The use of invertebrate soil fauna in monitoring pollutant effects

A critical review of biological parameters used to indicate pollutant impact on soil quality was conducted. These parameters mention some soil invertebrates. The value of an indicative organism depends on its life expectancy, life style and specific importance. Nematodes, mites, collembolans, enchytraeids, earthworms, isopods and molluscs are good potential biological indicators. Biological indicators of bioaccumulation and biological indicators of effects (toxicological and ecological) can be distinguished. Bioaccumulation studies are difficult to interpret, as wide variations could be found, depending on taxonomic group, habitat, organ studied, soil type or even pollutant type. Some groups, such as Collembola, require in depth bioaccumulation studies. It is suggested to use a pool of macro-concentrators, including at least some earthworm, isopod and gastropod species. Toxicological indicators have been well studied and their lethal and sublethal pollutant effects are well known. However, studies have focused on only a few species, such as the earthworm Eisenia foetida or the collembolan Folsomia candida. These studies should be extended to other zoological groups, as well as to several species from the same group, to generate a representative test battery. Exposure biomarkers and physiological change studies should be emphasised, as they act as very early warning systems of contamination. Data are currently lacking on how soil biological processes malfunction due to pollution. We need to explore the links between pollutant effects on soil fauna and pollutant effects on soil functioning. Concerning ecological indicators, studies should develop sampling techniques and parameters, which are specific to ecotoxicological goals. Before-after impact control procedures should be carried out, to eliminate the background noise of the study site and only evaluate the influence of pollutants. On the other hand, ecological indices, such as taxonomic diversity or richness, should be used carefully especially concerning chronic pollution. Effects of pollutants on biological cycle studies seem very promising, but need further information on the life history strategies of many species. Furthermore, the pollutant tolerance of rare species should be considered. The different types of biological indicators yield complementary information on pollutant effects. They all need standard procedures. In this context, studies should be extended and diversified, and associate bioaccumulation, toxicological and ecological indicators to provide better information on soil quality.

Résumé

Une liste critique des paramètres biologiques utilisés dans certains travaux pour indiquer l'impact des polluants sur la qualité des sols a été établie. Ces paramètres font référence à un ou plusieurs invertébrés du sol. Le rôle d'organisme indicateur dépend de leurs caractéristiques biodémographiques, de leur mode de vie, de leur taille spécifique. Les nématodes, acariens, collemboles, enchytréides, vers de terre, isopodes et gastéropodes sont potentiellement des indicateurs biologiques. Indicateurs biologiques de bioaccumulation et indicateurs biologiques d'effets (toxicologiques et écologiques) peuvent être distingués. Les études de bioaccumulation sont difficiles à interpréter, car de fortes variations sont observées. Ces variations dépendent du groupe taxonomique étudié, de l'habitat, de l'organe étudié, du type de sol ou bien encore du type de pollution. Certains groupes, comme les collemboles demandent des études plus poussées à ce sujet. Il est suggéré d'utiliser un pool de macro-concentrateurs, avec au moins des espèces de vers de terres, isopodes et gastéropodes. Concernant les indicateurs toxicologiques d'effets, les études les plus nombreuses concernent les effets létaux et sublétaux. Toutefois ces études concernent peu de groupes taxonomiques (essentiellement le vers Eisenia foetida et le collembole Folsomia candida), et devraient être étendues à d'autres groupes zoologiques, ainsi qu'à différentes espèces du même groupe, afin de créer une batterie de tests représentatifs. Les travaux concernant les biomarqueurs et les changements physiologiques devraient être amplifiés, car ils permettent d'obtenir des systèmes d'alarme très précoces concernant l'impact des contaminants. Un manque persistant de données concerne les conséquences de pollutions sur le fonctionnement des écosystèmcs. Il est en effet important désormais d'explorer les liens entre les effets des polluants sur la faune du sol et les effets réels de ces mêmes polluants sur le fonctionnement des sols. Concernant les indicateurs écologiques, les travaux entrepris devraient développer des méthodes d'échantillonnage et des paramètres spécifiques au domaine écotoxicologique. Ainsi, il est préconisé d'entreprendre des études combinant les approches synchroniques et diachroniques. afin d'éliminer le bruit de fond induit par le site d'étude et évaluer uniquement l'influence du polluant. En outre, les indices écologiques, comme la diversité ou la richesse taxonomique, doivent être utilisés avec précautions, particulièrement lors des études de pollution chronique. Par ailleurs, les études concernant les effets de polluants sur les cycles biologiques semblent prometteuses, mais demandent de meilleures connaissances concernant les stratégies de vies des différentes espèces étudiées. De plus, la tolérance aux pollutions des espèces rares devrait être fortement prise en considération. Les différents types d'indicateurs biologiques fournissent des informations complémentaires. Ils demandent tous une standardisation des protocoles. Dans ce contexte, les études devraient être développées et diversifiées et associer les indicateurs de bioaccumulation avec les indicateurs biologiques d'effets pour améliorer l'information sur la qualité des sols.