Avril 2006
Polluants inorganiques dans les sols suisses et évolutions après 10 ans
Résultats de l’Observation nationale des sols de 1985 à 1999 André Desaules, Peter Schwab, Armin Keller, Stefan Ammann, Jean Paul,
Hans Jörg Bachmann
Donneur d’ouvrage
Office fédéral de l’environnement (OFEV) CH-3003 Berne
www.umwelt-schweiz.ch
Office fédéral de l’agriculture (OFAG) CH-3003 Berne
www.blw.admin.ch
Mandataire
Agroscope FAL Reckenholz, Station fédérale de recherche en agroécologie et agriculture, Reckenholzstrasse 191, CH-8046 Zurich
www.Reckenholz.ch
Auteurs
André Desaules, andre.desaules@art.admin.ch Peter Schwab
Armin Keller Stefan Amman
Jean Paul (jusqu’au 31.12.2005) Hans Jörg Bachmann,
Agroscope FAL Reckenholz, CH-8046 Zurich
Diffusion
www.nabo.admin.ch > Bibliographie n° 139
Remerciements
Nous remercions nos collègues et les membres du groupe d’accompagnement NABO, dont les commentaires et les contributions ont permis d’enrichir le présent rapport, notamment Michael Winzeler, Franz Stadelmann, Hans Brunner, Kirsten Rehbein (FAL) ainsi que Jürg Zihler, Johannes Dettwiler et Roland von Arx (OFEV). Nous remercions également l’OFEV et l’OFAG de leur confiance.
Sommaire
Version abrégée... 5
Kurzfassung ... 10
Abréviations, sigles, glossaire... 15
1 Introduction ... 17
1.1 Rappel des faits, motivation et défi... 17
1.2 Mandat et objectifs... 19
1.3 Concept général, délimitations et représentation ... 19
1.4 Réseaux d’observation et état des connaissances... 20
2 Le réseau de référence NABO ... 23
2.1 Sites d’observation ... 23
2.2 Programme analytique et méthodes ... 26
2.3 Analyse, critères d’évaluation et représentation ... 28
2.4 Qualité des analyses ... 30
3 Résultats et interprétation... 38
3.1 Teneurs en polluants relevées entre 1995 et 1999 ... 38
3.2 Evolutions des teneurs en polluants après 5 et 10 ans (1985 à 1999) ... 44
4 Conclusions et perspectives ... 50
4.1 Polluants... 50
4.2 Etendue spatiale des charges en polluants ... 51
4.3 Evolution temporelle des teneurs en polluants... 52
5 Bibliographie... 53
Annexes Annexe 1: Données sur les sites... 57
Annexe 1-1: Modification sur les sites depuis le 1er relevé initial ... 61
Annexe 2: Teneurs en mg/kg des polluants du réseau NABO (1995-1999) et en Suisse (1990-1996) ... 65
Annexe 3: Evolution des teneurs en polluants après 5 et 10 ans (1985-1999) en mg/kg regroupée par occupation du sol ... 71
Annexe 4: Evolution des teneur en polluants pour chaque site NABO en % de la valeur indicative... 75
Annexe 5: Moyennes des trois relevés en % de la valeur indicative et l’importance de l’evolution... 111
Annexe 6: Liste originale des teneurs en polluants en mg/kg et données statistiques ... 119
Annexe 6-1: Restrictions de référencement et valeur érronées... 141
Liste des graphiques
Graphique 1-1: Cycle terrestre des substances (polluantes) et le rôle du sol en tant
qu'indicateur... 17
Graphique 1-2: L’observation des sols doit concilier évaluation des risques et coûts macroéconomiques ... 18
Graphique 1-3: Concept modulaire de l’Observation nationale des sols... 19
Graphique 2-1: Carte synoptique des 105 sites NABO ... 23
Graphique 2-2: Schéma d’échantillonnage... 27
Graphique 2-3: Ecarts relatifs entre les valeurs mesurées du réseau NABO et les valeurs certifiées de consigne... 32
Graphique 2-4: Ecarts relatifs des valeurs d’essais interlaboratoires NABO par rapport à la valeur de consigne ou la valeur moyenne... 33
Graphique 2-5: Répétabilité par site des trois relevés... 34
Graphique 2-6: Stabilité relative des analyses du 2e et du 3e relevé par rapport au relevé initial... 35
Graphique 2-7: Écarts des variations constatées lors des mesures répétées échelonnées dans le temps par rapport aux écarts déterminés par des mesures répétées simultanées sur 7 sites agricoles... 36
Graphique 3-1: Teneurs en polluants constatées dans le réseau NABO pendant la période de 1995 à 1999 et en Suisse entre 1990 et 1996 en % par rapport à la valeur indicative ... 40
Graphique 3-2: Carte synoptique des sites présentant des dépassements des valeurs indicatives pour au moins un des éléments analysés... 41
Graphique 3-3: Evolutions des teneurs en polluants après 5 et 10 ans (1985 à 1999) en % de la valeur indicative... 47
Liste des tableaux Tableau 1-1: Réseaux d’observation des sols en Suisse ayant publié des résultats relatifs à la variation temporelle des teneurs en polluants anorganiques ... 21
Tableau 2-1: Répartition des 105 sites NABO selon les régions pédogéographiques et l’occupation des sols au moment du premier relevé ... 25
Tableau 2-2: Probabilités d’erreur (α) en % permettant la distinction entre deux relevés distincts si le nombre de mesures répétées et les chevauchements sont différents .... 29
Tableau 2-3: Valeurs indicatives légales relatives à la teneur en polluants des sols... 30
Tableau 2-4: Limites de détermination et teneurs fréquentes dans le réseau NABO... 31
Tableau 2-5: Comparabilité moyenne des analyses par rapport à la valeur indicative ... 34
Tableau 3-1: Dépassements des valeurs indicatives et causes principales présumées ... 42
Tableau 3-2: Nombre de dépassements des valeurs indicatives pour les teneurs totales dans le réseau NABO pour la période 1995 à 1999 ... 44
Tableau 3-3: Variations continues des valeurs médianes des teneurs en polluants pour les
groupes de sites après 10 ans... 48 Tableau 3-4: Variations significatives et importantes des teneurs en polluants sur les sites
NABO après 5 et 10 ans ... 48
Version abrégée
Introduction
L’augmentation des charges de polluants dans l’environnement est l’une des conséquences négati- ves de l’intervention de plus en plus marquée de l’homme dans les cycles écologiques des substan- ces. Le temps de séjour de polluants peu ou pas dégradables étant nettement plus long dans le sol que dans l’air, l'eau ou les plantes, ces polluants s’accumulent dans le sol et, à long terme, mettent en péril sa fertilité. En outre, les substances nocives présentes dans le sol passent dans la chaîne alimentaire et la nappe phréatique, ce qui compromet le développement sain de la flore, de la faune et de l'homme. Malgré les mesures de limitation ciblée des émissions de polluants, il existera tou- jours des apports diffus, impossibles à contrôler à la source. Aussi les mesures effectuées dans le sol sont-elles l’unique moyen de vérifier directement l’efficacité des dispositions légales, politiques et environnementales visant à réduire l’apport de polluants. C’est pourquoi il est nécessaire de procé- der à l’observation des polluants dans les sols, sur le long terme, ainsi que l’exige l’article 3 de l’Ordonnance sur les atteintes portées au sol.
Partie intégrante de l’observation de l'environnement, l’observation des sols est une discipline ex- trêmement exigeante et lourde de responsabilités, car elle porte, entre autres, sur l’évaluation de risques écologiques et économiques majeurs. Des erreurs d’interprétation peuvent être lourdes de conséquences politiques et économiques. Toute politique de l’environnement qui se veut responsa- ble est tributaire d’une observation à long terme, étayée par des méthodes scientifiques et des bases statistiques solides, servant de système d’alerte dont le coût est relativement faible pour l’économie nationale. Le défi consiste à maximiser l'innovation économique tout en réduisant au maximum les risques pour la population et l’environnement.
Le présent rapport NABO, troisième de la série, résume tous les résultats des mesures effectuées entre 1985 et 1999. Il analyse l’évolution des teneurs en polluants inorganiques constatée lors du troisième relevé réalisé après 10 ans.
La rubrique Liens du site www.nabo.admin.ch contient les informations les plus récentes sur les réseaux d’observation des sols nationaux et internationaux. La Suisse compte 19 réseaux de mesure des polluants dans le sol, alors que plus 50 de réseaux sont en exploitation dans le monde entier.
L’état actuel des connaissances sur le réseau NABO et l’analyse des concentrations de neuf élé- ments dans le sol (cadmium (Cd), zinc (Zn), plomb (Pb), cuivre (Cu), mercure (Hg), nickel (Ni), chrome (Cr), cobalt (Co) et fluor (F)), autorise les conclusions suivantes:
En Suisse, il n’existe plus de sols non contaminés. Même les sols des régions périphériques présentent des accumulations de polluants.
Le Pb, le Cu, le Cd et le Zn affichent les charges anthropiques en polluants inorganiques les plus importantes. Selon une première estimation, près de 10 % de la surface devraient pré- senter des valeurs supérieures aux valeurs indicatives de ces éléments.
Version abrégée
La concentration de polluants dans les couches supérieures du sol (jusqu’à 20 cm de la sur- face du terrain) évolue beaucoup plus rapidement que prévu. Sur les 100 sites examinés, 87% présentaient, après cinq ans seulement, des augmentations ou des diminutions signifi- catives d'au moins un des neuf polluants considérés (Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, F). 10 ans plus tard, ces variations importantes ont pu être constatées pour l’ensemble des 25 sites agricoles étudiés jusqu’à présent.
Les raisons des variations temporelles de la concentration de polluants dans le sol sont mul- tiples, sans être linéaires. Outre les apports anthropiques, considérés comme valeurs assi- gnées des immissions, ces variations résultent de processus liés à la dynamique des sols, dont l’origine est souvent naturelle ou, parfois, anthropique (par exemple migration en pro- fondeur, érosion, labour), ainsi que des effets dus à la procédure utilisée (par exemple perte sélective d’échantillons, contaminations).
La méthodologie mise en œuvre se caractérise par les cinq points suivants:
1. Afin de distinguer les variations temporelles et spatiales, plusieurs échantillons composés sont requis pour chaque site et relevé. Le degré de résolution dans le temps est limité par la répétabilité par site (dispersion des mesures provenant de plusieurs échantillons mixtes pré- levés simultanément dans des conditions de répétabilité).
2. Dans le but d’exclure, dans la mesure du possible, tout effet analytique (par exemple dérive), les échantillons du premier relevé sont analysés une nouvelle fois à chaque relevé ultérieur, afin de servir de référence lors du calcul des variations de concentration.
3. Les variations significatives du point de vue statistique ne font aucune distinction entre les apports anthropiques (valeur assignée des immissions) et d’autres effets naturels ou métho- dologiques (artefacts).
4. L’intervalle de confiance de 95% des teneurs mesurées est proposé comme critère statistique approprié préliminaire, permettant de distinguer le bruit de fond naturel et méthodologique des apports et des exports anthropiques (signal). Le nombre croissant de relevés par site, ef- fectués à différents moments, permet d’améliorer la fiabilité de ce critère.
5. A l’instar de l’observation du climat, l’observation à long terme des sols rencontre des pro- blèmes liés aux séries chronologiques, notamment des variations importantes dans le temps des conditions de mesure ou des effets naturels et/ou liés à la procédure, d’où un bruit de fond important. Pour cette raison, il est seulement possible de dégager des tendances fiables après avoir réalisé un nombre maximal de mesures sur une période donnée dans des condi- tions standardisées optimales.
Depuis le premier relevé, 54 (51%) des 105 sites ont subi un changement de type d’occupation ou d’exploitation ayant un impact possible sur les immissions, dont il faudra tenir compte, le cas échéant, au moment de l’interprétation des données.
Comme toute autre série chronologique, l'observation permanente des sols exige que soient garan- ties la stabilité des analyses à long terme ainsi qu’une répétabilité maximale et/ou un degré maximal de résolution dans le temps. Etant donné qu’il est impossible d'effectuer sur la durée les analyses dans les mêmes conditions, en raison notamment de l'évolution méthodologique, les échantillons du premier relevé sont analysés une nouvelle fois à chaque relevé ultérieur dans la même série de me- sures et l’évolution temporelle des teneurs est basée sur les résultats des analyses parallèles.
Dans le domaine de l’observation des sols, la répétabilité par site est particulièrement importante.
Outre l’analyse, elle comprend également la préparation physique des échantillons et le prélèvement dans des conditions de répétabilité données pour chaque site. Les coefficients de variation de la ré- pétabilité par site sont presque toujours inférieurs à 10 %, voire même à 5 % (graphique 2-5).
La variation des analyses répétées dans le temps des échantillons provenant du relevé initial corres- pond à la stabilité temporelle de la méthode d’analyse. Au fil des années, le degré de concordance entre les analyses est resté stable pour le Zn et le F, où l’écart est souvent inférieur à 5 % (10 % pour le Pb). En ce qui concerne les autres éléments, la stabilité de l’analyse par rapport au relevé initial présente des variations plus ou moins importantes. Les différences les plus significatives ont été enregistrées pour le Hg et le Co, où l’écart systématique positif atteint souvent 30% (graphique 2-6).
Résultats et interprétation
Les teneurs en polluants des 105 sites NABO correspondent dans une large mesure aux valeurs fré- quemment mesurées en Suisse (graphique 3-1). Il existe cependant certaines exceptions, imputables au petit nombre de sites: le Cu pour les cultures spéciales, le Zn, le Pb, le Cu et le Hg dans les parcs en milieu urbain et le Cu, le Ni et le F dans les zones protégées. De plus, les résultats mettent en évidence une distribution asymétrique vers la droite (médiane < moyenne) constatée pour les grou- pes comportant de nombreuses valeurs extrêmes relevées sur des sites contaminés. Comme on pou- vait s’y attendre, le pourcentage des teneurs élevées dépassant les valeurs indicatives est générale- ment inférieur dans le réseau de référence NABO, car ce dernier est sensé représenter la charge
«normale» des sols suisses. Il existe toutefois certaines exceptions pour les éléments Cd, Pb, Cu, Hg, Ni, Cr, Co et F, étant donné que les sites exploités de manière extensive avec une charge élevée d’éléments atmophiles Cd et Pb et les sites présentant des valeurs élevées des éléments géogènes Ni, Cr, Co et F sont plus nombreux dans le réseau de référence NABO que dans les analyses canto- nales, centrées sur les régions à forte charge anthropique.
Sur les 105 sites NABO, 39 % présentent des dépassements de la valeur indicative pour un ou plu- sieurs éléments, avec une probabilité de plus de 50%, voire de plus de 97.5% dans la plupart des cas (graphique 3-2, tableau 3-1). Ces dépassements sont probablement dus, sur 10% des sites, à des apports anthropiques directs, sur 24% des sites à des facteurs géogènes et sur 19% des sites à des valeurs pH basses imputables à l'acidification des sols et partant, une solubilité plus élevée, notam- ment des éléments atmophiles tels que le Cd et le Zn. Même les sites dans les régions périphériques présentent des dépassements des valeurs indicatives, prouvant ainsi qu’il n’existe pratiquement plus de sites non contaminés, l’apport d’éléments atmophiles diffus est difficile à évaluer. Les dépasse- ments des valeurs indicatives pour les éléments Ni, Cr, Co et F sont probablement dus à des causes
Version abrégée
géogènes. L’origine géogène par altération de la roche est également prépondérante pour le Cd, étant donné la présence de calcaire riche en Cd sur certains sites NABO. Si on regroupe les dépas- sements des valeurs indicatives en fonction des éléments et du type d'occupation (tableau 3-2), on peut établir un classement des éléments: Zn > F > Cu > Ni > Cd > Pb > Cr > Co. Pour le Zn, les dépassements concernent uniquement les teneurs solubles (tableau 3-1). La ventilation des dépas- sements en fonction du type d’occupation fournit peu de renseignements utiles vu le peu de données disponibles et la présence de facteurs complémentaires tels que la roche et l’hygiène de l’air.
Néanmoins, les valeurs indicatives pour la teneur totale en Cu sont dépassées sur l’ensemble des quatre sites viticoles et, pour le Pb, dans les deux parcs urbains et sur 50% des sites sous conifères.
Les teneurs en pour cent de la valeur indicative de l’ensemble des sites et des sites groupés par oc- cupation (graphique 3-3) évoluent comme suit: comme prévu, l’évolution des valeurs médianes est en règle générale plus faible pour les groupes de sites fortement représentés (annexe 3) et plus im- portante pour les sites individuels (annexe 4). A quelques exceptions près (Pb sous conifères, Cu sous cultures spéciales, Hg sous pâturage intensif), elles se situent toutefois en dessous du seuil ca- ractéristique de ±5 % de la valeur indicative. Les évolutions temporelles des valeurs médianes sont uniquement significatives pour le Hg, et, en partie, le Pb (pâturage intensif). On observe que les augmentations constantes sont fréquentes pour les éléments atmophiles Cd, Zn, Pb et Cu, à l'excep- tion du Hg, tandis que les diminutions prédominent pour les éléments lithophiles Ni, Cr, Co et F.
Cette différence indique que les apports anthropiques semblent toujours jouer un rôle.
Si les augmentations significatives du point de vue statistique dominent après une période de 5 ans (Zn, Pb, Cu, Hg, Cr, Co), les diminutions sont plus fréquentes après 10 ans (Zn, Cu, Hg, Ni, Cr, Co, F). Le Hg présente de loin la plus forte dynamique relative. Jusqu’ici, on n’a pas encore pu expli- quer clairement pourquoi certains éléments présentent des écarts positifs après 5 ans, et des écarts négatifs après 10 ans. Ce décalage montre cependant que les variations constantes sont plutôt rares et que les fluctuations importantes (en zigzag) sont fréquentes.
Le Hg ainsi que dans certains cas le Pb et le Cu, et, de manière générale, les groupes de sites fai- blement représentés et les sites individuels, présentent de fortes fluctuations inexplicables à pre- mière vue (annexe 4). Les évolutions en zigzag ont souvent des causes multiples, parfois opposées.
Une étude complémentaire (projet Varitemp) réalisée sur six sites NABO montre que les augmenta- tions dues aux apports anthropiques peuvent difficilement être mesurées après 5 ou 10 ans et que les causes des évolutiosn mesurées sont souvent méthodologiques.
Conclusions et perspectives
L’état actuel des connaissances permet de conclure que le programme analytique NABO couvre les principaux polluants inorganiques du sol en Suisse. Cette affirmation n’exclut cependant pas la pré- sence significative d'autres polluants en certains endroits.
Les dépassements des valeurs indicatives ne constituent qu’un premier indice d’une éventuelle pol- lution anthropique des sols. Dans certaines régions, les dépassements des valeurs indicatives, no- tamment pour le Cr, le Ni, le Co et le F, ont des causes géogènes, donc naturelles. Si les apports
sols, les apports anthropiques directs par les engrais et les produits phytosanitaires concernent uni- quement les surfaces agricoles. Seule une analyse spatiale adéquate permet de déterminer à quel point les dépassements des valeurs indicatives dans le réseau NABO et leurs causes principales pré- sumées sont représentatives de la situation existant dans l’ensemble de la Suisse.
La concordance quasi générale entre les valeurs médianes des 105 sites NABO et les nombreuses données relatives aux polluants disponibles en Suisse permet de conclure que le réseau de référence NABO représente assez fidèlement la contamination «normale» des sols en Suisse. Cependant, vu le petit nombre de sites de cultures spéciales (viticulture, arboriculture et cultures maraîchères), de sites protégés et, surtout, de sites urbains, les données correspondantes sont encore insuffisantes. Il apparaît clairement que le réseau de référence NABO ne permet pas de saisir l’étendue spatiale de la pollution en Suisse. En effet, l’occupation des terres n’étant pas un indice suffisamment fiable, seule la cartographie des polluants dans le sol sur l’ensemble du territoire, avec un degré de résolu- tion approprié, permet la planification et la mise en œuvre, à l’échelle du pays, de mesures de pro- tection du sol contre les atteintes chimiques.
Le degré de résolution dans le temps est déterminé par le rythme à l’origine quinquennal des rele- vés. La périodicité choisie a toutefois été remise en question par l'apparition, après 10 ans d’observations, de fortes fluctuations inexplicables à première vue. L’analyse de leurs causes doit être approfondie, car les résultats disponibles jusqu’ici ne permettent pas encore de prouver défini- tivement, en raison de problèmes méthodologiques et de séries temporelles trop courtes, qu’il existe un rapport de cause à effet entre l’augmentation évidente, générale ou individuelle, des atteintes chimiques aux sols et les apports anthropiques, malgré les indices fournis par les bilans de substan- ces.
Les étapes suivantes comprennent notamment, outre les prélèvements d’échantillons de routine ré- alisés tous les cinq ans dans le réseau de référence NABO, des études expérimentales de processus sur des sites choisis et à intervalles plus courts. En outre, la mise en place des sites d’observations intenses pourrait être envisagée, afin de réduire à un minimum le bruit de fond inexplicable et d’améliorer le degré de résolution dans le temps et, partant, la pertinence des prélèvements pour le dépistage précoce et les pronostics. L'évaluation du quatrième relevé après 15 ans permettra de re- présenter pour la première fois les droites de régression assorties d'intervalles de confiance et par- tant d’interpréter provisoirement les évolutions apparentes (bruit de fond) et effectives (signaux). La fiabilité des conclusions relatives aux évolutions augmentera au fil des années, grâce au nombre croissant de points de mesure.
Kurzfassung
Kurzfassung
Der deutschsprachige Bericht ist unter www.nabo.admin.ch > Bibliographie Nr. 138 verfügbar.
Einführung und Grundlagen
Die massiven Eingriffe der Menschen in die ökologischen Stoffkreisläufe führten als negative Be- gleiterscheinung auch zu einer erhöhten Freisetzung und Zirkulation von Schadstoffen in der Um- welt. Die im Vergleich zu Luft, Gewässern und Pflanzen ungleich längere Verweildauer schwer oder nicht abbaubarer Schadstoffe im Boden führt langfristig zu Anreicherungen, welche die Bo- denfruchtbarkeit gefährden. Zudem gelangen Schadstoffe über belastete Böden in die Nahrungsket- te und ins Grundwasser und können so die gesunde Entwicklung von Pflanzen, Tieren und Men- schen beeinträchtigen. Trotz der Massnahmen zur gezielten Einschränkung von Schadstoffemissio- nen wird es stets diffuse Einträge geben, die an der Quelle nicht kontrollierbar sind. Die Erfolge der gesetzlichen, politischen und umwelttechnischen Massnahmen zur Reduktion von Schadstoffeinträ- gen in die Böden lassen sich deshalb letztlich direkt nur durch Bodenmessungen überprüfen. Darin liegt der Bedarf einer langfristigen Beobachtung von Schadstoffbelastungen in Böden begründet, wie sie die „Verordnung über Belastungen des Bodens“ in Art. 3 verlangt.
Die Bodenbeobachtung als Teil der Umweltbeobachtung ist eine sehr verantwortungsvolle und an- spruchsvolle Aufgabe, weil es um die Beurteilung weit reichender ökologischer und ökonomischer Risiken geht. Falsche Signale an die Politik können grosse volkswirtschaftliche Kosten verursa- chen. Eine wissenschaftlich und statistisch hinreichend abgestützte und zuverlässige langfristige Umweltbeobachtung als verhältnismässig volkswirtschaftlich kostengünstiges Warnsystem ist für eine verantwortungsvolle Politik unabdingbar. Dabei geht es um die heikle Gratwanderung, wirt- schaftliche Innovationen zu maximieren und gleichzeitig Risiken für die Bevölkerung und Umwelt zu minimieren.
Im vorliegenden dritten NABO-Bericht werden alle Ergebnisse der Messperiode 1985-1999 und damit die Veränderungen anorganischer Schadstoffgehalte der Dritterhebung nach 10 Jahren darge- stellt und diskutiert.
Aktuelle Informationen über in- und ausländische Boden-Beobachtungsnetze sind unter www.nabo.admin.ch > Links zu finden. In der Schweiz sind 19 schadstoffbezogene Bodenmessnet- ze in Betrieb und im Ausland sind es über 50. Der bisherige Wissensstand aus dem NABO- Referenznetz das bisher die Konzentrationen der neun Elemente Cadmium (Cd), Zink (Zn), Blei (Pb) Kupfer (Cu) Quecksilber (Hg), Nickel (Ni), Chrom (Cr), Cobalt (Co) und Fluor (F) im Boden untersucht, lässt sich wie folgt zusammenfassen:
In der Schweiz gibt es keine absolut unbelasteten Böden mehr. Auch in abgelegenen Gebie- ten findet man Schadstoff-Anreicherungen.
Die zivilisationsbedingten Belastungen unserer Böden mit anorganischen Schadstoffen sind bei Pb, Cu, Cd und Zn am stärksten. Auf rund 10 % der Bodenfläche dürfte der Richtwert dieser Elemente überschritten sein, wie eine erste Grobschätzung ergab.
Die gemessenen anorganischen Schadstoffkonzentrationen im Oberboden bis 20 cm ab Ter- rainoberfläche verändern sich unerwartet rasch. Von 100 untersuchten Standorten zeigten 87 % nach fünf Jahren bereits bei mindestens einem von neun Schadstoffen (Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, F) eine signifikante Zu- oder Abnahmen. Nach zehn Jahren war dies bei al- len der bislang untersuchten 25 Landwirtschaftsstandorten der Fall.
Die Ursachen zeitlicher Konzentrationsveränderungen sind jedoch vielfältig und wirken nicht linear. Neben anthropogenen Einträgen als immissionsökologische Zielgrösse sind auch natürliche und teilweise anthropogen beeinflusste bodendynamische Prozesse (z.B.
Tiefenverlagerung, Erosion, Pflügen) sowie verfahrensbedingte Effekte (z.B. selektive Pro- benmaterial-Verluste, Kontaminationen) beteiligt.
Der methodische Erkenntnisweg lässt sich so weit durch die fünf folgenden Meilensteine charakte- risieren:
1. Um die räumliche von der zeitlichen Variabilität zu diskriminieren, braucht es pro Standort und Erhebung mehr als nur eine Mischprobe. Der zeitliche Auflösungsgrad wird durch die Standort-Wiederholpräzision (Streuung der Messungen von mehren parallelen Mischproben unter Wiederholbedingungen) begrenzt.
2. Um analytische Effekte (z.B. Drift) best möglich auszuschalten, müssen die Proben der Ers- terhebung als Referenz bei jeder Folgeerhebung wieder mit gemessen werden und die Kon- zentrationsveränderungen aus den resultierenden Differenzen berechnet werden.
3. Statistisch signifikante zeitliche Konzentrationsveränderungen unterscheiden nicht zwischen zivilisationsbedingten Schadstoffeinträgen (immissionsökologische Zielgrösse) und anderen natürlichen wie auch verfahrensbedingten Effekten (Artefakte).
4. Als geeignetes statistisches Kriterium, näherungsweise das natürliche und verfahrens- bedingte Grundrauschen von anthropogenen Einträgen und Austrägen zu trennen, wird das 95%-Vertrauensintervall der gemessenen Gehalte vorgeschlagen. Dieses lässt sich mit der zunehmenden Anzahl Erhebungs-Zeitpunkten pro Standort stets zuverlässiger erfassen.
5. Langfristige Bodenbeobachtung ist analog der Klimabeobachtung ein Zeitreihenproblem mit erheblichen zeitlichen Variationen natürlicher und verfahrensbedingter Messbedingungen bzw. Effekten was zu einem erheblichen Grundrauschen führt. Daher braucht es für gesi- cherte Trendaussagen möglichst zahlreiche Messpunkte auf der Zeitachse unter bestmögli- chen standardisierten Bedingungen.
Seit der Ersterhebung haben 54 (51%) der 105 Standorte eine Bewirtschaftungs- oder Nutzungsän- derung erfahren, die immissionsökologisch bedeutsam sein kann und bei der Interpretation gegebe- nenfalls zu berücksichtigen ist.
Die Bodendauerbeobachtung, erfordert wie alle Zeitreihenuntersuchungen, eine langfristig gesicher- te Analysenstabilität und eine maximale Wiederholpräzision bzw. einen maximalen zeitlichen Auf- lösungsgrad. Weil die Analysenbedingungen über die Zeit nicht konstant gehalten werden können -
Kurzfassung
besonders aufgrund methodischer Entwicklungen - werden die Proben der Ersterhebung bei jeder Folgeerhebung in der entsprechenden Messserie parallel wieder mit analysiert und daraus die zeitli- che Konzentrationsveränderung berechnet.
Für die Bodendauerbeobachtung ist vor allem die Standort-Wiederholpräzision von Bedeutung. Sie umfasst nicht nur die Analytik sondern auch die physikalische Probenvorbereitung und die Probe- nahme unter Wiederholbedingungen für jeden Standort. Die Variationskoeffizienten der Standort- Wiederholpräzision liegen meistens unter 10 % und häufig sogar unter 5 % (Figur 2-5).
Die Streuungen der zeitlich wiederholten Analysen der Proben der Ersterhebung entsprechen der zeitlichen Stabilität der Analysenmethode. Der Übereinstimmungsgrad der Analysen ist im Laufe der Jahre bei Zn, F im Bereich von häufig weniger als 5 % (10 % bei Pb) stabil geblieben. Sonst hat sich die Analysenstabilität zur Ersterhebung mehr oder weniger verändert, am meisten bei Hg und Co mit systematischen positiven Abweichungen von häufig 30 % (Figur 2-6).
Ergebnisse und Beurteilung
Die Schadstoffgehalte der 105 NABO-Standorte repräsentieren die bisher häufig in der Schweiz gemessenen Gehalte bemerkenswert gut (Figur 3-1). Ausnahmen sind aufgrund der geringen An- zahl Standorte Cu in Spezialkulturen, dann Zn, Pb, Cu und Hg in Stadtparks sowie Cu, Ni und F in Schutzgebieten. Deutlich wird auch die typisch rechtsschiefe Wertverteilung (Median < Mittelwert) bei Gruppen mit vielen Extremwerten durch Belastungsstandorte. Der Prozentanteil der erhöhten Gehalte mit Richtwertüberschreitungen ist im NABO-Referenznetz erwartungsgemäss in der Regel geringer, weil das Referenznetz die „normale“ Belastung der Böden der Schweiz erfassen soll.
Doch es gibt auch hier bei Cd, Pb, Cu, Hg, Ni, Cr, Co und F Ausnahmen. Die Gründe dazu sind, dass vorwiegend luftbürtig mit Cd und Pb belastete extensiv genutzte Standorte und solche mit ge- ogen erhöhten Gehalten von Ni, Cr, Co und F im NABO-Referenznetz stärker vertreten sind als bei kantonalen Vollzugsuntersuchungen, die sich auf anthropogene Belastungsgebiete konzentrieren.
An 39 % der insgesamt 105 NABO-Standorte kommen Richtwertüberschreitungen eines oder meh- rerer Elemente mit einer Analysen-Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % und meistens sogar mehr als 97.5 % vor (Figur 3-2, Tabelle 3-1). Die vermuteten Hauptursachen sind an 10 % der Standorte auf direkte anthropogene Einträge zurückzuführen, zu 24 % gesteinsbedingt und zu 19 % tiefen pH- Werten durch Bodenversauerung und damit erhöhter Löslichkeit zuzuschreiben. Dies ist vor allem bei den atmophilen Elementen Cd und Zn der Fall. Obwohl es völlig unbelastete Standorte kaum mehr gibt, wie zivilisationsfern gelegene Standorte mit Richtwertüberschreitungen zeigen, ist der Anteil durch diffuse Lufteinträge schwierig abzuschätzen. Die Richtwertüberschreitungen bei Ni, Cr, Co und F sind wohl durchwegs geogen. Bei Cd überwiegt ebenfalls die geogene Komponente durch relativ Cd-reiches Kalkgestein an gewissen NABO-Standorten. Aus der Zusammenstellung der Richtwertüberschreitungen der Totalgehalte nach Elementen und Standortnutzung (Tabelle 3-2) lässt sich die elementspezifische Reihenfolge der Richtwertüberscheitungen herauslesen: Zn > F >
Cu > Ni > Cd > Pb > Cr > Co. Bei Zn gibt es nur Richtwertüberschreitungen der löslichen Gehalte (Tabelle 3-1). Die Anteile der Richtwertüberschreitungen nach Nutzung sind aufgrund der geringen Datenlage und überlagernden Faktoren wie Ausgangsgestein und Lufthygiene wenig aussagekräftig.
Doch werden die Richtwerte der Totalgehalte immerhin bei Cu an allen vier Rebbaustandorten und bei Pb in den beiden Stadtparks sowie an 50 % der Nadelwald-Standorte überschritten.
Der Überblick der Veränderungen in Prozent vom Richtwert aller sowie der nach Nutzung grup- pierten Standorte (Figur 3-3) zeigt Folgendes: Die Veränderungen der Medianwerte sind erwar- tungsgemäss bei grösseren Standortgruppen in der Regel geringer (Anhang 3) und bei den Einzel- standorten am grössten (Anhang 4). Sie liegen jedoch mit wenigen Ausnahmen (Pb Nadelwald, Cu Spezialkulturen, Hg intensives Grasland) unterhalb der Relevanzgrenze von ±5 % des Richtwerts.
Die zeitlichen Veränderungen der Medianwerte sind allerdings nur bei Hg und zum Teil bei Pb (in- tensives Grasland) signifikant. Es fällt auf, dass bei den atmophilen Elementen Cd, Zn, Pb, Cu mit Ausnahme von Hg stetige Zunahmen dominieren und bei den lithophilen Elementen Ni, Cr, Co und F dagegen Abnahmen. Dies ist ein Hinweis, dass zivilisationsbedingte Schadstoffeinträge wahr- scheinlich noch immer wirksam sind.
Nach 5 Jahren überwiegen weitgehend statistisch signifikante Zunahmen (Zn, Pb, Cu, Hg, Cr, Co), während es nach 10 Jahren Abnahmen (Zn, Cu, Hg, Ni, Cr, Co, F) sind. Hg weist mit Abstand die grösste relative Dynamik auf. Die Gründe für elementspezifische Verschiebungen des Überwiegens von Zu- bzw. Abnahmen nach 5 bzw. 10 Jahren sind bisher nicht eindeutig geklärt. Sie belegen jedoch, dass stetige Veränderungen eher selten und Zickzackverläufe dagegen häufig sind.
Auf Anhieb nicht plausible Zickzackverläufe sind besonders bei Hg aber auch teilweise bei Pb und Cu zu beobachten und allgemein häufig bei kleinen Standortgruppen und Einzelstandorten (Anhang 4). Zickzackverläufe von Veränderungen deuten auf vielfältige und oft auch gegenläufige Ursachen hin. Eine Ergänzungsstudie an sechs NABO-Standorten hat ergeben, dass Zunahmen durch zivilisa- tionsbedingte Schadstoffeinträge kaum innerhalb von 5 bis 10 Jahren messbar sind und die Ursa- chen der gemessenen Veränderungen meist verfahrensbedingt sind.
Folgerungen und Ausblick
Beim heutigen Kenntnisstand ist die Annahme, dass das aktuelle NABO-Messprogramm die priori- tären anorganischen Bodenschadstoffe der Schweiz abdeckt vernünftig, was nicht heisst, dass lokal noch andere Schadstoffe von Bedeutung sein können.
Richtwertüberschreitungen sind nur ein erster Hinweis für eine mögliche anthropogene Bodenbelas- tung. Regional werden Richtwerte hauptsächlich bei Cr, Ni, Co und F bereits gesteinsbedingt - also natürlich - überschritten. Während die diffusen atmosphärischen Schadstoffeinträge alle Böden mehr oder weniger belasten, sind die direkten anthropogenen Einträge durch Dünger und Pflanzen- schutzmittel auf die Landwirtschaftsfläche beschränkt. Inwieweit die Anteile der Richtwertüber- schreitungen und ihrer vermuteten Hauptursachen im NABO-Referenznetz landesweit repräsentativ sind, kann nur durch geeignete Raumanalysen abgeschätzt werden.
Die weitgehend gute Übereinstimmung der Medianwerte der 105 NABO-Standorte mit jenen der zahlreichen in der Schweiz verfügbaren Schadstoffdaten ist ein Hinweis darauf, dass das NABO- Referenznetz die „normale“ Belastung der Böden der Schweiz allgemein gut repräsentiert. Ergän- zungsbedarf gibt es aufgrund geringer Standortkollektive in den Spezialkulturen (Reb-, Obst- und
Kurzfassung
Gemüsebau), in Schutzgebieten und vor allem in Siedlungsgebieten. Daraus wird klar, dass das NABO-Referenznetz allein nicht genügt, das räumliche Ausmass der Schadstoffbelastung in der Schweiz zu erfassen. Die Landnutzung erweist sich dabei als ungenügend zuverlässiger Indikator, so dass für die Planung und den Vollzug des chemischen Bodenschutzes als räumliches Phänomen, letztlich einzig flächenhafte Kartierungen der Bodenschadstoffe in geeignetem Auflösungsgrad zum Ziel führen können.
Der zeitliche Auflösungsgrad wurde mit der ursprünglich festgelegten 5 jährigen Erhebungsperiodi- zität vorgegeben. Das Auftreten zahlreicher auf Anhieb nicht plausibler Zickzackverläufe nach 10 Beobachtungsjahren stellte diesen Auflösungsgrad in Frage. Die Ursachenabklärung muss noch vertieft werden, denn aufgrund der soweit vorliegenden Ergebnisse kann wegen methodischer Prob- leme und ungenügend langen Zeitreihen durch Bodenmessungen noch nicht eindeutig kausal nach- gewiesen werden, dass die chemischen Bodenbelastungen generell oder vereinzelt zivilisationsbe- dingt eindeutig ansteigen, obwohl es dafür aufgrund von Schadstoffbilanzen Hinweise gibt.
Für das weitere Vorgehen stehen neben der routinemässigen Weiterführung der 5 jährigen Periodi- zität im NABO-Referenznetz, an ausgewählten Standorten experimentelle Prozessstudien mit kür- zeren Erhebungsintervallen und möglicherweise die Errichtung einer Intensivmessstelle im Vorder- grund, um das nicht interpretierbare Grundrauschen zu minimieren bzw. den zeitlichen Auflösungs- grad und damit die Empfindlichkeit von Bodenmessungen für die Früherkennung und Prognose zu verbessern. Nach der Auswertung der Vierterhebung nach 15 Jahren wird es erstmals sinnvoll sein, Regressionsgeraden mit Vertrauensintervallen darzustellen. Dies wird eine erste vorläufige Beurtei- lung erlauben, effektive Veränderungen (Signale) und Trends von vermeintlichen Veränderungen (Grundrauschen) zu unterscheiden. Mit der Zeit bzw. zunehmender Anzahl Messpunkte werden die Aussagen diesbezüglich stets zuverlässiger werden.
Abréviations, sigles, glossaire
Abréviations et sigles
α Probabilité d’erreur (erreur de 1ère espèce) AAS Spectrométrie d’absorption atomique Al Aluminium As Arsenique
BG Limite de détermination (Bestimmungsgrenze)
CaCl2 Chlorure de calcium
CaCO3 Carbonate de calcium (calcaire) Cd Cadmium Co Cobalt
CO2 Dioxyde de carbone
Corg Carbone organique
Cu Cuivre Cr Chrome
CV Coefficient de variation (STD relative)
D2 Deuterium
F Fluor
FAAS Spectrométrie d’absorption atomique dans la flamme FAL Station fédérale de recherche en agroécologie et agriculture Fe Fer
GAAS Spectrométrie d’absorption atomique électrothermique Hg Mercure
ICP-MS Spectrométrie de masse à plasma induit
IqD Écart interquartile (intervalle entre le 25e et le 75e percentile)
MS Matière sèche (séchée à 105°C)
n Nombre
NABO Observation nationale des sols (Nationale Bodenbeobachtung)
NaOH Hydroxyde de sodium
nb Non défini (nicht bestimmt)
Ni Nickel
OFEV Office fédéral de l’environnement
OFEFP Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage; depuis le 1er janvier 2006: OFEV
p Probabilité statistique
Pb Plomb
pH Valeur pH (CaCl2)
PI Production intégrée
ppm Millionième (part par million)
STD Déviation standard (angl. «standard deviation») Tl Thallium
V Vanadium VI Valeur indicative selon l’OSol (1998) Zn Zinc
Glossaire
Argile Fraction granulométrique < 0.002 mm
Artéfact Facteur d’influence non lié à l’objectif proprement dit (bruit)
Bruit de fond Valeurs mesurées ne présentant pas de différences statistiques significati- ves, en règle générale p < 95% (noise)
Éléments atmophiles Apport provenant de l’atmosphère
Éléments lithophiles Apport provenant principalement de l’érosion des roches
Géogène Lié à la roche
Justesse Écart de la valeur mesurée par rapport à la valeur de consigne (valeur de référence)
Précision Variation des valeurs mesurées
Précision par site Variation globale (prélèvements, préparation des échantillons, analyse) en- registrée, sur un même site, pour plusieurs relevés à des moments différents et dans des conditions différentes (par exemple humidité du sol)
Répétabilité par site Variation globale (prélèvements, préparation des échantillons, analyse) en- registrée, sur un même site, pour un seul relevé.
Comparabilité Variation des valeurs mesurées par différentes institutions Sable Fraction granulométrique de 0.05 à 2 mm
Signal Valeurs mesurées présentant des différences statistiques significatives, en règle générale p > 95%
Silt Fraction granulométrique de 0.002 à 0.05 mm
Terre fine Fraction du sol < 2mm (correspond aux échantillons utilisés pour les analy- ses chimiques)
1 Introduction
1.1 Rappel des faits, motivation et défi
L’augmentation de la présence de polluants dans l’environnement est l’une des conséquences néga- tives de l’intervention de plus en plus marquée de l’homme dans les cycles écologiques des subs- tances, notamment en raison de l'industrialisation et la mécanisation croissante de l’agriculture (graphique 1-1). Le temps de séjour de polluants peu ou pas dégradables étant nettement plus long dans le sol que dans l’air, l'eau ou les plantes, ces polluants s’accumulent dans le sol et, à long terme, mettent en péril sa fertilité. En outre, les substances nocives présentes dans le sol passent dans la chaîne alimentaire et la nappe phréatique, ce qui compromet le développement sain de la flore, de la faune et de l'homme. Autre conséquence grave, il est extrêmement difficile, voire im- possible, de rétablir complètement la fertilité des sols pollués.
AIR
Homme Faune
Flore
SOL
EAU
ROCHES AIR
Homme Faune
Flore
SOL
EAU
ROCHES
Graphique 1-1: Cycle écologique des substances (polluantes) et rôle du sol en tant qu'indicateur
Les risques d’atteintes durables portées au sol, support naturel de la vie, résultant de l’utilisation d’engrais produits à partir de boues d’épuration, ont suscité une première prise de conscience dans les années 1960. Il faut cependant attendre 1981 pour que soit décrétée l'Ordonnance sur les boues d'épuration (OBEp, 1981), instaurant les quantités maximales de certains métaux lourds. Elle a été suivie, en 1985, par l'Ordonnance sur la protection de l'air (OPair, 1985), qui définit des seuils limi- tes d’émission et d’immission relatifs aux polluants dans le sol, puis, en 1986, par l’Ordonnance sur les substances (Osubst, 1986) et en 2005, par l’Ordonnance sur la réduction des risques liés aux produits chimiques (ORRChim, 2005). Ces dernières fixent des valeurs maximales relatives à la teneur en métaux lourds pour le compost, l'engrais minéral et les déchets animaux et interdisent l'utilisation de boues d'épuration comme fumure dès octobre 2006.
Toutefois, malgré les mesures de restriction ciblée des émissions de polluants, il existera toujours des apports diffus, impossibles à contrôler à la source. Ainsi, les mesures effectuées dans le sol sont-elles l’unique moyen de vérifier directement l’efficacité des dispositions légales, politiques et environnementales visant à réduire l’apport de polluants. C’est pourquoi il est nécessaire de procé-
Introduction
der à l’observation des polluants dans les sols, sur le long terme, ainsi que l’exige l’article 3 de l’Ordonnance sur les atteintes portées au sol (OSol, 1998).
Partie intégrante de l’observation de l'environnement, l’observation des sols est une discipline ex- trêmement exigeante et lourde de responsabilités, car elle porte, entre autres, sur l’évaluation de risques écologiques et économiques majeurs. Des erreurs d’interprétation peuvent être lourdes de conséquences politiques et économiques. L’observation de l’environnement est à ce titre compara- ble à un exercice d’équilibrisme (graphique 1-2). Toute politique de l’environnement qui se veut responsable est tributaire d’une observation à long terme, étayée par des méthodes scientifiques et des bases statistiques solides, servant de système d’alerte dont le coût est relativement faible pour l’économie nationale. Le défi consiste à maximiser l'innovation économique tout en réduisant au maximum les risques pour la population et l’environnement (Europäische Umweltagentur, 2004).
Comparée à l’observation du climat, l’observation des sols n’en est qu’à ses débuts, encore dépour- vue de toute routine d’exécution. Il faudra encore d’importants travaux de recherche méthodologi- que et des séries temporelles suffisamment longues pour améliorer la fiabilité de l’évaluation des risques de sorte qu’elle puisse servir de référence à la mise en place d’une politique environnemen- tale digne de ce nom. Etant donné qu’il est impossible d’appliquer le principe de précaution de ma- nière générale (LPE, 1983: art. 1) et de saisir les charges environnementales avec une fiabilité abso- lue, toute société responsable se doit de consentir des efforts continus dans ces deux domaines. Ces efforts visent à quantifier et à limiter les incertitudes autant que possible, afin de favoriser la mise en œuvre, par les instances politiques, de mesures de précaution appropriées, ni trop légères, ni trop contraignantes.
Risques économiques
(coûts inutiles)
Risikobeurteilung
Alerte manquée Fausse alerte
Risques écologiques (dommages à
l’environnement et/ou coûts d’assainissement)
Evaluation du risque
Coûts d’économie nationale
Risques économiques
(coûts inutiles)
Risikobeurteilung
Alerte manquée Fausse alerte
Risques écologiques (dommages à
l’environnement et/ou coûts d’assainissement)
Evaluation du risque
Coûts d’économie nationale
Graphique 1-2: L’observation des sols doit concilier évaluation des risques et coûts d’économie nationale
1.2 Mandat et objectifs
L’article 3 de l’Ordonnance sur les atteintes portées au sol (OSol, 1998) décrit le mandat de l'obser- vation des sols de la manière suivante:
1 L’Office fédéral de l’environnement, des forêts et du paysage (OFEFP) [l’actuel Office fédéral de l’environnement OFEV] gère en collaboration avec l’Office fédéral de l’agriculture (OFAG) un réseau national de référence pour l’observation des atteintes portées aux sols (NABO).
2 L’OFEFP [l’actuel OFEV] informe les cantons et publie les résultats.
L’article 44 de la loi sur la protection de l'environnement oblige la Confédération et les cantons à procéder à des enquêtes sur les nuisances grevant (LPE, 1983) l’environnement et à contrôler l'effi- cacité des mesures prévues dans la loi. L'observation des sols poursuit donc un double objectif: la légitimation scientifique et le contrôle de l’efficacité des mesures environnementales garantissant la préservation durable de la fertilité des sols. En vertu du principe de précaution énoncé à l’article 1 de la LPE (1983), la détection précoce et les prévisions relatives aux atteintes aux sols font partie de son mandat.
1.3 Concept général, délimitations et représentation
Le concept modulaire présenté ci-dessous résume les activités de l’Observation nationale des sols (graphique 1-3):
Observation de l’environnement
Ï
Coordination / compatibilité
Ð
Observation nationale des sols
NABO-Trend: réseau d’observation NABO-Flux: flux de polluants NABO-Status: étendue des atteintes NABO-Quality: qualité des données NABO-Public: relations publiques NABO-Expertise: conseils et expertises
Í
Í Í Í Í Í Í
Comparabilité/ complémentarité
Î
Î Î Î Î Î Î
Surveillance cantonal des sols
Observation de l’environnement
Ï
Coordination / compatibilité
Ð
Observation nationale des sols
Observation de l’environnement
Ï
Coordination / compatibilité
Ð
Observation nationale des sols
NABO-Trend: réseau d’observation NABO-Flux: flux de polluants NABO-Status: étendue des atteintes NABO-Trend: réseau d’observation NABO-Flux: flux de polluants NABO-Status: étendue des atteintes NABO-Quality: qualité des données NABO-Public: relations publiques NABO-Expertise: conseils et expertises
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Comparabilité/ complémentarité
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Î Î Î Î Î Î
Surveillance cantonal des sols
Graphique 1-3: Concept modulaire de l’Observation nationale des sols
Introduction
Le site web du NABO (www.nabo.admin.ch) fournit un aperçu régulièrement actualisé des travaux et des résultats des différents modules. Les explications ci-dessous se rapportent cependant exclusi- vement au réseau de référence NABO.
Le réseau NABO (NABO-Trend) a pour mission principale l'observation permanente des atteintes chimiques portées aux sols. De plus, il fournit des informations sur l’état de contamination des sols suisses (NABO-Status), sans pouvoir cependant tirer des conclusions valables pour l’ensemble du territoire.
Le premier rapport NABO (Desaules & Studer, 1993) est consacré à la mise en place du réseau de mesures et aux résultats de la période 1985 à 1991 des 102 sites examinés à l’époque. Il comprend également la présentation et l’analyse des résultats de la deuxième campagne de prélèvements ef- fectuée après une période de 5 ans sur 20 sites agricoles. Afin de faciliter l’interprétation des résul- tats, les différents rapports NABO cités ci-dessous consignent, outre les évolutions temporelles des polluants, les changements intervenus au sein du réseau NABO et les modifications méthodologi- ques.
Le deuxième rapport NABO (Desaules & Dahinden, 2000) présente les résultats des mesures effec- tuées entre 1992 et 1997. Il contient aussi bien les évolutions des teneurs en polluants inorganiques après 5 ans sur 100 sites et après 10 ans sur 25 sites agricoles, qu’une description détaillée de la qualité des analyses et les conclusions relatives aux causes possibles des évolutions des concentra- tions mesurées.
Le présent rapport, troisième de la série, résume tous les résultats des mesures effectuées entre 1985 et 1999. Ainsi, il présente et analyse les évolutions des teneurs en polluants inorganiques constatées lors du troisième relevé 10 ans. Il comporte en outre une évaluation comparative des résultats de 7 sites sur une période de 15 ans, résultats obtenus dans des conditions de répétabilité analytique (graphique 2-7).
Si les deux premiers rapports sont très détaillés et essentiellement orientés vers la méthodologie, le présent document entend présenter les résultats de manière concise et conviviale, sans cependant renoncer à la traçabilité. Pour cette raison, des renvois fréquents aux rapports précédents et aux an- nexes sont indispensables.
1.4 Réseaux d’observation et état des connaissances
La rubrique Liens du site www.nabo.admin.ch contient les informations les plus récentes sur les réseaux d’observation des sols nationaux et internationaux. La Suisse compte 19 réseaux de mesure des polluants dans le sol pour plus de 50 dans le monde entier.
De manière générale, il est exact d’affirmer que les programmes d’observation étrangers et, dans une certaine mesure, cantonaux, sont plus complets que ceux du NABO. En revanche, jusqu’ici, les réseaux internationaux ont fourni relativement peu d’informations sur la variation temporelle des teneurs en polluants des sols (Desaules & Dahinden, 2000). En Suisse, les réseaux mentionnés dans le tableau 1-1 ont publié les résultats sur l’évolution des teneurs.
Tableau 1-1: Réseaux d’observation des sols en Suisse ayant publié des résultats sur l’évolution des teneurs en polluants inorganiques
Réseau
d’observation Région Variations après
Nombre
de sites Source
NABO Suisse 5 ans 20 (Desaules & Studer, 1993) KABO SG Canton de St-
Gall 5 ans 25 (AfU SG, 1997) KABO GR Canton des Gri-
sons 5 ans 50 (AfU GR, 1999) KABO SH Canton de
Schaffhouse 10 ans 19 (ALU SH, 2000)
NABO Suisse 5 ans
10 ans
100 25
(Desaules & Dahinden, 2000)
KABO BL Canton de Bâle-
Campagne 5 ans 10 (Schudel, 2001) KABO AG Canton
d’Argovie 5 ans 38 (Baudepartement AG, 2001) FRIBO Canton de Fri-
bourg
5 ans 10 ans 15 ans
250 (Julien et al., 2002)
KABO SZ Canton de
Schwyz 12à 16 ans 16 (AfU SZ, 2005)
L’état actuel des connaissances sur le réseau de référence NABO autorise les conclusions suivantes:
En Suisse, il n’existe plus de sols non contaminés. Même les sols des régions périphériques présentent des accumulations de polluants (Desaules, 1998; Desaules & Studer, 1993).
Le Pb, le Cu, le Cd et le Zn affichent les charges anthropiques en polluants inorganiques les plus importantes. Selon une première estimation, près de 10% de la surface devraient pré- senter des valeurs supérieures aux valeurs indicatives de ces éléments (Desaules, 1998).
La concentration de polluants dans les couches supérieures du sol (jusqu’à 20 cm de la sur- face du terrain) évolue beaucoup plus rapidement que prévu. Sur les 100 sites examinés, 87% présentaient, après cinq ans seulement, des augmentations ou des diminutions signifi- catives d'au moins un des neuf polluants examinés (Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, F).
Après 10 ans, ces variations importantes ont pu être constatées pour l’ensemble des 25 sites agricoles étudiés jusqu’à présent (Desaules & Dahinden, 2000).
Les raisons des évolutions temporelles de la concentration de polluants dans le sol sont mul- tiples, sans être linéaires. Outre les apports anthropiques, considérés comme valeurs assi- gnées des immissions, ces évolutions résultent de processus liés à la dynamique des sols, dont l’origine est souvent naturelle ou, parfois, anthropique (par exemple migration en pro- fondeur, érosion, labour), ainsi que des effets dus à la procédure utilisée (par exemple perte sélective d’échantillons, contaminations) (Desaules & Dahinden, 2000; Desaules et al., 2004b).
Introduction
La méthodologie mise en œuvre jusqu’ici se caractérise par les cinq points suivants (Desaules &
Dahinden, 2000; Desaules et al., 2004b):
1. Afin de distinguer les variations temporelles et spatiales, plusieurs échantillons composés sont requis par site et par relevé. Le degré de résolution dans le temps est limité par la répé- tabilité par site (dispersion des mesures provenant de plusieurs échantillons mixtes prélevés simultanément dans des conditions de répétabilité).
2. Dans le but d’exclure, dans la mesure du possible, tout effet analytique (par exemple dérive), les échantillons du premier relevé seront réexaminés lors de chaque relevé ultérieur, afin de servir de référence lors du calcul des variations de la concentration.
3. Les variations significatives du point de vue statistique ne font aucune distinction entre les apports anthropiques (valeur assignée des immissions) et d’autres effets naturels ou métho- dologiques (artefacts).
4. L’intervalle de confiance de 95% des teneurs mesurées est proposé comme critère statistique approprié préliminaire, permettant de distinguer le bruit de fond naturel et méthodologique des apports et des exports anthropiques (signal). Le nombre de croissant de relevés par site, effectués à différents moments, permet d’améliorer la fiabilité de ce critère. Il n’est cepen- dant pas encore possible de tirer des conclusions générales sur le bruit de fond à partir des résultats du projet Varitemp (Desaules et al., 2004b), portant sur six points de mesure sup- plémentaires sur six sites NABO en l’espace de trois ans.
5. A l’instar de l’observation du climat, l’observation à long terme des sols rencontre des pro- blèmes liés aux séries temporelles, notamment des variations importantes dans le temps des conditions de mesure ou des effets naturels et/ou liés à la procédure, d’où un bruit de fond important. Pour cette raison, il est possible de dégager des tendances fiables uniquement après avoir réalisé un nombre maximal de mesures sur une période donnée dans des condi- tions standardisées optimales.
En règle générale, avec des intervalles de mesure de cinq ans, des tendances se dessineront unique- ment à très long terme. Si l’on souhaite dégager des tendances fiables à court terme, il faudra ré- duire l’intervalle de mesure et, partant, augmenter les points de mesure.
2 Le réseau de référence NABO
2.1 Sites d’observation
Le graphique 2-1 montre la répartition géographique des 105 sites d’observation ainsi que leur type d’exploitation.
Agriculture(35) Herbages(25)
Culturesmaraîchères, fructiculture, viticulture (11) Forêt(28)
Sites protégés(4) Parcs(2)
Cultures (35) Pâturages(25)
Culturesmaraîchères, arboriculture, viticulture(11) Forêt(28)
Sites protégés(4) Parcs(2)
Graphique 2-1: Carte synoptique des 105 sites NABO
La sélection des sites NABO et leur répartition font partie d’un concept général (Desaules & Studer, 1993), qui tient compte des immissions probables et de critères environnementaux tels que les ré- gions pédologiques ainsi que de types d’occupation et d'exploitation ayant un impact différent sur les immissions.
Le tableau 2-1 présente, sous forme de matrice, la répartition des sites selon les régions pédogéo- graphiques et l’occupation des sols au moment du premier relevé. Les annexes 1 et 1-1 contiennent des informations supplémentaires sur les sites et leur évolution dans le temps. Depuis le premier relevé, 54 (51%) des 105 sites ont subi un changement de type d’occupation ou d’exploitation ayant un impact possible sur les immissions, dont il faudra tenir compte, le cas échéant, au moment de l’interprétation des données. Dans la plupart des cas, il s'agissait du passage à la production inté- grée. Les types d’occupation et d’exploitation suivants présentent un potentiel élevé d’apport de polluants:
Informations fondamentales sur le réseau de référence NABO
de Cd pour les grandes cultures sans bétail, suite à l’utilisation intensive d'engrais minéraux phosphatés;
de Zn et de Cu dans les élevages de porcins, en raison des additifs dans les aliments pour animaux;
de Cu lorsqu’il est utilisé comme produit phytosanitaire, notamment dans la viticulture, la arboriculture et les cultures maraîchères et, tendanciellement, dans les grandes cultures bio- logiques et de sarclées;
de nombreux polluants provenant des boues d’épuration. L’Ordonnance sur la réduction des risques liés aux produits chimiques interdit l’utilisation de ce type de fumure à partir d’octobre 2006 (ORRChim, 2005): annexe 2.6, chiffre 5.2);
de polluants atmophiles (Cd, Zn, Pb, Hg) sous forêts de conifères suite à l’augmentation de l’interception;
de nombreux polluants dans les agglomérations.
