Behavior and bioavailability of antibiotics introduced in agricultural soils through the recycling of exogenous organic matter
Devenir et biodisponibilité des antibiotiques entrant dans les sols agricoles lors du recyclage des matières fertilisantes d'origine résiduaire
Résumé
Antibiotics are chronically introduced in soils through the application of exogenous organic matter (EOM) such as manure or sewage sludge. The environmental dissemination of these pollutants presents a long-term risk for health particularly due to the acquisition of antibiotic resistances. The origin and the properties of EOM can influence the antibiotic behavior in soils. This behavior and the potential impact on living-organisms depends on the antibiotic (bio)availability. Few data about the antibiotic bioavailability in soils exist and increasing knowledge is conditioned by the development of extraction and analytical methods for molecules at low concentrations in complex organomineral matrices. This research work focuses on the link between the MAFOR type, the behavior and the bioavailability of antibiotics in soils, and their impacts on soil microorganisms. Chemical methods were developed to assess the(bio)availability and the behavior of two antibiotics (sulfamethoxazole and ciprofloxacin) and some transformation products in EOM-amended soils incubated in controlled conditions. A modelling approach was used to describe the behavior of sulfamethoxazole and its main metabolite in soils as a function of the organic matter evolution; the modelling results suggest that co-metabolism was responsible for the molecule mineralization and the formation of biogenic non-extractable residues. Finally chemical data were confronted to biological measures: the (bio)availability of antibiotics estimated through different aqueous extractions was related to their biodegradation by adapted soil microorganisms or to their toxicity on soil microbial activities. Original results were obtained in this work and will be useful to assess the risk related to the antibiotic dispersion in the environment.
Des antibiotiques sont introduits de façon chronique dans les sols lors de l’épandage des matières fertilisantes d’origine résiduaire (MAFOR), telles que le fumier ou les boues de station d’épuration. La dissémination de ces polluants dans l’environnement présente un risque à long terme pour la santé en raison notamment de l’apparition de résistances aux antibiotiques. L’origine et les propriétés des MAFOR peuvent influencer le devenir ultérieur des antibiotiques dans les sols. Ce devenir et les effets des antibiotiques sur les organismes vivants dépendent de leur (bio)disponibilité. Peu de données existent sur la (bio)disponibilité des antibiotiques dans les sols car elles sont conditionnées par le développement de méthodes d’extraction et d’analyse des molécules à de faibles teneurs, dans des matrices organo-minérales complexes. Ce travail de recherche se focalise sur les liens entre nature des MAFOR, devenir et biodisponibilité des antibiotiques dans les sols, et impacts sur les micro-organismes du sol. Des méthodes chimiques ont été développées pour estimer la (bio)disponibilité et le devenir de deux antibiotiques (ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et de certains produits de transformation dans les sols amendés par des MAFOR et incubés au laboratoire. Un modèle a été utilisé pour décrire le devenir du sulfaméthoxazole et de son métabolite principal dans les sols en fonction de l’évolution de la matière organique de la MAFOR ; ceci a permis de montrer que le co-métabolisme pouvait être à l’origine de la biodégradation des molécules et de la formation de résidus non-extractibles. Enfin, ces données chimiques ont été confrontées à des mesures biologiques : la (bio)disponibilité des antibiotiques mesurée à l’aide de différentes extractions aqueuses a été reliée à leur biodégradation par des micro-organismes adaptés dans les sols ou à leur toxicité sur les activités nitrifiantes microbiennes des sols. Ce travail a permis d’obtenir des résultats originaux qui pourront être utiles pour une évaluation des risques liés à la dispersion des antibiotiques dans l’environnement.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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