The role of storm flows in concentration of pesticides associated with particulate and dissolved fractions as a threat to aquatic ecosystems - Case study: the agricultural watershed of Save river (Southwest of France)

Le rôle des crues sur la concentration en pesticides associés aux fractions particulaires et dissoutes, une menace pour les écosystèmes aquatiques - Cas d’étude : le bassin versant agricole de la rivière Save (sud-ouest de la France)

⁽¹⁾ Université de Toulouse; INPT, UPS; Laboratoire Écologie Fonctionnelle et Environnement (EcoLab); ENSAT, avenue de l’Agrobiopole, 31326 Castanet Tolosan Cedex, France,
jean-luc.probst@ensat.fr
⁽²⁾ CNRS; EcoLab; ENSAT, 31326 Castanet Tolosan Cedex, France
⁽³⁾ Department of Environment and Energy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

Received: 28 July 2010
Revised: 15 December 2010
Accepted: 3 January 2011

Abstract

Measurement of the fluxes of pesticides was carried out for a year, ending in March 2009, in the Save catchment, in the vicinity of Toulouse. The hydrograph separation technique was used to evaluate the respective contribution of stormflow and baseflow in transport of 12 pesticide molecules. Transport of over 59% of pesticides and their controlling factors such as total suspended matter (TSM), particulate organic carbon (POC) and dissolved organic carbon (DOC) occurred during storm periods. Hysteresis patterns could be observed in the concentration-discharge relationships only for some molecules between rising and falling periods of the storm hydrograph. Clockwise hysteresis was noticed for low to moderately soluble pesticide molecules and for particulate fractions, which explains the role of surface runoff in pesticide displacement. In contrast, anticlockwise hysteresis was registered for soluble molecules and dissolved fractions, explaining the role of subsurface flows and soil leaching processes. The important role of TSM, POC and DOC in pesticide transport was clearly established. We also came to the conclusion that the role of stormy periods in pesticide movement and their controlling factors worked as a threat to aquatic ecosystems. And there was a positive relation between riverine TSM, POC, DOC and pesticides according to pesticide properties.

Résumé

Les flux de pesticides sont mesurés durant une année hydrologique (2008–2009) sur le bassin versant de la Save, proche de Toulouse. La technique de séparation des hydrogrammes de crue a été utilisée pour évaluer la contribution respective des écoulements de crue et des écoulements de base au transport fluvial de 12 molécules de pesticides. Plus de 59 % des flux de pesticides, de matières en suspension (MES), de carbone organique dissous (COD) et particulaire (COP) sont transportés durant les périodes de crue. Des hystérésis peuvent être observées sur les relations concentrations-débits, uniquement pour quelques molécules, entre la montée et la descente de crue. Des hystérésis dextres (sens des aiguilles d’une montre) sont observées pour les molécules peu ou modérément solubles et pour les fractions particulaires montrant le rôle du ruissellement de surface dans le transfert des pesticides. Au contraire, des hystérésis senestres (sens inverse) sont observées pour les molécules solubles et les fractions dissoutes montrant le rôle des écoulements hypodermiques et du lessivage des sols. On a pu établir clairement le rôle important des MES, du COP et du COD dans le transport des pesticides. Les résultats obtenus nous montrent aussi le rôle joué par les épisodes de crue sur les transferts de pesticides et de leurs facteurs de contrôle, représentant un risque potentiel important de contamination des eaux et une menace pour les écosystèmes aquatiques. Des relations positives sont mises en évidence entre les teneurs en MES, COD ou COP et les concentrations en pesticides selon les propriétés physico-chimiques des différents pesticides.