Une simple distance chimique pourrait permettre de prédire quels oligo-éléments les plantes absorbent
Une propriété fondamentale des ions métalliques hydratés pourrait offrir un moyen plus rapide et plus pratique d'évaluer la facilité avec laquelle les oligo-éléments passent des sols contaminés aux plantes, selon une nouvelle étude publiée dans la revue *New Contaminants*.
Des indicateurs simples pour des systèmes complexes : la distance Me–O dans les cations hydratés pourrait constituer un nouvel indicateur permettant de prédire l'absorption des éléments par les plantes
Hayley Jensen, Niklas Lehto, Peter Almond, Hadee Thompson-Morrison, Sally Gaw & Brett Robinson
« Les analyses de sol et de plantes peuvent nécessiter beaucoup de temps, de matériel et de ressources, en particulier lorsque de nombreux éléments différents sont en jeu », a déclaré l’auteure principale, Hayley Jensen, du Bioeconomy Science Institute, Manaaki Whenua Landcare Research, en Nouvelle-Zélande. « Nos résultats suggèrent que la distance entre un ion métallique et les atomes d’oxygène environnants dans l’eau pourrait constituer un indicateur chimique simple de sa probabilité de s’accumuler dans les tissus végétaux. »
La contamination par des oligo-éléments constitue une préoccupation croissante pour l’agriculture et la sécurité alimentaire. Les éléments libérés par l’exploitation minière, l’industrie, les déchets électroniques, les engrais et d’autres activités humaines peuvent pénétrer dans les sols et être potentiellement absorbés par les cultures ou les plantes fourragères. Une fois présents dans les feuilles comestibles, les céréales, les fruits ou les aliments pour animaux, ces éléments peuvent se retrouver dans la chaîne alimentaire.
Cependant, il reste difficile de prédire l’absorption par les plantes. Le déplacement d’un élément à travers le sol jusqu’à une plante dépend de l’acidité du sol, de la matière organique, de la composition minérale, de l’humidité, de l’espèce végétale et de nombreux autres facteurs. Les chercheurs utilisent couramment un coefficient de bioaccumulation, qui compare la concentration d’un élément dans les tissus végétaux à sa concentration dans le sol. L’obtention de ces valeurs par voie expérimentale peut s’avérer coûteuse, destructive et chronophage.
L’équipe de recherche a cherché à déterminer si plusieurs propriétés chimiques fondamentales pouvaient aider à expliquer l’absorption par les plantes. Elle s’est principalement intéressée à la distance de liaison métal-oxygène, appelée distance Me-O, dans les cations hydratés. Lorsque des ions métalliques chargés positivement sont dissous dans l’eau, ils se retrouvent entourés de molécules d’eau. La distance entre le métal et les atomes d’oxygène de ces molécules d’eau reflète l’intensité de l’interaction de l’ion avec son enveloppe d’hydratation.
Les chercheurs ont comparé la distance Me-O, le potentiel ionique et le rayon d’hydratation aux données d’absorption par les plantes issues de trois systèmes distincts : une expérience en pot sur le ray-grass vivace à Christchurch, des plantes de pâturage prélevées sur 39 sites à travers la Nouvelle-Zélande, et des palmiers à huile cultivés à Sumatra, en Indonésie.
Dans les trois ensembles de données, les plantes accumulaient généralement davantage les éléments dont les ions hydratés présentaient des distances Me-O plus longues. Cette relation a été observée chez des groupes de plantes et dans des contextes environnementaux très différents, ce qui suggère que cet indicateur pourrait refléter une influence chimique fondamentale sur la mobilité des éléments.
La distance Me-O s’est également révélée plus constante que les autres propriétés examinées. Le potentiel ionique était inversement proportionnel à l’absorption par les plantes, mais cette relation n’était pas statistiquement significative dans l’un des ensembles de données. Le rayon d’hydratation présentait de fortes corrélations dans certains cas, mais les valeurs publiées n’étaient pas disponibles pour plusieurs éléments, notamment des contaminants émergents tels que le gallium, l’indium, le néodyme et le gadolinium.
Les lanthanides, un groupe d’éléments des terres rares, constituaient une exception importante. Leur absorption diminuait à mesure que la distance Me-O augmentait, contrairement à la tendance observée pour la plupart des autres éléments. Les auteurs attribuent cette différence en partie à la taille atomique inhabituellement grande et à la chimie particulière des lanthanides. Les futurs modèles devront donc peut-être traiter les éléments des terres rares séparément.
L’indicateur proposé pourrait s’avérer particulièrement utile lorsque des mesures directes ne sont pas disponibles ou difficiles à réaliser. Il pourrait aider les chercheurs à estimer le comportement de contaminants peu étudiés, à étendre les ensembles de données existants à d’autres éléments et à réduire la dépendance vis-à-vis des mesures de la répartition dans le sol, des propriétés des racines, des mouvements de l’eau et d’autres variables complexes.
Ces résultats ne rendent pas superflues les analyses de sol et de plantes, mais ils constituent une base prometteuse pour la mise au point d’outils de dépistage plus simples et de modèles environnementaux améliorés. Les chercheurs recommandent de tester cette relation sur un plus grand nombre de cultures, de sols, de climats et d’éléments lourds avant de l’utiliser dans le cadre d’évaluations de risques courantes.
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