Noggrann kvantifiering av fosfor (P) desorptionspotential i mättade jordar och sediment är viktigt för P modellering och transport minskning insatser. För att bättre kunna redogöra för in situ Soil-Water redox dynamik och P mobilisering under långvarig mättnad, en enkel metod utvecklades baserat på upprepade provtagning av laboratoriet microcosms.
Fosfor (P) är ett kritiskt begränsande näringsämne i agroekosystem som kräver noggrann hantering för att minska transportrisken till vattenmiljöer. Rutinmässiga laboratorie åtgärder av P biotillgänglighet är baserade på kemiska extraktioner utförs på torkade prover under oxiderande förhållanden. Medan användbara, dessa tester är begränsade med avseende på karakterisera P release under långvarig vattenmättnad. Labile ortofosfat bundet till oxiderat järn och andra metaller kan snabbt desorb till lösning i att minska miljöer, öka P mobilisering risk för att ytan avrinning och grundvatten. För att bättre kvantifiera P desorption potential och rörlighet under utökad mättnad, ett laboratorium mikrokosmos metod utvecklades baserat på upprepad provtagning av spår och överliggande flodvattnet över tiden. Metoden är användbar för att kvantifiera P release potential från jordar och sediment som varierar i fysikalisk-kemiska egenskaper och kan förbättra platsspecifika P mildrande insatser genom att bättre karakterisera P release risk i hydrologiskt aktiva områden. Fördelarna med metoden är dess förmåga att simulera in situ -dynamik, enkelhet, låg kostnad och flexibilitet.
Fosfor (P) är en kritisk begränsande näringsämne för både gröda och akvatiska biomassa produktivitet. Ytvatten hydrologi är en huvudsaklig drivrutin för P öde och transport, eftersom det styr den fysiska transporten av sediment och P samtidigt påverkar remobilisering potential under avrinning och översvämningar/ponding händelser. Olika laboratoriebaserade extraktionsmetoder används vanligtvis för att uppskatta P release vid fält skalan under oxiderande förhållanden. Medan olika mekanismer kan bidra till P frisättning, reduktiv upplösning av järn-fosfater är en väletablerad Reaktionsmekanism som kan leda till stora ortofosfat-P-flöden till vatten1,2,3, 4. I en översyn av mekanismer som styr P biogeokemi i våtmarker, var redox status en hypotes om att vara den viktigaste variabeln kontrollerande P utsläpp till jordar och grunda grundvatten5. Som sådan, traditionella P-tester kan inte vara tillförlitliga prediktorer för P release under långvarig mättnad.
Med tanke på vikten av vatten uppehållstid och redoxstatus på P öde och transport, kan laboratoriemetoder som utformats för att bättre simulera in situ -förhållanden leda till förbättrade P-transportriskindex för jordbruks-och våtmarksekosystem som omfattas varierande mättnad. Eftersom ortofosfat är omedelbart biotillgängligt, kan hastigheten och omfattningen av desorption under mättnad användas som ett index för Nonpoint källa P föroreningsrisk. Vår metod var utformad för att kvantifiera P desorption till spår (PW) och mobilisering till överliggande flodvattnet (FW), ett typiskt tillstånd i områden med variabel källa område hydrologi (t. ex. översvämmade jordbruksområden, våtmarker, dränering diken, och Riparian/ nära Ströms zoner). Metoden utvecklades ursprungligen för att karakterisera P release potential i säsongsmässigt översvämmade jordar från norra New York (USA) och nyligen tillämpas för att kvantifiera P desorption potential av Strandmark från nordvästra Vermont Lake Champlain Basin6 . Här, vi tillhandahåller ett protokoll för laboratoriet mikrokosmos metod och belysa resultat från en nyligen publicerad studie som visar dess förmåga att kvantifiera P desorption potential. Vi visar också sambandet mellan P release potential och tillförlitligheten av rutinmässig mark tester (labile extraherbara P, pH) att förutsäga release över webbplatser.
För att genomföra metoden krävs tillgång till ett analytiskt laboratorium med tillräcklig klimatkontroll, ventilation, vatten och ett lämpligt system för bortskaffande av syra avfall. Metoden förutsätter tillgång till rutinmässiga kemiska reagenser och laboratorieutrustning (sänkor, huvor, glasvaror, etc.). Utöver rutinmässiga laboratorie behov krävs ett membran filtreringssystem (≤ 0,45 μm) och en UV-spektrofotometer för mätning av P. En pH-mätare eller multiparametrar vattenkvalitet sond rekommenderas också men inte krävs. Laboratorie temperaturen är en viktig faktor och bör hållas konstant om inte temperaturen i sig undersöks som en experimentell faktor (20 ° c rekommenderas). Obehindrat tillträde till ett adekvat analytiskt laboratorium med lämplig utrustning är en förutsättning för att kunna utföra metoden på rätt sätt och generera meningsfulla resultat.
En huvudsaklig teknisk fördel av mikrokosmos-metoden är dess förmåga att simulera in situ- förhållanden där mättad jord eller sediment omedelbart överlagras av FW som väsentligen kan skilja sig i redox-och P-status. Landskap med variabel källa område hydrologi såsom dränering diken, översvämmade åkermark, våtmarker, och Riparian/Near-Stream zoner är alla exempel på där reducerade PW regelbundet överliggs av mer oxiderat vatten med lägre PI koncentrationer. Dessa redoxgradienter kan starkt …
The authors have nothing to disclose.
Finansiering gjordes tillgänglig av Vermont Water Resources och Lake Studies Center genom ett avtal med den amerikanska geologiska undersökningen. Slutsatser och åsikter är de av författarna och inte Vermonts vattenresurser och Lake Studies Center eller USGS.
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 |