Mesure de la libération de phosphore dans les microcosmes de laboratoire pour l'évaluation de la qualité de l'eau

Summary

La quantification précise du potentiel de desorption du phosphore (P) dans les sols saturés et les sédiments est importante pour la modélisation du P et les efforts d’atténuation des transports. Pour mieux tenir compte de la dynamique in situ des redox sol-eau et de la mobilisation du P sous saturation prolongée, une approche simple a été développée sur la base d’échantillonnages répétés de microcosmes de laboratoire.

Abstract

Le phosphore (P) est un nutriment limitant essentiel dans les agroécosystèmes qui nécessite une gestion soigneuse pour réduire les risques de transport vers les milieux aquatiques. Les mesures de laboratoire courantes de la biodisponibilité de P sont basées sur des extractions chimiques effectuées sur des échantillons séchés dans des conditions oxydantes. Bien qu’utiles, ces tests sont limités en ce qui concerne la caractérisation de la libération de P sous saturation prolongée de l’eau. L’orthophosphate labile lié au fer oxydé et à d’autres métaux peut rapidement desorb à la solution dans des environnements réducteurs, augmentant le risque de mobilisation de P au ruissellement de surface et aux eaux souterraines. Pour mieux quantifier le potentiel de desorption de P et la mobilité pendant la saturation prolongée, une méthode de microcosme de laboratoire a été développée basée sur l’échantillonnage répété des pores et des eaux de crue sus-jacentes au fil du temps. La méthode est utile pour quantifier le potentiel de rejet de P des sols et des sédiments variant dans les propriétés physicochimiques et peut améliorer les efforts d’atténuation de P spécifiques au site en caractérisant mieux le risque de rejet de P dans les zones hydrologiquement actives. Les avantages de la méthode comprennent sa capacité à simuler la dynamique in situ, la simplicité, le faible coût et la flexibilité.

Introduction

Le phosphore (P) est un nutriment limitant essentiel pour la productivité des cultures et de la biomasse aquatique. L’hydrologie de surface de l’eau est l’un des principaux moteurs du destin et du transport en P, car elle contrôle le transport physique des sédiments et du P tout en affectant le potentiel de remobilisation pendant les eaux de ruissellement et les inondations et les inondations. Diverses méthodes d’extraction en laboratoire sont généralement utilisées pour estimer la libération de P à l’échelle du champ dans des conditions d’oxydation. Tandis que différents mécanismes peuvent contribuer à la libération de P, la dissolution réductrice des phosphates de fer est un mécanisme bien établi de réaction qui peut mener aux grands flux orthophosphate-P à l’eau^{1,2,3, 4}. Dans un examen des mécanismes contrôlant la biogéochimie de P dans les zones humides, le statut deredox a été présumé être la variable principale contrôlant la libération de P aux sols et aux eaux souterraines peu profondes 5. En tant que tel, les tests P traditionnels peuvent ne pas être des prédicteurs fiables de la libération de P sous saturation prolongée.

Étant donné l’importance du temps de résidence en eau et de l’état redox sur le destin et le transport en P, les approches de laboratoire conçues pour mieux simuler les conditions in situ pourraient conduire à l’amélioration des indices de risque de transport P pour les écosystèmes agricoles et humides soumis à saturation variable. Étant donné que l’orthophosphate est immédiatement biodisponible, le taux et l’étendue de la desorption pendant la saturation peuvent être utilisés comme un indice du risque de pollution par la source Nonpoint P. Notre méthode a été conçue pour quantifier la désorption de P à l’eau de porewater (PW) et la mobilisation aux eaux de crue (FW) qui s’en trouvent les sources excessives ( par exemple, les champs agricoles inondés, les terres humides, les fossés de drainage et les riverains/ zones proches du cours d’eau). La méthode a été développée à l’origine pour caractériser le potentiel de rejet de P dans les sols inondés de façon saisonnière du nord de New York (États-Unis) et a récemment été appliquée pour quantifier le potentiel de desorption P des sols riverains du nord-ouest du bassin du lac Champlain^6. . Ici, nous fournissons un protocole pour la méthode de microcosme de laboratoire et soulignons les résultats d’une étude récemment éditée démontrant sa capacité à quantifier le potentiel de desorption de P. Nous démontrons également la relation entre le potentiel de libération de P et la fiabilité des essais de routine sur le sol (P extractible labile, pH) pour prédire la libération à travers les sites.

L’exécution de la méthode nécessite l’accès à un laboratoire d’analyse avec un contrôle climatique adéquat, ventilation, eau, et un système approprié d’élimination des déchets acides. La méthode suppose l’accès à des réactifs chimiques de routine et à de l’équipement de laboratoire (puits, hottes, verrerie, etc.). Au-delà des besoins courants en laboratoire, un système de filtration membranaire (0,45 m) est nécessaire et un spectrophotomètre UV pour mesurer le P. Un compteur de pH ou une sonde multiparamétrique de qualité de l’eau sont également recommandés, mais pas nécessaires. La température de laboratoire est un facteur important et doit être maintenue constante à moins que la température elle-même ne soit étudiée comme facteur expérimental (20 oC est recommandé). L’accès sans entrave à un laboratoire d’analyse adéquat avec un équipement adéquat est une condition préalable pour effectuer la méthode correctement et générer des résultats significatifs.

Protocol

1. Collecte d’échantillons Recueillir environ 4 L de sol (ou de sédiments) à partir des sites désirés. Les zones de collecte devraient être relativement petites pour limiter la variation spatiale des propriétés de P et du sol. Les échantillons de tamis à l’écran grossier (20 mm) ont suivi un écran de 2 mm. Bien mélanger les échantillons à la main après le tamisage. Peser 100 g de sol ou de sédiments humides sur le terrain. Sécher au four à 105 oC pendant 24 h et calculer l…

Representative Results

Les résultats d’une étude récente axée sur le potentiel de rejet De P des zones riveraines sont mis en évidence pour démontrer la capacité de la méthode à caractériser la dynamique de sortie P au niveau du site6. Alors que certains sols ont montré des changements minimes dans le PSR au fil du temps, d’autres ont connu une forte augmentation des concentrations de PW et de SRP (figure1). Deux sites aux tendances contrastées sont présentés à <strong class=…

Discussion

Un avantage technique principal de l’approche de microcosme est sa capacité à simuler des conditions in situ où le sol ou les sédiments saturés sont immédiatement surlais par FW qui peuvent différer sensiblement dans le statut redox et P. Les paysages où l’hydrologie de la zone à source variable, comme les fossés de drainage, les terres cultivées inondées, les terres humides et les zones riveraines/près du cours d’eau, sont tous des exemples d’exemples où la réduction de la teneur en eau par la p….

Materials

1.25 cm plastic hose barbs	numerous	NA
Chemical reagents for phosphorus determination	numerous	NA	P analysis capability is assumed; refer to cited references for details on method
Chordless or electric drill with 1.25 cm bit	numerous	NA
Graduated plastic beakers (1L)	numerous	NA
Laboratory with fume hoods, temperature control, and acid waste disposal system	NA	NA
Nylon mesh filter screen (100um)	numerous	NA
Silicone	numerous	NA
UV Spectrophotometer	numerous	NA