Medición de la liberación de fósforo en microcosmos de laboratorio para la evaluación de la calidad del agua
Summary
La cuantificación precisa del potencial de desorción de fósforo (P) en suelos y sedimentos saturados es importante para los esfuerzos de modelado y mitigación del transporte de P. Para tener mejor en cuenta la dinámica in situ de redox suelo-agua y la movilización de P bajo saturación prolongada, se desarrolló un enfoque simple basado en muestreos repetidos de microcosmos de laboratorio.
Abstract
El fósforo (P) es un nutriente limitante crítico en los agroecosistemas que requiere una gestión cuidadosa para reducir el riesgo de transporte a los ambientes acuáticos. Las medidas rutinarias de laboratorio de biodisponibilidad P se basan en extracciones químicas realizadas en muestras secas en condiciones de oxidación. Si bien son útiles, estas pruebas se limitan con respecto a caracterizar la liberación P bajo saturación prolongada de agua. El ortofosfato lábil unido al hierro oxidado y otros metales puede desorbizar rápidamente a la solución en entornos de reducción, aumentando el riesgo de movilización de P para la escorrencíta superficial y las aguas subterráneas. Para cuantificar mejor el potencial de desorción de P y la movilidad durante la saturación prolongada, se desarrolló un método de microcosmos de laboratorio basado en muestreos repetidos de agua de poro y agua de inundación superpuesta a lo largo del tiempo. El método es útil para cuantificar el potencial de liberación de P de suelos y sedimentos que varían en propiedades fisicoquímicas y puede mejorar los esfuerzos de mitigación de P específicos del sitio al caracterizar mejor el riesgo de liberación de P en áreas hidrológicamente activas. Las ventajas del método incluyen su capacidad para simular la dinámica di situ, la simplicidad, el bajo costo y la flexibilidad.
Introduction
El fósforo (P) es un nutriente limitante crítico para la productividad de la biomasa tanto de cultivos como de biomasa acuática. La hidrología del agua superficial es un factor principal del destino y el transporte de P, ya que controla el transporte físico de sedimentos y P, al tiempo que afecta al potencial de removilización durante la escorrenza y los eventos de inundación/ponding. Varios métodos de extracción basados en laboratorio se utilizan típicamente para estimar la liberación de P a escala de campo en condiciones de oxidación. Mientras que diferentes mecanismos pueden contribuir a la liberación de P, la disolución reductiva de los fosfatos de hierro es un mecanismo de reacción bien establecido que puede conducir a grandes flujos de ortofosfato-P al agua1,2,3, 4. En una revisión de los mecanismos que controlan la biogeoquímica P en los humedales, se hipotetizó el estado de redox como la principal variable controladora de la liberación de P a los suelos y aguas subterráneas poco profundas5. Como tal, las pruebas P tradicionales pueden no ser predictores confiables de liberación P bajo saturación prolongada.
Dada la importancia del tiempo de residencia del agua y el estado de redox en el destino y el transporte P, los enfoques de laboratorio diseñados para simular mejor las condiciones in situ podrían dar lugar a una mejora de los índices de riesgo de transporte P para los ecosistemas agrícolas y humedales sujetos a saturación variable. Dado que el ortofosfato es inmediatamente biodisponible, la tasa y el grado de desorción durante la saturación se pueden utilizar como un índice de riesgo de contaminación P de fuente no puntual. Nuestro método fue diseñado para cuantificar la desorción P al agua de poro (PW) y la movilización a las aguas de inundación (FW), una condición típica en áreas con hidrología de área de origen variable (por ejemplo, campos agrícolas inundados, humedales, zanjas de drenaje y zonas cercanas a la corriente). El método fue desarrollado originalmente para caracterizar el potencial de liberación de P en suelos inundados estacionalmente del norte de Nueva York (EE.UU.) y recientemente se aplicó para cuantificar el potencial de desorción de suelos ribereños de la Cuenca del Lago Champlain 6, en el noroeste deVermont. . Aquí, proporcionamos un protocolo para el método de microcosmos de laboratorio y destacamos los resultados de un estudio publicado recientemente que demuestra su capacidad para cuantificar el potencial de desorción de P. También demostramos la relación entre el potencial de liberación de P y la fiabilidad de las pruebas rutinarias de suelo (P extraíble lábil, pH) para predecir la liberación entre sitios.
La realización del método requiere el acceso a un laboratorio analítico con un control de clima adecuado, ventilación, agua y un sistema adecuado de eliminación de residuos ácidos. El método presupone el acceso a reactivos químicos de rutina y equipos de laboratorio (sumideros, campanas, cristalería, etc.). Más allá de las necesidades rutinarias de laboratorio, se requiere un sistema de filtración por membrana (a 0,45 m) y un espectrofotómetro UV para medir P. También se recomienda un medidor de pH o una sonda de calidad de agua multiparámetro, pero no se requiere. La temperatura de laboratorio es un factor importante y debe mantenerse constante a menos que la temperatura en sí se esté investigando como un factor experimental (se recomienda 20 oC). El acceso sin obstáculos a un laboratorio analítico adecuado con el equipo adecuado es un requisito previo para realizar el método correctamente y generar resultados significativos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Una ventaja técnica principal del enfoque del microcosmos es su capacidad para simular condiciones in situ por las que el suelo saturado o sedimento es inmediatamente superado por FW que puede diferir sustancialmente en el estado de redox y P. Paisajes con hidrología de área de origen variable como zanjas de drenaje, tierras de cultivo inundadas, humedales y zonas ribereñas/cercanas son ejemplos de donde el PW reducido se sobrelava periódicamente por el agua más oxidada con concentraciones de Pi más bajas…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El Centro de Recursos Hídricos y Estudios de Lagos de Vermont puso a disposición fondos a través de un acuerdo con el Servicio Geológico de los Estados Unidos. Las conclusiones y opiniones son las de los autores y no el Centro de Recursos Hídricos y Estudios del Lago de Vermont o el USGS.
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 |
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