ISO 23611-6:2012
(Main)Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 6: Guidance for the design of sampling programmes with soil invertebrates
Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 6: Guidance for the design of sampling programmes with soil invertebrates
This part of ISO 23611 provides guidance for the design of field studies with soil invertebrates (e.g. for the monitoring of the quality of a soil as a habitat for organisms). Detailed information on the sampling of the most important soil organisms is provided in the other parts of this International Standard (ISO 23611-1 to ISO 23611-5). This part of ISO 23611 is used for all terrestrial biotopes in which soil invertebrates occur. Basic information on the design of field studies in general is already laid down in ISO 10381-1. This information can vary according to the national requirements or the climatic/regional conditions of the site to be sampled. NOTE While this part of ISO 23611 aims to be applicable globally for all terrestrial sites that are inhabited by soil invertebrates, the existing information refers mostly to temperate regions. However, the (few) studies from other (tropical and boreal) regions, as well as theoretical considerations, allow the conclusion that the principles laid down in this part of ISO 23611 are generally valid, References [4], [6], [40], [21]. This part of ISO 23611 gives information on site-specific risk assessment of contaminated land, study of potential side effects of anthropogenic impacts (e.g. the application of chemicals or the building of roads), the biological classification and assessment of soils in order to determine the biological quality of soils, and longterm biogeographical monitoring in the context of nature protection or restoration, including global change (e.g. as in long-term ecological research projects).
Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 6: Lignes directrices pour la conception de programmes d'échantillonnage des invertébrés du sol
La présente partie de l'ISO 23611 spécifie les lignes directrices pour la conception de programmes d'échantillonnage des invertébrés du sol sur le terrain (par exemple la surveillance de la qualité d'un sol comme habitat pour les organismes). Des informations détaillées sur l'échantillonnage des organismes les plus importants vivant dans le sol sont fournies dans les autres parties de la présente Norme internationale (ISO 23611-1 à ISO 23611-5). La présente partie de l'ISO 23611 est utilisée pour tous les biotopes terrestres dans lesquels se trouvent les invertébrés du sol. Des informations fondamentales sur la conception des études sur le terrain en général sont déjà fournies dans l'ISO 10381-1. Ces informations peuvent varier selon les exigences nationales ou les conditions régionales/climatiques du site à prélever. NOTE Bien que la présente partie de l'ISO 23611 s'applique globalement à tous les sites terrestres habités par les invertébrés du sol, les informations existantes se réfèrent principalement aux régions tempérées. Cependant, les (quelques) études émanant d'autres régions (tropicales et boréales) ainsi que des considérations théoriques permettent de conclure que les principes établis dans la présente partie de l'ISO 23611 sont généralement valables (Références [4], [6], [40], [21]). La présente partie de l'ISO 23611 fournit des informations sur l'évaluation des risques spécifiques à un site contaminé, l'étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques (par exemple l'utilisation de produits chimiques ou la construction de routes), la classification et l'évaluation biologiques des sols en vue de déterminer leur qualité biologique, la surveillance biogéographique à long terme dans le cadre de la protection ou restauration de la nature, y compris le changement climatique à l'échelle mondiale (par exemple comme dans les projets de recherche écologique à long terme).
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23611-6
First edition
2012-09-15
Soil quality — Sampling of soil
invertebrates —
Part 6:
Guidance for the design of sampling
programmes with soil invertebrates
Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol —
Partie 6: Lignes directrices pour la conception de programmes
d’échantillonnage des invertébrés du sol
Reference number
©
ISO 2012
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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
3.1 Soil biology . 2
3.2 Soil protection . 3
3.3 Methods . 4
4 Principle . 4
4.1 General . 4
4.2 Question to be answered when planning a field study . 5
5 Objectives of sampling . 6
5.1 General . 6
5.2 General remarks . 6
5.3 Pre-conditions . 7
5.4 The performance of the site-specific assessment of contaminated land . 7
5.5 The study of potential side effects of anthropogenic impacts . 7
5.6 The biological classification and assessment of soils in order to determine the biological
quality of soils . 7
5.7 Biogeographical monitoring in nature protection or restauration . 8
6 Samples and sampling points . 8
6.1 General . 8
6.2 Sampling patterns . 8
6.3 Selecting and identifying the sampling location . 9
6.4 Preparation of the sampling site . 9
6.5 Further general advice on sampling performance .10
7 Practical considerations for the biological sampling of soils .10
7.1 General .10
7.2 Formal preparations .10
7.3 Requirements on sampling personnel and safety precautions .10
7.4 Preliminary survey . 11
7.5 Main study .12
8 Design options for sampling soil invertebrates .12
8.1 Introduction .12
8.2 Description of possible sampling strategies .13
8.3 Recommendations from the European programme ENVASSO (Environmental Assessment of
Soil for Monitoring) .17
9 Sampling report .19
10 Quality control and quality assurance .20
Annex A (informative) Case studies .21
Bibliography .37
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 23611-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 190, Soil quality, Subcommittee SC 4,
Biological methods.
ISO 23611 consists of the following parts, under the general title Soil quality — Sampling of soil invertebrates:
— Part 1: Hand-sorting and formalin extraction of earthworms
— Part 2: Sampling and extraction of micro-arthopods (Collembola and Acarina)
— Part 3: Sampling and soil extraction of enchytraeids
— Part 4: Sampling extraction and identification of soil-inhabiting nematodes
— Part 5: Sampling and extraction of soil macro-invertebrates
— Part 6: Guidance for the design of sampling programmes with soil invertebrates
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Introduction
The biodiversity of soil fauna is tremendous. Soil harbours species-rich communities, which regulate ecosystem
processes such as organic matter decomposition, nutrient flows or soil fertility in general, References [40], [45].
All terrestrial animal phyla can be found in soils, Reference [16]. In addition to thousands of bacterial and fungal
“species“, more than 1 000 species of invertebrates in abundances of up to 1,5 million individuals can be found
within a square metre of soil, References [3], [5]. This diversity can only be reliably estimated by investigation
of the soil community itself, since other parameters like climate are not or only weakly correlated with species
richness, Reference [24].
The composition of this community, as well as the abundance and biomass of the individual species and
groups is a valuable source of information, since they integrate various abiotic and biotic effects such as soil
properties and conditions, climate, competition or biogeographical influences, Reference [68]. For this reason,
the evaluation of the biodiversity of soil invertebrate communities becomes more and more important for the
classification and assessment of biological soil quality, Reference [51]. However, this work is only possible
if data collection (i.e. sampling of the soil fauna) is carried out according to standardized methods. For this
reason, a number of ISO guidelines have been prepared covering the sampling of the most important soil
organism groups.
In the individual parts of ISO 23611, the practical work concerning the respective animal group is described
in detail. However, (nearly) nothing is said about how to plan the use of such methods or how to evaluate the
results. Despite the fact that sampling for any field study can be different depending on the individual purpose,
guidance is needed for monitoring studies in a legal context. Such studies can include the following:
— site-specific risk assessment of contaminated land;
— study of potential side effects of anthropogenic impacts (e.g. the application of chemicals or the
building of roads);
— the biological classification and assessment of soils in order to determine the biological quality of soils;
— long-term biogeographical monitoring in the context of nature protection or restoration, including global
change [e.g. as in the long-term ecological research project (LTER)].
Spatial studies focusing on environmental and ecological questions require a carefully designed strategy for
collecting data (References [31], [65]). Before identifying the optimal design, two issues have to be clarified:
what is the objective of the study and what is already known about the survey area? Afterwards, one may select
one of the well-known design patterns (e.g. grid sampling, random sampling, clustered sampling or random
transects) or prepare a study-specific design. In any case, the field sampling design has to be practical, e.g. the
volume of soil to be sampled, depending on the size and distribution of the organisms, has to be manageable
(i.e. the smaller the individual animal, the smaller the size), and cost effective.
In studies focusing on soil invertebrates, it is not possible to observe the entire population. Therefore, sampling
is done only at a limited number of locations. The main reason for using statistical sound sampling schemes
is that such sampling guarantees scientific objectivity and avoids forms of bias such as those caused by
judgement sampling. This is especially valuable if the objective is to obtain data that are representative for the
whole area. At the same time, statistics-based sampling schemes ensure standardized sampling methods over
time, i.e., if the same area is to be re-sampled in the future, the results will be comparable.
The rational for this guidance s on the design of field sampling methods for soil invertebrates takes into
consideration the guidance provided in ISO 10381-1 describing soil sampling in general.
The design of microbiological studies is already covered by ISO 10381-6, ISO 14240-1 and ISO 14240-2.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 23611-6:2012(E)
Soil quality — Sampling of soil invertebrates —
Part 6:
Guidance for the design of sampling programmes with soil
invertebrates
1 Scope
This part of ISO 23611 provides guidance for the design of field studies with soil invertebrates (e.g. for the
monitoring of the quality of a soil as a habitat for organisms). Detailed information on the sampling of the
most important soil organisms is provided in the other parts of this International Standard (ISO 23611-1 to
ISO 23611-5).
This part of ISO 23611 is used for all terrestrial biotopes in which soil invertebrates occur. Basic information on
the design of field studies in general is already laid down in ISO 10381-1. This information can vary according
to the national requirements or the climatic/regional conditions of the site to be sampled.
NOTE While this part of ISO 23611 aims to be applicable globally for all terrestrial sites that are inhabited by soil
invertebrates, the existing information refers mostly to temperate regions. However, the (few) studies from other (tropical
and boreal) regions, as well as theoretical considerations, allow the conclusion that the principles laid down in this part of
ISO 23611 are generally valid, References [4], [6], [40], [21].
This part of ISO 23611 gives information on site-specific risk assessment of contaminated land, study of
potential side effects of anthropogenic impacts (e.g. the application of chemicals or the building of roads), the
biological classification and assessment of soils in order to determine the biological quality of soils, and long-
term biogeographical monitoring in the context of nature protection or restoration, including global change (e.g.
as in long-term ecological research projects).
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 10381-1:2002, Soil quality — Sampling — Part 1: Guidance on the design of sampling programmes
ISO 10381-2, Soil quality — Sampling — Part 2: Guidance on sampling techniques
ISO 10381-3, Soil quality — Sampling — Part 3: Guidance on safety
ISO 10381-4, Soil quality — Sampling — Part 4: Guidance on the procedure for investigation of natural, near-
natural and cultivated sites
ISO 10381-5, Soil quality — Sampling — Part 5: Guidance on the procedure for the investigation of urban and
industrial sites with regard to soil contamination
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 11074, Soil quality — Vocabulary
ISO 11260, Soil quality — Determination of effective cation exchange capacity and base saturation level using
barium chloride solution
ISO 11272, Soil quality — Determination of dry bulk density
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 11461, Soil quality — Determination of soil water content as a volume fraction using coring sleeves —
Gravimetric method
ISO 11465, Soil quality — Determination of dry matter and water content on a mass basis — Gravimetric method
ISO 11466, Soil quality — Extraction of trace elements soluble in aqua regia
ISO 13878, Soil quality — Determination of total nitrogen content by dry combustion (“elemental analysis“)
ISO 14869-1, Soil quality — Dissolution for the determination of total element content — Part 1: Dissolution
with hydrofluoric and perchloric acids
ISO 15709, Soil quality — Soil water and the unsaturated zone — Definitions, symbols and theory
ISO 15799, Soil quality — Guidance on the ecotoxicological characterization of soils and soil materials
ISO 17616, Soil quality — Guidance on the choice and evaluation of bioassays for ecotoxicological
characterization of soils and soil materials
ISO 23611-1:2006, Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 1: Hand-sorting and formalin extraction
of earthworms
ISO 23611-2, Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 2: Sampling and extraction of micro-
arthropods (Collembola and Acarina)
ISO 23611-3, Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 3: Sampling and soil extraction of enchytraeids
ISO 23611-4, Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 4: Sampling, extraction and identification of
free-living stages of nematodes
ISO 23611-5, Soil quality — Sampling of soil invertebrates — Part 5: Sampling and extraction of soil macro-
invertebrates
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 11074 and the following apply.
3.1 Soil biology
3.1.1
biodiversity
variability among living organisms on the earth, including the variability within and between species, and within
and between ecosystems
NOTE Also often used as the number and variety of organisms found within a specified geographic region.
3.1.2
community
association of organisms, belonging to different species, families, etc. living at the same time at the same
place, i.e. the living portion of an ecosystem
See Reference [42].
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3.1.3
invertebrate
term embracing all organisms except the chordates and microflora
NOTE This is not a taxonomic term.
3.1.4
microfauna, mesofauna and macrofauna
way of classifying the soil fauna according to the size (length, diameter) of the individual animals
See Reference [66].
EXAMPLE Important examples of the microfauna are protozoans and nematodes, for the mesofauna collembolans,
mites and enchytraeids, and for the macrofauna earthworms and snails.
3.1.5
taxocoenosis
total number of species belonging to the same higher taxonomic unit (e.g. family, order) within a community
3.2 Soil protection
3.2.1
soil quality
capacity of a specific kind of soil to function, within natural or managed ecosystem boundaries, to sustain plant
and animal productivity, maintain or enhance water and air quality, and support human health and habitation
See References [16], [30].
NOTE In more recent definitions, the natural functions of soil are specifically listed: soil as a habitat for organisms, as
part of natural systems (in particular nutrient cycles) and for decomposition, retention and filtration, Reference [6].
3.2.2
habitat
sum of the environment of a particular species or community (e.g. in terms of soil properties, land use, climate)
3.2.3
habitat function
ability of soils/soil materials to serve as a habitat for microorganisms, plants, and soil-living animals, and
support their interactions (community or biocenosis)
3.2.4
contamination
substance(s) or agent(s) present in the soil as a result of human activity
NOTE There is no assumption in this definition that harm results from the presence of the contaminant.
3.2.5
pollutant
substances which, due to their properties, amount or concentration, cause impacts on soil functions or soil use
3.2.6
reference soil
uncontaminated soil with comparable pedological properties to the soil being studied except that it is free of
contamination
3.3 Methods
3.3.1
Geographical Information Systems
GIS
in the strictest sense, a computer system capable of assembling, storing, manipulating, and displaying
geographically referenced information, i.e. data identified according to their locations
NOTE Practitioners also regard the total GIS as including operating personnel and the data that go into the system
(US. Geological Survey, 2006).
3.3.2
site-specific assessment
evaluation of the quality of a specific-site by using chemical, biological or other methods
3.3.3
environmental risk assessment
process of identifying and quantifying risk (probability that an effect occurs) to non-human organisms and
determining the acceptability of these risks
3.3.4
soil function
property of (specific) soils, often used in legal documents
NOTE Usually natural soil functions (e.g. the soil as a habitat for organisms) and anthropogenic soil functions (e.g.
soil as a substrate for crop production) are distinguished.
3.3.5
soil organism function
activity provided by individual species or, more often, by interaction of several species or the whole soil
community, e.g. nitrogen fixation or organic-matter breakdown
4 Principle
4.1 General
The design of field studies for the investigation of soil invertebrates differs significantly depending on the
respective aim. However, in all cases, it is necessary to take samples since the site and biological populations
to be studied are usually too large to be studied in total. In addition, most soil invertebrates live hidden within the
soil and/or are too small to be studied directly. The samples collected should be as representative as possible of
the site to be characterized but destruction should be kept at a minimum. In addition, the occurrence of material
not naturally belonging to the study site (e.g. waste or chemicals) can cause problems when taking samples in
multiphase systems such as soils, which contains water, gases, mineral solids and biological material.
The study design (e.g. the position and density of sampling points, time of sampling, and the sampling method)
depends mainly on the objectives of the study and on the amount and quality of information already available
from the study site (e.g. historical data, personal experience). The design also depends on whether information
is needed as an average value (sampling for the spatial mean, e.g. the average number of nematodes) or as
a spatial distribution (e.g. sampling for a map showing nematode abundances in relation to soil properties).
In addition, the sheer size and the heterogeneity of soil properties, as well as those of the organisms to be
sampled shall be taken into consideration. In any case, a list of measurement end points should be compiled
for the respective organism group(s) and the main limitations of the sampling method(s) shall also be known.
The latter refers mainly to the high natural variability of invertebrate data. The normal statistical tests used by
those who take composite samples (microflora, soil properties) or many samples (soil properties) which can be
processed more or less automatically, cannot be applied here.
Some consideration should also be given to the degree of detail and precision that is required and also the
manner in which the results are to be expressed (e.g. maximum and minimum values in a table, graphical
presentations or maps). Appropriate statistical methods for the evaluation of area-related data (including the
use of GIS methods) shall be identified as well. It can often be necessary to carry out an exploratory sampling
4 © ISO 2012 – All rights reserved
programme before the final study design can be defined in detail. The main points on which decisions shall be
made are listed in 4.2, reflecting the logical order of how to proceed a study.
NOTE This clause was written in close consideration with ISO 10381-1.
4.2 Question to be answered when planning a field study
The objective of a study can be established by the following questions:
— Why is such a study going to be performed?
— What information is necessary to answer the questions asked and how can this information be clearly presented?
— Which approach is used for the interpretation of the results?
— How can the study outcome be tailored to the needs of the study sponsor (or stakeholder)?
The preliminary information can be defined by the following questions:
— What is already known about present and historical (especially land-use, management) site and soil
characteristics?
— What information is missing? Can it be made available?
— Who is to be contacted for certain (e.g. historical) sources?
— Are there any legal problems such as entering the sites?
— Shall other than biological parameters be measured at the same site and time, i.e. are (negative) interactions
of the various sampling programmes to be expected?
— Has the site been visited already?
The strategy of a study can be developed by the following questions:
— How are the delineations in time and space of the area(s) to be investigated determined?
— Which organism groups and measurement end points are appropriate to reach the study objective?
— Which sampling patterns, sampling points, sampling times, depths of sampling should be used?
— Can methods specified in International Standards be employed for all activities?
The decision on sampling and analysis can be made by answering the following questions:
— Can the sampling be done according to the respective International Standard or is there any deviation?
— How is the communication with the personnel responsible for sample presentation and analysis coordinated?
— Which statistical evaluation methods are being employed?
— Does sampling correspond to later data analyses?
— Is it possible to address the right taxonomic level when studying the biological material?
— How is the documentation organized?
The following questions on safety should be answered:
— Are all necessary safety precautions at that site considered?
— Is information concerning landowners, local authorities etc. secured?
— Are the requirements of ISO 10381-3, covering guidance on safety in sampling programmes, as well as
those safety issues listed in other parts of this International Standard (ISO 23611-1 to ISO 23611-5 fulfilled?
The following questions on the sampling report should be answered:
— Is there any deviation from the basic content of a study report as specified in this part of ISO 23611?
— Is additional information required?
— How is it ensured that any later deviation from this part of ISO 23611 or the study plan is documented
and distributed?
Answers to these questions are given in Clauses 5 to 8.
5 Objectives of sampling
5.1 General
Biological soil investigations address a number of different questions related to the status of invertebrates
living in or on the soil (including many different species belonging to different trophic, taxonomic, physiological
or functional groups and size classes), often after or under some kind of anthropogenic impact. In the case of
ecotoxicological questions, usually laboratory tests are used to study the effects of the impact (e.g. chemicals
added to the soil) on invertebrates and thus on the soil quality in general. Such methods are presented in
ISO 15799, while the assessment of the test results is given in ISO 17616. Further guidance on sampling,
collection, handling and preparation of contaminated soil for biological (i.e. ecotoxicological) testing has currently
been prepared by Reference [21]. This is particularly important for the identification and characterization of
field reference soils which are necessary for the determination of biological reference values. Examples are
provided in Annex A (case studies).
5.2 General remarks
As stated in the Introduction, the principal objectives of sampling soil invertebrates can be distinguished as follows:
— the performance of the site-specific characterization and assessment of contaminated land;
— the study of potential side effects of anthropogenic impacts (e.g. the application of chemicals or the
building of roads);
— the biological classification and assessment of soils in order to determine the biological quality of soils;
— long-term biogeographical monitoring in the context of nature protection or restoration, including global
change (e.g. as in the long-term ecological research project (LTER)).
To a different degree, all four objectives include the determination of biological reference (or base-line) values,
meaning that it shall be clarified which community of soil organisms occurs in a specific soil assuming that
there is no anthropogenic impact. Since this precondition is, in many if not all soils, not fulfilled any more, such
a “normal” state shall be defined, e.g. by sampling of reference soils. These soils have been selected based on
criteria like being representative for certain regions or land-use forms or lack of contamination, Reference [14].
The use of the soil and site are of varying importance depending on the primary objective of an investigation.
The results obtained from sampling can indicate a need for further investigation, e.g. detected contamination
can indicate a need for identification and assessment of potential hazards and risks. However, assessment of
such hazards or risks is not covered by this part of ISO 23611. In addition, capture-recapture methods – while
often used in ecology for terrestrial above-ground invertebrates (e.g. spiders, Reference [26]) are rarely used
in general monitoring schemes and thus will not be covered in this part of ISO 23611.
Often soil invertebrates are a part of an entire monitoring effort that includes other biological (mainly microbial),
as well as pedological, climatic and possibly also agricultural parameters. If such monitoring programmes are
performed at regular intervals, permanent sampling sites shall be set up. In such a case, additional efforts are
mandatory in order to secure an effective exchange of information. Sampling is usually carried out within the
main rooting zone (rarely at greater depths since most soil invertebrates live within the uppermost 30 cm of the
soil). Soil horizons or layers may or may not be separately sampled (samples shall be labelled accordingly).
6 © ISO 2012 – All rights reserved
To adequately support legal or regulatory action, particular attention should be paid to all aspects of quality
assurance. The guidance given in ISO 10381-5 is particularly relevant. After clarifying the most important pre-
conditions, the four groups of main objectives as given above are briefly presented in the following subclauses.
However, it should be kept in mind that, in reality, one specific study can fit into more than one of these groups.
5.3 Pre-conditions
Before designing a field study with soil invertebrates, it is highly recommended to characterize the respective
area pedologically, Reference [43]. Depending on the principal objectives, it is usually necessary to determine
for the body of soil or part thereof
— the nature, concentrations and distribution of naturally occurring substances,
— the nature, concentrations and distribution of contaminants,
— the physical and chemical properties and variations,
— the anthropogenic impact at that site, in particular the land use (including vegetation cover).
It is often necessary to take into account changes in the above-mentioned variables with time and space
(vertically, horizontally), caused by either natural (e.g. climatic) or anthropogenic activities.
In addition, pH, particle size distribution, C/N ratio, organic matter and organic carbon content, total nitrogen,
cation exchange capacity and water holding capacity of the soil should be measured in accordance with
ISO 10390, ISO 10694, ISO 11260, ISO 11272, ISO 11274, ISO 11277, ISO 13878, ISO 11461, ISO 11465,
ISO 15709, ISO 17616.
5.4 The performance of the site-specific assessment of contaminated land
When land is contaminated with chemicals and other substances that are potentially acting as pollutants to the
environment, it can be necessary to carry out an investigation as a part of a hazard and/or risk assessment.
This includes to determine the nature and extent of contamination, to identify hazards associated with the
contamination, to identify potential targets and routes of exposure, and to evaluate the environmental risks
relating to the current and future use of the site and neighbouring land. A sampling programme for risk
assessment can also comply with legal or regulatory requirements and careful attention to sample integrity is
recommended. An extensive overview of the benefits and limitations of biological parameters as a component
of contaminated land assessment is given in Reference [21].
5.5 The study of potential side effects of anthropogenic impacts
Sampling can be required following an anthropogenic effect such as the input of undesirable material (mainly
chemicals) which can be from a point source or from a diffuse source. Another example can be the building of
roads. The study design needs again to be developed on a site-specific basis. Sampling can also be required
to establish base-line conditions prior to an activity, which might affect the composition or quality of soil.
NOTE Such base-line sampling can also be performed as part of a biological soil classification and assessment (see 5.4).
5.6 The biological classification and assessment of soils in order to determine the biologi-
cal quality of soils
This is typically carried out at (irregular) time intervals to determine the biological quality of a soil for a particular
purpose (e.g. as part of a large-scale screening programme or in the context of a local planning activity). While
it has rarely been done so far in terrestrial habitats (except with plants), the information gained here can be
used for the preparation of biological soil maps, Reference [8].
NOTE The study of the biological soil quality can also be used for the determination of “base-line conditions” in the
context of the assessment of anthropogenic impacts (see 5.3) or of long-term changes such as global warming (5.7).
5.7 Biogeographical monitoring in nature protection or restauration
Finally, the information gained in sampling programmes extends the knowledge on the biogeography of soil
organisms, which is necessary in the context of nature protection and conservation, in particular concerning
long-term changes like global warming. So far, only few soil invertebrates (mainly beetles or other insects
which in their larval stage live in the soil) have been put on the Red List of endangered species. Also there is
little proof that such species have been eradicated in modern times. However, in both cases, this fact is mainly
caused by the poor level of knowledge on these species; many species can have died out without notice.
Sampling programmes can also determine whether soil-biological assemblages (site-specifically) expected
in a region become established during nature restoration or after remediation measures (control of success).
6 Samples and sampling points
6.1 General
The selection, location and preparation of the sampling points depend on the objectives of the investigation,
the preliminary information available and the on-site conditions. Soil properties, the occurrence of organisms
and contamination vary continuously in space; the values at locations close together are more similar than
those farther apart and this spatial dependence can be described by the use of geostatistics, Reference
[43]. Geostatistics are used in the development of sampling strategies and are also used to analyse the data
generated from the soil sampled, Reference [41]. In this clause which closely follows the terminology used in
ISO 10381-1:2002, Annex C, several (standard) options and issues to be considered are given.
6.2 Sampling patterns
Sampling patterns are based on the estimation of the distribution of the soil invertebrates in the area to be
sampled. Several distribution patterns can be distinguished (of course with intermediate types):
— no specific distribution (i.e. random),
— homogenous distribution (probably very rare),
— clumped distribution,
— distribution varying according to an underlying gradient (linear or concentric).
Sampling design should be adjusted to the (theoretically expected) distribution pattern or observable local conditions
which make some patterns more probable. If the area to be sampled shows differences in important properties,
such as land use, soil conditions, geomorphology, vegetation patterns, the site should be subdivided according
to these differences and separate samples should be taken from “homogenous” sub-areas (stratified sampling).
In agricultural or forestry sampling, a small number of convenient sampling patterns are established in order
to obtain information from larger areas. Examples of such patterns are briefly described in the following (for
details see ISO 10381-4):
— Systematic patterns (irregular sampling):
— Assuming a relatively homogenous distribution, such sampling can be performed using patterns
resembling an “N”, “S”, “W” or “X”. In particular the diagonal sampling in form of an “X” is popular, but
one shall be aware that a serious bias towards the central area is obvious in this case. Traversing the
area in a “zig-zag pattern” is another way of applying a non-systematic pattern.
8 © ISO 2012 – All rights reserved
— For the purpose of permanently monitored areas, the diagonal X pattern was modified in a way that
2 2
an area of about 1 000 m is divided into four squares of 250 m each. In each of these four squares,
18 samples are taken following an X pattern. By rotating the X, the area can be sampled eight times.
— Circular grids:
— This rarely used pattern is performed when studying the influence of a regional emitting source (e.g.
precipitation from industrial plants). Sampling is carried out at the section of concentric circles and the
lines of the eight main points of the compass.
— Systematic sampling (regular grids):
— Samples are taken in the centre of a number of squares covering the entire area of interest (sampling is
also possible at the intersection of grid lines). Grid dimensions depend on how much detail is required.
— Random sampling:
— Selection of sampling points by using a suitable randomization programme is easy, but has the
disadvantage of irregular coverage and makes interpolation between sampling points difficult. In
order to minimize this problem, sometimes a stratified randomized sampling is performed. Hereby, the
entire area is divided into a number of grid cells and a given number of randomly distributed sampling
points are chosen in each square. Finally, an unaligned random sampling on a regular grid, meaning
that only one of the two coordinates of each sampling point in the regular grid is chosen at random.
— Systematic sampling on a non-rectangular grid:
— In the case of an equilateral triangular grid, each grid point is neighboured by three grid points at a
unique distance.
6.3 Selecting and identifying the sampling location
The selection of sampling locations depends upon the study objectives, preliminary information, and on-site
conditions, Reference [43]. Examples of on-site conditions that need to be considered when designing a
sampling strategy include local topography, climatic conditions, vegetation cover (especially trees), soil type
and/or soil physicochemical characteristics and, if appropriate, the location of a contaminant source (point or
non-point) or the direction of contamination, Reference [21].
Identification of sampling points is not always necessary. However, where samples are taken at pre-defined
points, their accurate location and identification is important for three reasons:
— to enable actual sampling locations to be revisited if necessary (note that invertebrate sampling is usually
destructive; i.e. exact repetition is not possible);
— to avoid sample disturbance when taking further samples;
— to enable accurate plotting of data in relation to site features (e.g. soil properties or the concentration of
contaminants);
— to prepare maps or for modelling studies.
Both sketch maps and photographs (including a scale and a direction marker) should be prepared in the
field. Sampling locations should be determined with an appropriate degree of accuracy. The use of GPS
(Global Positioning System) is highly recommended. The location of sampling points should be marked before
sampling begins, using poles or markers of colour sprays.
6.4 Preparation of the sampling site
Depending on the objective of the investigation, a sampling pattern is chosen at the design stage and is then
applied in the field. Afterwards, preparation of the site includes, for example: establishment of safety measures
or installation of markers for the exact sampling points. This work becomes very time consuming if it is not
possible to take a sample at the planned location due to a variety of reasons (e.g. trees, rocks, or access
difficulties). Contingency plans for dealing with such situations should be made in advance (ad hoc decisions
in the field can lead to a bias). The action taken depends on the circumstances: the point may be ignored, or
a nearby substitute location (e.g. within 10 % of grid spacing away from the original location) can be chosen.
In every case where a sampling point shall be re-located, this and the reason for relocation shall be clearly
indicated in the report.
6.5 Further general advice on sampling performance
Details of the sampling performance are given in ISO 23611-1 to ISO 23611-5. However, some general advice
can be given in the following:
Mountain regions or hilly areas with pronounced slopes require special consideration before starting sampling.
No general recommendation can be given on the depths at which samples should be taken. This depends on
the objectives of the study and the respective organism groups to be sampled. The same is true for the timing
and frequency of sampling. In addition, the sample quantity varies considerably according to the method used
(approximately 100 g to 5 kg, see Reference [21] for a general overview). In most sampling guidelines for
agricultural (including microbial) investigations, composite samples are recommended, while for the study of
soil invertebrates, single samples are usually taken. Other information relevant to conduct the sampling (e.g.
sample containers, transport and storage of sampl
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 23611-6
Première édition
2012-09-15
Qualité du sol — Prélèvement des
invertébrés du sol —
Partie 6:
Lignes directrices pour la conception
de programmes d’échantillonnage des
invertébrés du sol
Soil quality — Sampling of soil invertebrates —
Part 6: Guidance for the design of sampling programmes with soil
invertebrates
Numéro de référence
©
ISO 2012
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction . v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
3.1 Biologie du sol . 3
3.2 Protection des sols . 3
3.3 Méthodes . 4
4 Principe . 4
4.1 Généralités . 4
4.2 Questionnaire pour la planification d’une étude sur le terrain . 5
5 Objectifs de l’échantillonnage . 6
5.1 Généralités . 6
5.2 Remarques générales . 7
5.3 Conditions préalables . 7
5.4 Conduite de l’évaluation spécifique à un site de terrain contaminé . 8
5.5 Étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques . 8
5.6 Classification et évaluation biologiques des sols afin de déterminer la qualité biologique
des sols . 8
5.7 Surveillance biogéographique dans le cadre de la protection ou restauration de la nature . 8
6 Échantillons et points d’échantillonnage . 9
6.1 Généralités . 9
6.2 Modèles d’échantillonnage . 9
6.3 Sélection et identification de l’emplacement d’échantillonnage .10
6.4 Préparation du site d’échantillonnage .10
6.5 Autres conseils d’ordre général sur la réalisation de l’échantillonnage . 11
7 Considérations pratiques pour l’échantillonnage biologique des sols. 11
7.1 Généralités . 11
7.2 Préparations formelles . 11
7.3 Exigences relatives au personnel réalisant l’échantillonnage et aux mesures de sécurité .12
7.4 Enquête préliminaire .12
7.5 Étude principale .13
8 Options de méthodologie pour l’échantillonnage des invertébrés du sol .13
8.1 Introduction .13
8.2 Description des stratégies d’échantillonnage possibles .15
8.3 Recommandations du programme européen ENVASSO (Évaluation environnementale des sols
pour leur surveillance) .19
9 Rapport d’échantillonnage .22
10 Contrôle qualité et assurance qualité .23
Annexe A (informative) Études de cas .24
Bibliographie .43
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 23611-6 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 190, Qualité du sol, sous-comité SC 4,
Méthodes biologiques.
L’ISO 23611 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Qualité du sol — Prélèvement
des invertébrés du sol:
— Partie 1: Tri manuel et extraction au formol des vers de terre
— Partie 2: Prélèvement et extraction des micro-arthropodes (Collembola et Acarina)
— Partie 3: Prélèvement et extraction du sol des enchytréides
— Partie 4: Prélèvement, extraction et identification des nématodes du sol
— Partie 5: Prélèvement et extraction des macro-invertébrés du sol
— Partie 6: Lignes directrices pour la conception de programmes d’échantillonnage des invertébrés du sol
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Introduction
La biodiversité de la faune du sol est immense. Le sol abrite de riches communautés d’espèces qui régulent
certains processus écosystémiques tels que la décomposition des matières organiques, les flux de nutriments
ou la fertilité du sol en général (Références [40], [45]). Tous les phylums animaux terrestres peuvent se
retrouver dans les sols (Référence [16]). En plus des milliers d’espèces bactériennes et fongiques, plus de
1 000 espèces d’invertébrés avec des abondances d’environ 1,5 million d’individus peuvent être observées
dans un mètre carré de sol (Références [3], [5]). Cette diversité ne peut être estimée de façon fiable que par
l’investigation de la communauté du sol elle-même, puisque d’autres paramètres comme le climat ne sont pas,
ou du moins faiblement, corrélés avec la diversité des espèces (Référence [24]).
La composition de cette communauté ainsi que l’abondance et la biomasse des espèces et groupes
individuels constituent une source précieuse d’informations, dans la mesure où elles intègrent plusieurs
effets abiotiques et biotiques tels que les propriétés et les conditions du sol, le climat, la compétition ou les
influences biogéographiques (Référence [68]). C’est pourquoi l’évaluation de la biodiversité des communautés
des invertébrés du sol s’avère de plus en plus importante pour la classification et l’évaluation de la qualité
biologique du sol (Référence [51]). Cependant, ce travail n’est possible que si la collecte des données (c’est-à-
dire le prélèvement de la faune du sol) est effectuée suivant des méthodes normalisées. Pour cette raison, un
certain nombre de lignes directrices couvrant l’échantillonnage des groupes d’organismes les plus importants
du sol ont été élaborées.
Dans chaque partie de l’ISO 23611, la méthodologie concernant le groupe animal correspondant est décrite en
détail. Cependant, presque rien n’est dit sur la manière de planifier l’utilisation de ces méthodes ou la manière
d’évaluer les résultats. En dépit du fait que le prélèvement pour toute étude sur le terrain peut être différent
selon le but poursuivi, des lignes directrices sont nécessaires pour la conduite des études dans un cadre
réglementaire. De telles études peuvent comprendre:
— l’évaluation des risques spécifiques à un site contaminé;
— l’étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques (par exemple l’utilisation des
produits chimiques ou la construction de routes);
— la classification et l’évaluation biologiques des sols en vue de déterminer leur qualité biologique;
— la surveillance biogéographique à long terme dans le cadre de la protection ou restauration de la nature, y
compris le changement climatique à l’échelle mondiale [par exemple comme dans les projets de recherche
écologique à long terme (LTER)].
Les études spatiales portant sur les questions environnementales et écologiques nécessitent la définition
d’une stratégie adéquate pour la collecte des données (Références [31], [65]). Avant d’identifier le plan
d’échantillonnage optimal, deux questions doivent être clarifiées: quel est l’objectif de l’étude et quelles sont les
informations déjà disponibles sur la zone à étudier? Par la suite, on peut procéder au choix de l’un des modèles
bien connus (par exemple l’échantillonnage en grille, l’échantillonnage aléatoire, l’échantillonnage par grappes
ou transects aléatoires) ou élaborer un modèle d’étude spécifique. Dans tous les cas, le plan d’échantillonnage
sur le terrain doit être pratique, par exemple le volume du sol à prélever, suivant la taille et la distribution des
organismes, doit être réalisable (c’est-à-dire plus le groupe animal est petit; plus la taille est petite) et efficace
en termes de coût.
Dans les études portant sur les invertébrés du sol, il n’est pas possible d’observer la population toute entière.
Par conséquent, le prélèvement est effectué seulement sur un nombre limité d’emplacements. L’utilisation de
modèles d’échantillonnage statistiques est principalement justifiée par le fait qu’un tel échantillonnage garantit
l’objectivité scientifique et évite des biais dus à un échantillonnage basé sur un jugement d’expert. Cela est
particulièrement vrai si l’objectif est d’obtenir des données qui sont représentatives de la zone toute entière.
De même, les modèles d’échantillonnage statistique garantissent des méthodes de prélèvement normalisées
dans le temps, c’est-à-dire si la même zone doit ultérieurement faire l’objet d’un nouveau prélèvement, les
résultats seront comparables.
La logique des présentes lignes directrices sur la conception des méthodes d’échantillonnage sur site des
invertébrés du sol prend en compte les lignes directrices fournies dans l’ISO 10381-1 décrivant l’échantillonnage
du sol en général.
La conception des études microbiologiques est déjà couverte par l’ISO 10381-6, l’ISO 14240–1 et l’ISO 14240–2.
vi © ISO 2012 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 23611-6:2012(F)
Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol —
Partie 6:
Lignes directrices pour la conception de programmes
d’échantillonnage des invertébrés du sol
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 23611 spécifie les lignes directrices pour la conception de programmes
d’échantillonnage des invertébrés du sol sur le terrain (par exemple la surveillance de la qualité d’un sol
comme habitat pour les organismes). Des informations détaillées sur l’échantillonnage des organismes les
plus importants vivant dans le sol sont fournies dans les autres parties de la présente Norme internationale
(ISO 23611-1 à ISO 23611-5).
La présente partie de l’ISO 23611 est utilisée pour tous les biotopes terrestres dans lesquels se trouvent les
invertébrés du sol. Des informations fondamentales sur la conception des études sur le terrain en général
sont déjà fournies dans l’ISO 10381-1. Ces informations peuvent varier selon les exigences nationales ou les
conditions régionales/climatiques du site à prélever.
NOTE Bien que la présente partie de l’ISO 23611 s’applique globalement à tous les sites terrestres habités par
les invertébrés du sol, les informations existantes se réfèrent principalement aux régions tempérées. Cependant, les
(quelques) études émanant d’autres régions (tropicales et boréales) ainsi que des considérations théoriques permettent
de conclure que les principes établis dans la présente partie de l’ISO 23611 sont généralement valables (Références [4],
[6], [40], [21]).
La présente partie de l’ISO 23611 fournit des informations sur l’évaluation des risques spécifiques à un site
contaminé, l’étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques (par exemple l’utilisation
de produits chimiques ou la construction de routes), la classification et l’évaluation biologiques des sols en
vue de déterminer leur qualité biologique, la surveillance biogéographique à long terme dans le cadre de la
protection ou restauration de la nature, y compris le changement climatique à l’échelle mondiale (par exemple
comme dans les projets de recherche écologique à long terme).
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 10381-1:2002, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 1: Lignes directrices pour l’établissement des
programmes d’échantillonnage
ISO 10381-2, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 2: Lignes directrices pour les techniques
d’échantillonnage
ISO 10381-3, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 3: Lignes directrices relatives à la sécurité
ISO 10381-4, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 4: Lignes directrices pour les procédures d’investigation
des sites naturels, quasi naturels et cultivés
ISO 10381-5, Qualité du sol — Échantillonnage — Partie 5: Lignes directrices pour la procédure d’investigation
des sols pollués en sites urbains et industriels
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 11074, Qualité du sol — Vocabulaire
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 11272, Qualité du sol — Détermination de la masse volumique apparente sèche
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 11461, Qualité du sol — Détermination de la teneur en eau du sol en fraction volumique, à l’aide de
carottiers — Méthode gravimétrique
ISO 11465, Qualité du sol — Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau — Méthode
gravimétrique
ISO 11466, Qualité du sol — Extraction des éléments en traces solubles dans l’eau régale
ISO 13878, Qualité du sol — Détermination de la teneur totale en azote par combustion sèche («analyse
élémentaire»)
ISO 14869-1, Qualité du sol — Mise en solution pour la détermination des teneurs élémentaires totales —
Partie 1: Mise en solution par l’acide fluorhydrique et l’acide perchlorique
ISO 15709, Qualité du sol — Eau du sol et zone non saturée — Définitions, symboles et théorie
ISO 15799, Qualité du sol — Lignes directrices relatives à la caractérisation écotoxicologique des sols et des
matériaux du sol
ISO 17616, Qualité du sol — Lignes directrices pour l’évaluation des essais appliqués dans le domaine de la
caractérisation écotoxicologique des sols et des matériaux du sol
ISO 23611-1:2006, Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 1: Tri manuel et extraction
au formol des vers de terre
ISO 23611-2, Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 2: Prélèvement et extraction des
microarthropodes (Collembola et Acarina)
ISO 23611-3, Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 3: Prélèvement et extraction
des enchytréides
ISO 23611-4, Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 4: Prélèvement, extraction et
identification des nématodes du sol
ISO 23611-5, Qualité du sol — Prélèvement des invertébrés du sol — Partie 5: Prélèvement et extraction des
macro-invertébrés du sol
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 11074 ainsi que les
suivants s’appliquent
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3.1 Biologie du sol
3.1.1
biodiversité
variabilité parmi les organismes vivants sur la terre, y compris la variabilité au sein des, et entre les espèces,
et au sein des, et entre les écosystèmes
NOTE Aussi souvent utilisée comme la quantité et la variété des organismes rencontrés au sein d’une zone
géographique précise.
3.1.2
communauté
association d’organismes, appartenant à des espèces, familles, etc. différentes vivant au même moment au
même endroit, c’est-à-dire la portion vivante d’un écosystème
Voir Référence [42].
3.1.3
invertébré
terme englobant tous les organismes sauf les cordés et la microflore
NOTE Il ne s’agit pas d’un terme taxonomique.
3.1.4
microfaune, mésofaune et macrofaune
façon de classer la faune du sol selon la taille (longueur, diamètre) des animaux individuels
Voir Référence [66].
EXEMPLE Des exemples importants de la microfaune sont les protozoaires et les nématodes, pour la mésofaune les
collemboles, les acariens et les enchytrés et pour la macrofaune, les vers de terre et les escargots.
3.1.5
taxocénose
nombre total d’espèces appartenant à la même unité taxonomique supérieure (par exemple famille, ordre) au
sein d’une communauté
3.2 Protection des sols
3.2.1
qualité du sol
capacité d’un type spécifique de sol à fonctionner, dans les limites d’un écosystème naturel ou aménagé, pour
soutenir la productivité végétale et animale, préserver ou améliorer la qualité de l’eau et de l’air, et contribuer
à la santé et l’habitat de l’homme
Voir Références [16], [30].
NOTE Dans des définitions plus récentes, les fonctions naturelles du sol sont nommément énumérées: le sol comme
habitat pour des organismes, contribuant aux systèmes naturels (en particulier aux cycles nutritifs) et comme lieu de
décomposition, rétention et filtration (Référence [6]).
3.2.2
habitat
somme de l’environnement d’une espèce ou communauté particulière (par exemple en termes de propriétés
du sol, d’utilisation du sol, du climat)
3.2.3
fonction d’habitat
capacité des sols/matériaux du sol à servir d’habitat pour les microorganismes, plantes, animaux vivants dans
le sol et soutenir leurs interactions (communauté ou biocénose)
3.2.4
contamination
substance(s) ou agent(s) présent(s) dans le sol par suite de l’activité humaine
NOTE Il n’y a aucune hypothèse dans cette définition qu’un effet résulte de la présence du contaminant.
3.2.5
polluant
substances, qui du fait de leurs propriétés, quantité ou concentration, produisent des effets sur les fonctions
et l’utilisation des sols
3.2.6
sol de référence
sol non contaminé ayant des propriétés pédologiques comparables au sol de l’étude sauf qu’il est exempt de
contamination
3.3 Méthodes
3.3.1
systèmes d’information géographique
SIG
au sens le plus strict, système informatique capable de compiler, d’enregistrer, de manipuler et d’afficher des
informations référencées géographiquement, c’est-à-dire des données identifiées selon leurs emplacements
NOTE Les spécialistes considèrent également que la définition du SIG au sens large intègre le personnel opérationnel
et les données qui entrent dans le système (U.S. Geological Survey, 2006).
3.3.2
évaluation spécifique d’un site
évaluation de la qualité d’un site donné par l’utilisation de méthodes chimiques, biologiques ou autres
3.3.3
évaluation des risques liés à l’environnement
processus d’identification et de quantification des risques (probabilité qu’un effet se produise) pour les
organismes non-humains et de détermination de l’acceptabilité de ces risques
3.3.4
fonction du sol
propriété (spécifique) de sols, souvent utilisée dans les documents juridiques
NOTE On distingue en général les fonctions naturelles du sol (par exemple le sol comme habitat pour les organismes)
des fonctions anthropogéniques du sol (par exemple le sol comme substrat pour la production vivrière).
3.3.5
fonction des organismes du sol
activités réalisées par des espèces individuelles ou, le plus souvent, par l’interaction de plusieurs espèces
ou par la communauté du sol dans son ensemble, par exemple la fixation de l’azote ou la dégradation des
matières organiques
4 Principe
4.1 Généralités
La méthodologie des études sur le terrain pour la caractérisation des invertébrés du sol diffère significativement
en fonction de l’objectif poursuivi. Cependant, dans tous les cas, il est nécessaire de prélever des échantillons
puisque le site et les populations biologiques à étudier sont généralement trop grands pour être examinés dans
leur totalité. De plus, la plupart des invertébrés du sol vivent cachés dans le sol et/ou sont trop petits pour être
étudiés directement. Il convient que les échantillons prélevés soient aussi représentatifs que possible du site à
caractériser mais il convient de limiter les modifications à un minimum. Par ailleurs, la présence de matériaux
ne faisant pas naturellement partie du site d’étude (par exemple les déchets ou produits chimiques) peut poser
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des problèmes lors des prélèvements dans des systèmes polyphasiques, comme les sols contenant de l’eau,
des gaz, des solides minéraux et des matériels biologiques.
La méthodologie de l’étude (par exemple la position et la densité des points d’échantillonnage, le temps
d’échantillonnage et la méthode d’échantillonnage) dépend principalement des objectifs de l’étude et de la
quantité et qualité des informations déjà disponibles sur le site (par exemple données historiques, expériences
personnelles). La méthodologie varie également selon que les informations requises correspondent à une
valeur moyenne (échantillonnage pour la moyenne spatiale, par exemple le nombre moyen de nématodes)
ou à une distribution spatiale (par exemple l’échantillonnage pour une carte indiquant des abondances de
nématodes en relation avec les propriétés du sol). De plus, la taille absolue et l’hétérogénéité des propriétés
du sol ainsi que de celles des organismes à échantillonner doivent être prises en compte. Dans tous les cas, il
convient de compiler une liste des paramètres de mesure pour le ou les groupes correspondants et les limites
principales de la (des) méthode(s) d’échantillonnage doivent également être connues. Ce dernier point fait
principalement référence à la variabilité naturelle élevée des données sur les invertébrés. Les tests statistiques
normaux utilisés par ceux qui prélèvent des échantillons composites (microflore, propriétés du sol) ou un grand
nombre d’échantillons (propriétés du sol) qui peuvent être traités plus ou moins automatiquement, ne peuvent
pas être utilisés dans le cas présent.
Il convient également de prendre en compte le niveau de détail et de précision requis, ainsi que la manière dont
doivent être exprimés et présentés les résultats (par exemple valeurs minimales et maximales dans un tableau,
représentations graphiques ou cartes). En outre, des méthodes statistiques appropriées pour l’évaluation des
données liées aux zones (y compris pour l’utilisation des méthodes SIG) doivent être identifiées. Il peut souvent
être nécessaire d’exécuter un programme d’échantillonnage exploratoire avant de pouvoir définir en détail la
méthodologie définitive de l’étude. Les principaux points sur lesquels les décisions doivent être prises sont
énumérés en 4.2, reflétant l’ordre logique dans la conduite d’une étude.
NOTE Le présent article a été rédigé en prenant en considération l’ISO 10381-1.
4.2 Questionnaire pour la planification d’une étude sur le terrain
L’objectif d’une étude peut être établi en s’aidant des questions ci-après:
— Pourquoi une telle étude va-t-elle être réalisée?
— Quelles sont les informations requises pour répondre aux questions posées et comment peut-on les
présenter clairement?
— Quelle est l’approche utilisée pour l’interprétation des résultats?
— Comment les résultats de l’étude peuvent-ils correspondre aux besoins du commanditaire (ou partie
prenante) de l’étude?
Les informations préliminaires peuvent être définies par les questions suivantes:
— Quels sont les éléments déjà connus sur les caractéristiques présentes et historiques (en particulier
l’utilisation du sol, aménagement) du site et du sol?
— Quelles sont les informations qui manquent? Peuvent-elles être obtenues?
— Qui contacter à propos de certaines sources (par exemple sources historiques)?
— Existe-t-il des problèmes juridiques, par exemple en ce qui concerne l’accès au site?
— Les paramètres autres que biologiques doivent-ils être mesurés sur le même site et au même moment,
par exemple des interactions (négatives) sont-elles prévisibles entre les différents programmes
d’échantillonnage?
— Le site a-t-il déjà fait l’objet d’une visite?
La stratégie d’une étude peut être élaborée à partir des questions suivantes:
— Comment les délimitations dans le temps et dans l’espace de la (des) zone(s) à étudier sont-elles déterminées?
— Quels groupes d’organismes et paramètres à mesurer sont appropriés pour atteindre l’objectif de l’étude?
— Quels modèles d’échantillonnage, points d’échantillonnage, temps d’échantillonnage, profondeurs
d’échantillonnage convient-il d’utiliser?
— Des méthodes spécifiées dans les Normes internationales peuvent-elles être utilisées pour toutes les activités?
La décision sur l’échantillonnage et l’analyse peut être prise à partir des réponses aux questions suivantes:
— L’échantillonnage peut-il être réalisé suivant la Norme internationale correspondante ou existe-t-il
quelque écart?
— Comment est coordonnée la communication avec le personnel responsable de la présentation et de
l’analyse des échantillons?
— Quelles sont les méthodes d’évaluations statistiques effectivement employées?
— L’échantillonnage permet-il des analyses ultérieures de données?
— Est-il possible de traiter du niveau taxonomique adéquat lorsqu’on étudie le matériel biologique?
— Comment la documentation est-elle organisée?
Il convient de répondre aux questions suivantes sur la sécurité:
— Toutes les mesures nécessaires de sécurité sont-elles prises en compte sur le site?
— Les informations relatives aux propriétaires de terrain, autorités locales, etc. sont-elles sécurisées?
— Les exigences de l’ISO 10381-3, couvrant les lignes directrices de sécurité pour les programmes
d’échantillonnage, ainsi que les questions de sécurité énumérées dans d’autres parties de la présente
Norme internationale (ISO 23611-1 à ISO 23611-5) sont-elles satisfaites?
Il convient de répondre aux questions suivantes sur le rapport d’échantillonnage:
— Existe-t-il quelque écart par rapport au contenu de base d’un rapport d’étude tel que spécifié dans la
présente partie de l’ISO 23611?
— Des informations complémentaires sont-elles requises?
— Comment s’assurer que toute déviation ultérieure par rapport à la présente partie de l’ISO 23611 ou au
plan d’étude est documentée et diffusée?
Les réponses à ces questions sont données dans les Articles 5 à 8.
5 Objectifs de l’échantillonnage
5.1 Généralités
Les études biologiques du sol abordent un certain nombre de questions diverses relatives au statut des
invertébrés vivant dans ou sur le sol (y compris plusieurs espèces différentes appartenant aux différents
groupes trophiques, taxonomiques, physiologiques ou fonctionnels et différentes classes de taille), souvent
après ou au cours d’un impact anthropogénique donné. Dans le cas des problèmes d’ordre éco-toxicologique,
habituellement des essais en laboratoire sont utilisés pour étudier les effets de l’impact (par exemple les
produits chimiques ajoutés au sol) sur les invertébrés et donc sur la qualité du sol en général. De telles
méthodes sont présentées dans l’ISO 15799, et l’évaluation des résultats de l’essai est présentée dans
l’ISO ISO 17616. D’autres lignes directrices pour l’échantillonnage, la collecte, la manipulation et la préparation
des sols contaminés pour les essais biologiques (c’est-à-dire éco-toxicologiques) sont actuellement en cours
d’élaboration (Référence [21]). Cela est particulièrement important pour l’identification et la caractérisation
des sols de référence sur le terrain qui sont nécessaires pour la détermination des valeurs de référence
biologiques. Des exemples sont fournis dans l’Annexe A (études de cas).
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5.2 Remarques générales
Tel qu’il est indiqué dans l’Introduction, les principaux objectifs de l’échantillonnage des invertébrés du sol
peuvent être présentés comme suit:
— la caractérisation et l’évaluation spécifiques à un site contaminé;
— l’étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques (par exemple l’épandage des
produits chimiques ou la construction de routes);
— la classification et l’évaluation biologiques des sols en vue de déterminer leur qualité biologique;
— la surveillance biogéographique à long terme dans le cadre de la protection ou restauration de la nature, y
compris le changement climatique à l’échelle mondiale [par exemple comme dans les projets de recherche
écologique à long terme (LTER)].
Les quatre objectifs intègrent à différent degré la détermination des valeurs de référence biologiques (ligne
de base) ce qui conduit à déterminer l’abondance de la communauté des organismes du sol pour un type
de sol donné en l’absence d’impact anthropogénique. Dans la mesure où cette condition préalable n’est
plus remplie pour beaucoup si ce n’est pour tous les sols, un tel état «normal» doit être défini, par exemple
par l’échantillonnage des sols de référence. Ces sols ont été sélectionnés sur la base de critères tels que
la représentativité pour certaines régions ou les formes d’usage des terres ou l’absence de contamination
(Référence [14]).
L’usage du sol et du site est pris en compte de manière plus ou moins importante en fonction de l’objectif principal
de l’étude. Les résultats obtenus de l’échantillonnage peuvent révéler le besoin d’une étude supplémentaire,
par exemple la détection d’une contamination peut révéler le besoin d’identifier et d’évaluer les dangers et
risques potentiels. Cependant, l’évaluation de tels dangers ou risques n’est pas couverte par la présente partie
de l’ISO 23611. De plus, les méthodes de capture-recapture, alors qu’elles sont souvent utilisées en écologie
pour les invertébrés qui affleurent à la surface de la terre (par exemple les araignées, voir Référence [26]) sont
rarement utilisées dans les systèmes de surveillance globale et ne sont donc pas traitées dans la présente
partie de l’ISO 23611.
Souvent les invertébrés du sol font partie d’un effort de surveillance globale qui comporte d’autres paramètres
biologiques (principalement microbiens) ainsi que pédologiques, climatiques et éventuellement agricoles.
Lorsque ces programmes de surveillance sont réalisés à intervalles réguliers, des sites d’échantillonnage
permanents doivent être mis en place. Dans ce cas, des efforts supplémentaires sont obligatoires pour
permettre un échange effectif d’informations. L’échantillonnage est généralement effectué dans la zone
principale d’enracinement (rarement à des profondeurs plus élevées puisque la plupart des invertébrés du sol
vivent dans les 30 cm supérieurs du sol). Les horizons pédologiques ou couches du sol peuvent ou non être
échantillonnés séparément (les échantillons doivent être étiquetés en conséquence).
Pour appuyer de façon adéquate une action en justice ou une mesure réglementaire, il convient de veiller
particulièrement à tous les aspects d’assurance de la qualité. Les lignes directrices données dans l’ISO 10381-5
sont particulièrement pertinentes. Après avoir clarifié les conditions préalables les plus importantes, les quatre
groupes d’objectifs principaux tels que fournis ci-dessus sont sommairement présentés dans les paragraphes
suivants. Cependant, il convient de noter que dans la réalité une seule étude spécifique peut convenir à plus
d’un de ces groupes.
5.3 Conditions préalables
Avant de concevoir une étude sur le terrain concernant les invertébrés du sol, il est fortement recommandé de
caractériser de façon pédologique la zone en question (Référence [43]). En fonction des principaux objectifs,
il est généralement nécessaire de déterminer les éléments suivants pour tout ou partie de la quantité de sol
— la nature, les concentrations et la distribution des substances naturelles,
— la nature, les concentrations et la distribution des contaminants,
— les propriétés et variations physiques et chimiques,
— l’impact anthropogénique sur le site considéré, notamment l’usage du sol (y compris la couverture végétale).
Il est souvent nécessaire de prendre en compte les changements dans le temps et dans l’espace des variables
mentionnées ci-dessus (verticalement, horizontalement), occasionnés par les activités naturelles (par exemple
climatiques) ou anthropogéniques.
De plus, il convient de mesurer le pH, la granulométrie, le rapport carbone-azote, les matières organiques
et la teneur en carbone organique, l’azote total, la capacité d’échange cationique et la capacité de rétention
en eau du sol conformément à l’ISO 10390, l’ISO 10694, l’ISO 11260, l’ISO 11272, l’ISO 11274, l’ISO 11277,
l’ISO 13878,l ‘ISO 11461, l’ISO 11465, l’ISO 15709 et l’ISO 17616.
5.4 Conduite de l’évaluation spécifique à un site de terrain contaminé
Lorsque le sol est contaminé par des produits chimiques et autres substances potentiellement nocives pour
l’environnement, il peut être nécessaire d’effectuer une étude dans le cadre d’une évaluation des dangers et/ou
des risques afin de déterminer la nature et l’étendue de la contamination, d’identifier les dangers associés à la
contamination, les cibles potentielles et les voies d’exposition, et d’évaluer les risques environnementaux liés à
l’utilisation présente et future du site et des terrains environnants. Un programme d’échantillonnage destiné à
évaluer le risque peut également se conformer à des exigences légales ou réglementaires. Il est recommandé
de veiller à l’intégrité de l’échantillon. Un aperçu étendu des avantages et des limites des paramètres biologiques
comme un composant de l’évaluation des terres contaminées est donné dans la Référence [21].
5.5 Étude des effets secondaires potentiels des impacts anthropogéniques
Un échantillonnage peut être requis suite à une action d’origine anthropique telle que l’apport d’un matériau
indésirable (en particulier les produits chimiques) que ce soit à partir d’une source ponctuelle ou d’une source
diffuse. Un autre exemple peut être la construction des routes. La méthodologie de l’étude a de nouveau besoin
d’être élaborée sur une base propre au site. L’échantillonnage peut être également requis afin d’établir les
conditions de base avant d’entreprendre une activité susceptible d’affecter la composition ou la qualité du sol.
NOTE Cet échantillonnage de référence peut également être effectué dans le cadre d’une classification et évaluation
biologiques des sols (voir 5.4).
5.6 Classification et évaluation biologiques des sols afin de déterminer la qualité
biologique des sols
Elle est spécifiquement effectuée à intervalles de temps (irréguliers) en vue de déterminer la qualité biologique
d’un sol pour un objectif particulier (par exemple dans le cadre d’un programme d’évaluation à grande échelle
ou dans le cadre d’une activité de planification locale). Alors qu’elle a été rarement effectuée jusqu’à présent
dans les habitats terrestres (sauf avec les plantes), l’information recueillie à ce niveau peut être utilisée pour
l’élaboration des cartes biologiques du sol (Référence [8]).
NOTE L’étude de la qualité biologique du sol peut être également utilisée pour la détermination des «conditions de
base» dans le cadre de l’évaluation des impacts anthropogéniques (voir 5.3) ou des changements à long terme comme le
réchauffement de la planète (5.7).
5.7 Surveillance biogéographique dans le cadre de la protection ou restauration de la nature
En dernier lieu, les informations obtenues par les programmes d’échantillonnage élargissent la connaissance
sur la biogéographie des organismes du sol, laquelle connaissance est nécessaire dans le cadre de la
protection et de la préservation de la nature, notamment pour ce qui concerne les changements à long terme
comme le réchauffement général de la planète. Jusqu’à présent, seulement quelques invertébrés du sol (en
particulier les coléoptères et autres insectes qui au stade larvaire vivent dans le sol) ont été inscrits sur la
Liste rouge des espèces en danger de disparition. Il existe également peu de preuves que de telles espèces
ont été éradiquées à cette époque contemporaine. Cependant, dans les deux cas, ce fait est principalement
causé par le faible niveau de connaissances sur ces espèces; plusieurs espèces ont pu s’éteindre à l’insu de
l’homme. Les programmes d’échantillonnage peuvent également déterminer si les assemblages biologiques
du sol (spécifique à un site) prévus dans une région deviennent effectifs pendant la restauration du milieu ou
après les mesures de remédiation (contrôle de succès).
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6 Échantillons et points d’échantillonnage
6.1 Généralités
La sélection, l’emplacement et la préparation des points d’échantillonnage dépendent des objectifs de
l’étude, des informations préliminaires disponibles et des conditions présentes sur le site. Les propriétés du
sol; l’occurrence d’organismes et la contamination varient continuellement dans l’espace; les valeurs aux
emplacements proches les uns des autres sont plus similaires que les valeurs de ceux très distants et cette
dépendance spatiale peut être décrite à l’aide de la géostatistique (Référence [43]). La géostatistique est
utilisée pour la conception des stratégies d’échantillonnage ainsi que pour l’analyse des données générées à
partir du sol échantillonné (Référence [41]). Dans le présent article qui fait bon usage de la terminologie utilisée
dans l’ISO 10381-1:2002, Annexe C, plusieurs options et questions (standards) à examiner sont fournies.
6.2 Modèles d’échantillonnage
Les modèles d’échantillonnage reposent sur l’estimation de la distribution des invertébrés du sol dans la zone à
échantillonner. On distingue plusieurs modèles de distribution (avec des types intermédiaires, bien évidemment):
— aucune distribution spécifique (c’est-à-dire aléatoire),
— distribution homogène (probablement très rare),
— distribution en patchs,
— distribution variant selon un gradient de référence (linéaire ou concentrique).
Il convient d’adapter le plan d’échantillonnage au modèle de distribution (théoriquement attendu) ou aux
conditions locales observables qui rendent certains modèles plus probables. Si la zone à échantillonner
présente des différences au niveau des propriétés importantes telles que l’usage du sol, les conditions du
sol, la géomorphologie, les formes de végétation, il convient de subdiviser le site suivant ces différences et de
prélever des échantillons séparés dans des sous-régions «homogènes» (échantillonnage stratifié).
Pour ce qui concerne l’échantillonnage agricole ou forestier, il existe quelques modèles d’échantillonnage très
pratiques qui ont été mis au point afin d’obtenir des informations sur des zones plus étendues. Des modèles
possibles sont sommairement présentés dans la suite (
...
Questions, Comments and Discussion
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