Une équipe internationale de scientifiques a découvert des métaux toxiques dans les engrais phosphatés minéraux du monde entier en utilisant un nouvel outil pour identifier la propagation et l’impact de ces contaminants sur les sols, les ressources en eau et l’approvisionnement alimentaire.

« Alors que les engrais phosphatés minéraux sont essentiels pour stimuler l’agriculture durable et la sécurité alimentaire mondiale, nous avons trouvé des niveaux élevés de métaux toxiques dans de nombreux engrais dans le monde », a déclaré Avner Vengosh, président de la division des sciences de la Terre et du climat à la Nicholas School of the Environment de l’Université Duke. « Notre étude a développé une nouvelle méthode pour identifier les sources et les impacts de ces métaux sur l’environnement. » Ces métaux comprenaient le cadmium, l’uranium, l’arsenic, le vanadium et le chrome.

L’utilisation d’engrais minéraux – des substances synthétiques ou naturelles contenant des nutriments essentiels à la croissance des plantes – a contribué à augmenter les rendements durables des cultures dans le monde entier. Mais, jusqu’à récemment, sa contamination par des métaux toxiques n’a pas été systématiquement évaluée. Cette nouvelle étude analyse les engrais phosphatés mondiaux des principaux pays d’extraction de phosphate.

« Nous avons mesuré les isotopes du strontium dans les roches phosphatées et les engrais générés à partir de ces roches pour montrer comment l’empreinte isotopique des engrais correspond à leur source d’origine », a déclaré Robert Hill, auteur principal de l’étude et doctorant à l’Université Duke.

Les isotopes sont des variations d’un élément, en l’occurrence le strontium. L’analyse chimique de chaque engrais montre un mélange isotopique unique qui correspond aux roches phosphatées d’où il provient.

« Compte tenu des variations des isotopes du strontium dans les roches phosphatées mondiales, nous avons mis au point un outil unique pour détecter l’impact potentiel des engrais dans le monde entier », a déclaré Hill.

Pour savoir si les isotopes du strontium sont un indicateur fiable des oligo-éléments dans les engrais dans le monde, les chercheurs ont analysé 76 roches phosphatées, la principale source d’engrais phosphatés, et 40 engrais provenant des principales régions productrices de roches phosphatées, notamment l’ouest des États-Unis, la Chine, l’Inde, l’Afrique du Nord et le Moyen-Orient. Les chercheurs ont prélevé des échantillons dans des mines, des sources commerciales et à la station de recherche Tidewater, un champ expérimental en Caroline du Nord. L’équipe de recherche a publié ses résultats le 9 mai 2024 dans Lettres sur les sciences et technologies de l’environnement.

Les métaux présents dans le sol et les eaux souterraines proviennent à la fois de sources naturelles et artificielles.

« Les isotopes du strontium sont essentiellement une « empreinte » qui peut révéler la contamination des eaux souterraines et du sol dans le monde entier », a déclaré Vengosh. Son équipe de recherche a également utilisé des isotopes de strontium pour retracer la contamination de l’environnement dans la lixiviation des sites d’enfouissement, l’extraction du charbon, les cendres de charbon, les fluides de fracturation et les eaux souterraines qui sont tirées à la surface par l’extraction du pétrole et du gaz naturel.

« L’isotope est un proxy pour identifier la source de contamination », a déclaré Vengosh. « Sans cet outil, il est difficile d’identifier, de contenir et de remédier à la contamination liée aux engrais. »

Les engrais de l’étude ont montré des concentrations différentes d’oligo-éléments, avec des niveaux plus élevés observés dans les engrais des États-Unis et du Moyen-Orient par rapport à ceux de Chine et d’Inde. En conséquence, les chercheurs concluent que les engrais phosphatés des États-Unis et du Moyen-Orient auront un impact plus important sur la qualité des sols en raison de leurs concentrations plus élevées d’uranium, de cadmium et de chrome par rapport aux engrais de Chine et d’Inde, qui ont des concentrations plus élevées d’arsenic.

La National Science Foundation a financé cette étude. (EAR-2305946)

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