Le cycle de l'azote de marais filtrants artificiels : potentiel d'émission de gaz à effet de serre (GES) et exportation de formes azotées

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Influence of plant species and richness on pollutant removal in treatment wetlands

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies.

Effet des macrophytes aquatiques sur le traitement d’eau contaminée à l’ACC et au PCP

L’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentiel d’un système de marais filtrants combinés pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois - l’arséniate de cuivre chromaté (ACC) et le pentachlorophénol (PCP) - en portant une attention particulière au rôle des plantes. Pour ce faire, une expérience en pot faisant varier la concentration d’exposition de quatre espèces de macrophyte (Typha angustifolia, Phalaris arundinacea, Phragmites australis americanus et Phragmites australis australis) a été effectuée. Le suivi de quatre marais filtrants à écoulement horizontal sous-surfacique, plantés d’une des quatre espèces de macrophyte et d’un bassin planté de saules (Salix Miyabeana SX67) a également été réalisé. La résistance des plantes au milieu contaminé, la capacité de bioaccumulation des macrophytes et les efficacités de traitement des différents systèmes ont été analysés. Nos résultats montrent que la concentration d’exposition n’influence pas la capacité des plantes à croître en milieu contaminé. Par contre, il existe une relation dose-réponse entre la concentration d’exposition et la capacité de bioaccumulation des macrophytes. Les quatre marais pilotes ont tous des efficacités de traitements supérieures à 55% en 2013 et 82% en 2014 pour les contaminants à l’étude. Le bassin de saule a la capacité théorique d’évapotranspirer jusqu’à 1200 L par jour. De plus, ses efficacités de traitements sont supérieures à 59% pour tous les composés à l’étude. L’utilisation de marais filtrants pour le traitement d’un lixiviat contaminé aux agents de préservations du bois est donc une alternative intéressante aux méthodes de traitement conventionnel.

Lutte intégrée au roseau commun : prévention, confinement et éradication

Les plantes envahissantes menacent la biodiversité ainsi que les activités humaines. Afin de les maîtriser, la pulvérisation d'herbicides est une méthode fréquemment employée en Amérique du Nord. Cette approche ne fait pas toujours consensus et est même parfois interdite ou restreinte, ce qui justifie le recours à d'autres options. Les alternatives peuvent toutefois s'avérer rares, comporter d'importantes limitations ou sont peu documentées. Cette étude vise à tester l’efficacité de méthodes permettant de maîtriser et de prévenir les invasions de roseau commun (Phragmites australis), l'une des plantes envahissantes les plus problématiques sur le continent nord-américain, tout en limitant au minimum l'utilisation d'herbicides. Le potentiel de quatre méthodes de lutte aux petites populations de roseau bien établies a d'abord été évalué : l’excavation avec enfouissement sur place, le bâchage, l’excavation avec enfouissement sur place combinée au bâchage, et la fauche répétée. Les résultats ont montré que l'excavation avec enfouissement sur place, avec ou sans bâchage, a entraîné une élimination presque totale des populations visées, ce qui est comparable ou supérieur à l'effet généralement obtenu avec la pulvérisation d'herbicide. Le bâchage avec des toiles opaques, maintenues pendant un an, a pour sa part entraîné une maîtrise partielle du roseau, suggérant qu'une application prolongée serait nécessaire pour l'éradication de la plante. La fauche répétée, exécutée à raison de cinq fauches par été pendant deux ans, a fourni une efficacité mitigée. Les résultats suggèrent néanmoins que la fauche pendant plusieurs années contribue à affaiblir la plante, ce qui pourrait aider à son confinement. Une méthode additionnelle a été expérimentée afin de traiter les tiges éparses de roseau tout en limitant les risques d'effets hors cibles, soit le badigeonnage manuel d’herbicide. Suite à ces tests, les résultats ont montré une diminution importante de la densité des tiges, ce qui suggère que la méthode est efficace afin d'éliminer les repousses après un traitement initial, et pourrait également être employée sur de jeunes populations clairsemées. L'effet d'un ensemencement préventif de plantes herbacées sur l'établissement de semis de roseau a également été étudié, suite à des traitements sur de vastes parcelles de sol nu. Les résultats suggèrent que la méthode est efficace afin de limiter la propagation du roseau par semences et qu'un suivi périodique suite à l'intervention serait suffisant afin de maintenir l'effet préventif.

“Seaweed exudates and settlement behaviour of sedentary organisms"

The present investigation has looked exclusively into the aspect of the biological phenomenon of settling behaviour by two serious fouling offenders encountered in the tropical seas mainly on the hulls of ships and stationary structures in the harbours. The cue to study the behaviour was adopted from the observations so far made by scientists on the epizoic growth of these organisms on the surfaces of algal fronds of variegated shape, texture, size etc. The results do indicate that there are sufficient qualities of bioactive substances produced by plants occupying the lowest categories in organic evolution and curiously enough these substances have withstood the test of time.

Vegetation changes in a river oasis on the southern rim of the Taklamakan Desert in China between 1956 and 2000

The indigenous vegetation surrounding the river oases on the southern rim of the Taklamakan Desert has drastically diminished due to overexploitation as a source of fodder, timber and fuel for the human population. The change in the spatial extent of landscape forms and vegetation types around the Qira oasis was analyzed by comparing SPOT satellite images from 1998 with aerial photographs from 1956. The analysis was supplemented by field surveys in 1999 and 2000. The study is part of a joint Chinese-European project with the aim of assessing the current state of the foreland vegetation, of gathering information on the regeneration potential and of suggesting procedures for a sustainable management. With 33 mm of annual precipitation, plants can only grow if they have access to groundwater, lakes or rivers. Most of the available water comes into the desert via rivers in the form of seasonal flooding events resulting from snow melt in the Kun Lun Mountains. This water is captured in canal systems and used for irrigation of arable fields. Among the eight herbaceous and woody vegetation types and the type of open sand without any plant life that were mapped in 2000 in the oasis foreland, only the latter, the oasis border between cultivated land and open Populus euphratica forests and Tamarix ramosissima-Phragmites australis riverbed vegetation could be clearly identified on the photographs from 1956. The comparison of the images revealed that the oasis increased in area between 1956 and 2000. Shifting sand was successfully combated near to the oasis borders but increased in extent at the outward border of the foreland vegetation. In contrast to expectations, the area covered with Populus trees was smaller in 1956 than today due to some new forests in the north of the oasis that have grown up since 1977. Subfossil wood and leaf remnants of Populus euphratica that were found in many places in the foreland must have originated from forests destroyed before 1956. In the last 50 years, the main Qira River has shifted its bed significantly northward and developed a new furcation with a large new bed in 1986. The natural river dynamics are not only an important factor in forming the oasis’ landscape but also in providing the only possible regeneration sites for all occurring plant species. The conclusion of the study is that the oasis landscape has changed considerably in the last 50 years due to natural floodings and to vegetation degradation by human overexploitation. The trend towards decreasing width of the indigenous vegetation belt resulting from the advancing desert and the expansion of arable land is particularly alarming because a decrease in its protective function against shifting sand can be expected in the future.

Desafíos impuestos por el derecho internacional ambiental al derecho internacional clásico.

El surgimiento del derecho ambiental internacional ha generado importantes desafíos a los más inveterados fundamentos del derecho internacional público. De este modo, conceptos tradicionales como la soberanía de los Estados, los sujetos de derecho internacional, así como las perspectivas más tradicionales de la seguridad nacional están sufriendo grandes cambios. Las necesidades de la sociedad internacional contemporánea difieren sustancialmente de aquellas generadas en los preceptos de la sociedad  westfaliana, evento que explica el surgimiento de miradas alternativas que permiten la comprensión de dinámicas vigentes en el derecho internacional, ejemplifi cadas en conceptos como res communis, preocupaciones comunes o simplemen te “comunes”, los cuales vienen adquiriendo una posición privilegiada en el estudio del derecho internacional. Tales desarrollos han permitido, asimismo, el fortalecimiento de conceptos jurídicos internacionales como el de las llamadas obligaciones internacionales erga omnes, las cuales constituyen una piedra angular para la explicación de la existencia misma del derecho internacional ambiental.  Este artículo expone y analiza los conceptos mencionados anteriormente, mediante la utilización de criterios comparativos que permiten la elucidación de lo que era el derecho internacional clásico antes del surgimiento del derecho ambiental internacional, así como lo que constituye actualmente y en lo que deberá convertirse con el objeto de responder a los desarrollos y retos impuestos por la sociedad internacional contemporánea, particularmente por el derecho internacional ambiental: una nueva rama perteneciente al corpus juris del derecho internacional público.

Fire blight (Erwinia amylovora) of rosaceous plants. Pathogen virulence and selection and characterization of biological control agents

El fuego bacteriano, causado por Erwinia amylovora, es una enfermedad muy importante a nivel comercial y económico porque afecta a plantas de la familia de las rosáceas y es especialmente agresiva en manzano (Pyrus malus) y peral (Pyrus communis), así como en plantas ornamentales (Crataegus, Cotoneaster o Pyracantha). Esta enfermedad está distribuida por todo el mundo en zonas climáticas templadas de Amércia del Norte, Nueva Zelanda, Japón, Israel, Turquí y Europa. En España, el fuego bacteriano fue detectado por primera vez en 1995 en el norte del País (Euskadi) y más tarde en nuevos focos aparecidos en otras áreas. La enfermedad puede ser controlada comercialmente mediante la aplicación de pesticidas quimicos (derivados de cobre, antibioticos). Sin embargo, muchos de los productos químicos presentan baja actividad o causan fitotoxicidad, y la estreptomicina, el producto más eficaz, esta prohibido en muchos países, incluyendo España. Por tanto, en ausencia de apropiados agentes químicos, el control biológico se contempla como una buena alternativa. En el presente trabajo, un agente de control biológico, Pseudomonas fluorescens EPS62e, ha sido seleccionada de entre 600 aislados de las especies P. fluorescens y Pantoea agglomerans obtenidos de flores, frutos y hojas de plantas de la familia de las rosáceas durante una prospección llevada a cabo en varias áreas geográficas de España. La cepa ha sido seleccionada por su capacidad de suprimir la infecciones producidas por E. amylovora frutos inmaduros, flores y brotes de peral en condiciones de ambiente controlado, presentando unos niveles de control similares a los obtenidos mediante el control químico usando derivados de cobre o antibióticos. La cepa además ha mostrado la capacidad de colonizar y sobrevivir en flores y heridas producidas en frutos inmaduros en condiciones de ambiento controlado pero también en flores en condiciones de campo. La exclusión de E. amylovora medinate la colonización de la superficie, el consumo de nutrientes, y la interacción entre las células del patógeno y del agente de biocontrol es la principal causa de la inhibición del fuego bacteriano por la cepa EPS62e. Estas características constituyen aspectos interesantes para un desarrollo efectivo de la cepa EPS62e como un agente de biocontrol del fuego bacteriano en condiciones comerciales.

Field evaluation of systemic inducing resistance chemicals at different growth stages for the control of apple (Venturia inaequalis) and pear (Venturia pirina) scab

Two field trials were conducted using established apple (Malus cv. Golden Delicious) and pear (Pyrus communis 'Williams' Bon Chretien') to assess the efficacy of three commercially available systemic inducing resistance (SIR) products, Messenger (a.i. Harpin protein), Phoenix (a.i. Potassium phosphite) and Rigel (a.i. Salicylic acid derivative) applied at four different growth stages of tree development (bud break, green cluster, 90% petal fall, early fruitlet) against the foliar pathogens Venturia inaequalis and Venturia pirina which cause apple and pear scab respectively. A conventional synthetic fungicide (penconazole) used within the UK for apple and pear scab control was included for comparison. Little efficacy as scab protectants was demonstrated when each SIR product and penconazole was applied at only two growth stages (bud break, green cluster). However when the above compounds were applied at three or more growth stages efficacy as scab protectants was confirmed. The synthetic fungicide penconazole provided greatest protection against apple and pear scab in both the 2006 and 2007 field trials. There was little difference in the magnitude of scab protection conferred by each SIR agent. Results suggest application of at least three sprays during bud break to early fruitlet formation with an appropriate SIR agent may provide a useful addition to existing methods of apple and pear scab management under field conditions. (C) 2009 Published by Elsevier Ltd.

Preliminary observations on the presence of sustained tendon strain and eccentric contractions of the wrist extensors during a common manual task: implications for lateral epicondylitis

Lateral epicondylitis (LE) is hypothesized to occur as a result of repetitive, strenuous and abnormal postural activities of the elbow and wrist. There is still a lack of understanding of how wrist and forearm positions contribute to this condition during common manual tasks. In this study the wrist kinematics and the wrist extensors’ musculotendon patterns were investigated during a manual task believed to elicit LE symptoms in susceptible subjects. A 42-year-old right-handed male, with no history of LE, performed a repetitive movement involving pushing and turning a spring-loaded mechanism. Motion capture data were acquired for the upper limb and an inverse kinematic and dynamic analysis was subsequently carried out. Results illustrated the presence of eccentric contractions sustained by the extensor carpi radialis longus (ECRL), together with an almost constant level of tendon strain of both extensor carpi radialis brevis (ECRB) and extensor digitorum communis lateral (EDCL) branch. It is believed that these factors may partly contribute to the onset of LE as they are both responsible for the creation of microtears at the tendons’ origins. The methodology of this study can be used to explore muscle actions during movements that might cause or exacerbate LE.

Exploring variation in proanthocyanidin composition and content of sainfoin (Onobrychis viciifolia)

To maximise the potential benefits to ruminants from sainfoin, plant breeding should focus on developing varieties with predictable condensed tannin (CT) profiles. Little is known about whether and to what extent accession and environment influence sainfoin CT structures. We sought to investigate the likely extent of accession and environment effects on CT characteristics of sainfoin. Four single-flowering (Communis) accessions and two multiple-flowering (Bifera) accessions, grown at three sites and collected at two harvest times were used. Sainfoin CTs were characterised by thiolytic degradation and by high-performance liquid chromatography-gel permeation chromatography (HPLC-GPC). Also, CT concentration measured earlier by the HCl-butanol method was compared with that from thiolysis

Effect of earthworm Eisenia fetida and wetland plants on nitrification and denitrification potentials in vertical flow constructed wetland.

The response of nitrification potentials, denitrification potentials, and N removal efficiency to the introduction of earthworms and wetland plants in a vertical flow constructed wetland system was investigated. Addition of earthworms increased nitrification and denitrification potentials of substrate in non-vegetated constructed wetland by 236% and 8%, respectively; it increased nitrification and denitrification potentials in rhizosphere in vegetated constructed wetland (Phragmites austrail, Typha augustifolia and Canna indica), 105% and 5%, 187% and 12%, and 268% and 15% respectively. Denitrification potentials in rhizosphere of three wetland plants were not significantly different, but nitrification potentials in rhizosphere followed the order of C. indica > T. augustifolia > P. australis when addition of earthworms into constructed wetland. Addition of earthworms to the vegetated constructed significantly increased the total number of bacteria and fungi of substrates (P < 0.05). The total number of bacteria was significantly correlated with nitrification potentials (r = 913, P < 0.01) and denitrification potentials (r = 840, P < 0.01), respectively. The N concentration of stems and leaves of C. indica were significantly higher in the constructed wetland with earthworms (P < 0.05). Earthworms had greater impact on nitrification potentials than denitrification potentials. The removal efficiency of N was improved via stimulated nitrification potentials by earthworms and higher N uptake by wetland plants.

Influence of earthworm Eisenia fetida on removal efficiency of N and P in vertical flow constructed wetland.

This study investigates biomass, density, photosynthetic activity, and accumulation of nitrogen (N) and phosphorus (P) in three wetland plants (Canna indica, Typha augustifolia, and Phragmites austrail) in response to the introduction of the earthworm Eisenia fetida into a constructed wetland. The removal efficiency of N and P in constructed wetlands were also investigated. Results showed that the photosynthetic rate (P n), transpiration rate (T r), and stomatal conductance (S cond) of C. indica and P. austrail were (p < 0.05) significantly higher when earthworms were present. The addition of E. fetida increased the N uptake value by above-ground of C. indica, T. augustifolia, and P. australis by 185, 216, and 108 %, respectively; and its P uptake value increased by 300, 355, and 211 %, respectively. Earthworms could enhance photosynthetic activity, density, and biomass of wetland plants in constructed wetland, resulting in the higher N and P uptake. The addition of E. fetida into constructed wetland increased the removal efficiency of TN and TP by 10 and 7 %, respectively. The addition of earthworms into vertical flow constructed wetland increased the removal efficiency of TN and TP, which was related to higher photosynthetic activity and N and P uptake. The addition of earthworms into vertical flow constructed wetland and plant harvests could be the significantly sustainable N and P removal strategy

Exploring variation in procyanidin composition and content of sainfoin (Onobrychis viciifolia)

Abstract BACKGROUND: To maximise the potential benefits to ruminants from sainfoin, plant breeding should focus on developing varieties with predictable condensed tannin (CT) profiles. Little is known about whether and to what extent accession and environment influence sainfoin CT structures. We sought to investigate the likely extent of accession and environment effects on CT characteristics of sainfoin. Four single-flowering (Communis) accessions and two multiple-flowering (Bifera) accessions, grown at three sites and collected at two harvest times were used. Sainfoin CTs were characterised by thiolytic degradation and by high-performance liquid chromatography-gel permeation chromatography (HPLC-GPC). Also, CT concentration measured earlier by the HCl-butanol method was compared with that from thiolysis. RESULTS: Thiolysis revealed that accession and harvest influenced most CT structural attributes. Bifera CTs eluted as single peaks (Mp  < 6220 Da) in HPLC-GPC across the two harvests and two sites, whereas Communis generated two to three CT peaks, which included a peak (Mp  ≤ 9066 Da) in the second harvest. A discrepancy was observed in CT concentrations measured by the two methods. CONCLUSION: CTs from Bifera accessions had more stable and predictable characteristics across harvests and sites and this could be of interest when breeding sainfoin. © 2013 Society of Chemical Industry.

Influence of UV radiation on chlorophyll, and antioxidant enzymes of wetland plants in different types of constructed wetland

A surface- and vertical subsurface-flow-constructed wetland were designed to study the response of chlorophyll and antioxidant enzymes to elevated UV radiation in three types of wetland plants (Canna indica, Phragmites austrail, and Typha augustifolia). Results showed that (1) chlorophyll content of C. indica, P. austrail, and T. augustifolia in the constructed wetland was significantly lower where UV radiation was increased by 10 and 20 % above ambient solar level than in treatment with ambient solar UV radiation (p < 0.05). (2) The malondialdehyde (MDA) content, guaiacol peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) activities of wetland plants increased with elevated UV radiation intensity. (3) The increased rate of MDA, SOD, POD, and CAT activities of C. indica, P. australis, and T. angustifolia by elevated UV radiation of 10 % was higher in vertical subsurface-flow-constructed wetland than in surface-flow-constructed wetland. The sensitivity of MDA, SOD, POD, and CAT activities of C. indica, P. austrail, and T. augustifolia to the elevated UV radiation was lower in surface-flow-constructed wetland than in the vertical subsurface-flow-constructed wetland, which was related to a reduction in UV radiation intensity through the dissolved organic carbon and suspended matter in the water. C. indica had the highest SOD and POD activities, which implied it is more sensitive to enhanced UV radiation. Therefore, different wetland plants had different antioxidant enzymes by elevated UV radiation, which were more sensitive in vertical subsurface-flow-constructed wetland than in surface-flow-constructed wetland.