Étude de la persistance et du transport des bactéries en subsurface dans le bassin hydrographique du ruisseau Thomas

Rob Jamieson, professeur agrégé, Université Dalhousie , 2007 - 2010
Enjeu

La contamination des eaux souterraines comporte des risques potentiels considérables pour la santé humaine. Les études indiquent qu’à long terme les activités agricoles, avec épandage de fumier et d’engrais, peuvent altérer le sol à un point tel que certains contaminants microbiens puissent survivre, ou possiblement croitre, avant d’être transportés dans les réseaux hydrographiques. Ce problème peut donner lieu à une source de contamination à long terme des eaux souterraines, ce qui pourrait avoir des incidences importantes sur la santé humaine. La présence de la bactérie Escherichia coli (E. coli)dans l’eau est couramment utilisée comme indicateur d’une récente contamination fécale. Cependant, quelques études récentes semblent indiquer que certaines populations d’E. coli sont capables de survivre pendant de longues périodes dans les sols agricoles. Certaines souches de ce groupe de bactéries pourraient devenir « naturalisées » et développer la capacité de persister et de se multiplier dans des milieux terrestres et aquatiques. Cette observation se doit d’être vérifiée, car un tel comportement signifierait qu’E. coli n’est pas un indicateur approprié pour une contamination fécale récente. Il manque aussi des connaissances sur les incidences de la diversité des sols, des climats et des conditions hydrologiques sur le transport de ces contaminants.

En vue de combler les lacunes de connaissances susmentionnées, Rob Jamieson, Ph. D., a dirigé une étude à échelle réelle qui établit des liens directs entre la contamination microbienne des eaux souterraines et des activités agricoles précises.

Projet

Pour ce projet, l’équipe de recherche a effectué des traitements et des essais dans un champ agricole actif situé dans le bassin hydrographique du ruisseau Thomas, dans la vallée d’Annapolis en Nouvelle-Écosse. Depuis au moins 10 ans, ce champ a été semé en rotation maïs-maïs-orge, avec des amendements de fumier semi-solide de vaches laitières et des engrais inorganiques. 

Pour évaluer la persistance de la bactérie E. coli dans le sol agricole fertilisé, l’équipe de recherche a recueilli des échantillons du champ et de la zone riveraine adjacente (l’interface entre la terre et le ruisseau ou la rivière). Dans une étude contrôlée réalisée en laboratoire, les chercheurs ont inoculé ces échantillons de sol avec une souche d’E. coli résistante à l’acide nalidixique (E. coli NAR), un biotraceur commun dans les eaux de surface. L’expérience a démontré que le sol du champ fertilisé fournissait des conditions plus appropriées à la survie et à la persistance de la bactérie. 

L’équipe a aussi évalué la présence de la bactérie E. coli au sein du réseau de drainage souterrain (une pratique agricole qui retire l’eau en excès sous la surface du sol) et dans le réseau d’eau souterraine peu profonde sous le champ à l’étude. À l’hiver 2007, quatre puits d’observation de l’eau souterraine ont été installés. Sur une base hebdomadaire ou bimensuelle, l’équipe a recueilli des échantillons d’eau du réseau de drainage et des puits d’eau souterraine, ainsi que des échantillons additionnels après l’épandage de fumier ou de fortes précipitations. Les chercheurs ont détecté plus fréquemment et en plus grand nombre la bactérie E. coli  dans l’eau de ruissellement des drains souterrains que dans l’eau souterraine des puits d’observation, et ce en tout temps de l’année. Cependant, les détections d’E. coli étaient effectivement plus nombreuses avant l’épandage de fumier plutôt qu’après. Cela donne à penser que la présence et l’abondance d’E. coli n’étaient pas reliées au moment de l’épandage du fumier. Par conséquent, E. coli s’avère un organisme inapproprié pour indiquer une contamination fécale récente dans ces types d’agroécosystèmes.

Produits

Vanderzaag, A., K. Campbell, R. Jamieson, A. Sinclair et L. Hynes, L. 2010. « Survival of E. coli in agricultural soil and presence in tile drainage and shallow groundwater », Canadian Journal of Soil Science, vol. 90, p.495-505.  

  • Mise en place d’un site d’essai sur le terrain et de méthodes d’échantillonnage pour étudier la persistance et le transport des agents pathogènes
  • Production d’une série de données qui indiquent que de nouveaux organismes indicateurs doivent être utilisés pour évaluer la présence de bactéries d’origine fécale de source récente. 
  • Présentation des données lors de la réunion annuelle du projet Thomas Brook Watershed Evaluation of Beneficial Management Practices (WEBS). Pendant cette réunion d’une journée, les chercheurs effectuant des recherches dans le bassin versant du ruisseau Thomas ont présenté et discuté des résultats de leurs recherches.
  • L’équipe de recherche a partagé l’information avec ses partenaires et les utilisateurs finaux dans le cadre de plusieurs congrès locaux et internationaux.
Résultats
  • Apport de connaissances, du fait des résultats de l’étude selon lesquels la bactérie E. coli ne serait pas appropriée comme indicateur d’une récente contamination microbienne dans les systèmes agricoles. 
  • Sensibilisation accrue à la nécessité d’études plus poussées à cet égard. Les résultats de cette recherche ont mené au développement d’une Subvention stratégique du CRSNG pour examiner la persistance et le transport des agents pathogènes, de même qu’à l’identification de nouveaux organismes indicateurs pour surveiller la qualité microbienne de l’eau dans des bassins versants agricoles 
  • Les résultats de cette recherche ont fourni à Agriculture et Agroalimentaire Canada des renseignements additionnels requis pour évaluer le rendement des pratiques de gestion bénéfique dans le cadre du projet Thomas Brook watershed.WEBS.    
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Rob Jamieson, professeur agrégé, Université Dalhousie
Dale Hebb, Agriculture et Agroalimentaire Canada

Partenaires

Agriculture et Agroalimentaire Canada
Cornwallis Headwater Society
Ministère de l’Environnement de la Nouvelle-Écosse
Nova Scotia Federation of Agriculture