Misurazione del rilascio di fosforo nei microcosmi di laboratorio per la valutazione della qualità dell'acqua
Summary
La quantificazione accurata del potenziale di desorption del fosforo (P) nei terreni e nei sedimenti saturi è importante per la modellazione P e gli sforzi di mitigazione del trasporto. Per tenere meglio conto delle dinamiche di redox in situ suolo-acqua e della mobilitazione P in saturazione prolungata, è stato sviluppato un approccio semplice basato sul campionamento ripetuto di microcosmi di laboratorio.
Abstract
Il fosforo (P) è un nutriente critico che limita gli agroecosistemi che richiede un’attenta gestione per ridurre il rischio di trasporto per gli ambienti acquatici. Le misure di laboratorio di routine della biodisponibilità di P si basano su estrazioni chimiche eseguite su campioni secchi in condizioni ossidanti. Sebbene utili, questi test sono limitati per quanto riguarda la caratterizzazione del rilascio di P in condizioni di saturazione prolungata dell’acqua. L’ortopedo di Labile legato al ferro ossidato e ad altri metalli può rapidamente desistere verso la soluzione in ambienti di riduzione, aumentando il rischio di mobilitazione P al deflusso superficiale e alle acque sotterranee. Per quantificare meglio il potenziale di P desorption e la mobilità durante la saturazione estesa, è stato sviluppato un metodo di microcosmo di laboratorio basato sul campionamento ripetuto di acqua di pori e sull’acqua alluvionale sovrapposta nel tempo. Il metodo è utile per quantificare il potenziale di rilascio P da suoli e sedimenti che variano nelle proprietà fisicochimiche e può migliorare gli sforzi di mitigazione P specifici del sito caratterizzando meglio il rischio di rilascio P in aree idrologicamente attive. I vantaggi del metodo includono la sua capacità di simulare in situ dinamica, semplicità, basso costo, e la flessibilità.
Introduction
Il fosforo (P) è un nutriente fondamentale per la produttività delle colture e della biomassa acquatica. L’idrologia delle acque superficiali è uno dei principali motori del destino e del trasporto di P, in quanto controlla il trasporto fisico di sedimenti e P, influenzando anche il potenziale di remobilizzazione durante gli eventi di decomposizione e allagamento/ponding. Vari metodi di estrazione basati su laboratorio sono tipicamente utilizzati per stimare il rilascio di P su scala di campo in condizioni ossidanti. Mentre diversi meccanismi possono contribuire al rilascio di P, la dissoluzione riduttiva dei fosfati di ferro è un meccanismo di reazione ben consolidato che può portare a grandi flussi di ortopedia-p all’acqua1,2,3, 4. In una revisione dei meccanismi che controllano la biogeochimica della P nelle zone umide, si è ipotizzato che lo stato di redox sia la variabile principale che controlla il rilascio di P nei suoli e nelle acque sotterranee poco profonde5. Di conseguenza, i test P tradizionali potrebbero non essere predittori affidabili del rilascio di P in saturazione prolungata.
Data l’importanza del tempo di residenza dell’acqua e dello stato di redox sul destino e sui trasporti P, gli approcci di laboratorio progettati per simulare meglio le condizioni in situ potrebbero portare a un miglioramento degli indici di rischio del trasporto P per gli ecosistemi agricoli e delle aree umide soggetti a saturazione variabile. Poiché l’ortopedo è immediatamente biodisponibile, il tasso e l’entità della desorption durante la saturazione possono essere utilizzati come indice del rischio di inquinamento P di origine non distaccata. Il nostro metodo è stato progettato per quantificare la desorgtizione P all’acqua di pore (PW) e la mobilitazione alle acque alluvionali (FW), una condizione tipica nelle aree con idrologia di origine variabile (ad esempio, campi agricoli allagati, zone umide, fossati di drenaggio e zone di quasi-flusso). Il metodo è stato originariamente sviluppato per caratterizzare il potenziale di rilascio di P nei suoli stagionalmente allagati dal nord di New York (USA) e recentemente applicato per quantificare il potenziale di spedizione P dei suoli ripariali dal bacino del lago Champlain del Vermont nord-occidentale6 . Qui, forniamo un protocollo per il metodo del microcosmo di laboratorio ed evidenziamo i risultati di uno studio recentemente pubblicato che dimostra la sua capacità di quantificare il potenziale di P desorption. Dimostriamo anche la relazione tra il potenziale di rilascio P e l’affidabilità dei test del suolo di routine (P, pH labile) per prevedere il rilascio tra i siti.
L’esecuzione del metodo richiede l’accesso a un laboratorio analitico con un adeguato controllo del clima, ventilazione, acqua e un adeguato sistema di smaltimento dei rifiuti acidi. Il metodo presuppone l’accesso a reagenti chimici di routine e attrezzature di laboratorio (lavandini, cappe, vetro, ecc.). Al di là delle esigenze di laboratorio di routine, è necessario un sistema di filtrazione a membrana (0,45 m) e uno spettrofotometro UV per misurare P. È inoltre consigliato ma non richiesto un misuratore di pH o una sonda multiparametrica di qualità dell’acqua. La temperatura di laboratorio è un fattore importante e deve essere mantenuta costante a meno che la temperatura stessa non venga studiata come fattore sperimentale (si raccomandano 20 gradi centigradi). L’accesso senza ostacoli a un laboratorio analitico adeguato con attrezzature adeguate è un prerequisito per eseguire correttamente il metodo e generare risultati significativi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Uno dei principali vantaggi tecnici dell’approccio microcosmo è la sua capacità di simulare condizioni in situ per cui il suolo saturo o il sedimento è immediatamente sovraccaricato da FW che possono differire sostanzialmente nello stato redox e P. Paesaggi con idrologia di origine variabile come fossati di drenaggio, terreni coltivati allagati, zone umide e zone ripariane/vicino al flusso sono tutti esempi di dove la PW ridotta è periodicamente sovraccarica da acqua più ossidata con concentrazioni di Pi pi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
I finanziamenti sono stati messi a disposizione dal Vermont Water Resources and Lake Studies Center attraverso un accordo con lo U.S. Geological Survey. Conclusioni e opinioni sono quelle degli autori e non del Vermont Water Resources and Lake Studies Center o dell’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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