Integrado Campo Lysimetry e Porewater Amostragem para Avaliação de Química Mobilidade em Solos e Vegetação Fundada
Summary
Lysimetry campo e amostragem água intersticial permitem aos pesquisadores avaliar o destino dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. O objetivo deste protocolo é para demonstrar como instalar a instrumentação necessária e coletar amostras para análise química durante lysimetry campo integrado e experimentos de amostragem Porewater.
Abstract
Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a atender à crescente demanda na gestão de resíduos e produção de alimentos, mas o destino destes produtos químicos muitas vezes não é bem compreendida. Aqui demonstramos um método integrado de amostragem lysimetry campo e água intersticial para avaliar a mobilidade dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Os lisímetros, colunas abertas feitas de metal ou plástico, são empurrados para bareground ou solos com vegetação. Samplers Porewater, que estão disponíveis comercialmente e usar vácuo para coletar água de percolação do solo, são instalados em profundidades preestabelecidas, dentro dos lisímetros. Na horários preestabelecidos após a aplicação química para parcelas experimentais, água intersticial é recolhida e lisímetros, contendo solo e vegetação, são exumados. Ao analisar as concentrações químicas no solo do lisímetro, vegetação e água intersticial, as taxas de lixiviação para baixo, capacidade de retenção do solo e absorção pelas plantas para a indústria química de interesse pode ser quantificado.Porque lysimetry campo e amostragem água intersticial são realizados em condições ambientais naturais e com o mínimo de perturbação do solo, os resultados derivados projetar cenários de casos reais e fornecer informações valiosas para a gestão de produtos químicos. Como os produtos químicos são cada vez mais aplicado no solo em todo o mundo, as técnicas descritas podem ser utilizados para determinar se produtos químicos aplicados representar efeitos adversos para a saúde humana ou o ambiente.
Introduction
Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a partir de fontes, tais como pesticidas, fertilizantes, esgoto / biossólido, resíduos industriais, resíduos urbanos e 1,2. O destino destes produtos químicos – o que pode incluir nutrientes, elementos orgânicos, e seus metabólitos associados traçar – muitas vezes não é bem compreendida 3. Se os produtos químicos não são gerenciados adequadamente, eles têm o potencial de ameaçar a saúde humana e ambiental através da sua transferência para e acúmulo em plantas, águas superficiais e águas subterrâneas. Com uma população global que pode chegar a 10 bilhões de pessoas em 2050, há demandas crescentes sobre a gestão de resíduos de alimentos e produção de 2, e aplicação no solo de muitos produtos químicos vem aumentando 3,4. Assim, são necessárias pesquisas que quantifica as transformações, a mobilidade, limites de carga, e os riscos ambientais globais de produtos químicos que exigem disposição da terra ou que dependem para melhorar a saúde das culturase ceder.
Um certo número de estratégias têm sido utilizadas para avaliar as ameaças de substâncias químicas aplicadas no ambiente. , Estudos de sistemas modelo baseado em laboratório foram realizados para fornecer informações sobre os mecanismos fundamentais que controlam a mobilidade de produtos químicos no solo. Ao analisar a evolução química em laboratório, a manipulação completa do "meio ambiente" e as entradas podem ser alcançados, mas estes raramente se adequar às condições ambientais do mundo real 5,6. Assim, extrapolando os resultados de laboratório para as configurações de campo pode levar a previsões imprecisas sobre ameaças químicas. Em contraste, as medições de campo largo têm sido utilizadas para definir o comportamento químico do ambiente. No entanto, as conclusões sobre o destino ambiental a partir dessas medições são muitas vezes complicado devido às taxas de frequência baixa utilização (por exemplo, alguns g -1) de produtos químicos aplicados, bem como as complexas interações entre processos hidrológicos e biogeoquímicos no environment que regulam a distribuição de produtos químicos.
Lysimetry, incluindo campo lysimetry, tem sido historicamente usado por cientistas do solo e das culturas para avaliar sistematicamente a mobilidade descendente de produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Um lysimeter é um dispositivo feito de metal ou de plástico, que é colocado em um solo de interesse e é utilizada para determinar o destino dos produtos químicos aplicados em quantidades conhecidas de uma área restrita. De solo e vegetação amostras colhidas lisimetria pode ser usado para avaliar a evolução das distribuições químicos ao longo do tempo. Porque o campo lysimetry é realizada sob condições ambientais naturais, os resultados podem ser utilizados para prever cenários casos reais derivados de aplicações químicas de sistemas de solo. Os primeiros estudos em lisímetros medido transpiração, o fluxo de umidade e / ou movimento de nutrientes. Estudos em lisímetros modernos medir pesticidas e nutrientes dissipação, o movimento de pesticidas, volatilidade e balanço de massa, juntamente com a aforememedições ntioned 3.
Uma limitação do lysimetry campo tradicional é que a mobilidade química dentro de um perfil do solo é em grande parte definida por medições em fase sólida, enquanto menos atenção é dada às concentrações químicas dissolvidas na água de percolação através dos solos – um componente crítico que pode impactar o potencial de contaminação das águas subterrâneas de produtos químicos aplicados-terra. Embora lixiviados a partir do fundo dos lisimetria é por vezes recolhidos para análise, esta resolução limites de aproximação profundidade de concentrações Porewater e tipicamente requer significativa escavação do solo antes da experimentação. Em vez disso, para obter dados sobre as concentrações químicas da água do solo, samplers Porewater pode ser utilizado em ambientes de campo. Samplers Porewater são instalados em solos para coletar água de discretos, profundidades desejadas e apenas minimamente perturbar o sistema solo. Samplers Porewater ter sido referido por muitos nomes, incluindo lisímetros, cu de sucçãop lisímetros ou samplers solução do solo, convoluting sua distinção com os lisímetros de campo tradicionais descritos acima. Neste artigo, usaremos o termo "amostrador água do subterrâneo" para aliviar a confusão.
Aqui, nós demonstramos uma abordagem experimental que combina lysimetry campo e amostragem água intersticial para avaliar o potencial de lixiviação para baixo de produtos químicos aplicados aos sistemas de solo ou bareground vegetadas. Lysimetry tem sido uma ferramenta poderosa usada desde 1700 7, enquanto amostragem água intersticial de cerâmica tem sido usada desde o início da década de 1960 8. A integração destas técnicas permite a determinação robustos campo de ambas as distribuições contínuas e de concentração química de fase dissolvida, minimizando a perturbação do solo. Este artigo descreve os fatores a considerar ao projetar um experimento, incluindo a escolha do local, a instalação de dispositivos e coleta de amostras. A aproximação é ilustrada com uma experiência que avaliou o destino de umarsénico pesticida orgânico aplicado a um bareground e um sistema estabelecido relvada. As técnicas descritas podem ser ajustados conforme necessário examinar o destino de uma grande variedade de produtos químicos, proporcionando assim ferramentas inestimáveis para os pesquisadores e formuladores de políticas que procuram entender o destino ambiental e comportamento de substâncias químicas aplicadas em terra.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utilizando um lysimetry campo abordagem integrada e amostragem água intersticial permite aos pesquisadores para avaliar as distribuições espaciais e temporais de uma grande variedade de substâncias químicas aplicadas em terra. O destino dos produtos químicos no solo e sistemas de vegetação pode ser controlada por um certo número de processos e os atributos do ambiente, tais como lixiviação de queda, a volatilização, hidrólise, fotólise, microbiano de transformação / degradação, a absorção pelas plan…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem a equipe da Estação de Pesquisa NCDA Sandhills para a assistência com a instalação do lisímetro e exumação. O financiamento para as experiências descritas nos resultados representativos foi fornecido pelo Centro de Pesquisa e Turfgrass Educação Ambiental. Vídeo e produção manuscrito foi apoiada pelos Departamentos da Universidade Estadual da Carolina do Norte de Ciência do Solo e Fitotecnia.
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 |
Riferimenti
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