مياه الري الآثار على الموصلية الهيدروليكية التربة: إلى جانب أخذ العينات الميدانية ومختبر تصميم الموصلية الهيدروليكية المشبعة
Summary
نقدم هنا منهجية الذي يطابق حجم عينة تربة وجهاز قياس موصلية هيدروليكية منع تدفق ما يسمى الجدار على طول داخل الحاوية التربة تضمين خطأ في قياس تدفق المياه. ويتجلى استخدامه مع عينات جمعت من موقع مياه ري.
Abstract
ومنذ أوائل الستينات، وممارسة تصريف مياه الصرف بديلة في “جامعة ولاية بنسلفانيا” وجرى بحث ورصد آثارها. بدلاً من الاضطلاع بمعاملة مياه الصرف الصحي إلى تيار، وبالتالي مباشرة تؤثر نوعية تيار، يتم تطبيق النفايات السائلة إلى الغابات والأراضي المزروعة التي تديرها الجامعة. الشواغل المتعلقة بإجراء تخفيضات في الموصلية الهيدروليكية التربة تحدث عند النظر في إعادة استخدام المياه العادمة. المنهجية المشروحة في هذه المخطوطة، مطابقة حجم عينة التربة مع حجم أجهزة قياس الموصلية الهيدروليكية المختبري، يوفر فوائد مجموعة السريع نسبيا من العينات مع الفوائد الخاضعة لسيطرة مختبر شروط الحدود. وتشير النتائج إلى أنه قد يكون هناك بعض التأثير لإعادة استخدام المياه العادمة في التربة القدرة على نقل المياه في أعماق أعمق في المناطق ديبريشنال للموقع. ويبدو أن تتصل بالعمق من العينة التي تم جمعها، والاستدلال، المرتبطة بالاختلافات الهيكلية والتكوينية التربة معظم التخفيضات في الموصلية الهيدروليكية التربة في المنخفضات.
Introduction
تصريف المياه المستعملة المعالجة من البلديات إلى تيارات ممارسة متبعة منذ عقود. تعامل هذه المياه المستعملة أساسا لغرض الحد من القدرة على استهلاك الأوكسجين البيولوجي بالكائنات الدقيقة في المياه المستقبلة، ونتيجة للنفايات السائلة تم تفريغها من المياه المستعملة. استهلاك الأوكسجين بالكائنات المجهرية يحط المواد العضوية في مياه الصرف الصحي الحد من مستويات الأوكسجين في الجسم المياه إلى النفايات السائلة التي لا تبرأ ذمته، ومن ثم ضرر الكائنات المائية، بما في ذلك الأسماك.
في العقود الأخيرة تطورت الشواغل المتصلة بالمغذيات غير العضوية وبعض المعادن، والمواد الكيميائية الأخرى داخل المياه العادمة التي تخلق الضرر. بسبب دراسة نشرتها Kolpin et al. 1، وقد تطورت مزيد من تركيز على مجموعة من المواد الكيميائية التي لم يسبق النظر فيها. هذه الدراسة، التي نشرتها “الجمعية الجيولوجية في الولايات المتحدة”، رفع الوعي فيما يتعلق بمجموعة واسعة من منتجات العناية الشخصية وغيرها من المواد الكيميائية في الأنهار والجداول عبر الولايات المتحدة المستحقة التفريغ من مرافق معالجة المياه المستعملة.
منذ أوائل الستينات، والتحقيق الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا وتطويرها ممارسة تصريف مياه الصرف بديلة فريدة من نوعها إلى حد ما في منطقة رطبة. بدلاً من الاضطلاع بمعالجة مياه الصرف الصحي إلى تيار، وتؤثر مباشرة وبالتالي يطبق نوعية تيار، والنفايات السائلة تغطيها الغابات والأراضي المزروعة تديرها الجامعة. هذا مجال التطبيق، الملقب “تصفية يعيشون”، يقبل حاليا جميع مياه الفضلات السائلة المتولدة من الحرم الجامعي بالإضافة إلى بعض من البلدية. وهذا يقلل من احتمال للمغذيات الزائدة لدخول تيارات وإيصال المياه إلى خليج تشيسابيك، ويحمي مصايد المياه الباردة المحلية من تصريفات مياه دافئة وهي ضارة للأسماك، ويمنع تسليم المواد الكيميائية الأخرى وترد في المياه المستعملة من الاتصال مباشرة بالنظم الإيكولوجية المائية.
ومع ذلك، هناك دائماً المترتبة على التغييرات في السلوك، وهذا المرفق الاستخدام البديل ليست محصنة ضد مثل هذه. وأثيرت تساؤلات بشأن ما إذا كان تطبيق مياه الصرف الصحي أثر سلبا على قدرة التربة السماح للمياه التغلغل في التربة السطحية2 و 3،4،5 وتسبب زيادة الجريان السطحي، ما إذا كان هناك تلوث المحتمل للآبار المحلية مع المواد الكيميائية (المواد الغذائية، والمضادات الحيوية أو غيرها من المركبات الصيدلانية، منتجات العناية الشخصية) الواردة في مياه الصرف الصحي، وما إذا كانت تلك المواد الكيميائية التي يتم إنشاء السلبية التأثيرات البيئية، مثل التربة عن طريق استيعاب المواد الكيميائية في النباتات6 نمت على الموقع، أو تطوير المقاومة للمضادات الحيوية في الكائنات الحية7 في الموقع.
ونتيجة لبعض هذه الشواغل، هو إجراء هذه الدراسة لتحديد الآثار المترتبة الري من مياه الفضلات السائلة في التربة الموصلية الهيدروليكية في التشبع. ينطوي النهج المتبع في جمع التربة من مواقع مختارة داخل أو خارج مساحة الأراضي المروية ومطابقة حجم الحاوية عينة التربة مع إعداد مختبر. من المهم للحاوية عينة التربة لتناسب الأجهزة المختبرية والماء يتحرك إلى الأسفل من خلال مصفوفة التربة في العينة فصل من الماء الذي يتحرك إلى الأسفل بين التربة وحاوية عينات التربة. البروتوكول يصف كيف يتكون جهاز المختبر لضمان حدوث هذا.
يتم جمع عينات التربة باستخدام عينة هيدروليكية أساسية المرفقة بجرار. يتم جمعها من مناطق مختارة في المناظر الطبيعية المتموجة النوى التربة والاحتفاظ بها في الأكمام بلاستيكية المجهزة إلى أخذ العينات الأساسية التربة. وتجمع هذه النوى من طفال رملي طمى هجرستاون، يقع في وضع أفقي قمة أو في منطقة ديبريشنال. ستة مؤتمرات تمثيلية وستة مواقع ديبريشنال هي عينات من المساحة المروية (ما مجموعة 12 مواقع أخذ العينات في مساحة الأراضي المروية). وباﻹضافة إلى ذلك، ثلاثة مؤتمرات وثلاثة مواقع ديبريشنال هي عينات من منطقة مجاورة، وغير المروية (ما مجموعة ستة مواقع غير المروية). يتم جمع أقصى قدر نوى ستة في كل موقع بعمق حوالي 1200 ملم، الحد أقصى مع كل عينة أساسية يجري حوالي 150 مم في الطول (100 ملم عينة يجري الواردة في الأكمام البلاستيكية و 50 مم يجري الواردة في قطع الرأس لأخذ العينات المعدنية ). بعد إزالة من العينات المعدنية، مزودة بأغطية نهاية اكمام بلاستيكية تحتوي على أساسيات التربة التي تم جمعها ونقلها تستقيم إلى المختبر وتخزينها تستقيم حتى يتم استخدامها لتحديد الموصلية الهيدروليكية المشبعة. وفي الوقت نفسه، يتم جمع عينات من التربة في كل عمق البت في التربة والتربة الحل تركيزات الكالسيوم (Ca) والمغنيسيوم (Mg)، والصوديوم (Na) باستخدام استخراج 3 ملك لتقديرات تركيزات التربة8 والمياه. مقتطفات بنسبة 1:2 من التربة الجماهيري: المياه الشامل. التحليل الكيميائي للمياه مقتطفات تم الحصول عليها من “الحث يقترن البلازما الذرية الانبعاث الطيفي” (برنامج المقارنات الدولية–الخدمات المعمارية والهندسية)، واستخدمت لحساب نسبة امتزاز الصوديوم (SAR).
ويتم تصميم الموصلية الهيدروليكية المشبعة أساسا باستخدام أسلوب ثابت رأس9. محلول يحتوي على المرجع المصدق و Na الأملاح لتقليد الموصلية الكهربائية السائلة (EC) ويتم إنشاء ريال سعودي للنفايات السائلة حتى التربة سوف يتعرض لمتغيرات نوعية مشابهة لمياه الصرف المطبقة في المجال المياه. وفي هذه الحالة، الجماعة الأوروبية هو 1.3 dS/m وهو الجمهورية العربية السورية 3، تعبر عن المفوضية الأوروبية والبحث والإنقاذ من النفايات السائلة في السنوات الأخيرة قبل فترة العينة. [تقنيا، وحدات للبحث والإنقاذ هي (milliequivalents/لتر)½ ولم تحدد عادة في الأدب].
تعديل الأسلوب الرئيسي المستمر Klute وديركسن9 هو وضع فاصل تدفق ب وكر8 لمنع تدفق من خلال العمود الذي وقع خارج المصفوفة التربة من إدراجها في تقدير التربة هيدروليكية موصلية. فاصل تدفق بنيت باستخدام أنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC) المحدد وتشكيله ليطابق حجم عينة التربة. شاشة تدعم عينة التربة ويسمح للمياه التي انتقلت من خلال مصفوفة التربة بالتدفق إلى الجزء السفلي من النموذج. منفذ ثاني تنبعث من المياه التي تدفقت إلى أسفل داخل الأكمام البلاستيكية، وبالتالي القضاء على ما يسمى “الجدار تدفق” من إدراجها بشكل غير صحيح في تقدير كمية المياه التي تتحرك من خلال مصفوفة التربة.
Protocol
Representative Results
Discussion
القدرة على جمع عينات التربة الميدانية، دون عائق، والحصول على قيمها الموصلية الهيدروليكية مهم في الحصول على بيانات تمثيلية من موقع. كي تمثل أفضل الظروف الميدانية، من المهم أن استخدام عينات التربة التي تظل في ممثل دولة مادية من بيئتهم في الميدان. جمع عينات التربة من موقع ميدان الذي منزعجون …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلف يود أن يشكر “بنسلفانيا الدولة جامعة مكتب من المادية المصنع” لتوفير تمويل جزئي لدعم هذا المشروع. كما قدمت تمويلاً جزئيا W-3170 “المشروع البحثي” الإقليمي وزارة الزراعة. ونود أن نعرب عن امتناننا لافرايم جوفيري لمساعدته مع العمل التحليلي. عن امتناننا العميق لتشارلز ووكر، الذي التصميم الهندسي ومهارات البناء جعلت من الممكن بالنسبة لنا القيام بهذا العمل.
Materials
| Sampling equipment: | |||
| Soil Sampler Drill Rig | Giddings Machine Co. Inc | #25-TS / Model HDGSRTS | * NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced |
| Kelly Bar | Giddings Machine Co. Inc | #KB-208 8 Ft. Kelly Bar | |
| Soil Sample Collection Tube | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-180 4-3/4” X 7-1/4” | |
| Soil Collection Tube Bit | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-190 4-3/4” Standard Relief | |
| Plastic Liner for Soil Sample | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-208 3-5/8” x 6” | Enough for the number of samples being collected |
| Black end caps a for bottom of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Red end caps a for top of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Cooler Chest | Store & maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab | ||
| Protective gear: | |||
| Hardhats, googles, and gloves | other items as needed for personal protection | ||
| Saw | |||
| Drill and bits | |||
| PVC Cement | |||
| 6 to 8 – 19 mm x 184 mm x 2438 mm boards | |||
| 2 – barbed fittings; 13 mm HB x MGHT | to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter | ||
| 6 – barbed fitting | to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage | ||
| 3000 mm long – 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing | |||
| 6 – 85 mm diameter circular mesh pieces | Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard) | ||
| Schedule 40 PVC pipe – 96 mm ID / 114 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 73 mm ID / 89 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 – 73 mm plastic shower drains | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 25 mm ID | |||
| 6 – 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC | Can purchase 2 – 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p | ||
| 6 – 140 mm by 19 mm plastic funnels | To direct water flowing from soil sample into collection beaker | ||
| Adhesive caulk | |||
| 1 – length of 150 mm x 1200 mm wire mesh cloth | 4 Mesh works well | ||
| 2 – 120 mm x 1219 mm plastic gutter with end caps | |||
| 4 – gutter hangers | |||
| 1 – additional gutter end cap | To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter | ||
| 1 – large plastic tub | Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure | ||
| 1 – large plastic tub | To serve for wetting up soil samples | ||
| 1 – Submersible pump | e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS | ||
| Plastic tubing | Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter | ||
| Container of Cheese Cloth | To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up | ||
| Rubber bands | Large enough to fit around plastic sample liners tightly | ||
| Scale which measures to at least 0.1 gram | |||
| Beaker or other container to collect water from each sample | |||
| Sodium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil | ||
| Calcium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil |
References
- Kolpin, D. W., et al. Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance. Environmental Science & Technology. 36 (6), 1202-1211 (2002).
- Duan, R., Sheppard, C. D., Fedler, C. B. Short-term effects of wastewater land application on soil chemical properties. Water, Air, & Soil Pollution. 211 (1-4), 165-176 (2010).
- Frenkel, H., Goertzen, J. O., Rhoades, J. D. Effects of clay type and content exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 42 (1), 32-39 (1978).
- Goncalves, R. A. B., et al. Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent. Geoderma. 139 (1-2), 241-248 (2007).
- Halliwell, D. J., Barlow, K. M., Nash, D. M. A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems. Australian Journal of Soil Research. 39 (6), 1259-1267 (2001).
- Franklin, A. M., Williams, C. F., Andrews, D. M., Woodward, E. E., Watson, J. E. Uptake of Three Antibiotics and an Antiepileptic Drug by Wheat Crops Spray Irrigated with Wastewater Treatment Plant Effluent. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 546-554 (2016).
- Franklin, A. M., et al. Antibiotics in agroecosystems: introduction to the special section. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 377-393 (2016).
- Wolf, A. M., Beegle, D. B., Sims, J. T., Wolf, A. Recommended soil tests for macronutrients. Recommended Soil Testing Procedures for the Northeastern United States. , 39-47 (2011).
- Klute, A., Dirksen, C., Klute, A. Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods. Methods of Soil Analysis: Part 1-Physical and Mineralogical Methods. , 687-743 (1986).
- Walker, C. . Enhanced techniques for determining changes to soils receiving wastewater irrigation for over forty years. , (2006).
- Perroux, K. M., White, I. Designs for disc permeameters. Soil Science Society of America Journal. 52 (5), 1205-1215 (1988).
- Clothier, B. E., White, I. Measurement of sorptivity and soil water diffusivity in the field. Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 241-245 (1981).
- Ankeny, M. D., Ahmed, M., Kaspar, T. C., Horton, R. Simple field method for determining unsaturated hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 55 (2), 467-470 (1991).
- Larson, Z. M. . Long-term treated wastewater irrigation effects on hydraulic conductivity and soil quality at Penn State’s Living Filter. , (2010).
