Évaluation du risque cancérigène associé à la contamination de l’eau potable de puits municipaux par les nitrates/nitrites dans certaines régions rurales du Québec

La spécialisation des techniques agricoles que nous connaissons ces dernières décennies, particulièrement dans les régions rurales, est à l’origine de l’abus de fertilisants. Ces derniers sont actuellement reconnus comme étant les causes principales de la contamination de l’eau souterraine par les nitrates. Suite à leur ingestion via l’eau potable, les nitrates sont transformés en nitrites par la flore buccale. Une fois dans l’estomac les nitrites réagissent avec certaines amines provenant de l’alimentation pour générer des nitrosamines cancérogènes. L’objectif de notre étude était d’estimer quantitativement l’excès de risque de cancer (ER) pour les populations de sept régions rurales du Québec qui consomme l’eau potable provenant de réseaux municipaux alimentés en eau souterraine. Le territoire à l’étude était caractérisé par une agriculture intensive d’élevage. Les médianes (et 95e centiles) régionales des concentrations de nitrates mesurées dans les réseaux de ces régions étaient de : 0,18 (2,74); 0,48 (10,35); 0,15 (1,28); 0,32 (11); 0,05 (0,76); 0,10 (4,69); 0,09 (2,13) mg N-NO3-/l. Nous avons envisagé un scénario de transformation complète des nitrites et de certaines amines (diméthylamine, diéthylamine, n-butylamine, méthyléthylamine) en nitrosamines spécifiques : N-diméthylnitrosamine (NDMA), N-diéthylnitrosamine (NDEA), N-n-dibutylnitrosamine (NDBA) et N-méthyléthylnitrosamine (NMEA). Pour estimer la concentration de nitrites formés dans l’estomac, nous avons considéré une consommation définie d’eau potable, le volume de l’estomac et un taux de transformation des nitrates en nitrites. Supposant les quantités de nitrites et de chaque amine constantes pendant 1h, nous avons considéré la constante de nitrosation spécifique à chaque amine pour évaluer la dose d’exposition journalière à chaque nitrosamine équivalente formée. Par la suite, la combinaison de cette dose à un estimateur de potentiel cancérogène qhumain spécifique à chaque nitrosamine, nous a permis d’évaluer l’ER associé à chacune d’elles. Globalement l’analyse a démontré que les ER les plus élevés, estimés pour le NDBA, étaient de l’ordre de 10-6, ne contribuant pas de façon significative à une augmentation du risque de cancer pour ces populations.

Réintroduire la multifonctionnalité des paysages en zone d’intensification agricole : contribution des approches intégrées en écologie du paysage

Depuis l’avènement de l’agriculture productiviste, les paysages des zones d’intensification agricole des pays industrialisés ont été marqués par la perte sévère de leur diversité et la dégradation de leurs fonctions environnementales, récréatives, esthétiques et sociales. Au moment où la qualité des paysages constitue un facteur clé du dynamisme des collectivités rurales, il devient urgent de développer des stratégies d’aménagement aptes à réintroduire le caractère multifonctionnel de ces paysages. Dans ce contexte, cette thèse propose un éclairage sur les enjeux d’aménagement de ces paysages sous l’angle des approches dialectiques en paysage issues de la Holistic Landscape Ecology. En développant un modèle conceptuel des trajectoires des paysages s’inscrivant dans les approches intégrées en paysage, elle établit une double lecture des dynamiques physico-spatiale et socioculturelle des paysages des zones d’intensification agricole afin d’en arriver à qualifier les écarts entre celles-ci. Pour y parvenir, elle prend appui sur une étude de cas d’un bassin versant agricole du sud du Québec. En puisant tantôt dans l’écologie du paysage, tantôt dans la sociologie du paysage, les résultats de cette thèse soulignent d’une part le poids des forces politiques et économiques dans le façonnement de ces paysages. Mais ils révèlent également le rôle des valorisations paysagères des agriculteurs dans la modulation de ces forces. Plus encore, l’étude des dynamiques socioculturelles révèle une diversité au sein des populations locales au plan des valorisations de ces paysages et des pratiques qui les façonnent qui vient renouveler l’image d’uniformité de ces territoires. Le maintien et l’accentuation de cette diversité apparaissent susceptibles de contribuer significativement à la réintroduction du caractère multifonctionnel des paysages au sein des zones d’intensification agricole. Des pistes concrètes pour l’aménagement concluent cette thèse.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Nitrogen fertilizer management for nitrous oxide (N2O) mitigation in intensive corn (Maize) production: an emissions reduction protocol for US Midwest agriculture

Nitrous oxide (N2O) is a major greenhouse gas (GHG) product of intensive agriculture. Fertilizer nitrogen (N) rate is the best single predictor of N2O emissions in row-crop agriculture in the US Midwest. We use this relationship to propose a transparent, scientifically robust protocol that can be utilized by developers of agricultural offset projects for generating fungible GHG emission reduction credits for the emerging US carbon cap and trade market. By coupling predicted N2O flux with the recently developed maximum return to N (MRTN) approach for determining economically profitable N input rates for optimized crop yield, we provide the basis for incentivizing N2O reductions without affecting yields. The protocol, if widely adopted, could reduce N2O from fertilized row-crop agriculture by more than 50%. Although other management and environmental factors can influence N2O emissions, fertilizer N rate can be viewed as a single unambiguous proxy—a transparent, tangible, and readily manageable commodity. Our protocol addresses baseline establishment, additionality, permanence, variability, and leakage, and provides for producers and other stakeholders the economic and environmental incentives necessary for adoption of agricultural N2O reduction offset projects.

Relocation of Intensive Agriculture to Northern Australia: The Case of the Rice Industry

Development of new agricultural industries in northern Australia is seen as a way to provide food security in the face of reduced water availability in existing regions in the south. This report aims to identify some of the possible economic consequences of developing a rice industry in the Burdekin region, while there is a reduction of output in the Riverina. Annual rice production in the Riverina peaked at 1.7 M tonnes, but the long-term outlook, given climate change impacts on that region and government water buy-backs, is more likely to be less than 800,000 tonnes. Growers are highly efficient water users by international standards, but the ability to offset an anticipated reduction in water availability through further efficiency gains is limited. In recent years growers in the Riverina have diversified their farms to a greater extent and secondary production systems include beef, sheep and wheat. Production in north Queensland is in its infancy, but a potentially suitable farming system has been developed by including rice within the sugarcane system without competition and in fact contributing to the production of sugar by increasing yields and controlling weeds. The economic outcomes are estimated a large scale, dynamic, computable general equilibrium (CGE) model of the world economy (Tasman Global), scaled down to regional level. CGE models mimic the workings of the economy through a system of interdependent behavioural and accounting equations which are linked to an input-output database. When an economic shock or change is applied to a model, each of the markets adjusts according to the set of behavioural parameters which are underpinned by economic theory. In this study the model is driven by reducing production in the Riverina in accordance with relationships found between water availability and the production of rice and replacement by other crops and by increasing ride production in the Burdekin. Three scenarios were considered: • Scenario 1: Rice is grown using the fallow period between the last ratoon crop of sugarcane and the new planting. In this scenario there is no competition between rice and sugarcane • Scenario 2: Rice displaces sugarcane production • Scenario 3: Rice is grown on additional land and does not compete with sugarcane. Two time periods were used, 2030 and 2070, which are the conventional time points to consider climate change impacts. Under scenario 1, real economic output declines in the Riverina by $45 million in 2030 and by $139 million in 2070. This is only partially offset by the increased real economic output in the Burdekin of $35 million and $131 million respectively.

Relocation of Intensive Agriculture to Northern Queensland The Cotton Industry

Development of new agricultural industries in northern Australia is often perceived as a solution to changes in water availability that have occurred within southern Australia as a result of changes to government policy in response to and exacerbated by climate change. This report examines the likely private, social and community costs and benefits associated with the establishment of a cotton industry in the Burdekin. The research undertaken covers three spatial scales by modelling the response of cotton and to climate change at the crop and farm scale and linking this to regional scale modelling of the economy. Modelling crop growth as either a standalone crop or as part of a farm enterprise provides the clearest picture of how yields and water use will be affected under climate change. The alternative to this is to undertake very costly trials in environmental chambers. For this reason it is critical that funding for model development especially for crops being crop in novel environments be seen as a high priority for climate change and adaptation studies. Crop level simulations not only provide information on how the crop responds to climate change, they also illustrate that that these responses are the result of complex interactions and cannot necessarily be derived from the climate information alone. These simulations showed that climate change would lead to decreased cotton yields in 2030 and 2050 without the affect of CO2 fertilisation. Without CO2 fertilisation, yields would be decreased by 3.2% and 17.8%. Including CO2 fertilisation increased yields initially by 5.9%, but these were reduced by 3.6% in 2050. This still represents a major offset and at least ameliorates the impact of climate change on yield. To cope with the decreased in-crop rainfall (4.5% by 2030 and 15.8% in 2050) and an initial increase in evapotranspiration of 2% in 2030 and

Intensive agriculture reduces soil biodiversity across Europe

Soil biodiversity plays a key role in regulating the processes that underpin the delivery of ecosystem goods and services in terrestrial ecosystems. Agricultural intensification is known to change the diversity of individual groups of soil biota, but less is known about how intensification affects biodiversity of the soil food web as a whole, and whether or not these effects may be generalized across regions. We examined biodiversity in soil food webs from grasslands, extensive, and intensive rotations in four agricultural regions across Europe: in Sweden, the UK, the Czech Republic and Greece. Effects of land-use intensity were quantified based on structure and diversity among functional groups in the soil food web, as well as on community-weighted mean body mass of soil fauna. We also elucidate land-use intensity effects on diversity of taxonomic units within taxonomic groups of soil fauna. We found that between regions soil food web diversity measures were variable, but that increasing land-use intensity caused highly consistent responses. In particular, land-use intensification reduced the complexity in the soil food webs, as well as the community-weighted mean body mass of soil fauna. In all regions across Europe, species richness of earthworms, Collembolans, and oribatid mites was negatively affected by increased land-use intensity. The taxonomic distinctness, which is a measure of taxonomic relatedness of species in a community that is independent of species richness, was also reduced by land-use intensification. We conclude that intensive agriculture reduces soil biodiversity, making soil food webs less diverse and composed of smaller bodied organisms. Land-use intensification results in fewer functional groups of soil biota with fewer and taxonomically more closely related species. We discuss how these changes in soil biodiversity due to land-use intensification may threaten the functioning of soil in agricultural production systems.

Influence of Intensive Agriculture on Dry Deposition of Aerosol Nutrients

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Multifunctional agriculture in policy and practice? A comparative analysis of Norway and Australia

Ideals of productivist agriculture in the Western world have faded as the unintended consequences of intensive agriculture and pastoralism have contributed to rural decline and environmental problems. In Norway and Australia, there has been an increasing acceptance of the equal importance of social and environmental sustainability as well as economic sustainability. Alongside this shift is a belief that primary production needs to move away from an intensive, productivist-based agriculture to one that may be defined as post-productivist. In this paper, we argue that the dualism of productivism and post-productivism as concepts on agricultural policy regimes are too simplistic and discuss whether multifunctional agriculture is a better concept for a comparison of rural primary production at two extreme points of the scale, the market-oriented, liberalistic Australian agriculture and the market-protected small-scale Norwegian agriculture. We argue that multifunctionality in Australia rates relatively weakly as an ideology or policy and even less as a discourse or practice and hence is situated toward a ‘weak’ end of a continuum of a level of multifunctional agriculture. In Norwegian agriculture, multifunctional agriculture has thrived within a protectionist setting with the support of the public, the state and agricultural actors. In this sense it is very clearly a policy, practice and discourse that aims to preserve and conserve rural spaces, the cultural landscape, the farming way of life and food safety. Norway is as such situated toward a ‘strong’ end of a continuum of a level of multifunctional agriculture.

Relocation of intensive crop production systems to northern Australia

To adapt to climate variability and a lack of irrigation water, businesses and growers in southern Australia, northern New South Wales and southern Queensland are, or are considering, migrating their businesses to northern Australia.