Thesis defense Iry ANDRIANJARA – “Cross-assessment of trace element contamination and stress indicators in urban environment for Tilia spp. in Paris (France)”
Abstract:
Urban trees provide many ecological services. However, these trees are subject to restrictions and constraints such as water scarcity and trace element (TE) pollution that can affect their health and thus alter the services they provide. Their responses to urban stresses depend in particular on the species and the urban landscapes in which they are planted. This thesis is part of a close collaboration between university researchers and local authority agents to meet the needs for better monitoring urban trees facing stress. This thesis aims to: (i) assess the diversity of Tilia spp. that can modulate tree responses to TE stress, (ii) characterise TE contamination and transfer in Tilia spp. according to different urban landscapes, (iii) estimate potential stress indicators (water stress and TE contamination). To meet these objectives, an in situ experiment (ISE) in Paris and an experiment under controlled conditions (CCE) at CEREEP in Seine-et-Marne were carried out. Our results showed that of the 83 trees studied of Tilia spp., five species were identified as Tilia cordata, Tilia dasystyla, Tilia ×euchlora, Tilia ×europaea and Tilia platyphyllos. T. ×euchlora was the species with the highest number of clones and therefore low genetic diversity. This raises questions about their adaptive capacity under fluctuating environmental stress, and indicates that breeding practices have changed little over several decades. Our results on TE contamination and soil-to-leaves transfer (TCsoil-leaves) of copper (Cu), nickel (Ni), lead (Pb) and zinc (Zn) show that aged soils of Tilia spp. were the most contaminated with TE, most certainly related to the management history (imported soil) and/or the accumulation over time of TE in soils. The Tilia spp. studied were generally more contaminated in streets than in parks, as well as trees located in streets with a stabilized coating at their base. The two experiments carried out made it possible to highlight the importance of the soil physicochemical parameters, in particular pH, organic matter and calcium carbonates in the transfer of TEs. Different compounds (proline (Pro), malondialdehyde (MDA) and photosynthetic pigments (PP)) defined as stress indicators in herbaceous plants were tested in lime trees to assess their relevance to the constraints of the urban environment. Different situations led to an increase in [Pro] and [MDA] and to a decrease in [PP]: dehydration (experiment under controlled conditions) or the presence of the stabilized coating (in situ experiment). Some TEs can also lead to an increase in Pro, Pb in streets and Cu in parks. T. cordata showed the lowest [Pro] and the highest [PP] compared to T. platyphyllos and T. × euchlora. Thus, T. cordata would potentially be the most resistant species to urban stress compared to the other two species. In conclusion, a better traceability of the origin of the nurseries and of the modes of reproduction would help managers to increase genetic diversity within their tree stock. In addition, the stabilized coating probably affects the health of Tilia spp.. Finally, as a precautionary principle, we recommend not to use waste from Tilia spp. (e.g. pruning products) in composts and grindings. Additional research will help clarify the impacts of ETs, in particular the study of their chemical forms that affect their availability and toxicity.
Keywords: urban tree, Tilia spp., trace elements, genetic diversity, stress indicators, proline, malondialdehyde, photosynthetic pigments, urban landscapes, tree coatings.
Lien Zoom : https://us02web.zoom.us/j/82907283871?pwd=bmJsUFJud2ZENlpOTXpkdHo1UnFZQT09
- Orateur: Iry ANDRIANJARA,
- Laboratoire: iEES Paris
- Mail de l'orateur: iry.andrianjara@paris.fr
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résumé:
Les arbres en milieu urbain fournissent de nombreux services écologiques. Cependant, ces arbres sont soumis à des restrictions et contraintes comme le manque d’eau et la pollution en éléments traces (TE) pouvant nuire à leur santé et ainsi altérer les services rendus. Les réponses des arbres face aux stress urbains sont dépendantes notamment de l’espèce et des paysages urbains dans lesquels ils ont été plantés. Cette thèse s’est inscrite dans une collaboration étroite entre chercheurs universitaires et agents d’une collectivité afin de répondre aux besoins d’un meilleur suivi des arbres en milieu urbain face aux stress. Les travaux de cette thèse visent à : (i) évaluer la diversité des Tilia spp. pouvant moduler les réponses des arbres à un stress par les TE, (ii) caractériser les contaminations et transferts en TE chez Tilia spp. selon différents paysages urbains, iii) estimer des indicateurs de stress potentiels (manque d’eau et contamination en TE). Pour répondre à ces objectifs, une expérimentation in situ (ISE) dans Paris et une expérimentation en conditions contrôlées (CCE) au CEREEP en Seine-et-Marne ont été menées. Nos résultats ont montré que sur les 83 arbres étudiés de Tilia spp., cinq espèces ont été identifiées comme étant Tilia cordata, Tilia dasystyla, Tilia ×euchlora, Tilia ×europaea and Tilia platyphyllos. T. ×euchlora était l’espèce avec le plus grand nombre de clones et donc une faible diversité génétique. Cela pose des questions sur leur capacité d'adaptation en cas de stress environnemental fluctuant, et indique que les pratiques de reproduction ont peu changé durant plusieurs décennies. Nos résultats sur la contamination et les transferts de TE du sol aux feuilles en cuivre (Cu), nickel (Ni), plomb (Pb) et zinc (Zn) montrent que les sols âgés des Tilia spp. étaient les plus contaminés en TE, très certainement en lien avec l’historique de gestion (terres importées) et/ou l’accumulation au cours du temps des TE dans les sols. Les Tilia spp. étudiés étaient globalement plus contaminés dans les rues qu’en parcs, ainsi que les arbres situés en rues avec à leur base un revêtement stabilisé. Les deux expérimentations menées ont permis de mettre en évidence l’importance des paramètres physico-chimiques du sol, en particulier le pH, la matière organique et les carbonates de calcium dans le transfert des TE. Différents composés (la proline (Pro), les malondialdéhydes (MDA) et les pigments photosynthétiques (PP)) définis comme indicateurs de stress chez les herbacées, ont été testés chez les tilleuls pour évaluer leur pertinence face aux contraintes du milieu urbain. Différentes situations ont conduit à une augmentation des [Pro] et [MDA] et à une diminution des [PP] : une déshydratation (expérience en conditions contrôlées) ou la présence du revêtement stabilisé (expérience in situ). Certains TE peuvent également amener à une augmentation de la Pro, le Pb en rues et le Cu en parcs. Tilia cordata a montré les [Pro] les plus faibles et les [PP] les plus élevées par rapport à T. platyphyllos et T. ×euchlora. Ainsi, T. cordata serait potentiellement l’espèce la plus résistante au stress urbain par rapport aux deux autres espèces. En conclusion, une meilleure traçabilité de l’origine des pépinières et des modes de reproduction aideraient les gestionnaires à augmenter la diversité génétique au sein de leur parc d’arbres. De plus, le revêtement stabilisé affecte probablement la santé des Tilia spp.. Enfin, par principe de précaution, nous recommandons de ne pas utiliser les déchets de Tilia spp. (e.g. produits d’élagage) dans les composts et broyats. Des recherches complémentaires permettront de préciser les impacts des TE, notamment l’étude de leurs formes chimiques jouant sur leur disponibilité et toxicité.
Mots-clés : arbre urbain, Tilia spp., éléments traces, diversité génétique, indicateurs de stress, proline, malondialdéhyde, pigments photosynthétiques, paysages urbains, revêtements au sol.
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