Geïntegreerde Field Lysimetry en poriënwater bemonstering voor evaluatie van chemische Mobiliteit in de bodem en bestaande vegetatie

Potentieel toxische chemicaliën worden routinematig op het land uit bronnen zoals pesticiden, meststoffen, riolering / biosolids, industrieel afval, en huishoudelijk afval ^1,2. Het lot van deze stoffen – waaronder nutriënten, sporenelementen, organische en bijbehorende metabolieten – vaak niet goed begrepen ^3. Als de chemicaliën niet goed worden beheerd, ze hebben het potentieel om de gezondheid van mens en milieu bedreigen door overbrenging naar en opbouw in planten, oppervlaktewater en grondwater. Met een wereldbevolking die 10 miljard mensen kunnen bereiken in 2050, zijn er steeds meer eisen gesteld aan het beheer en de voedselverspilling productie ^2, en in de bodem brengen van veel chemische stoffen is toegenomen ^3,4. Daarom is onderzoek nodig dat de transformaties, mobiliteit, laden grenzen, en de algehele milieurisico's kwantificeert van chemische stoffen die het land ter beschikking nodig hebben of dat we afhankelijk zijn van de gezondheid van gewassen te verbeterengeven.

Een aantal strategieën zijn gebruikt om gevaren van chemische stoffen die in het milieu te beoordelen. Op basis van laboratoriumonderzoek, model-systeem studies zijn uitgevoerd om informatie over de fundamentele mechanismen die de mobiliteit van chemische stoffen in de bodem te bieden. Bij het ​​analyseren van chemische omzetting in een laboratorium, kan volledige manipulatie van het "milieu" en de ingangen worden bereikt, maar deze zelden overeenkomen met de echte wereld omgevingscondities ^5,6. Zo extrapoleren lab resultaten veld instellingen kunnen leiden tot onnauwkeurige voorspellingen over chemische bedreigingen. Daarentegen hebben brede veldmetingen gebruikt om chemisch gedrag in het milieu te definiëren. Echter conclusies milieuverderf van deze metingen vaak gecompliceerd vanwege de vaak lage doses (bijv. enkele g A ^-1) Toegepaste chemicaliën, evenals de complexe interacties tussen hydrologische en biochemische processen in de environment die chemische distributies regelen.

Lysimetry, waaronder veld lysimetry, van oudsher gebruikt door de bodem en gewas wetenschappers om de neerwaartse mobiliteit van chemische stoffen die de bodem en bestaande vegetatie systematisch te evalueren. Een lysimeter is een apparaat gemaakt van metaal of plastic die wordt geplaatst in een bodem plaats en wordt gebruikt om het lot van chemicaliën toegepast bekende hoeveelheden tot een begrensd gebied te bepalen. Bodem en vegetatie monsters van lysimeters worden gebruikt om de ontwikkeling van chemische distributies tijd te beoordelen. Omdat veld lysimetry onder natuurlijke milieu-omstandigheden wordt uitgevoerd, kunnen de resultaten worden gebruikt om real-case scenario's afgeleid van chemische toepassingen in de bodem systemen te voorspellen. Vroege lysimeter studies gemeten transpiratie, vocht stroom en / of beweging voedingsstof. Hedendaagse lysimeter studies meten van bestrijdingsmiddelen en voedingsstoffen dissipatie, beweging pesticide, volatiliteit, en massabalans, samen met de aforementioned metingen ^3.

Een beperking van de traditionele veld lysimetry is dat chemische mobiliteit binnen een bodemprofiel grotendeels wordt bepaald door vaste-fase-metingen, terwijl minder aandacht wordt besteed aan opgeloste chemische concentraties in water sijpelt door de bodem – een kritische component die de mogelijke verontreiniging van het grondwater kan beïnvloeden vanaf het land toegepaste chemicaliën. Hoewel percolaat van de bodem van de lysimeters soms voor analyse, deze naderingslimieten diepteresolutie van poriewater concentraties en vereist normaliter aanzienlijke grondverzet voor experimenten. In plaats daarvan, om gegevens over chemische concentraties in de bodem water te verkrijgen, poriënwater samplers kan worden gebruikt in lokale instellingen. Poriënwater samplers zijn geïnstalleerd in de bodem om water te halen uit discrete, gewenste diepte en de bodem systeem slechts minimaal verstoren. Poriënwater samplers hebben door vele namen, waaronder lysimeters, zuig cu naar verwezenp lysimeters, of bodemoplossing samplers, convoluting hun onderscheid met de traditionele veld lysimeters hierboven beschreven. In dit artikel zullen we de term "poriënwater sampler" te gebruiken om verwarring te verlichten.

Hier tonen we een experimentele benadering dat veld lysimetry en poriënwater bemonstering voor het evalueren van de neerwaartse uitloging potentieel van chemicaliën toegepast op begroeide bodem of bareground systemen combineert. Lysimetry is een krachtig instrument dat wordt gebruikt sinds 1700 ^7, terwijl keramische poriënwater steekproef is gebruikt sinds de vroege jaren 1960 ^8. Integratie van deze robuuste technieken zorgt voor bepaling gebied van zowel vaste-en opgeloste fase chemische concentratieverdeling terwijl het minimaliseren van verstoring van de bodem. Dit document beschrijft factoren te overwegen bij het ontwerpen van een experiment, waaronder de selectie van locaties, installatie-apparaat, en monstername. De benadering wordt geïllustreerd met een experiment dat het lot van een geëvalueerdorganische arseen pesticide toegepast op een bareground en een gevestigde turfgrass systeem. De beschreven technieken kunnen zo nodig worden aangepast om het lot van een breed scala van chemische stoffen te onderzoeken, waardoor waardevolle instrumenten voor onderzoekers en beleidsmakers die proberen om de lotgevallen in het milieu en het gedrag van het land toegepaste chemicaliën begrijpen.