Soil quality — Plant-based test to assess the environmental bioavailability of trace elements to plants

ISO 16198:2015 specifies the plant-based test, called biotest, which enables estimation of the environmental bioavailability of trace elements to plants either basically as the concentration in shoots and roots or in a more integrative way as the net uptake flux in plants.

Qualité du sol — Test végétal pour l'évaluation de la biodisponibilité environnementale des éléments traces pour les végétaux

L'ISO 16198:2015 spécifie le test végétal, dénommé «biotest» qui permet d'estimer la biodisponibilité environnementale des éléments traces pour les végétaux, soit simplement sous la forme de concentrations dans les parties aériennes et racinaires, soit de façon plus globale sous forme de flux de prélèvement net dans les végétaux.

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Status
Published
Publication Date
07-Jan-2015
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
06-May-2021
Completion Date
06-May-2021
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ISO 16198:2015 - Soil quality -- Plant-based test to assess the environmental bioavailability of trace elements to plants
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ISO 16198:2015 - Qualité du sol -- Test végétal pour l'évaluation de la biodisponibilité environnementale des éléments traces pour les végétaux
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16198
First edition
2015-01-15
Soil quality — Plant-based test
to assess the environmental
bioavailability of trace elements to
plants
Qualité du sol — Test végétal pour l’évaluation de la biodisponibilité
environnementale des éléments traces pour les végétaux
Reference number
ISO 16198:2015(E)
ISO 2015
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ISO 16198:2015(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2015

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Published in Switzerland
ii © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 16198:2015(E)
Contents Page

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

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

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 2

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

5 Laboratory apparatus ..................................................................................................................................................................................... 5

6 Reagents ........................................................................................................................................................................................................................ 5

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

7 Biological and growing apparatus...................................................................................................................................................... 6

7.1 Plant species .............................................................................................................................................................................................. 6

7.2 Biotest apparatus .................................................................................................................................................................................. 6

7.3 Composition of the nutrient solutions ................................................................................................................................ 9

7.4 Climatic conditions in the growth chamber................................................................................................................10

8 Pre-treatment and analysis of soil or soil material sample ..................................................................................10

8.1 Sample size and particle size reduction .........................................................................................................................10

8.2 Analyses .....................................................................................................................................................................................................10

9 Experimental and analytical procedure ...................................................................................................................................11

9.1 Overview of the procedure ........................................................................................................................................................11

9.2 Selection and preparation of seeds ....................................................................................................................................11

9.3 Preculture period: Germination and pre-growth in hydroponics ............................................................11

9.4 Preparation and incubation of soil or soil material .............................................................................................12

9.5 Test culture period: Plant growth in contact with soil or soil material ..............................................12

9.6 Plant harvests........................................................................................................................................................................................13

9.7 Grinding and digestion of shoots and roots ................................................................................................................13

9.8 Analytical determination.............................................................................................................................................................14

10 Validity criteria ...................................................................................................................................................................................................14

11 Assessment of the results .........................................................................................................................................................................14

11.1 Determination of trace element concentrations and uptake flux in plants .....................................14

11.2 Data presentation ..............................................................................................................................................................................16

11.3 Expression of the results .............................................................................................................................................................16

12 Statistical analysis ............................................................................................................................................................................................16

12.1 General ........................................................................................................................................................................................................16

12.2 Plant biomasses ...................................................................................................................................................................................16

12.3 Bioavailability end points ...........................................................................................................................................................17

13 Test report ................................................................................................................................................................................................................17

Annex A (informative) Plant species adapted to the biotest procedure .......................................................................19

Annex B (informative) Technical drawings of the different components of the biotest ..............................21

Annex C (informative) Seed selection and seed density in plant pot for a range of species tested

with the standardized experimental procedure ..............................................................................................................24

Annex D (informative) Digestion and analysis of plant samples ..........................................................................................26

Annex E (informative) Range of biomasses and trace element quantities in control plant pots ........28

Annex F (informative) Ring-test .............................................................................................................................................................................29

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................43

© ISO 2015 – All rights reserved iii
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ISO 16198:2015(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 on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity

assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers

to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information

The committee responsible for this document is ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 7, Soil and site

assessment.
iv © ISO 2015 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 16198:2015(E)
Introduction

One of the main objectives of ISO 17402 is to define a conceptual framework of the bioavailability of

contaminants in soils and soil materials, and to provide a guidance for the selection of methods able to

be standardized for the measurement of bioavailability. Bioavailability was thus defined according to

three successive steps:
a) “environmental availability”;
b) “environmental bioavailability”;
c) “toxicological bioavailability”.

The environmental bioavailability is consequently a prerequisite to the assessment of the toxicological

bioavailability and is directly related to the impact of pollutants on major functions of soil in the

ecosystem and more particularly to habitat and retention functions.

Environmental bioavailability can be estimated with either chemical or biological methods. In the case

of trace elements, chemical methods are usually the cheapest, easy to perform, and some of them are

already standardized at national or international level (e.g. ISO 19730). However, chemical methods

which, strictly speaking, measure the environmental availability in soils have to be correlated with

biological measurements before being used as indicators of environmental bioavailability. Whatever

chemical methods are employed, none are designed per se to address the diversity of responses observed

among different plant species or cultivars which can be attributed to a) the uptake behaviour of plants

(i.e. sensitive, tolerant, accumulator, or hyper-accumulator of trace elements) and/or b) the ability of

plants to alter the biological, physical and physical-chemical properties of their “bio-influenced zone” at

the soil-root interface, i.e. the so-called rhizosphere. It could alternatively, be suggested to apply chemical

methods directly to the rhizosphere but the sampling of the rhizosphere is definitely too tedious to be

applied routinely.

For biological methods, four standardized biotests account for rhizosphere processes as they are based

on soil-grown plants (ISO 11269-1, ISO 11269-2, ISO 17126, and ISO 22030). However, these were only

designed to predict trace element phytotoxicity, i.e. the toxicological bioavailability. In these biotests,

roots grow directly in the soil, therefore requiring a tedious washing procedure to reliably measure

trace elements accumulated in the roots. Indeed, the amount of trace elements accumulated in shoots of

non-accumulator plant species is not sufficiently sensitive to be used for assessing the environmental

bioavailability of trace elements compared to the amount accumulated in the whole plant, roots included.

Thus, there is still a need to develop biological methods accounting for rhizosphere processes and enabling

to include the root compartment in order to properly estimate the environmental bioavailability of trace

elements to plants.

Consequently, the present International Standard introduces a biotest based on the growing of roots in

contact with the soil but without penetrating it. Although this experimental design is partly artificial, it

enables a fair comparison of the bioavailability of trace elements between tested soils. In addition, the

end point measured can be more directly related to the measurement of the environmental availability

than any end point based on the measurement of toxicity.
© ISO 2015 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16198:2015(E)
Soil quality — Plant-based test to assess the environmental
bioavailability of trace elements to plants
1 Scope

This International Standard specifies the plant-based test, hereafter called the biotest. It enables

estimation of the environmental bioavailability of trace elements to plants either basically as the

concentration in shoots and roots or in a more integrative way as the net uptake flux in plants. The

biotest procedure includes two successive steps: (i) a pre-growth of plants in hydroponics and (ii) a

growth of plants in contact with soil samples. The concentration in shoots and roots as well as the

net uptake flux of trace elements in plants are determined at the end of the second step of the biotest

procedure.

This biotest is applicable to the assessment of environmental bioavailability of trace elements to plants,

more particularly to agricultural plants, in soils or soil materials under oxic conditions, considering that

— three plant species (cabbage, Brassica oleracea; tall fescue, Festuca arundinacea; tomato, Lycopersicon

esculentum; 7.1) are suggested in the standardized biotest procedure, but additional target-plant

species can also be used (see 7.1, Annex A), and

— the standardized biotest procedure is validated for a range of trace elements including arsenic

(As), cadmium (Cd), chromium (Cr), cobalt (Co), copper (Cu), lead (Pb), nickel (Ni), and zinc (Zn), but

additional trace elements can also be accounted for (see Annex A).

The biotest can be applied to soils and soil materials, including soils amended before or after field

sampling with composts, sludges, wastewaters, and other (waste) materials.

NOTE 1 This biotest is not designed to assess the environmental bioavailability of trace elements that are

prone to volatilisation or resulting from uptake occurring in plant leaves following, e.g. atmospheric fallout.

NOTE 2 This biotest is not designed to assess the environmental bioavailability to plants of organic

contaminants. A similar experimental procedure could be used but the physical separation between plant roots

and soil using a polyamide mesh needs to be adapted to avoid organic contaminant sorption on the mesh.

2 Normative references

The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are

indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated

references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 3696, Water for analytical laboratory use — Specification and test methods
ISO 10390, Soil quality — Determination of pH

ISO 10694, Soil quality — Determination of organic and total carbon after dry combustion (elementary

analysis)

ISO 11269-2, Soil quality — Determination of the effects of pollutants on soil flora — Part 2: Effects of

contaminated soil on the emergence and early growth of higher plants

ISO 11277, Soil quality — Determination of particle size distribution in mineral soil material — Method by

sieving and sedimentation

ISO 11465, Soil quality — Determination of dry matter and water content on a mass basis — Gravimetric

method
© ISO 2015 – All rights reserved 1
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ISO 16198:2015(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
contaminant
substance or agent present in the soil as a result of human activity
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.5.1]

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

3.2
environmental availability

fraction of contaminant physico-chemically driven by desorption processes potentially available to

organisms
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.4]
3.3
environmental bioavailability

fraction of the environmentally available compound which an organism takes up through physiologically

driven processes
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.5]
3.4
habitat function

ability of soil/soil materials to serve as a habitat for micro-organisms, plants, soil-living animals, and

their interactions (biocenosis)
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.4.3]
3.5
trace element

chemical element in soil occurring at concentration generally less than 100 mg kg

Note 1 to entry: Given according to Reference [16].
3.6
retention function

ability of soil/soil materials to adsorb pollutants in such a way that they cannot be mobilized via the

water pathway and translocated into the terrestrial food chain
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.4.13]
3.7
rhizosphere
volume of soil around living roots that is influenced by root activities
Note 1 to entry: Given according to Reference [17].
3.8
soil

upper layer of the earth’s crust transformed by weathering and physical/chemical and biological

processes. It is composed of mineral particles, organic matter, water, air, and living organisms organized

in genetic soil horizons
[SOURCE: ISO 11074:2005, 2.1.8]
2 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 16198:2015(E)
3.9
soil material

material coming from soil and displaced and/or modified by human activity, including excavated soil,

dredged materials, manufactured soils, and treated soils and fill materials
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.16]
3.10
toxicological bioavailability
internal concentration of pollutant accumulated and/or related to a toxic effect
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.18]
4 Principle

This International Standard describes the experimental procedure of the biotest developed initially

by References [18], [19], and [20]. This biotest consists of two successive steps of plant growth (see

Figure 1). During the first step (i.e. preculture period), plant seedlings are grown in hydroponics for

14 d to achieve an adequate plant biomass and a dense, planar root mat. During the second step (i.e. test

culture period), the root mat of pre-grown plants is put in contact for 8 d with a 6 mm-thick layer of soil

sample sieved to 2 mm.
© ISO 2015 – All rights reserved 3
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ISO 16198:2015(E)
Key
a seed germination (7 d) 8 air diffuser
b seedling pre-growth (7 d) 9 30-µm mesh
1 preculture period in hydroponics – 14 d 10 air
2 test culture period soil-plant contact – 8 d 11 root mat
3 aluminium foil 12 nutrient solution 2
4 floating platform 13 shoots
5 seeds 14 soil layer (6 mm thick)
6 plant pot 15 nutrient solution 3
7 nutrient solution 1 16 filter paper wicks
Figure 1 — The two-step procedure of the biotest

A set of control plants is harvested at the end of the preculture period in hydroponics to determine the

pools of trace elements in plant shoots and roots before exposure to soil. Whole plants (shoots and roots)

are then harvested at the end of the test culture period. Biomasses and trace element concentrations in

shoots and roots are determined. The end points of the biotest are a) the concentration of trace elements

in shoots and roots at the end of the test culture period and b) the net uptake flux of trace elements in

[21]

the whole plants during the test culture period. If these end points are usually correlated, the uptake

flux is expected to be more representative of the trace element bioavailability to plants during the test

4 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 16198:2015(E)

culture period (i.e. the exposure to tested soils) as, conversely to concentrations, the uptake flux does

not include the portion of trace elements taken up during the preculture period (11.1).

As plant growth during the pre-culture period is usually sufficient to prevent the occurrence of

phytotoxic symptoms induced by adverse soil chemical properties or excessive accumulation of trace

elements in plant, the biotest enables a fair comparison of trace element bioavailability over a broad

range of soils, including heavily contaminated soils.
5 Laboratory apparatus

The following equipment shall be used. All equipment that comes into contact with the sample (soils,

plants, or reagents) shall not adsorb substantially trace elements and shall not contaminate the sample.

5.1 Sieving equipment, nominal screen size 2 mm.
5.2 Crushing equipment, jaw crusher and cutting device.
5.3 Balance, with an accuracy of at least 100 mg.
5.4 Balance, with an accuracy of at least 1 mg.

5.5 Growth chamber, suitable for maintaining specific climatic conditions as specified in 7.4.

5.6 Ventilated oven, suitable for drying soil or soil material at 25 °C and shoots and roots at 50 °C.

5.7 Scissors, with blades made of zirconium oxide.
5.8 Grinder and marbles, made of zirconium oxide.
6 Reagents
6.1 General

Use reagents of analytical grade purity with a concentration of investigated trace elements (e. g. As, Cd,

Co, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn) lower or equal to 5 mg kg . Water used shall comply with grade 3 according to

ISO 3696.

6.2 Water, distilled or demineralized with a specific conductivity of at most 5 µS cm at 25 °C and a pH

within the range 5,0 to 7,5.
6.3 Hydrogen peroxide (H O , 34,01 g mol ).
2 2
6.4 Calcium chloride dihydrate (CaCl ·2H O, 147,07 g mol ).
2 2
6.5 Boric acid (H BO , 61,83 g mol ).
3 3
6.6 Calcium nitrate tetrahydrate (Ca(NO ) ·4H O, 236,15 g mol ).
3 2 2
6.7 Potassium nitrate (KNO , 101,1 g mol ).
6.8 Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO ·7H O, 246,48 g mol ).
4 2
© ISO 2015 – All rights reserved 5
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ISO 16198:2015(E)
6.9 Potassium phosphate (KH PO , 136,09 g mol ).
2 4

6.10 Ethylenediaminetetraacetic acid iron(III) sodium (NaFe(III)EDTA, 367,05 g mol ).

6.11 Copper chloride dihydrate (CuCl ·2H O, 170,48 g mol ).
2 2
6.12 Manganese chloride tetrahydrate (MnCl ·4H O, 197,91 g mol ).
2 2
6.13 Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO ·7H O, 287,54 g mol ).
4 2
6.14 Sodium molybdate dihydrate (Na MoO ·2H O, 241,95 g mol ).
2 4 2
7 Biological and growing apparatus
7.1 Plant species

The three following species, i.e. cabbage (B. oleracea), tall fescue (F. arundinacea), and tomato (L.

esculentum), are used during the biotest deployment. These three plant species were selected among non-

accumulator, common agricultural species for their ability to collectively maximize the phytoavailability

of trace elements (more specifically that of As, Cd, Cu, Pb, and Zn) in soils exhibiting a broad range

[21]

of physical-chemical properties and origin of trace element. For each of the three species, the

following cultivars are recommended: castelard for B. oleracea, calina for F. arundinacea, and fline for

L. esculentum. However, in the only case where recommended cultivars are not commercially available

other cultivars may be used provided that they exhibit an adequate growth and homogeneous root mat

during the biotest procedure for the different soils tested. Specify in the test report the reasons for

selecting different cultivars than those recommended. For a given cultivar, seeds used for a single set of

experiment shall come from the same batch.

Additional species can be selected, e.g. species with specific physiological characteristics or with

ecological, agricultural or economic significance in certain regions of the world or for specific site

assessment, provided that these species exhibit an adequate growth and homogeneous root mat during

the biotest procedure for the different soils tested. A list of plant species adapted to be grown in the

biotest, but only partly validated for the standardized procedure, is given in Annex A. Specify in the test

report the reasons for selecting additional species.

NOTE 1 The biotest procedure should be used with untreated seeds (i.e. not treated with any pesticide) as

much as possible. If not feasible, specify it in the test report.

NOTE 2 If other cultivars than those recommended are used, it is to note that this can alter the biotest

measurement in a similar extent than if different species were used.
7.2 Biotest apparatus

The following apparatus shall be used. Apparatus that comes into contact with the sample (soils, plants

or reagents) shall not adsorb the component of interest and shall not contaminate the sample.

The plant-receiving pot (i.e. plant pot) is designed to contain the whole plants from the beginning of the

preculture period to the end of the test culture period. The plant pot enables plants to develop a planar

and dense root mat while maintaining a physical separation with the tested soil sample. The plant pot

consists in a cylinder fitted to an upper plate at the top and closed at the bottom with a polyamide mesh

(30 µm pore size) using an adjustable clamp (see Figure 2). The mesh shall be well tightened.

6 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 16198:2015(E)
Key
1 upper plate
2 cylinder
3 adjustable clamp
4 30 µm polyamide mesh
Figure 2 — Plant-receiving pot assembly

The assembly used for the first step, i.e. the pre-culture period, is designed to enable seeds to germinate

and for seedlings to develop a dense and planar mat of roots in hydroponics. This assembly enables

a close contact between seeds or seedling roots and the nutrient solution. This assembly consists in

a perforated platform floating over a tank-containing nutrient solution. Perforations passing through

the floating platform enable to lodge plant pots. The nutrient solution is continuously aerated with a

bubbling system composed of an air-pump, capillary tubes connected with derivations and diffusers

diving into the nutrient solution (see Figure 3). The floatability of the platform is critical to ensure a

homogeneous contact of all the plant pots in a tank with the aerated nutrient solution. This assembly

also limits the exposure of the nutrient solution to light radiations, thereby avoiding algal development.

© ISO 2015 – All rights reserved 7
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ISO 16198:2015(E)
23 46
Key
1 tank
2 perforated floating platform
3 nutrient solution 1 or 2
4 air diffuser
5 air
6 tube
7 air-pump
Figure 3 — Assembly used for the preculture period

The assembly used for the second step, i.e. the test culture period, is designed to enable a close contact

between the root mat and the soil layer. It is made of two parts and three filter paper wicks sandwiched

in between: a) a contact assembly that firmly press the plant pot over the soil layer using fastenings and

b) a 0,5 dm screw-top jar filled with the nutrient solution 3 (see Figure 4). This assembly enables (i) the

root mat to be maintained in contact with the whole surface area of the soil layer, and (ii) the filter paper

wicks to remain fully moistened during the entire duration of the test culture period.

Key
1 wing nut 6 soil-receiving plate
2 plant pot 7 screw-top
3 soil layer (6 mm thick) 8 filter paper wicks
4 screw 9 screw-top jar
5 screw
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 16198
Première édition
2015-01-15
Qualité du sol — Test végétal pour
l’évaluation de la biodisponibilité
environnementale des éléments traces
pour les végétaux
Soil quality — Plant-based test to assess the environmental
bioavailability of trace elements to plants
Numéro de référence
ISO 16198:2015(F)
ISO 2015
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 16198:2015(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 16198:2015(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

Introduction ................................................................................................................................................................................................................................vi

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

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 2

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Appareillage de laboratoire ...................................................................................................................................................................... 5

6 Réactifs ........................................................................................................................................................................................................................... 5

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

7 Matériel biologique et de croissance ............................................................................................................................................... 6

7.1 Espèces végétales ................................................................................................................................................................................. 6

7.2 Matériel pour le biotest ................................................................................................................................................................... 7

7.3 Composition des solutions nutritives .................................................................................................................................. 9

7.4 Conditions climatiques dans la chambre de culture............................................................................................10

8 Prétraitement et analyse de l’échantillon de sol ou de matériau du sol .................................................10

8.1 Taille de l’échantillon et réduction granulométrique .........................................................................................10

8.2 Analyses .....................................................................................................................................................................................................10

9 Mode opératoire expérimental et analytique .....................................................................................................................11

9.1 Vue d’ensemble du mode opératoire ................................................................................................................................11

9.2 Sélection et préparation des semences ......... ..................................................................................................................11

9.3 Période de préculture: germination et pré-croissance en hydroponie ...............................................11

9.4 Préparation et incubation du sol ou du matériau du sol .................................................................................12

9.5 Période de culture test: croissance des plantes en contact avec le sol ou le matériau

du sol ............................................................................................................................................................................................................13

9.6 Récoltes des plantes ........................................................................................................................................................................13

9.7 Broyage et minéralisation des parties aériennes et racinaires ..................................................................13

9.8 Dosage analytique .............................................................................................................................................................................14

10 Critères de validité ..........................................................................................................................................................................................14

11 Évaluation des résultats .............................................................................................................................................................................15

11.1 Détermination des concentrations en éléments traces et des flux de prélèvement dans

les végétaux.............................................................................................................................................................................................15

11.2 Présentation des données ..........................................................................................................................................................16

11.3 Expression des résultats ..............................................................................................................................................................16

12 Analyse statistique ..........................................................................................................................................................................................17

12.1 Généralités ...............................................................................................................................................................................................17

12.2 Biomasses des végétaux ...............................................................................................................................................................17

12.3 Paramètres d’évaluation de la biodisponibilité .......................................................................................................17

13 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................17

Annexe A (informative) Espèces végétales adaptées au mode opératoire du biotest ....................................19

Annexe B (informative) Dessins industriels des différentes pièces du biotest .....................................................21

Annexe C (informative) Sélection et densité des semences dans les pots pour une gamme

d’espèces végétales soumises à essai avec le mode opératoire expérimental normalisé .....24

Annexe D (informative) Minéralisation et analyse des échantillons de végétaux ..............................................26

Annexe E (informative) Gamme de biomasses et de quantités d’éléments traces dans les

pots témoins ...........................................................................................................................................................................................................28

Annexe F (informative) Essai circulaire .........................................................................................................................................................29

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ISO 16198:2015(F)

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................43

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ISO 16198:2015(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 appelée 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 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’OMC concernant

les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations

supplémentaires.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 7,

Évaluation des sols et des sites.
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ISO 16198:2015(F)
Introduction

L’un des principaux objectifs de l’ISO 17402 est de définir un cadre conceptuel de la biodisponibilité

des contaminants dans le sol et les matériaux du sol et de fournir une ligne directrice pour la sélection

de méthodes pouvant être normalisées pour mesurer la biodisponibilité. La biodisponibilité a donc été

définie sous la forme des trois étapes successives suivantes:
a) la «disponibilité environnementale»;
b) la «biodisponibilité environnementale»;
c) la «biodisponibilité toxicologique».

La biodisponibilité environnementale constitue donc une condition préalable à l’évaluation de la

biodisponibilité toxicologique et est directement liée à l’impact des polluants sur les fonctions principales

du sol dans l’écosystème et plus particulièrement des fonctions d’habitat et de rétention.

La biodisponibilité environnementale peut être estimée à l’aide de méthodes chimiques ou biologiques.

Dans le cas des éléments traces, les méthodes chimiques sont généralement les moins onéreuses. Elles

sont faciles à réaliser et certaines sont déjà normalisées au niveau national ou international (par exemple

l’ISO 19730). Il est néanmoins nécessaire d’établir une corrélation entre les méthodes chimiques qui, à

proprement parler, mesurent la disponibilité environnementale dans le sol et les mesures biologiques

avant de les utiliser comme indicateurs de la biodisponibilité environnementale. Quelle que soit la

méthode chimique employée, aucune n’est intrinsèquement conçue pour tenir compte de la diversité

des réponses observées dans diverses espèces végétales ou diverses variétés, ce qui peut être attribué:

a) au comportement de prélèvement des végétaux (c’est-à-dire un comportement sensible, tolérant,

accumulateur ou hyper-accumulateur d’éléments traces) et/ou b) à la capacité des végétaux à modifier

les propriétés biologiques, physiques et physico-chimiques de leur «zone bio-influencée» au niveau

de l’interface sol-racine, c’est-à-dire la rhizosphère. Il pourrait également être suggéré d’appliquer

les méthodes chimiques directement sur la rhizosphère mais l’échantillonnage de la rhizosphère est

incontestablement trop fastidieux pour être réalisé en routine.

Pour les méthodes biologiques, quatre biotests normalisés rendent compte des processus rhizosphériques

car ils sont basés sur des végétaux qui poussent dans le sol (ISO 11269-1, ISO 11269-2, ISO 17126, et

ISO 22030). Toutefois, ces méthodes ont uniquement été conçues pour prédire la phytotoxicité des

éléments traces, c’est-à-dire la biodisponibilité toxicologique. Dans ces biotests, les racines poussent

directement dans le sol, ce qui exige donc la mise en place d’un mode opératoire de lavage fastidieux

pour obtenir des mesures fiables des éléments traces accumulés dans les racines. En effet, la quantité

d’éléments traces accumulés dans les parties aériennes d’espèces végétales non accumulatrices n’est

pas suffisamment sensible pour être utilisée dans l’évaluation de la biodisponibilité environnementale

des éléments traces par rapport à la quantité accumulée dans la plante entière (racines comprises). En

conséquence, il reste nécessaire de développer des méthodes biologiques rendant compte des processus

rhizosphériques et permettant d’inclure le compartiment racinaire en vue d’estimer correctement la

biodisponibilité environnementale des éléments traces pour les végétaux.

La présente Norme internationale concerne par conséquent un biotest basé sur la croissance des racines

au contact du sol mais sans pénétration des racines dans le sol. Bien que ce dispositif expérimental soit

en partie artificiel, il permet d’établir une comparaison non biaisée de la biodisponibilité des éléments

traces entre les sols soumis à essai. En outre, le paramètre mesuré peut être lié plus directement à la

mesure de la disponibilité environnementale que tout autre paramètre fondé sur la mesure de la toxicité.

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NORME INTERNATIONALE ISO 16198:2015(F)
Qualité du sol — Test végétal pour l’évaluation de la
biodisponibilité environnementale des éléments traces
pour les végétaux
1 Domaine d’application

La présente Norme internationale spécifie le test végétal, ci-après dénommé «biotest». Il permet d’estimer

la biodisponibilité environnementale des éléments traces pour les végétaux, soit simplement sous la

forme de concentrations dans les parties aériennes et racinaires, soit de façon plus globale sous forme

de flux de prélèvement net dans les végétaux. Le mode opératoire du biotest comprend deux étapes

successives: (i) une phase de pré-croissance des végétaux en hydroponie et (ii) une phase de croissance

des végétaux en contact avec des échantillons de sol. La concentration dans les parties aériennes et

racinaires ainsi que le flux de prélèvement d’éléments traces dans les végétaux sont déterminés à l’issue

de la seconde étape du mode opératoire du biotest.

Le présent biotest s’applique à l’évaluation de la biodisponibilité environnementale des éléments traces

pour les végétaux, plus particulièrement pour les plantes cultivées, dans les sols ou les matériaux du sol

en conditions oxydantes, en considérant que:

— trois espèces végétales (chou, Brassica oleracea; fétuque élevée, Festuca arundinacea; tomate,

Lycopersicon esculentum; 7.1) sont conseillées dans le mode opératoire normalisé du biotest, mais il

est également possible d’utiliser des espèces végétales cibles supplémentaires (7.1, Annexe A), et

— le mode opératoire normalisé du biotest est validé pour une gamme d’éléments traces incluant

l’arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le cobalt (Co), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le plomb

(Pb), et le zinc (Zn). Des éléments traces supplémentaires peuvent néanmoins être pris en compte

(voir Annexe A).

Le biotest peut être appliqué aux sols et aux matériaux du sol, y compris les sols ayant reçu avant ou

après l’échantillonnage sur le terrain des apports de compost, de boues, d’eaux usées et d’autres produits

résiduaires organiques ou inorganiques.

NOTE 1 Le présent biotest n’est pas conçu pour évaluer la biodisponibilité environnementale des éléments

traces fortement volatils ou résultant d’un processus de prélèvement qui se produit au niveau des parties aériennes

des végétaux suite, par exemple, à des retombées atmosphériques.

NOTE 2 Le présent biotest n’est pas conçu pour évaluer la biodisponibilité environnementale des contaminants

organiques pour les végétaux. Un mode opératoire similaire pourrait être utilisé, mais il est nécessaire d’adapter

la séparation physique entre les racines des végétaux et le sol réalisée au moyen d’une toile en polyamide pour

éviter la sorption des contaminants organiques sur la toile.
2 Références normatives

Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à

l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels

amendements).

ISO 3696, Eau pour laboratoire à usage analytique — Spécification et méthodes d’essai

ISO 10390, Qualité du sol — Détermination du pH

ISO 10694, Qualité du sol — Dosage du carbone organique et du carbone total après combustion sèche

(analyse élémentaire)
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ISO 16198:2015(F)

ISO 11269-2, Qualité du sol — Détermination des effets des polluants sur la flore du sol — Partie 2: Effets

des sols contaminés sur l’émergence et la croissance des végétaux supérieurs

ISO 11277, Qualité du sol — Détermination de la répartition granulométrique de la matière minérale des

sols — Méthode par tamisage et sédimentation

ISO 11465, Qualité du sol — Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau — Méthode

gravimétrique
3 Termes et définitions

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

3.1
contaminant
substance ou agent présent(e) dans le sol du fait de l’activité humaine
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.5.1]

Note 1 à l’article: La présente définition ne présuppose pas l’existence d’un danger dû à la présence du contaminant

3.2
disponibilité environnementale

fraction du contaminant potentiellement disponible pour des organismes et qui résulte de processus

physico-chimiques de désorption
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.4]
3.3
biodisponibilité environnementale

fraction du composé disponible dans le sol qu’un organisme absorbe par des processus physiologiques

[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.5]
3.4
fonction d’habitat

capacité des sols/matériaux du sol à servir d’habitat aux micro-organismes, aux végétaux et aux animaux

vivant dans le sol et à leurs interactions (biocénose)
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.4.3]
3.5
élément trace

élément chimique présent dans le sol à une concentration généralement inférieure à 100 mg kg

Note 1 à l’article: Définition donnée conformément à la Référence [16].
3.6
fonction de rétention

capacité des sols/matériaux du sol à adsorber les contaminants de sorte qu’ils ne puissent pas être

entraînés par lixiviation ni transférés à la chaîne alimentaire terrestre
[SOURCE: ISO 11074:2005, 3.4.13]
3.7
rhizosphère
volume de sol autour des racines vivantes influencé par les activités racinaires
Note 1 à l’article: Définition donnée conformément à la Référence [17].
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ISO 16198:2015(F)
3.8
sol

couche supérieure de la croûte terrestre transformée par des processus climatiques, physico-chimiques

et biologiques. Elle est composée de particules minérales, de matières organiques, d’eau, d’air et

d’organismes vivants organisés en horizons de sols génétiques
[SOURCE: ISO 11074:2005, 2.1.8]
3.9
matériau du sol

matériau provenant du sol et déplacé et/ou modifié par l’activité humaine, comprenant les terres

excavées, les matériaux de dragage, les sols artificiels, les sols traités et les matériaux de remblai

[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.16]
3.10
biodisponibilité toxicologique
concentration interne d’un polluant accumulée et/ou liée à un effet toxique
[SOURCE: ISO 17402:2008, 3.18]
4 Principe

La présente Norme internationale décrit le mode opératoire expérimental du biotest développé à

l’origine par les Références [18], [19] et [20]. Ce biotest comporte deux étapes successives de croissance

des végétaux (voir Figure 1). Pendant la première étape (c’est-à-dire la période de préculture), des

plantules sont cultivées en hydroponie pendant 14 jours pour obtenir une biomasse végétale suffisante

et un tapis racinaire dense et plan. Pendant la deuxième étape (c’est-à-dire la période de culture test), le

tapis racinaire des végétaux précultivés est mis en contact pendant 8 jours avec une couche d’échantillon

de sol tamisé à 2 mm de 6 mm d’épaisseur.
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ISO 16198:2015(F)
Légende
a Germination des semences (7 jours) 8 Diffuseur d’air
b Pré-croissance des plantules (7 jours) 9 Toile, maille de 30 µm
1 Période de préculture en hydroponie – 14 jours 10 Air
2 Période de culture test avec contact sol-plantes – 8 jours 11 Tapis racinaire
3 Feuille d’aluminium 12 Solution nutritive 2
4 Plate-forme flottante 13 Parties aériennes
5 Semences 14 Couche de sol (6 mm d’épaisseur)
6 Pot 15 Solution nutritive 3
7 Solution nutritive 1 16 Mèches de papier filtre
Figure 1 — Mode opératoire du biotest en deux étapes

Un ensemble de végétaux témoins est récolté à la fin de la période de préculture en hydroponie pour

déterminer la quantité d’éléments traces dans les parties aériennes et racinaires des végétaux avant

leur exposition au sol. Les végétaux entiers (parties aériennes et racinaires) sont ensuite récoltés à la

fin de la période de culture test. Les biomasses et les concentrations en éléments traces dans les parties

aériennes et racinaires sont déterminées. Les paramètres qui peuvent être mesurés sur le biotest sont

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a) la concentration en éléments traces dans les parties aériennes et racinaires à la fin de la période

de culture test et b) le flux de prélèvement net d’éléments traces dans les végétaux entiers pendant la

[21]

période de culture test. Si ces paramètres sont généralement corrélés , on s’attend à ce que le flux de

prélèvement soit plus représentatif de la biodisponibilité des éléments traces pour les végétaux pendant

la période de culture test (c’est-à-dire l’exposition aux sols soumis à essai) car, contrairement aux

concentrations, le flux de prélèvement ne comprend pas la portion d’éléments traces prélevée pendant

la période de préculture (11.1).

La croissance des végétaux pendant la période de préculture étant généralement suffisante pour

empêcher la survenue de symptômes phytotoxiques provoqués par des propriétés chimiques

défavorables du sol ou l’accumulation excessive d’éléments traces dans le végétal, le biotest permet

d’effectuer une comparaison non biaisée de la biodisponibilité des éléments traces sur une vaste gamme

de sols, y compris les sols fortement contaminés.
5 Appareillage de laboratoire

L’appareillage suivant doit être utilisé. Tous les équipements qui viennent en contact avec l’échantillon

(sols, végétaux ou réactifs) ne doivent pas adsorber les éléments traces de façon importante et ne doivent

pas contaminer l’échantillon.
5.1 Matériel de tamisage, avec des tamis à mailles nominales de 2 mm.

5.2 Outils de concassage, tels que concasseur à mâchoires et dispositif de coupe.

5.3 Balance avec une précision d’au moins 100 mg.
5.4 Balance avec une précision d’au moins 1 mg.

5.5 Chambre de croissance, capable de maintenir des conditions climatiques spécifiques telles que

spécifiées au 7.4.

5.6 Étuve ventilée, capable de sécher un sol ou un matériau du sol à 25 °C et des parties aériennes et

racinaires à 50 °C.
5.7 Ciseaux, avec des lames en oxyde de zirconium.
5.8 Broyeur à billes, en oxyde de zirconium.
6 Réactifs
6.1 Généralités

Utiliser des réactifs de qualité analytique ayant une concentration en éléments traces étudiés (par

exemple As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb et Zn) inférieure ou égale à 5 mg kg . L’eau utilisée doit être de qualité 3

conformément à l’ISO 3696.

6.2 Eau, distillée ou déminéralisée ayant une conductivité spécifique maximale de 5 µS cm à 25 °C et

un pH de 5,0 à 7,5.
6.3 Peroxyde d’hydrogène (H O , 34,01 g mol ).
2 2
6.4 Chlorure de calcium dihydraté (CaCl ·2H O, 147,07 g mol ).
2 2
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ISO 16198:2015(F)
6.5 Acide borique (H BO , 61,83 g mol ).
3 3
6.6 Nitrate de calcium tétrahydraté (Ca(NO ) ·4H O, 236,15 g mol ).
3 2 2
6.7 Nitrate de potassium (KNO , 101,1 g mol ).
6.8 Sulfate de magnésium heptahydraté (MgSO ·7H O, 246,48 g mol ).
4 2
6.9 Phosphate de potassium (KH PO , 136,09 g mol ).
2 4

6.10 Éthylène diamino-tétra-acétate ferrique disodique (NaFe(III)EDTA, 367,05 g mol ).

6.11 Chlorure de cuivre dihydraté (CuCl ·2H O, 170,48 g mol ).
2 2
6.12 Chlorure de manganèse tétrahydraté (MnCl ·4H O, 197,91 g mol ).
2 2
6.13 Sulfate de zinc heptahydraté (ZnSO ·7H O, 287,54 g mol ).
4 2
6.14 Molybdate de sodium dihydraté (Na MoO ·2H O, 241,95 g mol ).
2 4 2
7 Matériel biologique et de croissance
7.1 Espèces végétales

Les trois espèces suivantes, à savoir le chou (B. oleracea), la fétuque élevée (F. arundinacea) et la tomate

(L. esculentum), sont utilisées pendant la mise en œuvre du biotest. Ces trois espèces végétales ont été

sélectionnées parmi les espèces agricoles communes, non accumulatrices, pour leur capacité à maximiser

collectivement la phytodisponibilité des éléments traces (plus spécifiquement celle d’As, de Cd, de Cu,

de Pb et de Zn) dans les sols présentant une vaste gamme de propriétés physico-chimiques et d’origines

[21]

des éléments traces . Pour chacune des trois espèces, les variétés suivantes sont recommandées:

castelard pour B. oleracea, calina pour F. arundinacea et fline pour L. esculentum. Toutefois, dans le seul

cas où les variétés recommandées ne sont pas disponibles dans le commerce, d’autres variétés peuvent

être utilisées à condition de présenter une croissance adéquate et un tapis racinaire homogène au cours

de la mise en œuvre du biotest pour les différents sols soumis à essai. Spécifier, dans le rapport d’essai,

les raisons de la sélection de variétés différentes de celles recommandées. Pour une variété donnée, les

semences utilisées pour une seule série d’expérimentation doivent provenir du même lot.

Des espèces supplémentaires peuvent être sélectionnées, par exemple des espèces présentant des

caractéristiques physiologiques spécifiques ou ayant une pertinence écologique, agricole ou économique

dans certaines régions du monde ou pour une évaluation de site spécifique, à condition de présenter

une croissance adéquate et un tapis racinaire homogène pendant la mise en œuvre du biotest pour les

différents sols soumis à essai. Une liste d’espèces végétales adaptées à être cultivées avec le biotest, mais

seulement partiellement validée pour le mode opératoire normalisé est fournie à l’Annexe A. Spécifier,

dans le rapport d’essai, les raisons de la sélection d’espèces supplémentaires.

NOTE 1 Il convient autant que possible de mettre en œuvre le mode opératoire du biotest avec des semences

non traitées (c’est-à-dire non traitées avec des produits
...

Questions, Comments and Discussion

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