Lysimetry Integrado de campo y toma de muestras de agua intersticial para la Evaluación de la Movilidad de Química en Suelos y Vegetación Establecido
Summary
Lysimetry campo y toma de muestras de agua intersticial permiten a los investigadores evaluar el destino de los productos químicos aplicados a los suelos y la vegetación establecida. El objetivo de este protocolo es demostrar cómo instalar la instrumentación necesaria y tomar muestras para el análisis químico durante lysimetry campo integrado y experimentos de muestreo intersticiales.
Abstract
Productos químicos potencialmente tóxicos se aplican rutinariamente a la tierra para satisfacer las crecientes demandas sobre la gestión de residuos y la producción de alimentos, pero el destino de estos productos químicos a menudo no se comprenden bien. Aquí se demuestra un método integrado de muestreo lysimetry campo y agua intersticial para evaluar la movilidad de los productos químicos aplicados a los suelos y la vegetación establecida. Los lisímetros, columnas abiertas de metal o de plástico, se conducen en bareground o suelos con vegetación. Muestreadores intersticiales, que están disponibles comercialmente y utilizan el vacío para recoger el agua de infiltración del suelo, están instalados a profundidades predeterminadas dentro de los lisímetros. En momentos predeterminados después de la aplicación química de las parcelas experimentales, se recoge agua de los poros, y lisímetros, que contiene el suelo y la vegetación, se exhumó. Mediante el análisis de las concentraciones de químicos en el suelo lisímetro, vegetación y agua intersticial, las tasas de lixiviación de la baja, la capacidad de retención del suelo y la absorción de la planta para el producto químico de interés puede ser cuantificado.Debido lysimetry campo y toma de muestras de agua intersticial se llevan a cabo en condiciones ambientales naturales y con una mínima alteración del suelo, los resultados derivados proyectan escenarios de casos reales y proporcionan información valiosa para la gestión de productos químicos. Como los productos químicos se aplican cada vez más a la tierra en todo el mundo, las técnicas descritas pueden utilizarse para determinar si los productos químicos aplicados acarrean efectos adversos para la salud humana o el medio ambiente.
Introduction
Productos químicos potencialmente tóxicos se aplican rutinariamente a la tierra a partir de fuentes tales como pesticidas, fertilizantes, aguas residuales / biosólidos, residuos industriales y residuos municipales 1,2. El destino de estos productos químicos – que puede incluir nutrientes, oligoelementos, sustancias orgánicas y sus metabolitos asociados – a menudo no se entiende bien 3. Si los productos químicos no se gestionan adecuadamente, tienen el potencial de poner en peligro la salud humana y del medio ambiente a través de su traslado desde y acumulación en las plantas y las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Con una población mundial que puede alcanzar los 10 mil millones de personas para el año 2050, hay una creciente demanda de gestión de residuos y la producción de alimentos 2, y la aplicación al suelo de muchas sustancias químicas ha aumentado 3,4. En consecuencia, se necesita investigación que cuantifica las transformaciones, la movilidad, los límites de carga, y los riesgos medioambientales generales de los productos químicos que requieren la eliminación en tierra o que dependen para mejorar la salud de los cultivosy ceder.
Varias estrategias se han empleado para evaluar las amenazas de los productos químicos aplicados en el medio ambiente. Se han llevado a cabo basada en el laboratorio, los estudios sobre sistemas modelo para proporcionar información sobre los mecanismos fundamentales que controlan la movilidad de los productos químicos en suelos. Al analizar el destino químico en un laboratorio, la manipulación completa del "medio ambiente" y las entradas se puede conseguir, pero éstos rara vez coincide con las condiciones ambientales en el mundo real de 5,6. Por lo tanto, la extrapolación de los resultados de laboratorio para la configuración del campo puede conducir a predicciones inexactas sobre amenazas químicas. En contraste, las mediciones de campo amplio se han utilizado para definir el comportamiento químico en el medio ambiente. Sin embargo, las conclusiones sobre el destino ambiental de estas mediciones son a menudo complicados debido a las tasas bajas con frecuencia de uso (por ejemplo, un g pocos A -1) de los productos químicos aplicados, así como las complejas interacciones entre los procesos hidrológicos y biogeoquímicos en el environment que regulan distribuciones químicas.
Lysimetry, incluyendo campo lysimetry, históricamente ha sido utilizado por los científicos del suelo y de los cultivos para evaluar sistemáticamente la movilidad descendente de los productos químicos aplicados a los suelos y la vegetación establecida. Un lisímetro es un dispositivo hecho de metal o de plástico que se coloca en un suelo de interés y se utiliza para determinar el destino de los productos químicos aplicados en cantidades conocidas para un área confinada. Las muestras de suelo y vegetación recogidos de lisímetros se pueden utilizar para evaluar la evolución de la distribución de químicos con el tiempo. Debido campo lysimetry se lleva a cabo en condiciones ambientales naturales, los resultados pueden ser usados para predecir escenarios de caso real derivados de aplicaciones químicas a los sistemas de suelo. Los primeros estudios con lisímetros midieron la transpiración, el flujo de la humedad, y / o el movimiento de nutrientes. Estudios con lisímetros de hoy en día miden de pesticidas y nutrientes de disipación, el movimiento de pesticidas, la volatilidad, y el balance de masas, junto con el aforememediciones ntioned 3.
Una limitación de lysimetry campo tradicional es que la movilidad química dentro de un perfil de suelo se define en gran medida por las mediciones de fase sólida, mientras que se presta menos atención a las concentraciones de químicos disueltos en el agua se filtre a través de los suelos – un componente crítico que puede afectar a la posibilidad de contaminación de las aguas subterráneas de los productos químicos de la tierra-aplicado. Aunque los lixiviados de la parte inferior de los lisímetros a veces se recogen para análisis, esta resolución de profundidad límites de aproximación de las concentraciones intersticiales y típicamente requiere significativa excavación del suelo antes de la experimentación. En lugar de ello, para obtener datos sobre las concentraciones químicas en el agua del suelo, muestreadores intersticiales se pueden utilizar en la configuración del campo. Samplers intersticiales están instalados en los suelos para recoger agua de discretos, profundidades deseadas y sólo mínimamente perturbar el sistema suelo. Samplers intersticiales se han denominado por muchos nombres incluyendo lisímetros de succión, culisímetros p, o muestreadores de la solución del suelo, la convolución de su distinción con los lisímetros de campo tradicionales descritos anteriormente. En este artículo, vamos a utilizar el término "sampler intersticial" para aliviar la confusión.
Este sentido, demuestran un enfoque experimental que combina lysimetry campo y toma de muestras de agua intersticial para evaluar el potencial de lixiviación a la baja de los productos químicos aplicados a los sistemas de suelo o bareground vegetación. Lysimetry ha sido una herramienta poderosa utilizada desde la década de 1700 7, durante el muestreo del agua intersticial de cerámica se ha utilizado desde la década de 1960 8. La integración de estas técnicas robustas permite la determinación de campo de ambas distribuciones sólidos y concentración química en fase disuelta y reducir al mínimo la perturbación del suelo. Este artículo describe los factores a considerar en el diseño de un experimento, incluyendo la selección del sitio, la instalación del dispositivo, y la recogida de muestras. El enfoque se ilustra con un experimento que evaluó el destino de unplaguicida arsenical orgánico aplicada a un bareground y un sistema de césped establecido. Las técnicas descritas se pueden ajustar según sea necesario para examinar el destino de una amplia variedad de productos químicos, proporcionando así herramientas muy valiosas para los investigadores y los responsables políticos que tratan de entender el destino y el comportamiento medioambiental de los productos químicos aplicados a los suelos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utilizando un lysimetry campo integrado y enfoque de muestreo intersticial permite a los investigadores para evaluar la distribución espacial y temporal de una amplia variedad de productos químicos aplicados a los suelos. El destino de los productos químicos en los suelos y sistemas de vegetación puede ser controlado por una serie de procesos y atributos ambientales, tales como la lixiviación hacia abajo, la volatilización, hidrólisis, fotólisis, microbianos de transformación / degradación, absorción por la p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen al personal de la Estación de Investigación Sandhills NCDA ayuda para instalar el lisímetro y exhumación. La financiación de los experimentos descritos en resultados representativos fue proporcionada por el Centro de Investigación de Césped y Educación Ambiental. El video y la producción de manuscritos con el apoyo de los Departamentos de la Universidad Estatal de Carolina del Norte de la Ciencia del Suelo y Ciencia de los Cultivos.
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 |
References
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