métaux des plantes alimentaires", explique le professeur Marie Muehe, responsable du groupe de travail Biogéochimie végétale à l'UFZ et codirectrice de l'étude publiée. "Mais on ne savait pas jusqu'à présent si les métaux absorbés par les plantes provenaient du sol ou directement des engrais appliqués". C'est ce que l'équipe de recherche germano-américaine a voulu découvrir dans son étude actuelle.
Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé des échantillons de sol et des grains de blé provenant de l'essai de fertilisation statique de la station de recherche UFZ de Bad Lauchstädt. L'essai de fertilisation statique a été mis en place dès 1902 et fait partie des essais permanents les plus précieux au monde, notamment en raison de sa longue durée. "Certains champs d'essai n'ont pas été fertilisés depuis plus de 120 ans, d'autres n'ont reçu que des engrais minéraux ou des engrais organiques tels que du fumier provenant d'exploitations agricoles voisines, ou encore un mélange des deux", explique Marie Muehe. Au cours de la longue période d'essai, les propriétés du sol ont fortement évolué, par exemple la valeur du pH ou la teneur en matière organique. Le matériel d'échantillonnage issu de cet essai de longue durée constituait donc une base parfaite pour les analyses. À cela s'ajoute une excellente base de données, car chaque année, des échantillons de sol et des grains de blé récoltés sont archivés sur toutes les surfaces expérimentales.
Pour leur étude, les chercheurs ont examiné de plus près les échantillons des 20 dernières années. "Nous avons d'abord déterminé les teneurs respectives en métaux dans le sol, dans les grains de blé récoltés ainsi que dans les engrais utilisés", explique Aleksandra Pieńkowska, doctorante de l'UFZ et co-auteur principal de l'étude. Pour déterminer si les métaux contenus dans les grains de blé proviennent du sol ou des engrais, les chercheurs ont utilisé une méthode spéciale : la méthode dite de signature isotopique du strontium. Elle repose sur le fait que l'élément chimique strontium (Sr) se présente sous deux formes différentes - appelées isotopes - à savoir 87Sr et 86Sr. "Comme le rapport entre ces deux isotopes est différent dans chaque sol, c'est en principe comme une empreinte digitale", explique Robert Hill, doctorant à la Duke University (Durham, USA) et co-auteur de l'étude. "Si le grain de blé présente le même rapport que le sol sur lequel la plante a poussé, on peut en déduire qu'elle a absorbé le strontium du sol. Mais si le rapport isotopique dans le grain est le même que celui de l'engrais, c'est une indication claire que le strontium a été introduit dans le grain par l'engrais". Et comme on sait que les plantes absorbent le strontium et le cadmium par des voies similaires, on peut également en tirer des conclusions pour le cadmium.
D'une part, les résultats montrent que les métaux toxiques présents dans les grains de blé analysés proviennent des engrais appliqués et non du sol. D'autre part, les teneurs en métaux sont particulièrement élevées en cas de fertilisation minérale par rapport à la fertilisation organique. "Pour situer ces résultats, il est important de savoir que nos études ont été réalisées dans une région où les sols de terre noire sont très fertiles. Dans le cas de sols sableux ou acides, ces effets pourraient être encore plus évidents", explique Alexandra Pieńkowska. Étant donné qu'une fertilisation minérale permanente entraîne également une acidification du sol, les mesures visant à stabiliser le pH, comme le chaulage du sol, prennent encore plus d'importance.
Les métaux contenus dans les engrais minéraux ne sont toutefois pas tous indésirables. Le zinc, par exemple, est un oligo-élément métallique important pour l'alimentation. Mais peut-on favoriser l'absorption du zinc dans le grain de blé tout en empêchant l'absorption de métaux toxiques ? "C'est également ce qu'ont montré nos recherches : En combinant les engrais, il a effectivement été possible d'augmenter la teneur en zinc dans le grain de blé, sans que la teneur en cadmium n'augmente", explique Marie Muehe. "Nous recommandons donc une fertilisation combinée ou l'épandage d'engrais minéraux et organiques en alternance. D'une part, cela permet d'économiser des frais d'engrais et, d'autre part, le grain est de meilleure qualité".
Dans le cadre d'études plus approfondies, les chercheurs veulent examiner comment les teneurs en métaux dans les cultures se comportent lorsque les conditions environnementales changent, par exemple en raison du changement climatique.
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