משולב שדה Lysimetry וPorewater דגימה להערכת כימית ניידות בקרקעות וצמחייה הוקמה
Summary
lysimetry שדה ודגימת porewater מאפשרים לחוקרים להעריך את גורלם של חומרים כימיים מוחלים על קרקעות וצמחייה שהוקמה. המטרה של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להתקין מכשור הנדרש ולאסוף דגימות לאנליזה כימית בlysimetry שדה המשולב וניסויים דגימת porewater.
Abstract
כימיקלים רעילים המיושמים באופן שיגרתי לנחות כדי לעמוד בדרישות גוברת בניהול פסולת וייצור מזון, אך גורלם של כימיקלים אלה הוא לעתים קרובות לא מובן היטב. כאן אנו מדגימים שיטת דגימה משולבת lysimetry השדה וporewater להערכת הניידות של כימיקלים להחיל על קרקעות וצמחייה שהוקמה. Lysimeters, עמודים פתוחים עשויים מתכת או פלסטיק, מונעים לbareground או קרקעות צמחייה. דוגמי Porewater, אשר זמינים באופן מסחרי ולהשתמש בשואב אבק כדי לאסוף חלחל מים בקרקע, מותקנים בעומקים שנקבעו מראש בתוך lysimeters. בזמנים שנקבעו מראש בעקבות יישום כימי לחלקות ניסוי, porewater נאסף, וlysimeters, המכיל אדמה וצמחייה, הם הוצאו. על ידי ניתוח ריכוזים כימיים בקרקע lysimeter, הצמחייה, וporewater, שיעורי שטיפה כלפי מטה, יכולות שימור קרקע, וספיגת מפעל לכימי של עניין ניתן לכימות.בגלל lysimetry השדה ודגימת porewater נערכים בתנאים סביבתיים טבעיים ועם הפרעה מינימאלית אדמה, תוצאות נגזרות פרויקט נדל תרחישים ולספק מידע רב ערך לניהול כימי. כמו כימיקלים מוחלים יותר ויותר לנחות ברחבי העולם, הטכניקות המתוארות יכולות להיות מנוצלים כדי לקבוע אם כימיקלים מיושמים מהווים תופעות לוואי לבריאות אדם או לסביבה.
Introduction
כימיקלים רעילים המיושמים באופן שיגרתי לנחות ממקורות כגון חומרי הדברה, דשנים, ביוב / biosolids, פסולת תעשייתית, פסולת עירונית ו1,2. גורלם של כימיקלים אלה – שעשויים לכלול חומרים מזינים, יסודות קורט, חומרים אורגניים, ומטבוליטים הקשורים בם – הוא לעתים קרובות לא מובן היטב 3. אם הכימיקלים לא מנוהלים כמו שצריך, יש להם את הפוטנציאל לאיים על בריאות אדם ועל הסביבה עד להעברתם ולהצטברות בצמחים, מים עיליים ומי תהום. עם אוכלוסייה עולמית, שעשוי להגיע ל10 מליארד אנשים 2050, יש דרישות גוברת בטיפול בפסולת וייצור מזון 2, ויישום הארץ של כימיקלים רבים כבר הגדיל 3,4. בהתאם לכך, יש צורך במחקר שמכמת את השינויים, ניידות, מגבלות טעינה, וסיכונים סביבתיים הכוללים מכימיקלים הדורשים סילוק קרקע או שאנו תלויים כדי לשפר את יבול בריאותולהיכנע.
מספר האסטרטגיות להיות מועסק כדי להעריך איומים מכימיקלים המיושמים בסביבה. , מחקרי מודל מערכת מבוסס מעבדה שנערכו לספק מידע על מנגנונים בסיסיים שליטה הניידות של חומרים כימיים בקרקעות. כאשר מנתחים את גורל כימי במעבדה, מניפולציה של "הסביבה" ותשומות מלאה ניתן להשיג, אבל אלה רק לעתים נדירות להתאים 5,6 תנאים סביבתיים בעולם האמיתי. לפיכך, חיוץ תוצאות מעבדה להגדרות שדה עשויה להוביל לתחזיות מדויקות על איומים כימיים. לעומת זאת, מדידות שדה רחבות כבר בשימוש כדי להגדיר התנהגות כימית בסביבה. עם זאת, מסקנות לגבי גורל סביבתי ממדידות אלה לעתים קרובות מסובכות בשל השיעורים לעתים קרובות נמוכים השימוש (לדוגמא כמה גרם -1) של כימיקלים מוחלים, כמו גם את יחסי הגומלין המורכבים בין תהליכים הידרולוגיים וbiogeochemical בדוארnvironment המווסתים את החלוקה כימית.
Lysimetry, כולל lysimetry שדה, שימוש היסטורי שנעשה על ידי מדעני אדמה ויבול כדי להעריך את הניידות כלפי מטה של חומרים כימיים מוחלים על קרקעות וצמחייה שהוקמה באופן שיטתי. Lysimeter הוא מכשיר עשוי מתכת או פלסטיק שממוקם לתוך אדמה של עניין, והוא משמש כדי לקבוע את גורלם של חומרים כימיים המיושמים בסכומים ידועים לאזור מצומצם. דגימות קרקע וצמחייה שנאספו מlysimeters ניתן להשתמש כדי להעריך את האבולוציה של הפצות כימיות לאורך זמן. בגלל lysimetry השדה מתבצע בתנאים סביבתיים טבעיים, תוצאות עשויות לשמש כדי לחזות אמיתי תרחישים הנגזרים מיישומים כימיים למערכות קרקע. מחקרי lysimeter מוקדמים נמדדו דיות, זרימת לחות, ו / או תנועה של חומרי מזון. מחקרי lysimeter מודרניים למדוד חומרי הדברה וחומרים מזינים פיזור, תנועת חומרי הדברה, תנודתיות, ומאזן מסה, יחד עם aforemeמדידות ntioned 3.
הגבלה של lysimetry שדה המסורתי היא שניידות כימית בתוך פרופיל קרקע מוגדרת במידה רבה על ידי מדידות מוצק שלב, בעוד פחות תשומת לב מוקדשת לריכוזים מומסים כימיים במים חלחלו דרך הקרקעות – מרכיב קריטי שעלולה להשפיע על הפוטנציאל לזיהום מי תהום מכימיקלים להחיל קרקע. למרות התשטיפים מתחתית lysimeters לעתים נאסף לניתוח, החלטה זו עומק מגבלות גישה של ריכוזי porewater ובדרך כלל דורשת חפירת אדמה משמעותית לפני ניסויים. במקום זאת, כדי לקבל נתונים על ריכוזי כימיקלים במים בקרקע, דוגמי porewater עשויים להיות מנוצלים בהגדרות שדה. דוגמי Porewater מותקנים בקרקעות כדי לאסוף מים ממעמקים דיסקרטיים, רצויים ורק מינימאלי להפריע למערכת הקרקע. דוגמי Porewater כבר מכונים בשמות רבים, כולל lysimeters, מ"ק יניקהlysimeters עמ ', או דוגמי תמיסת קרקע, convoluting ההבחנה שלהם עם lysimeters השדה המסורתי שתואר לעיל. במאמר זה, אנו משתמשים במונח "סמפלר porewater" כדי להקל על בלבול.
הנה, אנחנו מדגימים גישה ניסויית המשלבת lysimetry שדה ודגימת porewater להערכת פוטנציאל השטיפה כלפי מטה של כימיקלים ליישם מערכות קרקע או bareground צמחייה. Lysimetry כבר כלי רב עוצמה המשמש מאז 1700s 7, ואילו דגימת porewater קרמיקה שמשה מאז תחילת 1960s 8. שילוב של טכניקות חזקות אלו מאפשר להגדרה שדה של שני הפצות מוצקה וריכוז כימי מומס בשלב תוך מזעור הפרעת אדמה. מאמר זה מתאר גורמים לשקול בעת תכנון ניסוי, כולל בחירת אתר, התקנת מכשיר, ואיסוף דגימה. הגישה באה לידי ביטוי בניסוי שבדק את גורלם שלחומרי הדברה אורגניים arsenical להחיל מערכת turfgrass הוקמה bareground ו. הטכניקות המתוארות יכולות להיות מותאמות לפי צורך לבחון את גורלם של מגוון רחב של כימיקלים, ובכך לספק כלים רב ערך לחוקרים וקובעי מדיניות שמבקשים להבין את גורלו והתנהגות הסביבתיים של כימיקלים להחיל קרקע.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניצול lysimetry שדה משולב וגישת דגימת porewater מאפשר לחוקרים להעריך את חלוקת מרחב ובזמן של מגוון רחב של כימיקלים להחיל קרקע. גורלם של חומרים כימיים בקרקעות ומערכות ירוקות יכול להיות נשלט על ידי מספר תהליכים סביבתיים ותכונות, כגון שטיפה כלפי מטה, volatilization, הידרוליזה, photolysis, שי?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לצוות NCDA Sandhills תחנת המחקר לקבלת סיוע בהתקנת lysimeter והוצאה מקבר. מימון לניסויים שתוארו בנציג תוצאות סופק על ידי המרכז למחקר וחינוך סביבתיים Turfgrass. וידאו וייצור כתב יד נתמכה על ידי מחלקות אוניברסיטת מדינת צפון קרוליינה למדעי קרקע ומדעי הצומח.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Prenart Super Quartz Samplers (PFTE/Quartz) | Prenart Equipment ApS | N/A | Any samplers for trace metal analysis can be used (e.g. SoilMoisture Equipment Corp.) |
| Prenart Installation Kit | Prenart Equipment ApS | N/A | Contains all items necessary to install porewater samplers |
| 2 L collecting bottles | Prenart Equipment ApS | Bottles can also be purchased from Fisher Scientific (02-923-2) or other laboratory supply companies, but fittings will need to be adjusted. Bottles can be covered with dark material if light sensitive | |
| Portable vacuum pump | Prenart Equipment ApS | N/A | Vacuporter from Decagon Devices or other field battery-operated or hand vacuum pump may be used |
| 1 oz HDPE Nalgene Bottles | Fisher Scientific | 03-313-4A | Sample bottle type will depend on analyte of interest and may be glass |
| Concentrated nitric acid | Fisher Scientific | A509-P212 | Oxidizing and corrosive-other acids may be needed for preservation and should be used with caution |
| 25 mm 0.2 µm nylon syringe filters | VWR | 28145-487 | Other filter types and pore sizes may be used, dependent on the analyte of interest and analytical instrumentation |
| 60 mL Luer-Lok syringes | Fisher Scientific | 13-689-8 | Other sizes may be used depending on sample volume collected |
| Portable pH meter | VWR | 248481-A01 | Other pH meters can be used following calibration |
| Graduated Cylinder | any | N/A | |
| Field lysimeters (metal, plastic, etc.) | N/A | N/A | Often these are constructed based on the researchers specifications |
| Inverted Post Driver Tractor | N/A | N/A | Any tractor can be used to install the lysimeters |
| Handheld Boom Sprayer | N/A | N/A | To apply the rate needed for application |
| Polyethylene bags | Johnson & Johnson | N/A | Other brands may be used for soil storage |
| Reciprocating saw | Black & Decker | N/A | Any reciprocating saw can be used with a metal cutting attachment |
Referenzen
- Wuana, R. A., Okieimen, F. E. Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation. ISRN Ecology. , 1-20 (2011).
- Donaldson, D., Kiely, T., Wu, L. . 1-38 U.S. Environmental Protection Agency. , (2011).
- Bergström, L., Bergström, J. Environmental fate of chemicals in soil. Ambio. 27, 16-23 (1998).
- Sutton, M. A., et al. . Our Nutrient World. The challenge to produce more food & energy with less pollution. Key Messages for Rio +20. , (2012).
- Du, W., et al. Fate and Ecological Effects of Decabromodiphenyl Ether in a Field Lysimeter. Environmental Science and Technology. 47, 9167-9174 (2013).
- Fuhr, F., Burauel, P., Mittelstaedt, W., Putz, T., Wanner, U. . Environmental fate and effects of pesticides. , 1-29 (2003).
- Hire, D. L. Remarques sur l’eau de la pluie, et sur l’origine des fontaines; avec quelues particularites sur la construction des cisternes. Memoires de l’ Academie Royale. , 56-69 (1703).
- Wagner, G. H. Use of porous ceramic cups to sample soil water within the profile. Soil Science. 94, 379-386 (1962).
- Matteson, A. R., et al. Arsenic Retention in Foliage and Soil Following Monosodium Methyl Arsenate (MSMA) Application to Turfgrass. Journal of Environmental Quality. 43, 379-388 (2014).
- Sakaliene, O., Papiernik, S. K., Koskinen, W. C., Kavoliunaite, I., Brazenaitei, J. Using Lysimeters to Evaluate the Relative Mobility and Plant Uptake of Four Herbicides in a Rye Production System. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57, 1975-1981 (2009).
- Cai, Y., Cabrera, J. C., Georgiadis, M., Jayachandran, K. Assessment of arsenic mobility in the soils of some golf courses in South Florida. Science of the Total Environment. 291, 123-134 (2002).
- . Water quality, pesticide occurrence, and effects of irrigation with reclaimed water at golf courses in Florida. Swancar, A. (ed USGS) Tallahassee. , (1996).
- . Organic arsenical herbicides (MSMA, DSMA, CAMA, and Cacodylic Acid), reregistration eligibility decision; notice of availability. Environmental Protection Agency, Federal Register Environmental Documents. , 1-70 (2006).
- . EPA (not Araujo as stated before) Organic Arsenicals; Amendments to Terminate Uses: Amendment to Existing Stocks Provision. Environmental Protection Agency) 18590-18591 Federal Registrar. 78, (2013).
- . Drinking Water Regulations; Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source Contaminants Monitoring Final Rule. Environmental Protection Agency. 66, (2001).
- Winton, K., Weber, J. B. A review of field lysimeter studies to describe the environmental fate of pesticides. Weed Technology. 10, 202-209 (1996).
- Bergström, L. Use of lysimeters to estimate leaching of pesticides in agricultural soils. Environmental Pollution. 67, 325-347 (1990).
- Byron, J. Lysimeters promoted for pesticide research. Environmental Science and Technology. 31, (1997).
- . Infographic: Pesticide Planet. Science. 341, 730-731 (2013).
- Severson, R., Grigal, D. Soil solution concentrations: effects of extraction time using porous ceramic cups under constant tension. Water Resources Bulletin. 12, 1161-1170 (1976).
- Allaire, S. E., Roulier, S., Cessna, A. J. Quantifying preferential flow in soils: A review of different techniques. Journal of Hydrology. 378, 179-204 (2009).
- Weihermüller, L., Kasteel, R., Vanderborght, J., Püz, T., Vereecken, H. Soil Water Extraction with a Suction Cup. Valdose Zone Journal. 4, 899-907 (2005).
- Jury, W. A., Fluhler, H. . Advances in Agronomy. 47, 141-201 (1992).
