מדידת שחרור זרחן במעבדה Microcosms עבור הערכת איכות מים
Summary
כימות מדויקות של זרחן (P) הפוטנציאל הגלום בקרקעות רוויות ומשקעים חשוב עבור P דוגמנות ומאמצים להקלה על הובלה. כדי להגיע לחשבון טוב יותר באתרו של הדינמיקה העצמית של מי הקרקע וגיוס P באמצעות רוויה ממושכת, הגישה הפשוטה פותחה על בסיס דגימה חוזרת של microcosms מעבדה.
Abstract
זרחן (P) הוא מזינים קריטיים מגביל באגרואקולוגיות הדורשים ניהול קפדני כדי להפחית את הסיכון התחבורה לסביבות מימיות. אמצעי מעבדה שגרתית של הביוזמינות P מבוססים על עקירות כימיים שבוצעו על דגימות מיובשות תחת תנאי אוקסיגון. בעוד שימושי, בדיקות אלה מוגבלות ביחס לאפיון P שחרור תחת רוויית מים ממושכת. מתכת לבנה מאוגד לתחמוצת ברזל ומתכות אחרות יכול desorb במהירות לפתרון בסביבות הפחתת, הגדלת הסיכון הגיוס P לשטח נגר ומי תהום. כדי לכמת יותר את הפוטנציאל והניידות במהלך הרוויה המורחבת, שיטת מיקרוקוסמוס מעבדה פותחה על בסיס דגימה חוזרת של porewater ומים הזרקורים לאורך זמן. השיטה שימושית לכמת את הפוטנציאל שחרור P מקרקעות ומשקעים שונים בתכונות פיזיקליות והוא יכול לשפר את מאמצי הצמצום הספציפיים לאתר על ידי איפיון טוב יותר P הסיכון לשחרר באזורים פעילים הידרוולוגית. יתרונות השיטה כוללים את יכולתה לדמות באתרו דינמיקה, פשטות, עלות נמוכה וגמישות.
Introduction
זרחן (P) הוא מזינים קריטיים הגבלת עבור היבול ופרודוקטיביות ביומסה מימיים. מים הידרולוגיה היא הנהג העיקרי של P גורל ותחבורה, כפי שהוא שולט התחבורה הפיזית של משקעים ו-P תוך השפעה גם על פוטנציאל הסרת המרחק במהלך הסחף והצפה/פונדינג אירועים. שיטות שונות המבוססות על מעבדה משמשות בדרך כלל להערכת P שחרור בקנה מידה השדה תחת תנאים אוקסיגון. בעוד מנגנונים שונים יכולים לתרום P שחרור, התפרקות ברזל-פוספטים הוא מנגנון התגובה מבוססת היטב שיכול להוביל לאורתופדיה גדול-P פלקסים למים1,2,3, ד. בסקירה של מנגנונים השולטים בביוכימיה P בביצות, מעמד החמצון המשומן להיות המשתנה העיקרי שליטה P שחרור לקרקעות ומי תהום רדודים5. בתור כזה, בדיקות P מסורתיות לא יכול להיות מעין הפרדיטורים אמין של שחרור P תחת רוויה ממושכת.
בהתחשב בחשיבות הזמן של מגורי המים ומעמד החיזור על פי הגורל והתחבורה, גישות מעבדה שנועדו לדמות טובה יותר בתנאים באתרו עלול להוביל לשיפור מדדי הסיכון בתחבורה של P לחקלאות ובאגן האקולוגית בכפוף ל רוויה משתנה. מאחר והזרחתית היא ביולוגית באופן מיידי, שיעור ומידת הדסורזיה במהלך הרוויה יכול לשמש כאינדקס של סיכון זיהום P מקור שאינו בנקודה. השיטה שלנו נועדה לכמת P desorption כדי porewater (PW) והגיוס אל המים הזרקורים (FW), מצב אופייני באזורים עם אזור מקור משתנה הידרולוגיה (g., שדות חקלאיים מוצפים, ביצות, תעלות ניקוז, ו riparian/ אזורים הסמוכים לזרם). השיטה פותחה במקור כדי לאפיין את הפוטנציאל השחרור P בקרקעות מוצפים מנוכה עונתיות מצפון ניו יורק (ארה ב) ולאחרונה להחיל לכמת את הפוטנציאל של הקרקע יינזק מ צפון מערב ורמונט של אגם שמפניה אגן6 . כאן, אנו מספקים פרוטוקול עבור שיטת מיקרוקוסמוס מעבדה ולהדגיש תוצאות ממחקר שפורסם לאחרונה הוכחת את יכולתה לכמת את הפוטנציאל הגלום. אנו גם להדגים את היחסים בין הפוטנציאל P שחרור לבין האמינות של בדיקות קרקע שגרתית (לאבאיל לחילוץ P, pH) כדי לחזות שחרור על פני אתרים.
ביצוע השיטה דורש גישה למעבדה אנליטית עם בקרת אקלים נאותה, אוורור, מים, ומערכת לסילוק פסולת חומצה נאותה. השיטה מניחה גישה לריאגנטים כימי שגרתי וציוד מעבדה (כיורים, ברדנים, כלי זכוכית וכו ‘). מעבר לצרכי מעבדה שגרתית, סינון ממברנה (≤ 0.45 μm) מערכת נדרשת ו ספקטרוסקופיה UV כדי למדוד P. מד pH או בדיקה באיכות מים רב פרמטרים מומלצים גם אבל לא נדרש. טמפרטורת המעבדה היא גורם חשוב ויש לשמור על היציבות, אלא אם כן הטמפרטורה עצמה נבדקת כגורם ניסיוני (20 ° c מומלץ). גישה ללא הפריע למעבדה אנליטית נאותה עם ציוד מתאים היא תנאי מוקדם לביצוע השיטה כראוי וליצירת תוצאות משמעותיות.
Protocol
Representative Results
Discussion
היתרון הטכני העיקרי של הגישה המיקרוקוסמוס הוא היכולת לדמות בתנאים באתרו , לפיה אדמה או משקעים רוויים ממסלע מיד על-ידי FW שעשויות להיות שונות באופן משמעותי ממצב החמצון והסטטוס P. נופים עם אזור מקור משתנה הידרולוגיה כגון תעלות ניקוז, מוצפים מוצף, ביצות, ו riparian/אזור הנחל הסמוך הם כל הדוגמא?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המימון נעשה זמין על ידי משאבי מים ורמונט המרכז ללימודי לייק באמצעות הסכם עם הסקר הגאולוגי האמריקני. מסקנות ודעות הם אלה של המחברים ולא משאבי מים ורמונט מרכז לימודי לייק או 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 |
References
- Patrick, W. H., Khalid, R. A. Phosphate release and sorption by soils and sediments: Effect of aerobic and anaerobic conditions. Science. 186 (4158), 53-55 (1974).
- Moore, P. A., Reddy, K. R. Role of Eh and pH on phosphorus geochemistry in sediments of Lake Okeechobee, Florida. Journal of Environmental Quality. 23, 955-964 (1994).
- Young, E. O., Ross, D. S. Phosphate release from seasonally flooded soils: a laboratory microcosm study. Journal of Environmental Quality. 30 (1), 91-101 (2001).
- Henderson, R., et al. Anoxia-induced release of colloid- and nanoparticle-bound phosphorus in grassland soils. Environmental Science & Technology. 46 (21), 11727-11734 (2012).
- Vidon, F., et al. Hot spots and hot moments in riparian zones: potential for improved water quality management. Journal of the American Water Resources Association. 46 (2), 278-298 (2010).
- Young, E. O., Ross, D. S. Phosphorus mobilization in flooded riparian soils from the Lake Champlain Basin, VT, USA. Frontiers in Environmental Science. 6 (120), 1-12 (2018).
- McIntosh, J. L. Bray and Morgan soil extractants modified for testing acid soils from different parent materials. Agronomy Journal. 61 (2), 259-265 (1969).
- Young, E. O., Ross, D. S., Cade-Menun, B. J., Liu, C. Phosphorus speciation in riparian soils: a phosphorus-31 nuclear magnetic resonance and enzyme hydrolysis study. Soil Science Society of America Journal. 77 (5), 1636-1647 (2013).
- McGechan, M. B., Lewis, D. R. Sorption of phosphorus by soil: Part 1. Principles, equations, and models. Biosystems Engineering. 82 (1), 1-24 (2002).
- Cabrera, M. L., Radcliffe, D. E., Cabrera, M. L. Modeling phosphorus in runoff: Basic approaches. Modeling Phosphorus in the Environment. , 65-81 (2007).
- Gbur, E. E., et al. . Analysis of Generalized Linear Mixed Models in the Agricultural and Natural Resources Sciences. , (2012).
- Moore, P. A., Reddy, K. R., Fisher, M. M. Phosphorus flux between sediment and overlying water in Lake Okeechobee, Florida: Spatial and temporal variations. Journal of Environmental Quality. 27 (6), 1428-1439 (1998).
- Young, E. O., Briggs, R. D. Phosphorus concentrations in soil and subsurface water: A field study among cropland and riparian Buffers. Journal of Environmental Quality. 37 (1), 69-78 (2008).
- Hoffmann, C. C., Kjaergaard, C., Uusi-Kämppä, J., Hansen, H. C. B., Kronvang, B. Phosphorus retention in riparian buffers: review of their efficiency. Journal of Environmental Quality. 38 (5), 1942-1955 (2009).
- Bartlett, R. J., Ross, D. S., Tabatabai, M. A., Sparks, D. L. Chemistry of Redox Processes in Soils. Chemical Processes in Soils, SSSA Book Ser. 8. , 461-487 (2005).
- Radcliffe, D. E., Freer, J., Schoumans, O. Diffuse phosphorus models in the United States and Europe: Their usages, scales, and uncertainties. Journal of Environmental Quality. 38 (5), 1956-1967 (2009).
- Bartlett, R. J., James, B. R. Studying dried, stored soil samples—some pitfalls. Soil Science Society of America Journal. 44 (4), 721-724 (1980).
- Turner, B. L., McKelvie, I. D., Haygarth, P. M. Characterization of water extractable soil organic phosphorus by phosphatase hydrolysis. Soil Biology & Biochemistry. 34 (1), 27-35 (2002).
- Turner, B. L., Haygarth, P. M. Phosphorus solubilization in rewetted soils. Nature. 411, 258 (2001).
- Sparks, D. L., Sparks, D. L. Kinetics of reactions in pure and mixed systems. Soil Physical Chemistry. , (1986).
