Name: 综合外地Lysimetry和孔隙水采样的化学活动性土壤的评价和植被成立 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-04T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 5 s
Description: 学习野外渗滤仪与孔隙水采样技术，用于评估土壤中化学物质的迁移与分布。该方法结合土壤与植被采样，为环境风险评估提供可靠的实地数据支持。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

作者感谢北卡罗来纳州农业发展署桑德希尔研究中心（NCDA Sandhills Research Station）工作人员在溶质渗漏仪安装与挖掘过程中提供的协助。代表性结果部分所述实验的资金由草坪草环境研究与教育中心（Center for Turfgrass Environmental Research &amp;#38; Education）提供。视频和稿件的制作得到了北卡罗来纳州立大学土壤科学系与作物科学系的支持。

本实验的野外采样工作是在北卡罗来纳州农业部门的授权下进行的 &amp;#38; 消费者服务。
1. 野外溶质渗漏仪安装
<ol>
	<li>选择一个不易发生施用化学品侧向移动的实验地点（即坡度很小或无坡度的地点）。根据感兴趣的土壤和植被特性选择地点。</li>
	<li>如果样地有植被，应在安装渗滤仪之前移除植被土块（图1A）。</li>
	<li>使用倒置的打桩器将渗滤仪垂直压入目标样地（无论有无植被），使渗滤仪顶部约有 ~1–2 cm 高出土壤表面，以容纳施用的化学品并最大限度减少化学品的侧向移动。本实验采用卷制焊接的18号镀锌钢板（91 cm 深度 × 15 cm 直径）制成的渗滤仪（图1B）。可根据研究目标选用不同材质和尺寸的渗滤仪。</li>
	<li>在安装渗滤仪后，将移除的植被土块重新放回原位。</li>
	<li>根据实验需要对植被进行适当管理。若样地需保持无植被状态，可局部施用草甘膦以清除杂草。</li>
	<li>确保裸地样地与有植被样地的灌溉、施肥及其他管理措施保持一致。灌溉方案应根据研究目标预先确定。</li>
</ol>
2. 孔隙水采样器安装
<ol>
	<li>在渗滤柱中间安装孔隙水采样器，例如聚四氟乙烯/石英（50/50%）采样器，用于收集渗滤的孔隙水。</li>
	<li>将一根2.5 cm的不锈钢杆置于渗滤柱中心，用锤子将其敲入地下至目标采样深度。 
	注意：此步骤也可使用螺旋钻完成。</li>
	<li>用700 ml灌溉水与约900 g化学惰性石英粉配制硅粉浆液。每次放置采样器前均需充分混匀浆液。使用手持式或电池供电的真空泵，对采样器施加-50至-70 kPa的负压。</li>
	<li>10分钟后将采样器从硅粉浆液中取出，并再次彻底混匀硅粉浆液。通过连接在直径2.5 cm管道上的漏斗，将60 ml浆液倒入钻孔底部。</li>
	<li>使用塑料或金属管将采样器放置于钻孔中目标采样深度处，确保采样器的管路伸出孔外。用未经处理的原位土壤与水配制的浆液回填剩余钻孔。</li>
	<li>回填过程中应留出时间使土壤沉降；必要时使用管子进行夯实。</li>
	<li>将土壤回填至原始地表高度。如条件允许，在钻孔顶部重新种植植被。</li>
	<li>通过一段氟化乙烯丙烯（FEP）管路将采样器管路连接至真空瓶。使用塑料管夹，将另一段管路从真空瓶连接至真空泵。</li>
	<li>若目标化学物质易发生光降解，应用黑色塑料或胶带覆盖管路和收集瓶（图1C）。</li>
	<li>在实验开始前数天内，通过真空瓶反复对采样器施加约-50至-70 kPa的真空压力，以确保采样器安装到位。</li>
</ol>
3. 溶质渗漏仪的化学物质施加
<ol>
	<li>在施用化学品之前，至少需要留出两周时间使系统适应环境。</li>
	<li>在对渗滤液收集装置（lysimeter）进行处理前，采集背景孔隙水样品，以测定目标化学品的背景浓度。</li>
	<li>通过常规方法将目标化学品施用于土壤或植被，例如使用手持式 CO2 加压喷雾杆（图 1D），或将颗粒剂直接撒布于含有渗滤液收集装置的试验小区表面。若要达到有效作用需进行多次施用，则应按照典型使用模式或标签说明进行施用。保留部分渗滤液收集装置不施加化学品，作为对照组。</li>
</ol>
4. 孔隙水的采集与分析
<ol>
	<li>在采样前一天或采样当天，对孔隙水采样器的真空瓶施加约 -50 至 -70 kPa 的负压。采样器周围的水将通过采样器被吸入管路，并流入真空瓶中收集，直至进行采样。所收集孔隙水的土壤体积以及集水时间可能受土壤类型、土壤质地、土壤含水量和采样器埋设深度等因素影响。</li>
	<li>根据研究人员预先确定的时间点，在化学物质施用后按指定时间间隔采集样品。</li>
	<li>使用量筒测量每个孔隙水采样器所收集的水样体积。如需过滤，将水样装入鲁尔锁式注射器（规格根据水样体积选择），并通过直径为 25 mm、孔径为 0.2 µm 的尼龙滤膜进行过滤。</li>
	<li>若需要采用不同的样品保存方法且采集到足够的样品量，应将样品分装至不同的容器中。</li>
	<li>使用便携式 pH 计测定未酸化样品的 pH 值。</li>
	<li>如需为样品保存而调节 pH，可加入适量的适当酸进行调整。 
	注意：浓酸可能具有腐蚀性或氧化性，使用时应格外小心。</li>
	<li>将样品置于装有冰块的冷藏箱中或放入冰箱冷藏，直至进行分析。可采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、原子吸收光谱法（AAS）或高效液相色谱法（HPLC）等分析方法对样品进行化学成分测定。</li>
</ol>
5. 蒸渗仪挖掘、土壤/植被采集与分析
<ol>
	<li>在施用化学品后的指定时间间隔，挖出含有土壤和植被的渗滤液收集器。在每次采样时挖出未经处理的渗滤液收集器，以测定土壤和植被中的背景化学物质浓度。</li>
	<li>使用连接在拖拉机装置上的桶夹挖出渗滤液收集器。将铲斗降至合适位置，使夹具能够夹住渗滤液收集器的暴露边缘。</li>
	<li>提升装置，使夹具夹紧暴露边缘，将渗滤液收集器柱体从土壤中拉出（图1E）。</li>
	<li>用切割成与渗滤液收集器直径相匹配的绝缘板封住挖出的渗滤液收集器两端。将加仑大小的聚乙烯袋套在渗滤液收集器末端以固定盖板，并用 duct tape 密封袋子。</li>
	<li>将渗滤液收集器运送到野外实验室，进行土壤和植被样品的分割。优先处理未经处理的渗滤液收集器，以防止不同收集器之间的交叉污染。</li>
	<li>使用配备金属切割锯片的往复锯，沿渗滤液收集器一侧纵向切割。从底部（预期浓度较低区域）向顶部（预期浓度较高区域）切割柱体，以确保深层土壤不会被浅层土壤污染。</li>
	<li>将渗滤液收集器打开，使用金属分隔板分离出独立的土壤和植被部分。根据渗滤液收集器的长度和研究目标选择土壤分层的深度间隔。</li>
	<li>使用勺子或刮刀挖取已分段的土壤和植被。将每个样品放入适当标记的聚乙烯冷冻袋中。不要采集与渗滤液收集器直接接触的土壤。</li>
	<li>按照既定的挖掘规程对每个目标采样深度进行操作。将样品袋放入装有冰块的冷藏箱中，并运送至实验室。在分析前将样品保存于冷冻环境中。</li>
</ol>

<ol><li>Wuana, R. A., Okieimen, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+Metals+in+Contaminated+Soils%3A+A+Review+of+Sources%2C+Chemistry%2C+Risks+and+Best+Available+Strategies+for+Remediation%5BTitle%5D)+AND+%22ISRN+Ecology%22%5BJournal%5D)">Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation.</a> ISRN Ecology. , 1-20 (2011).</li>
<li>Donaldson, D., Kiely, T., Wu, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDonaldson%2C+D+%221-38+U.S.+Environmental+Protection+Agency%22">1-38 U.S. Environmental Protection Agency</a>. , Washington, DC. (2011).</li>
<li>Bergström, L., Bergström, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+fate+of+chemicals+in+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Ambio%22%5BJournal%5D)">Environmental fate of chemicals in soil.</a> Ambio. 27, 16-23 (1998).</li>
<li>Sutton, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSutton%2C+MA+%22Our+Nutrient+World.+The+challenge+to+produce+more+food+%26+energy+with+less+pollution.+Key+Messages+for+Rio+%2B20%22">Our Nutrient World. The challenge to produce more food & energy with less pollution. Key Messages for Rio +20</a>. , Centre for Ecology & Hydrology. (2012).</li>
<li>Du, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fate+and+Ecological+Effects+of+Decabromodiphenyl+Ether+in+a+Field+Lysimeter%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Fate and Ecological Effects of Decabromodiphenyl Ether in a Field Lysimeter.</a> Environmental Science and Technology. 47, 9167-9174 (2013).</li>
<li>Fuhr, F., Burauel, P., Mittelstaedt, W., Putz, T., Wanner, U. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFuhr%2C+F+%22Environmental+fate+and+effects+of+pesticides%22">Environmental fate and effects of pesticides</a>. , American Chemical Society. 1-29 (2003).</li>
<li>Hire, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remarques+sur+l%27eau+de+la+pluie%2C+et+sur+l%27origine+des+fontaines%3B+avec+quelues+particularites+sur+la+construction+des+cisternes.+Memoires+de+l%27+Academie+Royale%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">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.</a> , 56-69 (1703).</li>
<li>Wagner, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+porous+ceramic+cups+to+sample+soil+water+within+the+profile%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science%22%5BJournal%5D)">Use of porous ceramic cups to sample soil water within the profile.</a> Soil Science. 94, 379-386 (1962).</li>
<li>Matteson, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arsenic+Retention+in+Foliage+and+Soil+Following+Monosodium+Methyl+Arsenate+%28MSMA%29+Application+to+Turfgrass%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Environmental+Quality%22%5BJournal%5D)">Arsenic Retention in Foliage and Soil Following Monosodium Methyl Arsenate (MSMA) Application to Turfgrass.</a> Journal of Environmental Quality. 43, 379-388 (2014).</li>
<li>Sakaliene, O., Papiernik, S. K., Koskinen, W. C., Kavoliunaite, I., Brazenaitei, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+Lysimeters+to+Evaluate+the+Relative+Mobility+and+Plant+Uptake+of+Four+Herbicides+in+a+Rye+Production+System%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Agricultural+and+Food+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Using Lysimeters to Evaluate the Relative Mobility and Plant Uptake of Four Herbicides in a Rye Production System.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57, 1975-1981 (2009).</li>
<li>Cai, Y., Cabrera, J. C., Georgiadis, M., Jayachandran, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+arsenic+mobility+in+the+soils+of+some+golf+courses+in+South+Florida%5BTitle%5D)+AND+%22Science+of+the+Total+Environment%22%5BJournal%5D)">Assessment of arsenic mobility in the soils of some golf courses in South Florida.</a> Science of the Total Environment. 291, 123-134 (2002).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+quality%2C+pesticide+occurrence%2C+and+effects+of+irrigation+with+reclaimed+water+at+golf+courses+in+Florida%5BTitle%5D)+AND+%22Swancar%2C+A.+%28ed+USGS%29+Tallahassee%22%5BJournal%5D)">Water quality, pesticide occurrence, and effects of irrigation with reclaimed water at golf courses in Florida.</a> Swancar, A. (ed USGS) Tallahassee. , (1996).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+arsenical+herbicides+%28MSMA%2C+DSMA%2C+CAMA%2C+and+Cacodylic+Acid%29%2C+reregistration+eligibility+decision%3B+notice+of+availability%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Protection+Agency%2C+Federal+Register+Environmental+Documents%22%5BJournal%5D)">Organic arsenical herbicides (MSMA, DSMA, CAMA, and Cacodylic Acid), reregistration eligibility decision; notice of availability.</a> Environmental Protection Agency, Federal Register Environmental Documents. , Washington D.C. 1-70 (2006).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EPA+%28not+Araujo+as+stated+before%29+Organic+Arsenicals%3B+Amendments+to+Terminate+Uses%3A+Amendment+to+Existing+Stocks+Provision%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Protection+Agency%29+18590-18591+Federal+Registrar%22%5BJournal%5D)">EPA (not Araujo as stated before) Organic Arsenicals; Amendments to Terminate Uses: Amendment to Existing Stocks Provision.</a> Environmental Protection Agency) 18590-18591 Federal Registrar. 78, Washington, DC. (2013).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Drinking+Water+Regulations%3B+Arsenic+and+Clarifications+to+Compliance+and+New+Source+Contaminants+Monitoring+Final+Rule%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Protection+Agency%22%5BJournal%5D)">Drinking Water Regulations; Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source Contaminants Monitoring Final Rule.</a> Environmental Protection Agency. 66, Washington D.C. (2001).</li>
<li>Winton, K., Weber, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+field+lysimeter+studies+to+describe+the+environmental+fate+of+pesticides%5BTitle%5D)+AND+%22Weed+Technology%22%5BJournal%5D)">A review of field lysimeter studies to describe the environmental fate of pesticides.</a> Weed Technology. 10, 202-209 (1996).</li>
<li>Bergström, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+lysimeters+to+estimate+leaching+of+pesticides+in+agricultural+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Pollution%22%5BJournal%5D)">Use of lysimeters to estimate leaching of pesticides in agricultural soils.</a> Environmental Pollution. 67, 325-347 (1990).</li>
<li>Byron, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lysimeters+promoted+for+pesticide+research%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Lysimeters promoted for pesticide research.</a> Environmental Science and Technology. 31, (1997).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infographic%3A+Pesticide+Planet%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Infographic: Pesticide Planet.</a> Science. 341, 730-731 (2013).</li>
<li>Severson, R., Grigal, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+solution+concentrations%3A+effects+of+extraction+time+using+porous+ceramic+cups+under+constant+tension%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Resources+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Soil solution concentrations: effects of extraction time using porous ceramic cups under constant tension.</a> Water Resources Bulletin. 12, 1161-1170 (1976).</li>
<li>Allaire, S. E., Roulier, S., Cessna, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+preferential+flow+in+soils%3A+A+review+of+different+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Hydrology%22%5BJournal%5D)">Quantifying preferential flow in soils: A review of different techniques.</a> Journal of Hydrology. 378, 179-204 (2009).</li>
<li>Weihermüller, L., Kasteel, R., Vanderborght, J., Püz, T., Vereecken, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+Water+Extraction+with+a+Suction+Cup%5BTitle%5D)+AND+%22Valdose+Zone+Journal%22%5BJournal%5D)">Soil Water Extraction with a Suction Cup.</a> Valdose Zone Journal. 4, 899-907 (2005).</li>
<li>Jury, W. A., Fluhler, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJury%2C+WA+%22Advances+in+Agronomy%22">Advances in Agronomy</a>. 47, Academic Press, Inc. London. 141-201 (1992).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

采用集成的野外溶滤系统（lysimetry）与孔隙水采样方法，可使研究人员评估多种土地施用化学品在空间和时间上的分布情况。化学品在土壤及植被系统中的归趋可能受多种环境过程和属性的控制，例如向下淋溶、挥发、水解、光解、微生物转化/降解、植物吸收、土壤类型以及土壤pH值16,17。与温室或基于实验室的实验不同，本文所述的野外方法在对研究系统干扰最小的情况下获得结果，因此可将所得结论外推至其他系统或实际环境18。若已知施用化学品的量、溶滤系统的面积、化学品潜在的挥发性、在溶解相和固相中测得的含量，以及土壤的容重，则可确定目标系统的化学物质质量平衡并估算其负荷极限——这些信息对于预测潜在的环境威胁（如化学品向地下水的淋溶）具有重要价值。
本方案介绍了一种利用原位综合渗滤仪与孔隙水采样技术开展实验的方法。研究人员可根据具体研究目标对本方法的多个部分进行调整。例如，在实验设计阶段应考虑渗滤仪的尺寸和类型，其选择需反映所关注的化学物质、土壤及植物特性17. 赖西米器（lysimeters）的布设也需加以考虑，以尽量减少实验区域内环...

农药、化肥、污水/生物固体、工业废物和城市垃圾等来源通常会将潜在有毒化学物质施用于土地上1,2。这些化学物质——可能包括养分、微量元素、有机物及其相关代谢产物——的归趋往往尚不明确3。如果未能妥善管理这些化学物质，它们可能通过向植物、地表水和地下水的迁移与累积，对人类和环境健康构成威胁。随着全球人口预计到2050年可能达到100亿，废物管理和粮食生产面临日益增长的压力2，许多化学物质的土地施用量也在持续增加3,4。因此，亟需开展研究，定量评估那些需要土地处置或依赖其改善作物健康与产量的化学物质在环境中的转化过程、迁移性、负荷限值及整体环境风险。
已采用多种策略来评估环境中施用化学品所带来的风险。基于实验室的模型系统研究已被用于提供有关控制化学品在土壤中迁移的基本机制的信息。在实验室中分析化学品归趋时，可实现对“环境”及输入条件的完全操控，但这些条件很少能与真实环境状况相符。5,6因此，将实验室结果外推至野外环境可能导致对化学危害的预测不准确。相比之下，大范围的野外测量已被用于确定化学品在环境中的行为。然而，由于化学品的使用量通常较低，从这些测量结果中得出关于环境归趋的结论往往较为复杂。例如 几克 A-1所施加化学品的量，以及环境中调节化学品分布的水文与生物地球化学过程之间的复杂相互作用。
裂解仪法（lysimetry），包括田间裂解仪法，历来被土壤与作物科学家用于系统评估施用于土壤和已建立植被的化学物质的向下迁移能力。裂解仪是一种由金属或塑料制成的装置，被置入目标土壤中，用于确定以已知量施加到限定区域内的化学物质的归趋。从裂解仪中采集的土壤和植被样品可用于评估化学物质分布随时间的变化情况。由于田间裂解仪法是在自然环境条件下进行的，其结果可用于预测化学物质施用于土壤系统后可能出现的实际情景。早期的裂解仪研究主要测量蒸腾作用、水分流动和/或养分迁移。现代裂解仪研究则在上述测量基础上，进一步测量农药和养分的消散、农药的迁移、挥发性以及质量平衡3。
传统田间溶出仪法的一个局限性在于，土壤剖面中化学物质的迁移性主要由固相测定结果定义，而对随水渗过土壤的溶解态化学物质浓度关注较少——这一关键组分可能影响土地施用化学品对地下水造成污染的潜在风险。尽管有时会收集溶出仪底部的淋出液进行分析，但这种方法限制了孔隙水浓度在深度上的分辨率，且通常在实验前需要进行大量的土壤挖掘工作。相反，为了获取土壤水中化学物质浓度的数据，可在田间使用孔隙水采样器。孔隙水采样器被安装于土壤中，用于从特定且目标深度采集水分，且对土壤系统的扰动极小。孔隙水采样器曾被称作多种名称，包括溶出仪、负压抽吸杯溶出仪或土壤溶液采样器，这些名称使其与上述传统田间溶出仪之间的区别变得模糊。本文中，我们将统一使用“孔隙水采样器”这一术语，以避免混淆。
本文展示了一种结合田间溶出液采集器（lysimetry）与孔隙水采样的实验方法，用于评估施用于植被覆盖土壤或裸地系统中化学物质向下淋溶的潜力。溶出液采集技术自18世纪以来已被广泛应用7，而陶瓷孔隙水采样技术自20世纪60年代初起即被采用8。将这两种成熟技术相结合，可在最小程度干扰土壤的前提下，实现对化学物质在固相和溶解相中浓度分布的野外测定。本文阐述了实验设计时需考虑的若干因素，包括选址、装置安装及样品采集。本方法通过一项实验加以说明，该实验评估了一种有机砷农药在裸地和已建植的草坪系统中的归趋。所述技术可根据需要进行调整，以研究多种不同化学物质的环境行为，从而为致力于了解土地施用化学品环境归趋与行为的研究人员和政策制定者提供极为宝贵的工具。

<table><tbody><tr><td>普瑞纳特超纯石英采样器（PTFE/石英）</td><td>Prenart Equipment ApS</td><td>N/A</td><td>可用于痕量金属分析的任何采样器均可使用（&amp;nbsp;&lt;em&gt;例如&lt;/em&gt; SoilMoisture Equipment Corp.）</td></tr><tr><td>普瑞纳特安装套件</td><td>Prenart Equipment ApS</td><td>N/A</td><td>包含安装孔隙水采样器所需的所有物品</td></tr><tr><td>2 L 收集瓶</td><td>Prenart Equipment ApS</td><td></td><td>也可从 Fisher Scientific（02-923-2）或其他实验室耗材公司购买此类瓶子，但需调整配件。若样品对光敏感，可用深色材料覆盖瓶子</td></tr><tr><td>便携式真空泵</td><td>Prenart Equipment ApS</td><td>N/A</td><td>可使用 Decagon Devices 的 Vacuporter 或其他野外用电池驱动或手动真空泵</td></tr><tr><td>1 oz HDPE Nalgene 瓶</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-313-4A</td><td>样品瓶类型取决于目标分析物，也可使用玻璃瓶</td></tr><tr><td>浓硝酸</td><td>Fisher Scientific</td><td>A509-P212</td><td>具有氧化性和腐蚀性；其他酸类可能也需要用于样品保存，使用时应谨慎</td></tr><tr><td>25 mm 0.2 &amp;micro;m 尼龙注射器滤器</td><td>VWR</td><td>28145-487</td><td>可根据目标分析物和分析仪器选择其他类型和孔径的滤膜</td></tr><tr><td>60 ml 鲁尔锁注射器</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-689-8</td><td>可根据采集的样品体积选用其他规格的注射器</td></tr><tr><td>便携式 pH 计</td><td>VWR</td><td>248481-A01</td><td>其他 pH 计在完成校准后也可使用</td></tr><tr><td>量筒</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>田间溶出仪（金属、塑料、&lt;em&gt;等&lt;/em&gt;）</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>通常根据研究人员的具体要求定制制作</td></tr><tr><td>倒置打桩机拖拉机</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>任何拖拉机均可用于安装溶出仪</td></tr><tr><td>手持式喷雾器</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>用于施加所需施用量的试剂&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>聚乙烯袋</td><td>Johnson &amp; Johnson</td><td>N/A</td><td>其他品牌也可用于土壤储存</td></tr><tr><td>往复锯</td><td>Black &amp; Decker&amp;nbsp;</td><td>N/A</td><td>任何配备金属切割附件的往复锯均可使用</td></tr></tbody></table>

综合田间溶出法与孔隙水采样法评估土壤及定植植被中化学物质的迁移性

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

为满足日益增长的废物管理和粮食生产需求，潜在的有毒化学物质被常规地施用于土地，但这些化学物质的归宿往往并不清楚。本文展示了一种整合的野外溶出液收集器（lysimetry）与土壤孔隙水取样方法，用于评估施用于土壤和已建立植被的化学物质的迁移性。溶出液收集器是由金属或塑料制成的开口柱状装置，可插入裸露或有植被覆盖的土壤中。土壤孔隙水取样器为市售产品，利用真空收集下渗的土壤水，安装于溶出液收集器内预定深度处。在实验小区施用化学物质后的预定时间点，采集孔隙水，并挖出包含土壤和植被的溶出液收集器。通过分析溶出液收集器中土壤、植被及孔隙水内的目标化学物质浓度，可量化其向下淋溶速率、土壤持留能力以及植物吸收情况。由于野外溶出液收集与孔隙水取样在自然环境条件下进行，且对土壤扰动最小，所得结果能够反映真实情景，为化学物质管理提供有价值的信息。随着全球范围内施用于土地的化学物质不断增加，所述技术可用于判断这些化学物质是否对人类健康或环境造成不利影响。

该方法可用于积累有关施用于裸露土壤和植被土壤系统中化学物质归趋的数据5,10。该方法已被用于评估有机砷除草剂甲基砷酸一钠（MSMA）施用于狗牙根（Cynodon dactylon）系统后，砷（As）在土壤中的向下淋溶、植物吸收及转运情况9。自20世纪60年代以来，MSMA一直被用于非耕地、草坪草和棉花种植中，但人们日益担忧施用的砷可能通过土壤向下淋溶，进而污染地下水11,12。美国环境保护署（EPA）目前正在考虑逐步淘汰MSMA，具体将视进一步的科学评审结果而定13,14。
在对裸地和百慕大草蒸渗仪施用甲基砷酸（MSMA）后，为期1年的实验表明，大部分砷（As）均保留在土壤固相和植被中（图2，表1）。在土壤中，固相砷的最高浓度出现在0–2 cm深度。经MSMA处理的蒸渗仪样品中，砷浓度在8–15 cm深度范围内高于未处理样品；而在更深的土层中，处理组与未处理组之间固相砷浓度的差异无统计学意义（采用双尾t检验，方差不等，p≥0.05）。砷也被植物...

原位溶质渗漏法和孔隙水采样可使研究人员评估施用于土壤及已建立植被的化学物质的归趋。本实验方案的目的是演示如何在整合的原位溶质渗漏法与孔隙水采样实验中安装所需仪器并采集用于化学分析的样品。

潜在有毒化学物质被常规施用于土地，以满足日益增长的废物管理和粮食生产需求，但这些化学物质的归趋……

本实验的总体目标是展示用于分析施用于土壤和已建立植被的化学物质归趋的田间裂隙对称性及土壤渗漏水采样技术。该目标通过以下步骤实现：首先，在坡度极小或无坡度的区域将渗漏计安装到土壤中；第二步，将渗漏水采样器安装至渗漏计内所需深度。接下来，在经过两周的适应期后进行化学物质施用。最后一步是在处理后的特定评估时间点采集贫水、土壤和植物叶片样品，以确定化学物质的分布情况。最终，综合的田间百合对称性分析与贫水采样为评估化学物质在环境中的分布及潜在风险提供了有价值的工具。与现有的温室O对称性、基于实验室的方法以及其他土壤芯方法相比，该技术的主要优势在于其既适用于真实环境，又能实现化学物质分布和质量平衡的量化。对该方法进行可视化演示至关重要，因为野外安装和挖掘步骤较难掌握，且该操作需要专门改装的设备。首先选择一个合适的实验地点。试验地点应具有目标土壤和植被，且坡度较小或无坡度。本研究同时采用了成熟的草坪草系统和裸地。对于有植被的样地，在准备安装溶质渗漏仪的位置取出植被土芯。接下来，准备好本实验方案所用的一种渗漏计，该渗漏计由18号钢卷板经滚压并焊接制成。使用倒置的打桩器将渗漏计压入已准备好的安装位置，每个渗漏计应露出土壤表面约一至两厘米。安装好渗漏计后，替换任何植被塞。接着，将注水取样器安装到已安装的渗漏计中。进行此操作时，将一根直径为2.5厘米的钢杆置于暴露的渗漏计开口中心位置。然后使用锤子将钢杆打入至预定的注水取样器深度。到达指定深度后，取出钢杆，以露出用于安装取样器的孔洞。下一步是将灌溉水与化学惰性的二氧化硅粉制成浆液，并充分混合。在浆液充分混合后，准备好一个采样器。该采样器由石英和聚四氟乙烯（PTFE）制成。将采样器放入混合物中。将便携式真空泵连接至采样器，并施加 -50 至 -70 千帕的负压。10 分钟后，取下采样器并彻底断开泵的连接。再次混匀浆液。然后将一根直径为2.5厘米、连接漏斗的管子插入金属棒打出的孔中。将60毫升的浆液倒入孔底部。完成后，移去管子和漏斗，以便放置采样器。使用一根能够插入孔中并达到所需深度的塑料或金属管。将取样器安装在管的末端，并将其导管穿入管内。利用该管将取样器推入孔中，直至达到目标取样深度。此时，确保采样器的管子从孔中伸出。接下来，使用未经处理的原位土壤泥浆将孔回填至原始高度。将孔顶部的任何植被复位。接下来，准备收集系统。使用一段氟化乙烯丙烯管将采样管连接到真空瓶上。再使用更多的FEP管和塑料管夹将真空瓶连接至真空泵。作为测试，对系统施加 -50 至 -70 千帕的负压，然后夹紧以进行本研究。用黑色塑料覆盖收集瓶，以防止溶出器和注水取样器中的样品发生光降解。在整个实验期间，对裸地和植被覆盖样地采用相同且预先确定的管理方案。在适应两周后且在施加化学物质之前，采集本底样品，于采样前一日或当天取渗漏水样品。对渗漏水样品真空瓶施加约 -50 至

integrated-field-lysimetry-porewater-sampling-for-evaluation-chemical

Research

科研

JoVE Journal

Environment

环境

综合外地Lysimetry和孔隙水采样的化学活动性土壤的评价和植被成立

本文详细演示了一种完整的土壤芯渗漏水收集器的提取与组装方法，并展示了其在研究地表施用家禽粪便后淋滤液及伴随养分流失方面的应用。...

一种采集与构建土壤芯式渗漏仪的方案

本研究介绍了一种用于研究土壤渗漏计中地下水分、地球化学及微生物异质性的挖掘方法。该渗漏计模拟了一个最初处于均质条件的人工坡面，在18个月期间经过八次灌溉，累计接受了约5,000...

用于水文、地球化学与微生物学耦合研究的土壤溶滤器采样

近年来的研究表明，重复土壤采样是监测森林土壤在多年乃至数十年间变化的有效方法。为了支持该方法的应用，本文提供了一项综合了最新土壤再采样技术信息的方案，以协助设计和实施成功的土壤监测项目。...

森林土壤化学浓度变化监测中的土壤再取样方法

土壤侵蚀和沉积的空间格局可通过在适当时间间隔内测绘的地表高程差异推断得出。这些高程变化与近地表土壤碳酸盐的变化相关。本文介绍了对这些参数进行野外和实验室重复测量以及数据分析的可重复方法。...

测量与绘制农业管理下与土壤碳酸盐浓度相关的土壤侵蚀和沉积模式

本方案描述了一种高通量方法，结合互补的分析技术和组学技术，最终实现对不同生态系统中天然有机质和微生物蛋白质组的全面配对表征。该方法可进行可靠的比较，有助于识别对描述温室气体产生及预测环境变化响应具有重要意义的代谢途径和转化过程。...

用于表征复杂天然有机质混合物的单通量互补高分辨率分析技术

准确量化饱和土壤和沉积物中磷（P）的解吸潜力对于磷的建模及迁移控制工作具有重要意义。为更准确地考虑 原位...

测量实验室微宇宙系统中的磷释放以评估水质

本方案介绍了一种利用薄膜扩散梯度（DGT）结合质谱成像技术，对多种不稳定的无机营养元素和污染物溶质进行亚毫米级二维可视化的实验流程。文中详细描述了溶质采样及高分辨率化学分析方法，用于对陆生植物根际溶质进行定量分布图谱绘制。...

土壤中不稳定的无机植物养分与污染物的二维可视化与定量分析

本文所述的验证方法可适用于监测添加了含碱土金属硅酸盐岩石（如硅灰石、玄武岩和橄榄石）的各种农业土壤中成土无机碳的封存情况。此类验证对于碳信用计划至关重要，有助于将碳封存在其农田中的农民获益。...

监测改良硅酸盐矿物在农业土壤中风化引起的成土无机碳积累

一种微透析剖面采样器被用于采集氧化-缺氧土水界面间溶解态孔隙水溶质 原位...

利用微透析剖面仪对氧化-缺氧土水界面中的溶解溶质进行采样

测定土壤含水量是许多州级和联邦机构的关键任务需求。该方案综合了多个机构采用埋设法测量土壤含水量的共同努力 原位...

原位 未扰动土壤中的土壤水分传感器

学习野外渗滤仪与孔隙水采样技术，用于评估土壤中化学物质的迁移与分布。该方法结合土壤与植被采样，为环境风险评估提供可靠的实地数据支持。

综合田间溶出法与孔隙水采样法评估土壤及定植植被中化学物质的迁移性

探索更多视频