Méthode d’essai biologique servant à mesurer la survie de collemboles exposés à des contaminants dans le sol : annexe G

Annexe G

Sols témoins négatifs artificiels et naturels utilisés pour la mise au point de la méthode et l’établissement des critères de validité des essais

Dans tout essai de toxicité d’un sol, les traitements expérimentaux doivent comprendre un sol témoin négatif. Ce sol doit être essentiellement exempt de tout contaminant susceptible de nuire à la performance des organismes expérimentaux pendant l’essai (v. 3.3). Avant de proposer la méthode d’essai décrite dans le présent document comme méthode normalisée recommandée par Environnement Canada, il a fallu commencer par évaluer la performance d’organismes expérimentaux dans différents types de sols témoins négatifs représentatifs d’un éventail de sols non contaminésdu Canada. Cinq types de sol témoin négatif ont été employés pour mettre au point la première édition de la méthode d’essai biologique décrite ici et pour évaluer ensuite sa robustesse à l’aide d’échantillons de sol dont les caractéristiques physicochimiques étaient très variables. On s’est également servi de ces sols pour établir, d’après la performance des organismes dans le sol témoin, des critères raisonnables de validité des essais. Les sols incluaient un sol artificiel (v. 3.3.2) et quatre sols naturels (v. 3.3.1) (AquaTerra, 1998; Stephenson et coll., 1999a, 1999b, 2000a; AquaTerra et ESG, 2000; ESG, 2000, 2001, 2002; ESG et AquaTerra, 2002, 2003; Becker-van Slooten et coll., 2003, 2005; Stämpfli et coll., 2005; EC, 2007a). Le sol artificiel a été préparé en laboratoire à partir d’ingrédients naturels. Les quatre sols naturels comprenaient deux sols agricoles du sud de l’Ontario, un sol de prairie de l’Alberta et un sol forestier du nord de l’Ontario. Les caractéristiques physicochimiques de ces cinq sols sont résumées au tableau G-1 de la présente annexe.

Le sol artificiel employé dans la série d’études sur la performance des organismes expérimentaux en regard de divers types de sol était le même que celui recommandé dans la présente méthode (v. 3.3.2). Il était composé de tourbe Sphagnum sp. (10 %), de kaolin (20 %), de sable siliceux (70 %) et de CaCO₃ (10-30 g par kilogramme de tourbe). Pour préparer le sol, on a combiné soigneusement les ingrédients secs, ajouté graduellement de l’eau désionisée et mélangé de nouveau le tout jusqu’à obtention d’un sol de couleur, de texture et de teneur en humidité visiblement uniformes. Ce sol artificiel est très semblable à celui décrit dans ISO (1999) et dans OCDE (2005).

Les quatre sols naturels employés comme sols témoins négatifs pour la mise au point de la première édition de la présente méthode d’essai biologique et l’établissement des critères de validité de l’essai pour F. candida, O. folsomi et F. fimetaria(v. 4.4) ne représentaient pas tous les types de sol canadiens. Cependant, en plus de posséder des caractéristiques physicochimiques très variables, ils comprenaient des sols agricoles de diverses textures et un sol forestier (v. tableau G-1). Ils provenaient de régions qui n’avaient pas fait l’objet d’un épandage direct de pesticides au cours des dernières années. Ils ont été prélevés avec une pelle ou avec une rétrocaveuse, selon l’emplacement et la quantité de sol prélevée. La profondeur d’échantillonnage dépendait de la nature du sol et du site lui-même.

L’échantillon de loam argileux, un chernozem noir orthique Delacour, a été prélevé en mai 1995 dans une réserve de route non aménagée à l’est de Calgary (AB). Le sol recueilli sous la couche superficielle a été séché jusqu’à obtention d’une teneur en humidité de 10-20 %, tamisé (mailles de 4 ou 9 mm), déposé dans des seaux en plastique de 20 L et expédié à l’Université de Guelph [Guelph (ON)] où il a été entreposé au froid (4 °C) jusqu’à son utilisation. Il a été établi que le sol était virtuellement exempt de contaminants (Komex International, 1995).

Les caractéristiques physicochimiques du sol montrent qu’il s’agit d’un loam argileux de texture moyenne à fine, possédant une TMO et une CRE relativement élevées par comparaison avec les autres sols non contaminés utilisés pour la mise au point de la méthode d’essai et l’établissement des critères de validité de l’essai (v. tableau G-1).

Un gros échantillon (~3000 L) de loam sableux a été prélevé en juin 1999 sur le terrain des fermes Beauchamp à Eramosa (ON), sur un site qui a été cultivé régulièrement mais qui n’a pas reçu de pesticides. Le sol a été séché à l’air et tamisé (mailles de 2 ou 5 mm), déposé dans des seaux en plastique de 20 L et conservé au froid (4 °C) jusqu’à son utilisation. Les analyses de ce sol ont porté sur les contaminants organiques et inorganiques courants; on a établi ses caractéristiques physicochimiques afin de vérifier qu’elles n’étaient pas inhabituelles (p. ex., conductivité élevée ou concentrations anormales de nutriments). On a constaté que le sol était virtuellement exempt de contaminants et qu’il ne présentait pas d’anomalies. Ce sol est un loam sableux fin possédant une TMO moyenne et une CRE modérée, par comparaison avec les autres sols non contaminés inclus dans ces études (v. tableau G-1).

L’échantillon de loam limoneux a été prélevé en juin 1999 à la station de recherche Elora de l’Université de Guelph, dans le canton de Nichol (ON). Le sol arable avait été enlevé plusieurs années auparavant, lors de la construction de l’installation de recherche, et entassé à côté d’un champ. Le sol destiné aux études réalisées aux fins de la mise au point de la présente méthode a été prélevé à l’intérieur du tas afin d’éviter de prendre un sol susceptible d’avoir été contaminé accidentellement par des pesticides ou des engrais pulvérisés sur le champ adjacent. Le sol a été séché à l’air et tamisé (mailles de 2 ou 5 mm), déposé dans des seaux en plastique de 20 L et conservé au froid (4 °C) jusqu’à son utilisation. L’analyse du sol a montré qu’il était exempt de contaminants organiques et inorganiques et qu’il ne présentait pas d’anomalies. En mesurant les caractéristiques physicochimiques de ce loam limoneux, on a constaté qu’il possédait une TMO moyenne et une CRE modérée, par comparaison avec les quatre autres sols inclus dans ces études (v. tableau G-1).

Un échantillon de 400 L de sol forestier, classé dans les podzols humo-ferriques orthiques, a été prélevé en juin 2001 dans une zone boisée de Sudbury (ON), située dans le Bouclier canadien. On a ratissé délicatement la couche de feuilles mortes et utilisé un déplantoir pour prélever le sol à une profondeur de 5-10 cm. L’échantillon non tamisé a été déposé dans des seaux de 20 L revêtus de plastique et transporté au laboratoire d’ESG International Inc., à Guelph (ON). Il a été séché à l’air pendant 48 h jusqu’à obtention d’une teneur en humidité de ≥10 %, homogénéisé et tamisé (mailles de 6 mm). Après le tamisage, l’échantillon a été homogénéisé de nouveau, puis entreposé dans les mêmes seaux en plastique de 20 L, à la température ambiante (20 °C) jusqu’à son utilisation. L’analyse des caractéristiques physicochimiques du sol forestier a montré qu’il s’agissait d’un loam possédant une CRE modérée ainsi que la plus forte teneur en COT (11,9 %) et en matière organique (19,9 %) parmi les cinq sols utilisés dans les études réalisées aux fins de la mise au point de la présente méthode (v. tableau G-1).

Pour la deuxième édition de la méthode d’essai, on a évalué la performance de P. minuta dans différents types de sols témoins négatifs représentatifs de divers sols non contaminésprélevés dans des écozones de la région boréale et de la taïga. Neuf types de sols témoins négatifs ont été employés pour mettre au point la méthode d’essai biologique avec cette espèce et pour évaluer ensuite sa robustesse à l’aide d’échantillons de sol dont les caractéristiques physicochimiques étaient très variables. On s’est également servi de ces sols pour établir, d’après la performance des collemboles P. minutadans le sol témoin, des critères raisonnables de validité des essais. Les sols incluaient un sol artificiel (v. 3.3.2) et huit sols et horizons pédologiques naturels (v. 3.3.1) (EC, 2010, 2013b). Le sol artificiel a été préparé en laboratoire à partir d’ingrédients naturels. Les huit sols naturels de la forêt boréale provenaient de Terre- Neuve (un), du Nouveau-Brunswick (un), de l’Ontario (un), de la Saskatchewan (trois) et de l’Alberta (deux). Les caractéristiques physicochimiques du sol artificiel et des huit sols forestiers (y compris les horizons pédologiques) sont résumées au tableau G-2.

Le sol artificiel utilisé dans la série d’évaluations de la performance de P. minuta dans des types de sols de la région boréale et de la taïga (EC, 2013b) était le même que celui recommandé dans le présent document (v. 3.3.2), tant pour cette espèce que pour les trois autres mentionnées plus haut (F. candida, O. folsomi et F. fimetaria). Il était composé de tourbe Sphagnum sp. (10 %), de kaolin (20 %), de sable siliceux (70 %) et de CaCO₃ (10-30 g par kilogramme de tourbe). Pour préparer le sol, on a combiné soigneusement les ingrédients secs, ajouté graduellement de l’eau désionisée et mélangé de nouveau le tout jusqu’à obtention d’un sol de couleur, de texture et de teneur en humidité visiblement uniformes.

Les huit sols naturels employés comme sols témoins négatifs pour la mise au point de la deuxième édition de la présente méthode et l’établissement des critères de validité de l’essai pour P. minuta (v. 4.4) ne représentaient pas tous les types de sols canadiens. Cependant, en plus de posséder des caractéristiques physicochimiques très variables, ils comprenaient des sols des écozones de la région boréale et de la taïga aux textures diversifiées (v. tableau G-2). Ils provenaient de régions qui n’avaient pas fait l’objet d’un épandage direct de pesticides au cours des dernières années. Les échantillons de sol en vrac ont été prélevés par horizon dans toute la mesure du possible. La profondeur d’échantillonnage dépendait de la nature du sol et du site lui-même. Après extraction, tous les échantillons de sol ont été séchés à l’air, tamisés (mailles de 4-8 mm), homogénéisés et entreposés à la température ambiante (23 °C) jusqu’à leur emploi.

Le sol provenant de Terre-Neuve (podzol NL) a été classé comme étant un podzol humo-ferrique gleyifié, formé sur un till glaciaire non calcaire pierreux, de loameux à sableux (EcoDynamics Consulting Ltd., 2011b). Les sapins baumiers (Abies balsamea) et des épinettes noires (Picea mariana) dispersées dominaient le couvert forestier du site. Le sous-étage était formé de kalmias à feuilles étroites (Kalmia angustifolia), de gaulthéries hispides (Gaultheria hispidula), d’arbres en régénération et de cornouillers du Canada (Cornus canadensis); on y trouvait aussi, en moins grands nombres, des dryoptères spinuleuses (Dryopteris spinulosa), des osmondes cannelle (Osmunda cinnamomea), des maïanthèmes du Canada (Maianthemum canadense) et des clintonies boréales (Clintonia borealis). La surface du sol était couverte principalement de mousses hypnacées [p. ex., hypne de Schreber (Pleurozium schreberi), hypne éclatante (Hyloconium splendens), hypne plumeuse (Ptilium crista- castrensis)]. Avant l’échantillonnage, on a enlevé les débris ligneux et la couche de feuilles mortes. Les échantillons des horizons organiques sous-jacents F et H ont été prélevés ensemble, puis on a échantillonné séparément les horizons Ahe (à une profondeur de 3 cm), Ae (à une profondeur de 25 cm) et Bf.

Le sol provenant du Nouveau-Brunswick (podzol NB) a été classé comme étant un podzol humo- ferrique gleyifié à drainage imparfait, formé sur un till de fond non calcaire, de texture moyenne à modérément fine (EcoDynamics Consulting Ltd., 2008a). Le couvert forestier principal était constitué d’une forêt mixte incluant des hêtres américains (Fagus grandifolia), des érables rouges (Acer rubrum), des bouleaux jaunes (Betula alleghaniensis) et des érables à sucre (Acer saccharum), avec des sapins baumiers (Abies balsamea) dans l’étage sous-dominant; on trouvait dans le sous-étage des noisetiers à bec (Corylus cornuta) ainsi que des érables et des sapins baumiers en régénération (EcoDynamics Consulting Ltd., 2008a). La litière forestière (horizon L) a été enlevée; les échantillons des horizons sous-jacents FH et Ahe-Aegj ont été prélevés séparément et transférés dans des seaux de 25 L. L’horizon sous-jacent Bf a aussi été échantillonné; toutefois, étant donné la variation et l’ondulation des limites de l’horizon pédologique, des matières de l’horizon BCgj ont inévitablement été prélevées.

Le sol provenant de l’Ontario (podzol ON) a été classé comme étant un podzol humo-ferrique gleyifié, formé à même un dépôt fluvio-lacustre non calcaire (EcoDynamics Consulting Ltd., 2011a). Le site portait une forêt mixte à prédominance de conifères. La strate supérieure du couvert forestier englobait principalement des pins rouges (Pinus resinosa) et des pins blancs (Pinus strobus) entremêlés d’érables à sucre (Acer saccharum) épars; la strate inférieure était composée d’un mélange de bouleaux à papier (Betula papyrifera), de thuyas occidentaux (Thuja occidentalis), d’épinettes noires (Picea mariana), d’épinettes blanches (Picea glauca), d’érables rouges (Acer rubrum) et de pruches du Canada (Tsuga canadensis). Des espèces en régénération prédominaient dans le sous-étage constitué d’aulnes rugueux (Alnus incana), de noisetiers à bec (Corylus cornuta), de dircas des marais (Dirca palustris), de viornes cassinoïdes (Viburnum cassinoides), d’airelles fausses-myrtilles (Vaccinium myrtilloides) et de linnées boréales (Linnaea borealis). Sur la surface du sol, on trouvait surtout des quatre-temps (Cornus canadensis) et des coptides du Groenland (Coptis trifolia). Trois horizons ont été échantillonnés après l’enlèvement de la litière forestière : Ahe (à une profondeur de 2 cm), Ae (à une profondeur de 7 cm) et Bf (à une profondeur de 20 cm).

Trois types de sols ont été échantillonnés en Saskatchewan. Le premier (luvisol SK01) a été classé comme étant un luvisol gris foncé modérément à bien drainé, formé sur des matériaux glaciolacustres exempts de roches, de loameux à argileux (EcoDynamics Consulting Ltd., 2007). Le couvert forestier comportait un mélange d’épinettes blanches (Picea glauca) et de peupliers faux-trembles (Populus tremuloides), un sous-étage constitué de drageons de peupliers, de même que de rosiers (Rosa spp.), de saules (Salix spp.), de quatre-temps (Cornus canadensis) et de linnées boréales (Linnaea borealis). Trois horizons ont été échantillonnés : couches LFH (à une profondeur de 10 cm), Ahe (à une profondeur de 10 cm) et Bt (à une profondeur de 19 cm).

Le deuxième sol (brunisol SK02) a été classé comme étant un brunisol eutrique orthique à drainage rapide, formé sur des matériaux glaciolacustres sableux exempts de roches (EcoDynamics Consulting Ltd., 2007). Le couvert forestier était composé de peuplements purs de pins gris (Pinus banksiana), tandis que des peupliers faux-trembles (Populus tremuloides), des aulnes crispés (Alnus crispa), des raisins d’ours (Arctostaphylos uva-ursi) et des cladonies (Cladinaspp.) dominaient dans le sous-étage. Après l’enlèvement de la couche de feuilles mortes, les couches FH ont été échantillonnées à une profondeur de ~6 cm; les horizons Ah et Bm ont été échantillonnés ensemble (à une profondeur de 25-30  cm), étant donné que l’horizon Ah était discontinu et mince (2 cm).

Le troisième sol (brunisol SK03), qui était représentatif de l’écozone du bouclier de la taïga et de l’écorégion des hautes-terres du lac Selwyn, a été classé comme étant un brunisol dystrique éluvié (EcoDynamics Consulting Ltd., 2008b). La végétation des hautes-terres était dominée par les épinettes noires (Picea mariana) et les pins gris (Pinus banksiana), tandis que le sous-étage comptait des cladonies (Cladina mitis surtout) et des mousses hypnacées (Pleurozium schreberisurtout), des thés du Labrador (Ledum groenlandicum), des airelles vigne d’Ida (Vaccinium vitis-idaea), des airelles fausses- myrtilles (Vaccinium myrtilloides), des airelles des marécages (Vaccinium uliginosum) et des camarines noires (Empetrum nigrum). Les débris ligneux de surface et la couche de feuilles mortes ont été enlevés afin d’exposer les horizons F et H; les échantillons extraits de ces horizons ont été transférés dans des seaux de 25 L. Ensuite, les horizons minéraux sous-jacents A (Ae) et B (Bfj et Bm) ont été échantillonnés ensemble, étant donné que leur épaisseur combinée était de ~10 cm.

Deux types de sol ont été échantillonnés en Alberta. Le premier (gleysol AB01) a été prélevé dans une tourbière. Il s’agissait d’un gleysol humique régosolique (phase tourbeuse) à drainage pauvre, dont la texture variait du loam au loam argileux près de la surface, et qui devenait riche en argile avec la profondeur (EcoDynamics Consulting Ltd., 2007). L’épinette noire (Picea mariana) constituait l’espèce dominante, tandis que les mousses Sphagnum spp. et horizons ont été échantillonnés : un mélange des horizons Of/Oh et l’horizon Ahg (à une profondeur de 17 cm).

Le deuxième sol (chernozem AB02) a été échantillonné sur une terrasse fluviatile. Il a été classé comme étant un chernozem gris foncé régosolique modérément à bien drainé (EcoDynamics Consulting Ltd., 2007). La texture de l’horizon Ah, riche en matière organique, a été classée comme étant un loam limoneux qui, avec la profondeur, passait d’un sable très fin/sable loameux très fin à un loam très sableux. L’espèce végétale dominante était le brome inerme (Bromus inermis Leyss.), avec des rosiers (Rosaspp.), des gaillets boréaux (Galium borealeL.) et des épilobes à feuilles étroites (Chamerion angustifolium L.), épars et peu nombreux. Dans les zones forestières près des pentes de la vallée fluviale, des trembles (Populus spp.) constituaient l’étage supérieur, et on y trouvait des épinettes blanches (Picea glauca) dispersées. Deux horizons ont été échantillonnés : Ah, à une profondeur de 11 cm, et Ckgj, à une profondeur de ~25-30 cm. Il n’y avait aucun horizon B défini.

Tableau G-2. Caractéristiques physicochimiques du sol artificiel et des sols et horizons pédologiques naturels de la forêt boréale envisagés comme sols témoins négatifs^{Notes de bas de page5}

Type de sol :

• Sol artificiel
• Podzol TN

Source :

• Préparé en laboratoire
• Terre-Neuve

Classification :

• s.o.c
• Podzol humo-ferrique gleyifié

Horizon : s.o.

Type de sol : Podzol NB

Source : Nouveau-Brunswick

Classification : Podzol humo-ferrique gleyifié

Type de sol : Podzol ON

Source : Ontario

Classification : Podzol humo-ferrique gleyifié

Type de sol : Luvisol SK01

Source : Saskatchewan

Classification : Luvisol gris foncé

Type de sol : Brunisol SK02

Source : Saskatchewan

Classification : Brunisol eutrique orthique

Type de sol : Brunisol SK03

Source : Saskatchewan

Classification : Brunisol dystrique éluvié

Type de sol : Gleysol AB01

Source : Alberta

Classification : Gleysol humique régosolique

Type de sol :Chernozem AB02

Source :Alberta

Chernozem gris foncé régosolique