Swine waste is commonly treated in the USA by flushing into an anaerobic lagoon and subsequently applying to land. This natural system type of application has been part of agricultural practice for many years. However, it is currently under scrutiny by regulators. An alternate natural system technology to treat swine wastewater may be constructed wetland. For this study we used four wetland cells (11 m width 40 m length) with a marsh-pond-marsh design. The marsh sections were planted to cattail (Typha latifolia, L.) and bulrushes (Scirpus americanus). Two cells were loaded with 16 kg N ha-1 day-1 with a detention of 21 days. They removed 51% of the added N. Two additional cells were loaded with 32 kg ha-1 day-1 with 10.5 days detention. These cells removed only 37% of the added N. However, treatment operations included cold months in which treatment was much less efficient. Removal of N was moderately correlated with the temperature. During the warmer periods removal efficiencies were more consistent with the high removal rates reported for continuous marsh systems - often > than 70%. Phosphorus removal ranged from 30 to 45%. Aquatic macrophytes (plants and floating) assimilated about 320 and 35 kg ha-1, respectively of N and P.

Although confined animal production generates enormous per-unit-area quantities of waste, wastewater from dairy and swine operations has been successfully treated in constructed wetlands. However, solids removal prior to wetland treatment is essential for long-term functionality. Plants are an integral part of wetlands; cattails and bulrushes are commonly used in constructed wetlands for nutrient uptake, surface area, and oxygen transport to sediment. Improved oxidation and nitrification may also be obtained by the use of the open water of marsh-pond-marsh designed wetlands. Wetlands normally have sufficient denitrifying population to produce enzymes, carbon to provide microbial energy, and anaerobic conditions to promote denitrification. However, the anaerobic conditions of wetland sediments limit the rate of nitrification. Thus, denitrification of animal wastewaters in wetlands is generally nitrate-limited. Wetlands are also helpful in reducing pathogen microorganisms. On the other hand, phosphorus removal is somewhat limited by the anaerobic conditions of wetlands. Therefore, when very high mass removals of nitrogen and phosphorus are required, pre- or in-wetland procedures that promote oxidation are needed to increase treatment efficiency. Such procedures offer potential for enhanced constructed wetland treatment of animal wastewater.

Most livestock wastewaters treated in constructed wetlands are typically rich in ammonium N. The objective of this study was to evaluate the soil-water ammonium distribution and the diffusive flux through the soil-water interface. Wetland system 1 (WS1) was planted to rush and bulrushes, and wetland system 2 (WS2) was planted to bur-reed and cattails. Nitrogen was applied at a rate of 2.5 g m-2 d-1. Interstitial soil water was sampled at 9, 24, 50, and 70 m from the inlet. In both wetlands, we found that NH4+ diffusion gradient and N losses were highest in the wetland system with lowest water depth. From other studies, we knew that shallower depths may have promoted a more effective interfacing of nitrifying and denitrifying environments. In turn, this N reduction in the water column may be the reason for steady NH4+-N upward diffusion fluxes. The assumed mechanism for N removal has been nitrification and denitrification but ammonia volatilization could also have occurred. Although diffusion may explain a significant portion of the material transport between the soil-water interface, the large differences in concentrations between outlet and inlet need further explanation.

Water contamination is mainly due to run-off and leaching transfer, which is linked to physic characteristics and chemic composition, especially organic matter concentration. The study was led on three lands with different concentrations in organic matters and bentazone was the pesticide monitored. We can conclude that soils containing the biggest amount of organic matter and the highest rate of infiltrability lead to fastest transfer of bentazone. | Le principal phénomène impliqué dans la contamination des eaux par les produits phytosanitaires en milieu agricole est le transfert par ruissellement et lessivage. L'importance du transfert vertical est déterminée d'une part par les caractéristiques physiques du sol impliquées dans la circulation de l'eau et d'autre part par sa composition chimique. La matière organique, en particulier, représente une composante majeure du système sol dont il convient de préciser le rôle dans le devenir des pesticides en fonction des conditions pédoclimatiques. A cet effet, trois sols cultivés sous un même climat mais présentant des teneurs naturelles variées en matière organique (de 2 à 6 %), ont fait l'objet d'une caractérisation organique et physique et d'un suivi de la distribution verticale au cours du temps d'un herbicide, la bentazone. Le sol présentant un fort potentiel de rétention des produits phytosanitaires dû à sa teneur élevée en matière organique (6 %) et une grande infiltrabilité, a donné lieu à des transferts rapides de bentazone. Au contraire, dans les sols présentant moins de matière organique et une porosité plus fine, le transfert vertical a été ralenti (davantage de sites d'adsorption rencontrés et dégradation plus intense lors d'un temps de séjour plus long). Ainsi, des niveaux de transferts variables peuvent être reliés à des statuts organiques et des porosités caractéristiques.

La mobilité du diuron et de l'oryzalin a été étudiée en colonnes de sol non perturbé au laboratoire. Les sols étudiés sont trois sols viticoles de la région Bourgogne (Vosne-Romanée, 21) et ont été prélevés selon une topolithoséquence. Leurs teneurs en carbone organique sont respectivement de 1,2 %, 1,7 % et 2,2 % pour le sol brun calcaire de mi-pente (SBC MP), le sol brun calcaire de bas de pente (SBC BP) et la rendzine. Après une hauteur de pluie simulée de 845 mm, les percolats respectifs de la rendzine, du SBC MP et du SBC BP contiennent des quantités plus importantes de diuron (3,2 %, 11,8 % et 18,8 %), que d'oryzalin (0,2 %, 4,9 % et 3,7 % des quantités appliquées). Dans les colonnes de sol, les quantités extractibles de résidus herbicides sont plus élevées pour le diuron (48,7 %, 31,1 % et 35,6 %) que pour l'oryzalin (12,7 %, 11,9 % et 15,5 %) dans la rendzine, le SBC MB et le SBC BP respectivement. La distribution des deux herbicides au sein des colonnes de sol et les quantités percolées semblent en relation avec la teneur en matière organique du sol en surface et avec la structure du sol en profondeur. | Mobility of diuron and oryzalin were studied in undisturbed soil columns in laboratory. Soils studied were three vineyard soils from Burgundy (Vosne-Romanée) and were chosen from a topolihoséquence. Organic carbon contents of this soils were 1,2 %, 1,7 % et 2,2 % for SBC MP, SBC BP and rendzine, respectively. After 845 mm of water applied, leachates of rendzine, SBC MP and SBC BP showed greater amounts of diuron (3,2 %, 11,8 % and 18,8 %) than oryzalin (0,2 %, 3,9 % and 4,7 % of applied) respectively. In soil columns, more residues were extractable for diuron (48,7 %, 31,1 % et 35,6 %) than for oryzalin (12,7 %, 11,9 % et 15,5 %) from the rendzine, SBC MB and SBC BP, respectively. Mobility of this two herbicides seems in relation to organic matter content in surface soils and to structure of the soils deeper.

Risk assessment is needed for registration of each new phytopharmaceutical active substance at EU level. In France, the competent authority for registration is the Ministrer of Agriculture, taking into account opinions from "Commission des Toxiques" and "Comité d'Homologation". In regulatory risk assessment, environmental risk is estimated by the usual approach, combining exposure and hazard to calculate risk. Exposure is characterized by estimation of predicted environmental concentrations (PEC); hazard is estimated from ecotoxicological assays with different plant and/or animal species. Risk is characterized as a toxicity/exposure ratio, which is compared to a trigger value. This approach is simple, probably efficient, and could be scientifically improved. However, the system is not perfect, the main limitation being the variety of local environmental conditions. Furthermore, authorizations are based on specific products, and can not integrate a variety of agricultural practices. Biomonitoring is needed. | Depuis la Directive européenne 91/414, l'évaluation du risque environnemental est une obligation réglementaire pour toute nouvelle substance active phytopharmaceutique. En France, l'homologation dépend du Ministre de l'Agriculture, après avis de la Commission des Toxiques et du Comité d'Homologation. Le risque environnemental se détermine en combinant les 2 composantes du risque, danger et exposition. L'exposition se caractérise par le calcul des concentrations environnementales prévisibles dans l'environnement (PEC), et le danger par des données d'écotoxicité, déterminées à partir d'essais sur différentes espèces animales et végétales. Le risque est caractérisé par un rapport toxicité/exposition, comparé ensuite à une valeur-seuil. Le système est simple, probablement assez efficace, et peut être encore amélioré, en fonction des progrès scientifiques. Cependant, les limites de l'approche réglementaire sont connues, la principale étant la variété des situations environnementales. Enfin, les autorisations de mise sur le marché concernent des produits et ne peuvent intégrer la grande variété des pratiques agricoles. Une biosurveillance des milieux s'impose.

For an evaluation of the role of buffer zones like wetlands, grassed buffer strips in dissipation of pesticides, it is important to quantify sorption, biodegradation and accumulation phenomenom. Redox conditions in soil and their seasonal variations linked to the hydrology, are important parameters to evaluate the behaviour of pesticides in theses interface zones. An experimental laboratory approach was conducted to characterize the influence of redox conditions on sorption and degradation of atrazine and isoproturon 14 C labelled in different soil samples. Incubations of soil-herbicides show that redox and pedological conditions influence their sorption and their biodegradation. This study shows that soil buffer zone microflora may be effective at least to reduce pesticide contamination. In anaerobic conditions, the soil microflora degraded the two tested pesticide without complete mineralization. Biodegradation modify the initial structure of the molecule and consequently its stabilisation in soil. | Pour évaluer le rôle que peuvent jouer certaines zones tampons (zones humides, bandes enherbées) dans la dissipation des produits phytosanitaires, il est primordial de quantifier les phénomènes de rétention, de biodégradation et d'accumulation. Les conditions d'oxydo-réduction régnant dans les sols et leurs variations saisonnières liées au fonctionnement hydrologique sont des paramètres importants à prendre en compte pour évaluer le comportement des produits phytosanitaires atteignant ces zones d'interface. Une approche expérimentale a été mise en ouvre sur plusieurs dispositifs pour caractériser au laboratoire l'influence des conditions d'oxydo-réduction sur le comportement de deux herbicides marqués au carbone 14: l'atrazine et l'isoproturon dans des échantillons de sol. Les résultats des incubations sol-herbicides montrent que non seulement les conditions d'oxydoréduction ainsi que les conditions pédologiques influencent la rétention et la dégradation des pesticides. Quant au degré de transformation des molécules en conditions anaérobies, il est variable selon la nature et la structure des molécules. Toutefois, la minéralisation complète de ces polluants est souvent très faible, voire inexistante alors qu'elle est souvent plus importante en conditions oxydantes. La dégradation modifie la structure et la nature chimique de la molécule initiale et donc sa stabilisation ultérieure dans le sol.