Entegre Saha Lysimetry ve gözenek suyu Örnekleme Topraklarda Kimyasal Hareketlilik Değerlendirilmesi ve kurulan Bitki Örtüsü
Summary
Saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme araştırmacılar topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların kaderi değerlendirmek için izin. Bu protokolün amacı gerekli aletleri yüklemek ve entegre saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme deneyleri sırasında kimyasal analizler için numune toplamak için nasıl göstermektir.
Abstract
Potansiyel toksik kimyasallar rutin atık yönetimi ve gıda üretimi üzerinde artan taleplerini karşılamak için arazi uygulanan, ancak bu kimyasalların kaderi genellikle iyi anlaşılmış değildir. Burada toprak ve bitki örtüsü kurulmuş uygulanan kimyasalların mobiliteyi değerlendirmek için bir entegre alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yöntemi göstermektedir. Lizimetreler, metal veya plastikten yapılmış açık sütunlar, bareground veya bitkili toprağa sürülür. Ticari olarak mevcuttur ve toprak sızıntı suyu toplamak için vakum kullanmak gözenek suyu numune, lizimetrelerden içinde önceden belirlenmiş derinliklerde yüklenir. Deneysel araziler kimyasal uygulama aşağıdaki danışıklı zamanlarda, gözenek suyu toplanır ve lizimetreler, toprağı ve bitki örtüsünü içeren, mezardan vardır. Lizimetre toprak, bitki örtüsü, ve gözenek suyu, aşağı liç oranları, toprak tutma kapasiteleri ve ilgi kimyasal bitki alımında kimyasal konsantrasyonlarını analiz edilerek belirlenir olabilir.Alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme doğal çevre şartlarında ve minimum toprak rahatsızlık ile gerçekleştirildiği için, elde edilen sonuçlar gerçek vaka senaryoları proje ve kimyasal yönetimi için değerli bilgiler sağlamaktadır. Kimyasallar giderek dünya çapında arazi uygulanır gibi, anlatılan teknikleri uygulanabilir kimyasalların insan sağlığına veya çevreye olumsuz etkileri poz olmadığını belirlemek için kullanılabilir.
Introduction
Potansiyel toksik kimyasallar rutin gibi pestisitler, gübreler, kanalizasyon / biyosolidlerin, endüstriyel atıklar ve belediye atıkları 1,2 gibi kaynaklardan arazi uygulanır. Bu kimyasalların kaderi -, besinleri içerir elemanları, organik ve bunların ilişkili metabolitleri iz olabilir – genellikle iyi 3 anlaşılmış değildir. Kimyasallar düzgün yönetilen değilse, bitkilerin, yüzey suları, yeraltı ve onların transfer ve birikimi ile insan ve çevre sağlığını tehdit potansiyeline sahip. 2050 yılında 10 milyar kişiye ulaşmak olabilecek bir küresel nüfus ile, orada atık yönetimi ve gıda üretimi 2 büyüyen talepleri ve birçok kimyasal arazi uygulama 3,4 artmaktadır. Buna göre, araştırma arazi bertaraf gerektiren veya ekin sağlığını geliştirmek için bağlı olduğu kimyasallar dönüşümleri, hareketlilik, yükleme sınırları ve genel çevresel riskleri rakamlarla ihtiyaç duyulmaktadırve verim.
Stratejilerinin bir dizi ortamında uygulanan kimyasal tehditlerin değerlendirmek için kullanılmıştır. Laboratuvar-tabanlı, model sistem çalışmaları topraklarda kimyasalların hareketliliğini kontrol temel mekanizmaları hakkında bilgi vermek için yapılmıştır. Bir laboratuvarda kimyasal kaderini analiz ederken, "çevre" ve girdilerin tam manipülasyon elde edilebilir, ancak bu nadiren gerçek dünya çevre koşulları 5,6 maç. Böylece, alan ayarlara laboratuvar sonuçları extrapolating kimyasal tehditler hakkında yanlış tahminler yol açabilir. Bunun aksine, geniş alan ölçümleri ortamında kimyasal hareketini tanımlamak için kullanılmıştır. Ancak, bu ölçümlerden çevresel akıbeti hakkında sonuçlar nedeniyle sık sık uygulanan kimyasalların sık düşük kullanım oranları (örneğin, bir kaç gr A -1) yanı sıra, e hidrolojik ve biyokimyasal süreçler arasındaki karmaşık etkileşimler karmaşıktırKimyasal dağılımları düzenleyen nvironment.
Alan lysimetry dahil Lysimetry, tarihsel sistematik topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların aşağı doğru hareketliliği değerlendirmek için toprak ve bitki bilim adamları tarafından kullanılmıştır. A Lizimetre ilgi konusu bir toprak içine yerleştirilir ve kapalı bir alanda, bilinen miktarlarda uygulanan kimyasalların akıbetini belirlemek için kullanılan metal ya da plastikten yapılmış bir cihazdır. Lizimetrelerden toplanan toprak ve bitki örnekleri, zamanla kimyasal dağılımlarının gelişimini değerlendirmek için de kullanılabilir. Alan lysimetry doğal çevre koşulları altında gerçekleştirilir, sonuçları toprak sistemlere kimyasal uygulamalarda türetilmiş gerçek senaryoları tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Erken Lizimetre çalışmalar terleme, nem akışını ve / veya besin hareketi ölçülür. Günümüz Lizimetre çalışmalar aforeme birlikte, pestisit ve besin dağılımı, pestisit hareketi, volatilite ve kütle dengesini ölçmekntioned ölçümler 3.
Yeraltı suyu kirlenme potansiyelini etkileyebilecek kritik bir bileşeni – geleneksel alan lysimetry bir sınırlama daha az dikkat topraklarda süzülen suda çözünmüş kimyasal konsantrasyonları ödenir ise bir toprak profili içinde kimyasal hareketlilik büyük ölçüde, katı-faz ölçümleri ile tanımlanır olmasıdır kara uygulanan kimyasallardan. Lizimetrelerden altından bazen sızıntı analiz için toplanır, ancak tipik olarak bu yaklaşım sınırları derinlik gözenek suyu konsantrasyonlarının çözünürlüğü ve deney öncesinde önemli toprak kazı gerektirmektedir. Bunun yerine, toprak su içinde kimyasal konsantrasyonları hakkında bilgi elde etmek üzere, gözenek suyu numune alan ortamlarda kullanılabilir. Gözenek suyu numune ayrık, istenen derinliklerde su toplamak topraklarda yüklü ve sadece minimal toprak sistemini rahatsız edilir. Gözenek suyu numune lizimetrelerden, emme cu dahil olmak üzere birçok isim tarafından sevk edilmiştirp lizimetreler veya toprak çözeltisi numune, yukarıda tarif edilen geleneksel alan lizimetrelerden ile ayrım konvolüsyonlu. Bu yazıda karışıklığı hafifletmek için dönem "gözenek suyu sampler" kullanacaktır.
Burada, biz bitkili toprak veya bareground sistemlerine uygulanan kimyasalların aşağı liç potansiyeli değerlendirmek için saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme birleştiren deneysel bir yaklaşım göstermektedir. Seramik gözenek suyu örnekleme 1960'ların başında 8 beri kullanılmaktadır ise Lysimetry, 1700'lerin 7 beri kullanılan güçlü bir araç olmuştur. Bu sağlam tekniklerin entegrasyonu toprak bozulmasını minimize ederken katı ve çözünmüş-faz kimyasal konsantrasyon dağılımlarının belirlenmesi için alan sağlar. Bu yazıda yer seçimi, cihaz kurulum ve numune toplama dahil, bir deney tasarlarken dikkate faktörleri açıklar. Yaklaşım kaderi değerlendirilen bir deney ile gösterilmiştirorganik arsenik pestisit bir bareground ve kurulu bir çimenlik sistemine uygulanmıştır. Açıklanan teknikler böylece araştırmacılar ve arazi uygulanan kimyasalların çevre kaderi ve davranışlarını anlamak için aramak politika yapıcılar için çok değerli araçlar sağlayarak, kimyasalların geniş bir yelpazede kaderi incelemek için gerekli ayarlanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Entegre bir alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yaklaşımı kullanan araştırmacılar arazi uygulanan kimyasalların çeşitli zamansal ve mekansal dağılımları değerlendirmenizi sağlar. Toprak ve bitki örtüsü sistemlerinde kimyasal kaderi gibi aşağı liçi, buharlaşma, hidroliz, photolysis, mikrobiyal transformasyon / bozulması, bitki alımı, toprak tipi ve toprağın pH 16,17 gibi çevresel süreçleri ve nitelikleri, bir dizi kontrol edilebilir. Sera veya laboratuar tabanlı deneyler …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Lizimetre kurulum ve Yüzeylemeyle yardım için NCDA Sandhills Araştırma İstasyonu'nda personeli kabul. Temsilci Sonuçlar açıklandığı deneyler için fon Çim Çevre Araştırma ve Eğitim Merkezi tarafından sağlanmıştır. Video ve el yazması üretim Toprak Bilimi ve Bitki Bilim North Carolina State Üniversitesi Bölümleri tarafından desteklenmiştir.
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
- Wuana, R. A., Okieimen, F. E. Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation. ISRN Ecology. , 1-20 (2011).
- Donaldson, D., Kiely, T., Wu, L. . 1-38 U.S. Environmental Protection Agency. , (2011).
- Bergström, L., Bergström, J. Environmental fate of chemicals in soil. Ambio. 27, 16-23 (1998).
- Sutton, M. A., et al. . Our Nutrient World. The challenge to produce more food & energy with less pollution. Key Messages for Rio +20. , (2012).
- Du, W., et al. Fate and Ecological Effects of Decabromodiphenyl Ether in a Field Lysimeter. Environmental Science and Technology. 47, 9167-9174 (2013).
- Fuhr, F., Burauel, P., Mittelstaedt, W., Putz, T., Wanner, U. . Environmental fate and effects of pesticides. , 1-29 (2003).
- Hire, D. L. Remarques sur l’eau de la pluie, et sur l’origine des fontaines; avec quelues particularites sur la construction des cisternes. Memoires de l’ Academie Royale. , 56-69 (1703).
- Wagner, G. H. Use of porous ceramic cups to sample soil water within the profile. Soil Science. 94, 379-386 (1962).
- Matteson, A. R., et al. Arsenic Retention in Foliage and Soil Following Monosodium Methyl Arsenate (MSMA) Application to Turfgrass. Journal of Environmental Quality. 43, 379-388 (2014).
- Sakaliene, O., Papiernik, S. K., Koskinen, W. C., Kavoliunaite, I., Brazenaitei, J. Using Lysimeters to Evaluate the Relative Mobility and Plant Uptake of Four Herbicides in a Rye Production System. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57, 1975-1981 (2009).
- Cai, Y., Cabrera, J. C., Georgiadis, M., Jayachandran, K. Assessment of arsenic mobility in the soils of some golf courses in South Florida. Science of the Total Environment. 291, 123-134 (2002).
- . Water quality, pesticide occurrence, and effects of irrigation with reclaimed water at golf courses in Florida. Swancar, A. (ed USGS) Tallahassee. , (1996).
- . Organic arsenical herbicides (MSMA, DSMA, CAMA, and Cacodylic Acid), reregistration eligibility decision; notice of availability. Environmental Protection Agency, Federal Register Environmental Documents. , 1-70 (2006).
- . EPA (not Araujo as stated before) Organic Arsenicals; Amendments to Terminate Uses: Amendment to Existing Stocks Provision. Environmental Protection Agency) 18590-18591 Federal Registrar. 78, (2013).
- . Drinking Water Regulations; Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source Contaminants Monitoring Final Rule. Environmental Protection Agency. 66, (2001).
- Winton, K., Weber, J. B. A review of field lysimeter studies to describe the environmental fate of pesticides. Weed Technology. 10, 202-209 (1996).
- Bergström, L. Use of lysimeters to estimate leaching of pesticides in agricultural soils. Environmental Pollution. 67, 325-347 (1990).
- Byron, J. Lysimeters promoted for pesticide research. Environmental Science and Technology. 31, (1997).
- . Infographic: Pesticide Planet. Science. 341, 730-731 (2013).
- Severson, R., Grigal, D. Soil solution concentrations: effects of extraction time using porous ceramic cups under constant tension. Water Resources Bulletin. 12, 1161-1170 (1976).
- Allaire, S. E., Roulier, S., Cessna, A. J. Quantifying preferential flow in soils: A review of different techniques. Journal of Hydrology. 378, 179-204 (2009).
- Weihermüller, L., Kasteel, R., Vanderborght, J., Püz, T., Vereecken, H. Soil Water Extraction with a Suction Cup. Valdose Zone Journal. 4, 899-907 (2005).
- Jury, W. A., Fluhler, H. . Advances in Agronomy. 47, 141-201 (1992).
