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

Status
Published
Publication Date
18-Sep-2012
Current Stage
9020 - International Standard under periodical review
Start Date
15-Jul-2017
Completion Date
15-Oct-2022
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ISO 23611-6:2012 - Soil quality -- Sampling of soil invertebrates
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ISO 23611-6:2012 - Qualité du sol -- Prélevement des invertébrés du sol
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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 23611-6:2012(E)
ISO 2012
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ISO 23611-6:2012(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2012

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member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 23611-6:2012(E)
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

© ISO 2012 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 23611-6:2012(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 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
iv © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 23611-6:2012(E)
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.

© ISO 2012 – All rights reserved v
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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 2012 – All rights reserved 1
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ISO 23611-6:2012(E)

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].
2 © ISO 2012 – All rights reserved
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ISO 23611-6:2012(E)
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
© ISO 2012 – All rights reserved 3
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ISO 23611-6:2012(E)
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
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ISO 23611-6:2012(E)

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?

© ISO 2012 – All rights reserved 5
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ISO 23611-6:2012(E)
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 e
...

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 23611-6:2012(F)
ISO 2012
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 23611-6:2012(F)
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ISO 23611-6:2012(F)
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

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ISO 23611-6:2012(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 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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ISO 23611-6:2012(F)
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.
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ISO 23611-6:2012(F)

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.

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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
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ISO 23611-6:2012(F)
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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ISO 23611-6:2012(F)
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)
© ISO 2012 – Tous droits réservés 3
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ISO 23611-6:2012(F)
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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ISO 23611-6:2012(F)

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
...

Questions, Comments and Discussion

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