Medição da liberação de fósforo em microcosmos laboratoriais para avaliação da qualidade da água
Summary
A quantificação exata do potencial de dessorção de fósforo (P) em solos saturados e sedimentos é importante para os esforços de modelagem P e mitigação de transporte. Para melhor se ter em conta a dinâmica redox do solo-água in situ e a mobilização de P saturação prolongada, foi desenvolvida uma abordagem simples com base na amostragem repetida de microcosmas laboratoriais.
Abstract
O fósforo (P) é um nutriente limitante crítico em agroecossistemas que necessitam de manejo cuidadoso para reduzir o risco de transporte para ambientes aquáticos. As medidas laboratoriais rotineiras da biodisponibilidade de P são baseadas em extrações químicas executadas em amostras secadas condições oxidantes. Embora úteis, esses testes são limitados em relação à caracterização da liberação de P saturação prolongada de água. O ortofosfato labile ligado ao ferro oxidado e aos outros metais pode ràpida de à solução em ambientes de redução, aumentando o risco da mobilização de P ao escoamento superficial e às águas subterrâneas. Para melhor quantificar o potencial de dessorção de P e a mobilidade durante a saturação estendida, um método de microcosmo laboratorial foi desenvolvido com base na amostragem repetida de água de água e inundação sobrejacente ao longo do tempo. O método é útil para quantificar o potencial de liberação de P de solos e sedimentos variando em propriedades físico-químicas e pode melhorar os esforços de mitigação de P específicos do local por melhor caracterizar o risco de liberação de P em áreas hidrologicamente ativas. As vantagens do método incluem a sua capacidade de simular dinâmica in situ , simplicidade, baixo custo e flexibilidade.
Introduction
O fósforo (P) é um nutriente limitante crítico para a produtividade da cultura e da biomassa aquática. A hidrologia da água de superfície é o principal condutor do destino e do transporte de P, pois controla o transporte físico de sedimentos e P, enquanto também afeta o potencial de remobilização durante os eventos de escoamento e inundação/pontamento. Vários métodos de extração baseados em laboratório são tipicamente usados para estimar a liberação de P na escala de campo condições oxidantes. Embora diferentes mecanismos possam contribuir para a liberação de p, a dissolução redutiva de fosfatos de ferro é um mecanismo de reação bem estabelecido que pode levar a grandes fluxos de p-ortofosfato-para a água1,2,3, a 4. Em uma revisão dos mecanismos que controlam a biogeoquímica de P nas zonas húmidas, o status redox foi supor para ser a variável principal controlando a liberação de P aos solos e às águas subterrâneas rasas5. Como tal, os testes tradicionais de P podem não ser preditores confiáveis de liberação de P saturação prolongada.
Dada a importância do tempo de permanência na água e do status redox sobre o destino e o transporte de P, as abordagens laboratoriais destinadas a simular melhor as condições in situ podem levar a melhores índices de risco de transporte p para ecossistemas agrícolas e alagados sujeitos a Saturação variável. Uma vez que o ortofosfato é imediatamente biodisponível, a taxa e a extensão da dessorção durante a saturação podem ser usadas como um índice de risco de poluição da fonte P não pontual. Nosso método foi projetado para quantificar a dessorção de P para a porágua (PW) e mobilização para a água de inundação sobrejacente (FW), uma condição típica em áreas com hidrologia de área de fonte variável (por exemplo, campos agrícolas alagados, zonas húmidas, valas de drenagem e Riparian/ zonas de fluxo próximo). O método foi originalmente desenvolvido para caracterizar o potencial de liberação de P em solos sazonalmente inundados do norte de Nova York (EUA) e aplicado recentemente para quantificar o potencial de dessorção de P de solos ribeirinos do noroeste da bacia do lago Champlain de Vermont6 . Aqui, nós fornecemos um protocolo para o método do microcosmo do laboratório e destacamos resultados de um estudo recentemente publicado que demonstra sua habilidade de quantificar o potencial do dessorption de P. Também demonstramos a relação entre o potencial de liberação de p e a confiabilidade dos testes de rotina do solo (p extraível lábil, pH) para prever a liberação em todos os sítios.
A realização do método requer acesso a um laboratório analítico com controle climático adequado, ventilação, água e um sistema adequado de descarte de resíduos ácidos. O método pressupõe o acesso a reagentes químicos de rotina e equipamentos laboratoriais (pias, capas, copos, etc.). Além das necessidades rotineiras do laboratório, um sistema da filtração da membrana (≤ 0,45 μm) é exigido e um espectrofotômetro UV para medir P. Um medidor de pH ou sonda de qualidade de água multiparâmetro também são recomendados, mas não é necessário. A temperatura do laboratório é um fator importante e deve ser mantida constante, a menos que a temperatura em si esteja sendo investigada como um fator experimental (recomenda-se 20 ° c). O acesso sem impedimentos a um laboratório analítico adequado com equipamento adequado é um pré-requisito para executar o método corretamente e gerar resultados significativos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uma vantagem técnica principal da aproximação do microcosmo é sua habilidade de simular circunstâncias in situ por meio de que o solo saturado ou o sedimento é cobertos imediatamente pelo FW que pode substancialmente diferir no status de redox e de P. Paisagens com hidrologia de área de fonte variável, como valas de drenagem, terras alagadas, áreas húmidas e zonas de Riparian/Near-Stream são exemplos de onde o PW reduzido é periodicamente sobreposto por água mais oxidada com concentrações inferior…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O financiamento foi disponibilizado pelos recursos hídricos de Vermont e Lake Studies Center por meio de um acordo com a pesquisa geológica dos EUA. As conclusões e as opiniões são aquelas dos autores e não dos recursos hídricos de Vermont e do centro dos estudos do lago ou do 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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