ISO 14238:2012
(Main)Soil quality — Biological methods — Determination of nitrogen mineralization and nitrification in soils and the influence of chemicals on these processes
Soil quality — Biological methods — Determination of nitrogen mineralization and nitrification in soils and the influence of chemicals on these processes
This International Standard specifies laboratory procedures for measuring the mineralization and nitrification of nitrogen by the soil microbiota. For investigations on the evaluation of soil quality or on effects of contamination, a procedure is given to measure the rates and extent of N-mineralization in soil or soils of known or unknown quality. For investigation of the potential toxicity of chemicals to N-mineralization in soils, a simple procedure is given which allows the impact of single chemicals to be assessed and provides a basis for comparison of the toxicities of different chemicals.
Qualité du sol — Méthodes biologiques — Détermination de la minéralisation de l'azote et de la nitrification dans les sols, et de l'influence des produits chimiques sur ces processus
L'ISO 14238:2012 spécifie des modes opératoires de laboratoire destinés à mesurer la minéralisation de l'azote et la nitrification par la flore microbienne du sol. Un mode opératoire est donné pour mesurer les taux et l'importance de la minéralisation de l'azote dans le ou les sol(s) de qualité connue ou inconnue, dans le cadre des recherches relatives à l'évaluation de la qualité du sol ou aux effets de la contamination. Un mode opératoire simple est donné pour permettre l'évaluation de l'effet de produits chimiques uniques et fournit une base de comparaison des toxicités de différents produits chimiques, en ce qui concerne la recherche de la toxicité éventuelle des produits chimiques pour la minéralisation de l'azote dans les sols.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14238
Second edition
2012-08-01
Soil quality — Biological methods —
Determination of nitrogen mineralization
and nitrification in soils and the influence
of chemicals on these processes
Qualité du sol — Méthodes biologiques — Détermination de la
minéralisation de l’azote et de la nitrification dans les sols, et de
l’influence des produits chimiques sur ces processus
Reference number
ISO 14238:2012(E)
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ISO 2012
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Published in Switzerland
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ISO 14238:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Materials . 2
5.1 Soils . 2
5.2 Reagents and materials . 3
5.3 Test substance . 3
6 Apparatus . 4
7 Procedures . 4
7.1 Experimental options . 4
7.2 Treatment of soils . 4
7.3 Incubation of soils . 5
7.4 Sampling of soils for testing . 6
7.5 Extraction of soils . 6
7.6 Analyses . 6
8 Expression of results . 6
8.1 Basic mineralization test . 6
8.2 Toxicity testing . 7
9 Test report . 8
Annex A (informative) Determination of water-holding capacity of soil .10
Bibliography .12
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ISO 14238:2012(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 14238 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 4, Biological methods.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14238:1997), which has been technically revised.
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ISO 14238:2012(E)
Introduction
Soil consists of both living and non-living components which exist in a complex and heterogeneous environment.
Microorganisms in the soil are mainly responsible for cycling of some nutrients and thus play an essential role
in the maintenance of soil fertility. One of the most important microbial processes in soil is the mineralization
of nitrogen contained in organic forms to ammonium (ammonification) and thereafter to nitrite and nitrate
(nitrification). Clearly, any long-term interference with this process could influence soil fertility.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14238:2012(E)
Soil quality — Biological methods — Determination of nitrogen
mineralization and nitrification in soils and the influence of
chemicals on these processes
1 Scope
This International Standard specifies laboratory procedures for measuring the mineralization and nitrification
of nitrogen by the soil microbiota.
For investigations on the evaluation of soil quality or on effects of contamination, a procedure is given to
measure the rates and extent of N-mineralization in soil or soils of known or unknown quality.
For investigation of the potential toxicity of chemicals to N-mineralization in soils, a simple procedure is given
which allows the impact of single chemicals to be assessed and provides a basis for comparison of the toxicities
of different chemicals.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document
(including any amendments) applies.
ISO 10381-6, Soil quality — Sampling — Part 6: Guidance on the collection, handling and storage of soil under
aerobic conditions for the assessment of microbiological processes, biomass and diversity in the laboratory
ISO 10390, Soil quality — Determination of pH
ISO 10694, Soil quality — Determination of organic and total carbon after dry combustion (elementary analysis)
ISO 11260, Soil quality — Determination of effective cation exchange capacity and base saturation level using
barium chloride solution
ISO 11261, Soil quality — Determination of total nitrogen — Modified Kjedahl method
ISO 11274, Soil quality — Determination of the water-retention characteristic — Laboratory methods
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 mass basis — Gravimetric method
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
nitrogen mineralization
N-mineralization
microbial degradation of an organic substance containing nitrogen, via the processes of ammonification and
nitrification, to the respective inorganic endproducts, specifically ammonium and nitrate
3.2
ammonification
microbial degradation of organic nitrogen to ammonium
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ISO 14238:2012(E)
3.3
nitrification
microbial oxidation of ammonium to nitrite and thereafter to nitrate
3.4
inhibitory dose
ID
x
amount of a chemical added to soil that effectively inhibits N-mineralization by a stated percentage, after a
given time, in comparison to an untreated control
EXAMPLE ID and ID indicate 25 % and 50 % inhibition of N-mineralization, respectively.
25 50
4 Principle
The rates or extent of N-mineralization in aerobic soils are determined by measuring the concentrations of
ammonium, nitrite, and nitrate released during mineralization of nitrogen contained in the soil organic matter or
during mineralization of an added nitrogenous organic compound.
The influence of chemicals on N-mineralization is determined by amending soil with a readily degradable source
of organic nitrogen, and measuring the percentage inhibition of product formation in test portions treated with
different quantities of a chemical as compared to an untreated control.
5 Materials
5.1 Soils
5.1.1 Selection of soils
5.1.1.1 Basic mineralization test
For basic tests used for comparing the N-mineralization capacities of different soils or for comparing
N-mineralization in one soil collected at different times of the year, ensure that the choice of soil(s) is consistent
with the purpose of the determination.
5.1.1.2 Toxicity testing
To determine the influence of chemicals on N-mineralization, use a soil with low content (as a mass fraction) of
organic carbon (0,5 % to 1,5 %) and low content of clay.
NOTE Such soil represents a worst-case situation, since adsorption is minimum and availability of the chemical to the
microbiota is maximum. For routine testing, soils with a pH(KCl) less than 5 are not satisfactory, as the rate of nitrification is
likely to be too low to permit a valid assessment of the effects of the chemical on the process. Sandy loam soils and loamy
sand soils are preferred.
5.1.2 Collection, handling and storage of soils
For all tests, the recommendations in ISO 10381-6 for collection, handling and storage of soil shall be followed.
The following information shall be documented:
— date of collection;
— date(s) used in experiments;
— storage conditions, including temperature, moisture content;
— length of storage.
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ISO 14238:2012(E)
5.1.3 Characterization of soils
To facilitate interpretation of data and for comparative purposes, the following characteristics shall be determined:
a) physical properties:
— particle size distribution measured in accordance with ISO 11277,
— water content in accordance with ISO 11465,
— water retention characteristic in accordance with ISO 11274 and/or water-holding capacity in accordance
with Annex A;
b) chemical properties:
— pH of soil in accordance with ISO 10390,
— cation exchange capacity in accordance with ISO 11260,
— organic matter content in accordance with ISO 10694,
— total nitrogen content in accordance with ISO 11261.
5.2 Reagents and materials
5.2.1 Quartz sand, fine and clean, of particle size 0,05 mm to 0,2 mm.
5.2.2 Potassium chloride, solution c(KCI) = 1 mol/l
5.2.3 Nitrogeneous substrate, at a concentration of nitrogen in soil of ∼100 mg/kg.
For example:
— lucerne meal, with a C-to-N mass ratio of approximately 16 to 1;
— horn meal, with a C-to-N mass ratio of approximately 16 to 1;
— any other appropriate finely ground organic nitrogen source.
Mineralization of nitrogen may also be measured from the organic matter of the soil. In this case, soil is not
amended with an organic nitrogen source.
For tests in which nitrification alone is of interest, ammonium [as (NH ) SO ] is an appropriate nitrogen source.
4 2 4
5.3 Test substance
A test substance is only needed when the purpose of the investigation is to determine whether the substance
can influence N-mineralization. Test substances shall be the purest that are commercially available. In many
circumstances, it may be appropriate to test technical-grade or commercial-grade chemicals or mixtures.
NOTE If carriers or formulation ingredients are mixed with the test substance, their influence on N-mineralization (if
any) should be taken into account.
In standard experiments with known test substances, the following data (if applicable) shall be given:
— name (IUPAC);
— structure;
— Chemical Abstracts Service number;
— relative molecular mass;
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ISO 14238:2012(E)
— purity;
— stability in water;
— solubility in organic solvents;
— vapour pressure;
— octanol/water partition coefficient (P );
OW
— common logarithm of the acid dissociation constant (pK );
a
— absorption coefficient (K ).
oc
6 Apparatus
Usual laboratory apparatus and in particular the following.
6.1 Mechanical shaker.
6.2 Centrifuge or filter paper (nitrate- and ammonium-free).
6.3 Instruments for measurement of concentrations of ammonium, nitrate, and nitrite in soil extracts.
7 Procedures
7.1 Experimental options
7.1.1 Basic mineralization test
To compare N-mineralization capacities in different soils or N-mineralization in one soil collected at different
times of the year, ensure that the design of the experiment and the analyses performed are consistent with the
goals of the experiment.
7.1.2 Toxicity testing
To determine the influence of chemicals on N-mineralization, treat a single microbiologically active soil with at least
five concentrations of the test substance. For convenienc
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14238
Deuxième édition
2012-08-01
Qualité du sol — Méthodes biologiques —
Détermination de la minéralisation de
l’azote et de la nitrification dans les sols,
et de l’influence des produits chimiques
sur ces processus
Soil quality — Biological methods — Determination of nitrogen
mineralization and nitrification in soils and the influence of chemicals on
these processes
Numéro de référence
ISO 14238:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 14238:2012(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit
de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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ISO 14238:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 2
5 Matériaux . 2
5.1 Sols . 2
5.2 Produits et réactifs . 3
5.3 Substance d’essai . 3
6 Appareillage . 4
7 Modes opératoires . 4
7.1 Options expérimentales . 4
7.2 Traitement des sols . 5
7.3 Incubation des sols . 5
7.4 Prélèvement des sols pour les essais . 6
7.5 Extraction des sols . 6
7.6 Analyses . 7
8 Expression des résultats . 7
8.1 Essai de minéralisation de base . 7
8.2 Essais de toxicité . 7
9 Rapport d’essai . 8
Annexe A (informative) Détermination de la capacité de rétention d’eau du sol .10
Bibliographie .12
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ISO 14238:2012(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
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.
L’ISO 14238 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 4,
Méthodes biologiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 14238:1997), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
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ISO 14238:2012(F)
Introduction
Le sol se compose d’éléments vivants et non vivants qui existent dans un milieu complexe et hétérogène. Dans
le sol, les micro-organismes ont un rôle prépondérant dans le cycle de certains nutriments et jouent ainsi un
rôle essentiel dans le maintien de la fertilité du sol. La minéralisation de l’azote contenu dans les composés
organiques pour donner de l’ammonium (ammonification) et ensuite des nitrites et des nitrates (nitrification)
constitue l’un des principaux processus microbiens. Évidemment, toute interférence à long terme avec ce
processus pourrait avoir des effets sur la fertilité du sol.
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NORME INTERNATIONALE ISO 14238:2012(F)
Qualité du sol — Méthodes biologiques — Détermination de la
minéralisation de l’azote et de la nitrification dans les sols, et
de l’influence des produits chimiques sur ces processus
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie des modes opératoires de laboratoire destinés à mesurer la
minéralisation de l’azote et la nitrification par la flore microbienne du sol.
Un mode opératoire est donné pour mesurer les taux et l’importance de la minéralisation de l’azote dans le ou
les sol(s) de qualité connue ou inconnue, dans le cadre des recherches relatives à l’évaluation de la qualité du
sol ou aux effets de la contamination.
Un mode opératoire simple est donné pour permettre l’évaluation de l’effet de produits chimiques uniques
et fournit une base de comparaison des toxicités de différents produits chimiques, en ce qui concerne la
recherche de la toxicité éventuelle des produits chimiques pour la minéralisation de l’azote dans les sols.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour 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 10381-6, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 6: Lignes directrices pour la collecte, la manipulation
et la conservation, dans des conditions aérobies, de sols destinés à l’évaluation en laboratoire des processus,
de la biomasse et de la diversité microbiens
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)
ISO 11260, Qualité du sol — Détermination de la capacité d’échange cationique effective et du taux de
saturation en bases échangeables à l’aide d’une solution de chlorure de baryum
ISO 11261, Qualité du sol — Dosage de l’azote total — Méthode de Kjeldahl modifiée
ISO 11274, Qualité du sol — Détermination de la caractéristique de la rétention en eau — Méthodes de laboratoire
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
minéralisation de l’azote
dégradation microbienne d’une substance organique azotée, par les processus d’ammonification et de
nitrification, donnant des produits inorganiques, plus particulièrement de l’ammonium et des nitrates
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ISO 14238:2012(F)
3.2
ammonification
dégradation microbienne de l’azote organique en ammonium
3.3
nitrification
oxydation microbienne de l’ammonium en nitrites puis en nitrates
3.4
dose inhibitrice
DI
x
quantité de produit chimique ajoutée au sol qui inhibe effectivement la minéralisation de l’azote d’un pourcentage
fixé, à l’issue d’un temps donné, par rapport à un échantillon témoin non traité
EXEMPLE DI et DI indiquent respectivement 25 % et 50 % d’inhibition de la minéralisation de l’azote.
25 50
4 Principe
Les taux ou l’importance de la minéralisation de l’azote dans des sols aérobies sont déterminés en mesurant les
concentrations d’ammonium, de nitrites et de nitrates libérés au cours de la minéralisation de l’azote contenu
dans les matières organiques du sol ou au cours de la minéralisation d’un composé organique azoté ajouté.
L’effet des produits chimiques sur la minéralisation de l’azote est déterminé en amendant le sol à l’aide d’une
source d’azote organique facilement dégradable et en mesurant le pourcentage d’inhibition de la formation
de produit dans les prises d’essai traitées avec différentes quantités de produit chimique, par rapport à un
échantillon témoin non traité.
5 Matériaux
5.1 Sols
5.1.1 Sélection des sols
5.1.1.1 Essai de minéralisation de base
Pour les essais de base destinés à comparer les capacités de minéralisation de l’azote de différents sols ou
à comparer la minéralisation de l’azote dans un sol prélevé à différentes périodes de l’année, s’assurer que le
choix du ou des sol(s) est compatible avec l’objectif de la détermination.
5.1.1.2 Essais de toxicité
Pour déterminer l’effet des produits chimiques sur la minéralisation de l’azote, utiliser un sol ayant une faible
teneur (sous forme de fraction massique) en carbone organique (0,5 % à 1,5 %) et en argile.
NOTE Ces sols représentent les cas les plus défavorables car l’adsorption est minimale et la disponibilité des produits
chimiques vis-à-vis de la flore microbienne est maximale. Le taux de nitrification pouvant être trop faible pour permettre
une évaluation valable des effets des produits chimiques sur le processus, les sols dont le pH(KCl) est inférieur à 5 ne sont
pas satisfaisants pour les essais de routine. Il est préférable d’utiliser des sols sablo-limoneux et du sable limoneux.
5.1.2 Collecte, manipulation et conservation des sols
Pour tous les essais, les recommandations de l’ISO 10381-6 relatives à la collecte, à la manipulation et à la
conservation des sols doivent être respectées.
Les informations suivantes doivent être notées dans le rapport d’essai:
— la date de la collecte;
— la date des essais;
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ISO 14238:2012(F)
— les conditions de conservation, y compris la température, l’humidité;
— le temps de conservation.
5.1.3 Caractérisation des sols
Les caractéristiques suivantes doivent être déterminées afin de faciliter l’interprétation des données et à des
fins comparatives:
a) caractéristiques physiques:
— répartition granulométrique mesurée conformément à l’ISO 11277,
— teneur en eau, conformément à l’ISO 11465,
— caractéristique de la rétention d’eau, conformément à l’ISO 11274 et/ou la capacité de rétention d’eau,
conformément à l’Annexe A;
b) caractéristiques chimiques:
— pH du sol, conformément à l’ISO 10390,
— capacité d’échange cationique, conformément à l’ISO 11260,
— teneur en matières organiques, conformément à l’ISO 10694,
— teneur en azote total, conformément à l’ISO 11261.
5.2 Produits et réactifs
5.2.1 Sable de quartz, fin et propre, de granulométrie comprise entre 0,05 mm et 0,2 mm.
5.2.2 Chlorure de potassium, solution c(KCl) = 1 mol/I.
5.2.3 Substrat azoté, à une concentration d’azote d’environ 100 mg/kg de sol.
Par exemple:
— de la farine de luzerne, avec un rapport de C sur N en masse d’environ 16 pour 1;
— de la corne broyée, avec un rapport de C sur N en masse d’environ 16 pour 1;
— toute autre source organique azotée appropriée finement broyée.
Il est également possible de mesurer la minéralisation de l’azote à partir de la matière organique du sol. Dans
ce cas, le sol n’est pas amendé à l’aide d’une source d’azote organique.
Pour les essais où seule la nitrification présente de l’intérêt, l’ammonium [par exemple (NH ) SO ] est une
4 2 4
source d’azote appropriée.
5.3 Substance d’essai
Une substance d’essai n’est nécessaire que lorsque la recherche a pour but de déterminer si la substance peut
avoir un effet sur la minéralisation de l’azote. Les substances d’essai doivent être les substances les plus pures
disponibles dans le commerce. Dans de nombreux cas, il peut être approprié d’expérimenter des produits
chimiques ou des mélanges de qualité technique ou commerciale.
NOTE En cas de mélange de supports ou d’ingrédients de formulation avec la substance d’essai, il convient de
prendre en compte leur effet sur la minéralisation de l’azote (le cas échéant).
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ISO 14238:2012(F)
Dans les expériences normalisées utilisant des substances d’essai connues, les données suivantes (le cas
échéant) doivent être indiquées:
— le nom (IUPAC);
— la structure;
— le numéro CAS (Chemical Abstracts Service);
— la masse moléculaire relative;
— la pureté;
— la stabilité dans l’eau;
— la solubilité dans les solvants organiques;
— la pression de vapeur;
— le coefficient de partage octanol/eau (P );
OE
— la constante de dissociation des acides (pK );
a
— le coefficient d’adsorption (K ).
oc
6 Appareillage
Matériel courant de laboratoire et, en particulier, ce qui suit.
6.1 Agitateur mécanique.
6.2 Centrifugeuse ou papier filtre (exempt de nitrates et d’ammonium).
6.3 Instruments pour le mesurage des concentrations d’ammonium, de nitrates et de nitrites dans les
extraits de sol.
7 Modes opératoires
7.1 Options expérimentales
7.1.1 Essai de minéralisation de base
Pour comparer des capacités de minéralisation de l’azote dans différents sols ou la minéralisation de l’azote
dans un sol collecté à différentes périodes de l’année, s’assurer que la conception de l’expérience et les
analyses effectuées sont compatibles avec les objectifs de l’expérience.
7.1.2 Essais de toxicité
Afin de déterminer l’effet des produits chimiques sur la minéralisation de l’azote, traiter un seul sol
microbiologiquement actif avec au moins cinq concentrations de la substance d’essai. Pour plus de commodité,
limiter les analyses au mesurage des quantités de nitrates formés dans des échantillons traités et des
échantillons témoins après 0 jour et 28 jours d’incubation. Les relations dose-réponse peuvent être établies
en utilisant cette conception d’essai simple. Dans certains cas, lorsque par exemple les concentrations du
sol sont connues ou prévisibles par un tri grossier (par exemple avec les pesticides), les informations dose-
réponse peuvent être inutiles, un échantillon non traité et
...
Questions, Comments and Discussion
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