Soil quality — Guidance on the ecotoxicological characterization of soils and soil materials

This document is one of a family of International Standards providing guidance on soils and soil materials in relation to certain functions and uses including conservation of biodiversity. It applies in conjunction with these other standards. It provides guidance on the selection of experimental methods for the assessment of the ecotoxic potential of soils and soil materials (e.g. excavated and remediated soils, refills, embankments) with respect to their intended use and possible adverse effects on aquatic and soil dwelling organisms. NOTE This is a reflection of the maintenance of the habitat and retention function of the soil. In fact, the methods listed in this document are suitable for usage in a TRIAD approach, i.e. for an ecological assessment of potentially contaminated soils (see ISO 19204). This document does not cover tests for bioaccumulation. The ecological assessment of uncontaminated soils with a view to natural, agricultural or horticultural use is not within the scope of this document. Such soils can be of interest if they can serve as a reference for the assessment of soils from contaminated sites. The interpretation of results gained by applying the proposed methods is not in the scope of this document.

Qualité du sol — Lignes directrices relatives à la caractérisation écotoxicologique des sols et des matériaux du sol

Le présent document fait partie d'une famille de Normes internationales fournissant des lignes directrices sur les sols et les matériaux du sol en relation avec certaines fonctions et utilisations, y compris la préservation de la biodiversité. Il s'applique conjointement avec ces autres normes. Il fournit des lignes directrices relatives à la sélection des méthodes expérimentales permettant l'évaluation du potentiel écotoxique des sols et des matériaux du sol (par exemple terres excavées ayant fait l'objet d'une remédiation, remblais, talus) par rapport à leur utilisation prévue et aux effets éventuellement défavorables pour les organismes vivant dans l'eau et le sol. NOTE Il est le reflet du maintien des fonctions d'habitat et de rétention du sol. En fait, les méthodes énumérées dans le présent document sont adaptées à une utilisation dans l'approche TRIADE, c'est-à-dire pour une évaluation écologique des sols potentiellement contaminés (voir l'ISO 19204). Le présent document ne traite pas des essais relatifs à la bioaccumulation. L'évaluation écologique des sols non pollués en vue d'une utilisation naturelle, agricole ou horticole ne relève pas du domaine d'application du présent document. De tels sols peuvent être intéressants s'ils peuvent servir de référence pour l'évaluation de sols provenant de sites pollués. L'interprétation des résultats obtenus selon les méthodes proposées ne relève pas du domaine d'application du présent document.

General Information

Status
Published
Publication Date
11-Mar-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
12-Mar-2019
Completion Date
12-Mar-2019
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ISO 15799:2019 - Soil quality -- Guidance on the ecotoxicological characterization of soils and soil materials
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ISO 15799:2019 - Qualité du sol -- Lignes directrices relatives a la caractérisation écotoxicologique des sols et des matériaux du sol
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15799
Second edition
2019-03
Soil quality — Guidance on the
ecotoxicological characterization of
soils and soil materials
Qualité du sol — Lignes directrices relatives à la caractérisation
écotoxicologique des sols et des matériaux du sol
Reference number
ISO 15799:2019(E)
ISO 2019
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ISO 15799:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 15799:2019(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Field of application ............................................................................................................................................................................................ 3

4.1 Soils and areas of soil use where ecotoxicity tests should be considered ........................................... 3

4.2 Soils and areas of soil use where ecotoxicological tests are not necessary ........................................ 3

5 Selection of tests according to the use/re-use of soils and soil materials and soil

functions ....................................................................................................................................................................................................................... 4

5.1 Use of ecotoxicity tests ..................................................................................................................................................................... 4

5.2 General criteria for selection of tests ................................................................................................................................... 4

5.3 Considerations for the examination of soil functions ............................................................................................ 5

5.3.1 Retention function .......................................................................................................................................................... 5

5.3.2 Habitat function ................................................................................................................................................................ 5

6 Sampling, transport, storage and sample preparation ................................................................................................ 7

7 Limitations of proposed biotests for soils/soil materials ......................................................................................... 8

Annex A (informative) Standardized forms of recommended test systems ................................................................9

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................47

© ISO 2019 – All rights reserved iii
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ISO 15799:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 4,

Biological characterization.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15799:2003), which has been technically

revised. The main changes compared to the previous edition are as follows:

— standardized forms of recommended test systems in Annex A have been amended and updated (e.g.

ISO 20963 deleted and ISO 18311, ISO 18187 added).

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 15799:2019(E)
Introduction

Most of the existing ecotoxicological test methods (biotests) that are being internationally harmonized

were developed to describe the ecotoxic potential of a test substance when added to a soil/soil material.

These methods can be used with some modifications for the ecotoxicological characterization of soils

and soil materials with respect to their function depending on the intended use. For substances with

properties resulting in toxic effects, biotests are a complement to conventional chemical analysis.

Results from chemical analysis can be used for ecotoxicological assessments based on information on

the substances identified, including properties of the chemicals, e.g. their bioaccumulation potential.

This information is often scarce (if it exists at all) and it does not include possible interactions (synergy/

antagonism) between chemicals and the complex soil matrix. Furthermore, an exhaustive identification

and quantification of substances is impractical. Therefore, ecotoxicological testing of soils can be used

for investigating the potential toxicity of complex chemical mixtures. The extrapolation from laboratory

tests to field conditions requires adequate consideration of important environmental factors within the

test conditions and the selection of suitable ecotoxicological end points.
© ISO 2019 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15799:2019(E)
Soil quality — Guidance on the ecotoxicological
characterization of soils and soil materials
1 Scope

This document is one of a family of International Standards providing guidance on soils and soil

materials in relation to certain functions and uses including conservation of biodiversity. It applies in

conjunction with these other standards. It provides guidance on the selection of experimental methods

for the assessment of the ecotoxic potential of soils and soil materials (e.g. excavated and remediated

soils, refills, embankments) with respect to their intended use and possible adverse effects on aquatic

and soil dwelling organisms.

NOTE This is a reflection of the maintenance of the habitat and retention function of the soil. In fact, the

methods listed in this document are suitable for usage in a TRIAD approach, i.e. for an ecological assessment of

potentially contaminated soils (see ISO 19204).
This document does not cover tests for bioaccumulation.

The ecological assessment of uncontaminated soils with a view to natural, agricultural or horticultural

use is not within the scope of this document. Such soils can be of interest if they can serve as a reference

for the assessment of soils from contaminated sites.

The interpretation of results gained by applying the proposed methods is not in the scope of this

document.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1 Types of soil and other soil materials
3.1.1
soil

upper layer of the Earth’s crust composed of mineral particles, organic matter, water, air and organisms

[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.11, modified — The definition has been slightly modified and the Note 1

to entry has been deleted.]
3.1.2
soil material

material which includes excavated soil (3.1.3), dredged materials, manufactured soils, treated soils and

fill materials
© ISO 2019 – All rights reserved 1
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ISO 15799:2019(E)
3.1.3
excavated soil

any natural material excavated from ground including top-soil, sub-soil, altered parent rock and parent

rock itself
Note 1 to entry: Excavated soil typically arises during construction works.
[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.1.5]
3.1.4
standard soil

field collected soil whose main properties (e.g. pH, texture, organic matter content) are within a

known range

Note 1 to entry: An example for standard soils is “Eurosoils” (see Reference [28]).

3.2 Terms relating to soil characteristics
3.2.1
habitat function

ability of soils (3.1.1)/soil materials (3.1.2) to serve as a habitat for microorganisms, plants, soil living

animals and their interactions (biocenoses)
3.2.2
retention function

ability of soils (3.1.1)/soil materials (3.1.2) to adsorb pollutants (3.2.3) in such a way that they cannot be

mobilised via the water pathway and translocated into the food chain

Note 1 to entry: The habitat and retention functions include the following soil functions according to

ISO 11074:2015:
— control of substance and energy cycles as components of ecosystems;
— basis for the life of plants, animals and man;
— carrier of genetic reservoir;
— basis for the production of agricultural products;

— buffer inhibiting movement of water, contaminants or other agents into the ground water.

3.2.3
pollutant

substance which due to their properties, amount or concentration cause impacts on the soil function or

soil use

Note 1 to entry: See also contaminant (3.2.4) and potentially harmful substance (3.2.5).

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.18, modified — Wording has been slightly modified and Note 1 to entry

has been added.]
3.2.4
contaminant
substance or agent present in the soil (3.1.1) as a result of human activity

Note 1 to entry: There is no assumption in this definition that harm results from the presence of the contaminant:

see also pollutant (3.2.3) and potentially harmful substance (3.2.5).

[SOURCE: ISO 15176:2002, definition 3.2.6, modified — The wording in the Note 1 to entry has been

slightly modified.]
2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 15799:2019(E)
3.2.5
potentially harmful substance

substance which when present in sufficient concentration or amount may be harmful to humans or the

environment

Note 1 to entry: It may be the result of human activity [contaminant (3.2.4)] or naturally occurring.

[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.2.8, modified — A Note 1 to entry has been added.]
3.3 Land and sites
3.3.1
re-use
useful and harmless utilisation of soil materials

Note 1 to entry: In the context of this International Standard, re-use means the transfer of soil materials to

another location for use in agriculture, horticulture, forestry, gardens, recreational areas and construction sites.

[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.4.1]
4 Field of application
4.1 Soils and areas of soil use where ecotoxicity tests should be considered

Ecotoxicity tests should be considered in the following soils and areas of soil use:

— Assessment of the ability of a soil to sustain a natural biocenosis or agriculture.

— Assessment of the combined ecotoxicity of all bioavailable contaminants present in soils or soil

materials.

— Assessment of the ecotoxicity of potentially harmful substances in cases where the soil/soil material

can affect the ground and surface water.

— Identification of soils or soil materials (refills, embankments) with a low degree of contamination

usually within a depth of 1 m, which can remain at the site without further treatment.

— Detection of potential ecotoxicity which could not be traced by chemical analysis.

— Monitoring and control of the success of soil treatment (off-site, on-site/in situ).

— Monitoring and control of soils/soil materials, which have been decontaminated and are to be

applied at the surface.
4.2 Soils and areas of soil use where ecotoxicological tests are not necessary

Provided that groundwater contamination can be excluded, ecotoxicological testing is not necessary in

the following cases.

— Contaminated soils which are classified as hazardous waste or can be characterized clearly by

chemical/analytical parameters. In such cases, ecotoxicological testing may be useful for a final

investigation after remediation and for process control during biological remediation.

— Commercially/industrially used areas with no prospect of horticultural/agricultural use.

— Soil materials or backfilled materials in an area which is to be effectively sealed by covering with

buildings or other forms of low permeability cover such as concrete or tarmacadam or asphalt.

© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 15799:2019(E)
5 Selection of tests according to the use/re-use of soils and soil materials and
soil functions
5.1 Use of ecotoxicity tests

Toxicants can affect different species (and in some cases genotypes) present within ecosystems at

different concentrations. The ideal approach for the precise ecotoxicological characterization of the soil

toxicity is to use a battery of tests with several species belonging to different taxonomic and trophic

groups to avoid false-negative results due to an adaption of a test system (genotypic shift) to a specific

contaminant as compared to uncontaminated soils. Studies using field or semi-field investigations are

rarely carried out and may be very expensive.

The ideal scheme can be rendered more practicable by the adoption of simpler testing strategies and

the application of safety factors to the results obtained. If, however, testing is performed on one species

or function only, the high diversity in the sensitivity of species to toxicants will result in a high level of

uncertainty. It is therefore recommended to test at least a microbial process, a species from the plant

kingdom, and one from the animal kingdom, usually a saprophagous/detritivorous species. If more than

one animal species are tested, a predatory species should be included in the test battery. The minimum

number of species to be tested depends on the regulations to which the test strategy shall comply. This

document only gives the basic principles for their use. Further considerations to the selection of tests

using soil organisms are given in 5.3.
5.2 General criteria for selection of tests

Criteria for the selection of ecotoxicity tests were established in the context of hazard assessment and

classification of chemicals. These criteria should also apply for the ecotoxicological characterization of

contaminated soils. Criteria reviewed were scientific validity, ecological significance, practicability and

acceptability (see References [27] and [28]).

Basic requirements which test protocols shall fulfil in order to be laid down in International Standards

include reproducibility, statistical validity, general acceptance and performance.

The importance of a criterion is relative to the specific situation. Decisions have to be made between

which criteria are most important or tests which may have to be modified by more practical

considerations, such as easy culturing of test organisms in the laboratory or the availability of life

stages required for a test throughout the year.

The test methods recommended (see Annex A) in this document were originally designed for hazard

assessment of chemicals and were in most cases internationally harmonized e.g. by OECD, EU or ISO. In

most of them provisions have been made to adapt the test design for the purposes within the scope of

this document. In addition, the selection of ecotoxicological test methods for the assessment of soils/soil

materials depends on their intended use/re-use and on the soil functions to be protected, in particular

the retention and habitat functions.
Table 1 gives an example of a decision scheme based on the relevant function.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 15799:2019(E)

Table 1 — Relevance for ecotoxicological testing to the intended re-use of the soil

Re-use of soils Soil function
Retention function Habitat function
Aquatic organisms Plant growth Soil biocenoses
Detection of biological effects
Below sealed areas low low low
Commercially and industrially used un- high low low
sealed areas
Landfill covering high high low
Green areas, parks and recreation areas high high high
Areas used in horticulture or agriculture high high high
Applies only to the unsatured soil zone.
5.3 Considerations for the examination of soil functions
5.3.1 Retention function

Transport via water of soluble, colloidal or particle fractions play a dominant role in the risk assessment

of contaminated soils. This is true not only because water can mobilize contaminants, but also because

contaminants and metabolites in the water phase potentially have a severe effect on microorganisms,

plants and soil fauna.

Aqueous eluates (for preparation see Clause 6, ISO 18772, EN 14735) are useful for testing ecotoxic effects

on organisms exposed via the water mediated transport. It should be taken into account that substances

mobilized via water can be subjected to different types of changes, such as metabolism or hydrolysis when

transported into the groundwater and from there into surface waters, and that their concentrations are

reduced by dilution. Moreover, substances can be mobilised over time due to environmental changes (e.g.

pH, chemical and biological transformation). Eluates can serve as early indicators for the contamination

of pore and ground water prior to the exposure of surface and drinking water.

With these aspects, the investigation of groundwater and eluates is of utmost importance regardless of

the proposed soil use.

For ecotoxicology tests working with aqueous soil extracts and aquatic test organisms it shall be

considered that nutrient ions and compounds are easily dissolved in water (at least easier than

hydrophobic pollutants) and can substantially interfere during the test.
5.3.2 Habitat function
5.3.2.1 General

The suitability of the soil for living organisms can best be examined by means of test methods which are

selected to include organisms and processes representative of different taxonomic and ecological groups.

5.3.2.2 Soil material used as control for bioassays on solid matrices

As a general principle in ecotoxicological testing, any end point measured in a treatment is compared

with the one measured in the control(s).

In order to evaluate the suitability of the soil for soil-dwelling organisms, it is a prerequisite to compare

the contaminated soil or soil material with a control material, which may also be used for preparing

dilution series with the contaminated sample.
Several types of control material can be used:

— an uncontaminated soil with comparable pedological properties to the sample being tested;

© ISO 2019 – All rights reserved 5
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ISO 15799:2019(E)
— an inert material (e.g. quartz sand);
— a certified natural soil (e.g. standard soil);
— a standardized artificial soil (see ISO 11268-1 and ISO 11268-2, ISO 11267).

The choice between these control materials depends entirely on the aims of the ecotoxicological

assessment, the type of biological test being carried out and the requirements of the test organism. This

recommendation cannot be generalized for all biological tests. Adding sand to a soil or a soil material can

create a compact mixture which is incompatible with the growth and development of many organisms

(e.g. plant growth tests). It is preferable to use a more complex control material (such as artificial soil)

for dilution where this would have the advantage of reproducing more closely the natural environment

of the organisms and even if it may interact with pollutants. Placing an organism in a medium which

does not match the most important characteristics of its natural habitat may cause stress.

— If a dose-response curve is needed, one of the control materials mentioned above may be used to

dilute the contaminated substrate.

— If the aim is to classify each sample of soil or soil materials in terms of ecotoxicity hazard, it is

preferable to use an inert material (e.g. quartz sand) which will not interact with the pollutants

present in the sample, and whose composition and granulometry can be rigorously standardized.

The requirements of the control material shall take into account the different soil uses and the type

and origin of the soil (e.g. undisturbed soil, refilling material, excavated soil, remediated soil). Nutrient

deficiency, as well as physical conditions, can cause differences in plant growth and animal behaviour

that need not necessarily be caused by the pollutant situation and the hazard potential.

— If the aim is to evaluate the ecotoxicity of a soil or soil material sample from a contaminated site, the

preferred method would be to use an uncontaminated control material that is similar to the sample

being tested.

— If the aim is to evaluate the ecotoxicity of soils or soil materials which may be re-employed for

certain specific uses, the preferred method would be to use as a control material any material which

may in future be mixed with soil or soil material.
5.3.2.3 Soil as substrate (medium) for soil microorganisms

The soil microflora comprises on average 80 % of the mass of organisms living in soil. In combination

with the microfauna, the main functions of the microflora are the decomposition and degradation of

complex organic substances to easily available nutrients thereby maintaining the natural substance

cycles of carbon, nitrogen, phosphorus and sulfur.

Substrate-induced respiration provides an indicator of the microbial population density.

Nitrifying bacteria, which are responsible for the oxidation of ammonium to nitrite and from nitrite to

nitrate, are a very sensitive group of microorganisms. Decreased nitrification need not necessarily lead

to significant changes in the ecosystem but can be used as a sensitive indicator for the inhibition of an

essential soil process.

The purpose of determining the microbial biomass or other microbial processes in soils is to allow

assessment of the continued maintenance of soil fertility, the potential ability to degrade organic

compounds, and the effects of added materials on the soil microbial community.
5.3.2.4 Soil as substrate for plant growth

After microorganisms, plant roots constitute the largest biological surface in soil. Their contact

area with soil particles is increased by the presence of root hairs and mycorrhizal associations (VA-

mycorrhiza with cultivated plants and additional ectomycorrhizal with woody plants).

6 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 15799:2019(E)

As with the other bioassays proposed, tests with higher plants are designed to assess the bioavailability

and effects of pollutants detected or not detected by chemical analysis respectively. By applying a test

period of at least 14 days, short-term changes in the soil by the test plant itself are included.

The accumulation of pollutants in plants, their metabolism and their effects on consumers are not

investigated in these tests. They do not apply to the assessment of soil fertility and productivity.

5.3.2.5 Soil as substrate for soil-inhabiting fauna
Soil animals generally fulfil the following four functions:
— mechanical activities (drainage, aeration, mixing, mechanical comminution);

— chemical changes (enhanced availability of nitrate and phosphate from excrements and accelerated

formation of clay-humus complexes, after the substrate has passed the gut);

— biological changes (distribution of microorganisms in the soil matrix, synergistic effects through

stimulation of microbial activity and organic matter decomposition);
— significant links in the food web.

Short-term and long term tests are available for examination of the effects of pollutants on soil

fauna. For testing the habitat function, characterization by sub-lethal test parameters is particularly

recommended.

Since a single test method cannot adequately represent the vast number of very diverse invertebrates, a

test battery should be used. When selecting the individual test species, the following criteria should be

considered:
— trophic level: e.g. saprophagous and predatory species should be included;

— taxonomic/physiological groups: in order to cover the biodiversity of soil communities, at least

representatives of Annelida and Arthropoda have to be selected;

— size class/exposure pathway: species of the micro-, meso- and macrofauna do not only represent

various size classes but also different life-styles and therefore exposure routes (e.g. pore water

versus food uptake);

— ecological role: at least soil-dwelling and litter-inhabiting species are important to be considered.

Only internationally standardized methods should be used.
6 Sampling, transport, storage and sample preparation

Before soil quality is assessed by any of the methods proposed, soil samples need to be collected from

the site under investigation (see ISO 23611-6). Soil sampling should be carried out by trained personnel

with sufficient knowledge of sampling, handling of samples and safety measures at contaminated sites

and sampling locations. The sampling strategy and handling should be determined by the site to be

investigated, the kind of contamination and the aim of the biological tests (e.g. quantities of soil samples

can vary between 100 g and 100 kg depending on the tests selected).

Record all data concerning sampling, transport and sample preparation. Instructions on the design

of sampling programmes, sampling techniques, safety, investigations of natural, cultivated, urban

and industrial sites and on the collection, handling and storage of soil for the assessment of biological

functional and structural end points in the laboratory are given in ISO 18400-206. For the preparation

of eluates for testing the retention function with aquatic test methods ISO 18772 and EN 14735 are

recommended.
© ISO 2019 – All rights reserved 7
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ISO 15799:2019(E)
7 Limitations of proposed biotests for soils/soil materials

Biological test systems are only suitable to a limited extent for volatile pollutants. Other methods

should be developed for this purpose. Similarly the impact of organic contaminants, which are easily

degradable under aerobic conditions, may be detected incompletely by the methods described. In this

case alternative methods for sampling and sample preparation should be applied.
The proposed terrestrial and
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15799
Deuxième édition
2019-03
Qualité du sol — Lignes directrices
relatives à la caractérisation
écotoxicologique des sols et des
matériaux du sol
Soil quality — Guidance on the ecotoxicological characterization of
soils and soil materials
Numéro de référence
ISO 15799:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15799:2019(F)
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15799:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

3.1 Types des sols et autres matériaux du sol ....................................................................................................................... 1

3.2 Termes relatifs aux caractéristiques du sol .................................................................................................................... 2

3.3 Terrain et sites ......................................................................................................................................................................................... 3

4 Applications des essais écotoxicologiques ................................................................................................................................ 3

4.1 Sols et domaines d’utilisation des sols où il convient d’envisager des essais d’écotoxicité . 3

4.2 Sols et domaines d’utilisation des sols où les essais écotoxicologiques ne sont pas

nécessaires ................................................................................................................................................................................................. 3

5 Choix des essais suivant l’utilisation/la réutilisation des sols et des matériaux du

sol et selon les fonctions du sol ............................................................................................................................................................. 4

5.1 Utilisation d’essais d’écotoxicité .............................................................................................................................................. 4

5.2 Critères généraux pour le choix des essais ..................................................................................................................... 4

5.3 Considérations relatives à l’examen des fonctions du sol .................................................................................. 5

5.3.1 Fonction de rétention .................................................................................................................................................. 5

5.3.2 Fonction d’habitat ........................................................................................................................................................... 5

6 Échantillonnage, transport, stockage et préparation des échantillons ......................................................8

7 Limites des essais biologiques proposés pour les sols/matériaux du sol ................................................8

Annexe A (informative) Formulaires normalisés des systèmes d’essai recommandés ...................................9

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................49

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ISO 15799:2019(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion

de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 4,

Caractérisation biologique.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15799:2003), qui a fait l’objet d’une

révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:

— les formulaires normalisés des systèmes d’essai recommandés dans l’Annexe A ont été modifiés et

mis à jour (par exemple ISO 20963 supprimé et ISO 18311, ISO 18187 ajoutés).

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 15799:2019(F)
Introduction

La plupart des méthodes d’essais écotoxicologiques existantes (essais biologiques) en cours

d’harmonisation sur le plan international ont été mises au point pour décrire le potentiel écotoxique

d’une substance d’essai lorsqu’on l’ajoute à un sol/matériau du sol. Ces méthodes peuvent être utilisées,

sous réserve de quelques modifications, pour la caractérisation écotoxicologique des sols/matériaux du

sol pour ce qui concerne leur fonction, suivant l’utilisation prévue. Les essais biologiques complètent

les analyses chimiques classiques pour les substances ayant des propriétés se traduisant par des effets

toxiques. Les résultats d’une analyse chimique peuvent être utilisés pour effectuer des évaluations

écotoxicologiques à partir de données relatives aux substances identifiées, y compris les propriétés des

produits chimiques telles que leur potentiel de bioaccumulation. Ces données sont souvent rares (pour

autant qu’elles existent) et ne comprennent pas les éventuelles interactions (synergie/antagonisme)

entre les produits chimiques et la matrice complexe du sol. En outre, une identification et une

quantification exhaustives des substances sont irréalisables. C’est pourquoi les essais écotoxicologiques

peuvent être utilisés pour étudier l’éventuelle toxicité de mélanges chimiques complexes dans les

sols. L’extrapolation des essais de laboratoire aux conditions de terrain nécessite une prise en compte

adéquate des facteurs environnementaux essentiels dans les conditions d’essai ainsi que le choix de

critères d’effet écotoxicologique appropriés.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15799:2019(F)
Qualité du sol — Lignes directrices relatives à la
caractérisation écotoxicologique des sols et des
matériaux du sol
1 Domaine d’application

Le présent document fait partie d’une famille de Normes internationales fournissant des lignes

directrices sur les sols et les matériaux du sol en relation avec certaines fonctions et utilisations, y

compris la préservation de la biodiversité. Il s’applique conjointement avec ces autres normes. Il fournit

des lignes directrices relatives à la sélection des méthodes expérimentales permettant l’évaluation du

potentiel écotoxique des sols et des matériaux du sol (par exemple terres excavées ayant fait l’objet

d’une remédiation, remblais, talus) par rapport à leur utilisation prévue et aux effets éventuellement

défavorables pour les organismes vivant dans l’eau et le sol.

NOTE Il est le reflet du maintien des fonctions d’habitat et de rétention du sol. En fait, les méthodes

énumérées dans le présent document sont adaptées à une utilisation dans l’approche TRIADE, c’est-à-dire pour

une évaluation écologique des sols potentiellement contaminés (voir l’ISO 19204).

Le présent document ne traite pas des essais relatifs à la bioaccumulation.

L’évaluation écologique des sols non pollués en vue d’une utilisation naturelle, agricole ou horticole ne

relève pas du domaine d’application du présent document. De tels sols peuvent être intéressants s’ils

peuvent servir de référence pour l’évaluation de sols provenant de sites pollués.

L’interprétation des résultats obtenus selon les méthodes proposées ne relève pas du domaine

d’application du présent document.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp;

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/.
3.1 Types des sols et autres matériaux du sol
3.1.1
sol

couche supérieure de la croûte terrestre composée de particules minérales, de matière organique,

d’eau, d’air et d’organismes

[SOURCE: ISO 11074:2015, 2.1.11, modifiée — La définition a été légèrement modifiée et la Note 1 à

l’article a été supprimée.]
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ISO 15799:2019(F)
3.1.2
matériau du sol

comprend les terres excavées (3.1.3), les matériaux de dragage, les matériaux artificiels, les sols traités

et les matériaux de remblai
3.1.3
terre excavée

tout type de matériau naturel extrait du sol, y compris l’horizon superficiel, le sous-sol, la roche mère

altérée et la roche mère elle-même

Note 1 à l'article: La terre excavée est généralement mise à jour lors de chantiers.

[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.1.5]
3.1.4
sol standard

sol prélevé sur le terrain dont les principales propriétés (par exemple pH, texture, teneur en matières

organiques) se situent dans une gamme connue
[28]

Note 1 à l'article: Les « Euro-sols » (voir Référence ) sont un exemple de sols standard.

3.2 Termes relatifs aux caractéristiques du sol
3.2.1
fonction d’habitat

aptitude des sols (3.1.1)/des matériaux du sol (3.1.2) à servir d’habitat aux microorganismes, aux

végétaux et aux animaux vivant dans le sol, et à permettre leurs interactions (biocénose)

3.2.2
fonction de rétention

capacité des sols (3.1.1)/des matériaux du sol (3.1.2) à adsorber des polluants (3.2.3) de sorte qu’ils ne

puissent pas être entraînés par le mouvement de l’eau ni transférés à la chaîne alimentaire

Note 1 à l'article: Les fonctions d’habitat et de rétention comprennent les fonctions du sol suivantes conformément

à l’ISO 11074:2015:

— le contrôle des cycles des substances et de l’énergie en tant que composantes des écosystèmes;

— le support vital pour les plantes, les animaux et l’homme;
— la constitution d’une réserve génétique;
— la base pour la production agricole;

— la constitution d’un « tampon » régulant la pénétration dans les eaux souterraines de l’eau, des polluants et

autres agents.
3.2.3
polluant

substance qui, du fait de leurs propriétés, de leur quantité ou de leur concentration, ont des effets

préjudiciables sur la fonction ou l’utilisation du sol

Note 1 à l'article: Voir aussi contaminant (3.2.4) et substance potentiellement dangereuse (3.2.5).

[SOURCE: ISO 11074:2015, 3.4.18, modifiée — La formulation a été légèrement modifiée et la Note 1 à

l’article a été ajoutée.]
3.2.4
contaminant

substance ou agent présent dans le sol (3.1.1) et résultant de l’activité humaine

Note 1 à l'article: Cette définition n’implique nullement que la présence de contaminant a un effet négatif: voir

aussi polluant (3.2.3) et substance potentiellement dangereuse (3.2.5).
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 15799:2019(F)

[SOURCE: ISO 15176:2002, définition 3.2.6, modifiée — La formulation de la Note 1 à l’article a été

légèrement modifiée.]
3.2.5
substance potentiellement dangereuse

substance pouvant être dangereuse pour les êtres humains ou l’environnement lorsqu’elle est présente

en quantité ou concentration suffisante

Note 1 à l'article: Elle peut être due à l’activité humaine [contaminant (3.2.4)] ou à une cause naturelle.

[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.2.8, modifiée — Une Note 1 à l’article a été ajoutée.]

3.3 Terrain et sites
3.3.1
réutilisation
utilisation sans risque et avec profit des matériaux du sol

Note 1 à l'article: Dans le cadre de la présente Norme internationale, le terme « réutilisation » signifie le transfert

des matériaux du sol vers d’autres lieux pour une utilisation dans l’agriculture, l’horticulture, l’exploitation

forestière, les jardins, les zones de loisirs et les chantiers de construction.
[SOURCE: ISO 15176:2002, 3.4.1]
4 Applications des essais écotoxicologiques

4.1 Sols et domaines d’utilisation des sols où il convient d’envisager des essais

d’écotoxicité

Il convient d’envisager des essais d’écotoxicité pour les sols et domaines d’utilisation des sols suivants:

— évaluation de l’aptitude d’un sol à supporter la biocénose naturelle ou l’agriculture;

— évaluation de l’écotoxicité cumulée de tous les polluants biodisponibles présents dans les sols ou les

matériaux du sol;

— évaluation de l’écotoxicité des substances potentiellement dangereuses dans les cas où le sol/les

matériaux du sol peuvent affecter les eaux souterraines et de surface;

— identification des sols ou des matériaux du sol (remblais, talus) faiblement pollués (généralement

jusqu’à une profondeur de 1 m) qui peuvent demeurer sur le site sans traitement supplémentaire;

— détection de l’écotoxicité potentielle n’ayant pu être identifiée par une analyse chimique;

— surveillance et contrôle de la réussite du traitement d’un sol (hors site, sur site);

— surveillance et contrôle des sols/matériaux du sol dépollués et devant être mis en place sous forme

de sols redisposés en surface.

4.2 Sols et domaines d’utilisation des sols où les essais écotoxicologiques ne sont pas

nécessaires

Sous réserve de pouvoir exclure une pollution des eaux souterraines, les essais écotoxicologiques ne

sont pas nécessaires dans les cas suivants:

— sols pollués classés comme déchets dangereux ou pouvant être clairement caractérisés par des

paramètres chimiques/analytiques. Dans de tels cas, les essais écotoxicologiques peuvent être

utiles en vue d’une vérification finale après remédiation et pour le contrôle du procédé pendant la

remédiation biologique;
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ISO 15799:2019(F)

— zones à usage commercial/industriel sans perspective d’utilisation horticole/agricole;

— matériaux du sol ou matériaux de remblai sur un terrain qui devra être rendu imperméable car il

sera recouvert de bâtiments ou de toute autre forme de revêtement à faible perméabilité comme le

béton, le macadam ou l’asphalte.

5 Choix des essais suivant l’utilisation/la réutilisation des sols et des matériaux

du sol et selon les fonctions du sol
5.1 Utilisation d’essais d’écotoxicité

Les toxiques peuvent altérer différentes espèces (et dans certains cas, les génotypes) présentes dans

les écosystèmes à diverses concentrations. L’approche idéale pour effectuer une caractérisation

écotoxicologique précise de la toxicité du sol consiste à utiliser une batterie d’essais faisant intervenir

plusieurs espèces appartenant à différents groupes taxonomiques et trophiques afin d’éviter des

résultats négatifs erronés dus à une adaptation d’un système d’essai (changement génotypique) à un

polluant spécifique par comparaison avec des sols non pollués. Des études de terrain ou en conditions

semi-naturelles sont rarement effectuées et peuvent s’avérer très onéreuses.

Le schéma idéal peut être facilité par l’adoption de stratégies d’essai plus simples et par l’application

de facteurs de sécurité aux résultats obtenus. Cependant, la diversité de la sensibilité des espèces aux

toxiques est telle qu’elle engendre un degré élevé d’incertitude si les essais ne portent que sur une seule

espèce ou fonction. Il est donc recommandé de réaliser des essais sur au moins un processus microbien,

une espèce du règne végétal et une du règne animal, généralement une espèce saprophage/détritivore.

Si plusieurs espèces animales font l’objet d’essais, il convient d’inclure une espèce prédatrice dans la

batterie d’essais. Le nombre minimal d’espèces à étudier dépend des réglementations auxquelles la

stratégie d’essai doit satisfaire. Le présent document n’indique que les principes de base en vue de leur

utilisation. D’autres considérations relatives au choix d’essais utilisant des organismes vivant dans le

sol sont données en 5.3.
5.2 Critères généraux pour le choix des essais

Les critères de choix des essais d’écotoxicité ont été établis dans le contexte de l’évaluation des

dangers et de la classification des produits chimiques. Ces critères devraient également s’appliquer à

la caractérisation écotoxicologique des sols pollués. Les critères étudiés sont la validité scientifique,

[27] [28]

l’importance écologique, la faisabilité et l’acceptabilité (voir Références et ).

Les exigences fondamentales que les protocoles d’essai doivent satisfaire afin d’être intégrés dans des

Normes internationales comprennent la reproductibilité, la validité statistique, l’acceptation générale

et les performances.

L’importance d’un critère est spécifique à chaque situation. Selon le cas, des règles de sélection des

critères les plus importants doivent être déterminées, de même que doivent être définis les essais qui

nécessitent des ajustements en fonction de considérations pratiques telles que la facilité d’élevage des

organismes d’essai au laboratoire, ou la disponibilité continue des stades de développement appropriés

à la réalisation des essais tout au long de l’année.

Les méthodes d’essai recommandées dans le présent document (voir l’Annexe A) ont été conçues

initialement pour l’évaluation des dangers des produits chimiques et ont été, dans la plupart des cas,

harmonisées au niveau international, par exemple par l’OCDE, l’UE ou l’ISO. Dans la plupart d’entre elles,

des dispositions ont été prises pour adapter le dispositif expérimental aux besoins énoncés dans le

domaine d’application du présent document. En outre, le choix des méthodes d’essais écotoxicologiques

pour l’évaluation des sols/matériaux du sol dépend de l’utilisation/de la réutilisation prévue et des

fonctions du sol à protéger, en particulier ses fonctions de rétention et d’habitat.

Le Tableau 1 donne un exemple de schéma décisionnel selon la fonction concernée.
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ISO 15799:2019(F)

Tableau 1 — Pertinence des essais écotoxicologiques en fonction de la réutilisation du

sol prévue
Réutilisation des sols Fonction du sol
Fonction de rétention Fonction d’habitat
Organismes aqua- Croissance des Biocénose du sol
tiques végétaux
Détection des effets biologiques
Sous des zones imperméables faiblea faible faible
Dans des zones non imperméables, à usage élevée faible faible
commercial et industriel
Couverture de décharge élevée élevée faible
Zones vertes, parcs et zones de loisirs élevée élevée élevée
Zones utilisées en horticulture ou agriculture élevée élevée élevée
a S’applique uniquement à la zone non saturée du sol.
5.3 Considérations relatives à l’examen des fonctions du sol
5.3.1 Fonction de rétention

Le transfert de fractions solubles, colloïdales ou particulaires par l’eau joue un rôle prédominant dans

l’évaluation des risques induits par les sols pollués. En effet, non seulement l’eau peut mobiliser les

polluants, mais ces derniers et leurs métabolites dans la phase aqueuse peuvent avoir de graves effets

sur les microorganismes, les plantes et la faune du sol.

Les éluats aqueux (pour la préparation, voir l’Article 6, l’ISO 18776, l’EN 14735) sont utiles pour

déterminer les effets écotoxiques sur les organismes exposés du fait d’un transfert par l’eau. Il

convient de tenir compte, d’une part, du fait que les substances mobilisées par l’eau peuvent être

soumises à différents types de modifications, telles que la métabolisation ou l’hydrolyse, lorsqu’elles

sont transportées vers les eaux souterraines ou les eaux de surface, et d’autre part, du fait que leur

concentration peut également diminuer au cours du temps par dilution. De plus, des substances

peuvent être mobilisées dans le temps en raison de variations environnementales (par exemple pH,

transformations chimique et biologique). Les éluats peuvent être utiles comme indicateurs précoces de

la pollution des eaux interstitielles et souterraines avant que celle-ci n’atteigne les eaux de surface et les

eaux potables.

Au vu de ces considérations, l’étude des eaux souterraines et des éluats est de la plus haute importance,

quelle que soit l’utilisation prévue du sol.

Pour les essais écotoxicologiques réalisés avec des extraits aqueux de sol et des organismes d’essai

aquatiques, il faut tenir compte du fait que les ions et composés nutritifs se dissolvent facilement

dans l’eau (plus facilement du moins que les polluants hydrophobes) et peuvent interférer de manière

significative pendant l’essai.
5.3.2 Fonction d’habitat
5.3.2.1 Généralités

La meilleure façon d’étudier l’aptitude d’un sol à héberger des organismes vivants consiste à mettre en

œuvre des méthodes d’essai comprenant des organismes et des processus représentatifs des différents

groupes taxonomiques et écologiques.
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ISO 15799:2019(F)

5.3.2.2 Matériaux du sol utilisés comme témoins pour les essais biologiques effectués sur des

matrices solides

En tant que principe général de tous les essais écotoxicologiques, chaque critère d’effet mesuré lors

d’un traitement est comparé à celui mesuré sur le ou les témoins.

Pour évaluer l’aptitude du sol à héberger des organismes vivants, la condition préalable est de comparer

le sol ou les matériaux du sol pollués avec un matériau témoin qui peut également servir à préparer les

séries de dilution avec l’échantillon pollué.
Il est possible d’utiliser différents types de matériaux témoins:

— un sol non pollué ayant des propriétés pédologiques comparables à celles de l’échantillon étudié;

— un matériau inerte (par exemple, du sable de quartz);
— un sol naturel certifié (par exemple un sol standard);

— un sol artificiel normalisé (voir l’ISO 11268-1, l’ISO 11268-2 et l’ISO 11267).

Le choix entre ces matériaux témoins dépend entièrement des objectifs de l’évaluation écotoxicologique,

du type d’essai biologique effectué et des besoins de l’organisme d’essai. Cette recommandation ne

peut pas être généralisée à tous les essais biologiques. L’ajout de sable à un sol ou à des matériaux du

sol peut créer un mélange compact qui est incompatible avec le développement et la croissance de

nombreux organismes (par exemple des essais de croissance de plantes). Il est préférable d’utiliser un

matériau témoin plus complexe (tel que du sol artificiel) pour la dilution, si cela peut offrir l’avantage

de reproduire de manière plus fidèle l’environnement naturel des organismes, même s’il peut interagir

avec les polluants. L’introduction d’un organisme dans un milieu qui ne correspond pas aux principales

caractéristiques de son habitat naturel peut engendrer un stress.

— Si une courbe dose-réponse est requise, il est permis d’utiliser l’un des matériaux témoins

susmentionnés pour diluer le substrat pollué.

— Si l’objectif est de classer chaque échantillon de sol ou de matériaux du sol en termes de danger

écotoxicologique, il est préférable d’utiliser un matériau inerte (par exemple du sable de quartz)

qui n’interagira pas avec les polluants présents dans l’échantillon et dont la composition et la

granulométrie peuvent être rigoureusement normalisées.

Les exigences relatives au matériau témoin doivent tenir compte des différentes utilisations du sol ainsi

que de son type et de son origine (par exemple sol non remanié, matériau de remblai, terre excavée, sol

ayant fait l’objet d’une remédiation). Une carence en nutriments, de même que des conditions physiques

inadaptées, peuvent engendrer des différences de croissance entre les végétaux et des différences de

comportement entre les animaux qui ne sont pas nécessairement dues à la situation liée aux polluants

et au potentiel de danger.

— Si l’objectif est d’évaluer l’écotoxicité d’un échantillon de sol ou de matériaux du sol, prélevé sur un site

pollué, il serait préférable d’utiliser un matériau témoin non pollué similaire à l’échantillon étudié.

— Si l’objectif est d’évaluer l’écotoxicité de sols ou de matériaux du sol pouvant être réemployés

pour certaines utilisations spécifiques, il serait préférable d’utiliser comme matériau témoin tout

matériau apte à être ultérieurement mélangé avec le sol ou les matériaux du sol en question.

5.3.2.3 Sol utilisé comme substrat (milieu) pour les microorganismes présents dans le sol

La microflore du sol représente en moyenne 80 % de la masse des organismes qui vivent dans le sol. En

combinaison avec la microfaune, les principales fonctions de la microflore sont la décomposition et la

dégradation des substances organiques complexes en nutriments facilement disponibles, maintenant

ainsi les cycles naturels des substances carbonées, azotées, phosphorées et soufrées.

La respiration induite par le substrat fournit un indicateur de la densité de la population microbienne.

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ISO 15799:2019(F)

Les bactéries nitrifiantes, qui sont responsables de l’oxydation de l’ammonium en nitrites et des nitrites

en nitrates, constituent un groupe très sensible de microorganismes. Une réduction de la nitrification

ne conduit pas nécessairement à des changements significatifs dans l’écosystème. Toutefois, elle peut

être utilisée comme un indicateur sensible de l’inhibition d’un processus essentiel du sol.

La détermination de la biomasse microbienne ou de tout autre processus microbien dans les sols a pour

objet de permettre l’évaluation du maintien en continu de la fertilité du sol, de l’aptitude potentielle à

dégrader les composés organiques et des effets induits par les matériaux ajoutés sur la communauté

microbienne des sols.
5.3.2.4 Sol utilisé comme substrat pour la croissance de vég
...

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