Agronomie 22 (2002) 431-442
DOI: 10.1051/agro:2002012

L'absorption de Cd par différentes variétés de lupins (Lupinus albus et Lupinus angustifolius ) comparée à celle du ray-grass (Lolium multiflorum) en fonction de la fertilisation phosphatée

Wilhelm Römer, Komi Egle, Dong-Kyo Kang, Holger Keller and Jörg Gerke

Institut für Agrikulturchemie, Universität Göttingen, Von Siebold-Straße 6, 37075 Göttingen, Allemagne

(Reçu le 14 septembre 2000 ; révisé le 31 janvier 2001 ; accepté le 29 décembre 2001)

Abstract
Cd-uptake of different Lupinus albus and Lupinus angustifolius cultivars compared with Lolium multiflorum at varied P supply . The objective of the pot experiments was to study the mobilisation and the uptake of Cd by three plant species (two dicotyledons : L. albus L. and L. angustifolius L. compared to a monocotyledon Lolium multiflorum Lam.) at varied P supply. Four experiments were done either in a growth chamber or in a greenhouse. The treatments were: the three plant species, 2 levels of phosphorus nutrition and 2 soil types. Independent of the P supply, Cd concentration in the shoot dry matter showed the following order : Lolium multiflorum > L. angustifolius > L. albus. The Cd content in the shoots corresponded firstly to the root/shoot ratio and secondly to the Cd inflow rate as well as to the proportion which was taken up and translocated into the shoot. The differences in the behaviour of the three plant species were probably connected with the exudation of organic acids in the soil. In a separate experiment, lupins showed excretion rates of citrate, malate, succinate and other organic acids, which were ten times higher than that of Lolium multiflorum. Without P supply, the exudation rates were even higher. In the acid sandy soil, the citric acid excretion leads to a decrease of Cd concentration in the soil solution. In the soil solution of the calcareous loam soil, the Cd concentration was increased under lupins but not under Lolium multiflorum compared to pots without plants. We assume that the higher Cd concentration in the soil solution under lupins originated from Cd complexation by the excreted acids. But Cd uptake from these complexes was probably hindered, because less Cd was taken up and translocated to the shoots. We concluded that the higher excretion of organic acids into the rhizosphere by lupins in comparison to ryegrass (Lolium multiflorum) seems to modify the Cd speciation in the soil solution. The consequence was a lower Cd uptake by the plants from the acid as well as the calcareous soil.

Résumé
L'objectif de cette expérimentation est d'étudier la mobilisation et l'absorption du Cd du sol par différentes variétés de 2 espèces de dicotylédones (Lupinus albus et Lupinus angustifolius) comparées à une monocotylédone (Lolium multiflorum) en fonction de la nutrition phosphatée. Les facteurs étudiés sont les 3 espèces de plante, la nutrition phosphatée et le type de sol. Les résultats ont montré que la matière sèche aérienne de Lolium multiflorum présente une teneur en Cd nettement supérieure à celle des 2 espèces de Lupinus indépendamment de l'apport phosphaté et du type de sol. Cette teneur élevée en Cd chez Lolium est en relation d'une part avec le rapport élevé de la longueur de ses racines sur la quantité de matière sèche aérienne produite et d'autre part avec le transport du Cd absorbé par ses racines vers la biomasse aérienne. Les 2 espèces de Lupinus ont montré une exsudation d'acides organiques (citrate, acide malique, succinate...) environ 10 fois supérieure à celle de Lolium. La nutrition phosphatée a une influence inhibitrice sur l'exsudation racinaire d'acides organiques. Cette excrétion d'acides organiques dans la rhizosphère entraîne sur sol acide une diminution de la teneur en Cd de la solution du sol et par conséquent un faible prélèvement par les plantes. En revanche, sur sol basique, la teneur en Cd de la solution du sol augmente sous l'effet de la culture de Lupinus suite probablement à la formation de complexe du citrate de Cd. Mais le prélèvement du Cd par les racines sous forme de complexe organométallique n'est pas non plus facilement réalisable que celui des ions libres Cd ²⁺. De cette étude, il ressort que les 2 espèces de dicotylédones (L. albus et L. angustifolius) modifient le potentiel d'adsorption et la spéciation du Cd grâce à leur capacité d'exsudation élevée d'acides organiques en comparaison avec Lolium multiflorum.

Key words: Cd / exudation / lupin / organic acids / ray-grass / uptake

Mots clés : absorption / acides organiques / Cd / exsudation / lupins / ray-grass

Correspondence and reprints: Wilhelm Römer kegle@gwdg.de (ou) uaac@gwdg.de

Communicated by Gérard Guyot (Avignon, France)

© INRA, EDP Sciences 2002