מדידת שחרור זרחן במעבדה Microcosms עבור הערכת איכות מים
22 ביולי 2019
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.
השיטה שלנו מסייעת לענות על השאלה עד כמה סביר שאדמה או מעים נתון ישחררו זרחן מסיס תחת רוויה ממושכת. כימות פוטנציאל שחרור זרחן בסביבות רוויות שונות חשוב לקביעת סיכון התחבורה לזרמים ולתכנת שיטות להפחתת הסיכון. היתרון העיקרי של השיטה הוא היכולת שלה לדמות תהליכים ביו-גוכימיים חשובים המשפיעים על שחרור זרחן מסיס בניידות בתנאי שדה.
מדען שמנסה שיטה זו בפעם הראשונה לא צריך להיאבק, כמו הפשטות שלה היא אחד היתרונות העיקריים שלה. כדי להתחיל, לאסוף כארבעה ליטרים של אדמה מאתרים רצויים. להגביל את שטחי הגבייה לכ-10 מ"ר כדי להפחית את כמות השונות הספאת המיוצגת על ידי המדגם.
דגימות מסמר דרך מסך גס 20 מילימטר, ואחריו מסך שני מילימטר. ביסודיות יד לערבב את הדגימות לאחר ההסתה. שוקלים 100 גרם של אדמה לחה בשדה, יבש בתנור ב 105 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות.
שוקלים את האדמה היבשה ומחשבים אחוז את תוכן המים הכבידתיים. לאחר מכן, למדוד תת-אמפל 500 מיליליטר באמצעות מקור ריק ולשמור לניתוח כימי. השתמש באדמה השאובה הנותרת למחקרי מיקרוקוסמוס או לאחסן בשקיות פוליפרופילן בחמש מעלות צלזיוס לשימוש מאוחר יותר.
השתמש בליטר אחד בוגר פוליפרופילן או כוסות פלסטיק לא מגיבות אחרות כיחידות מיקרוקוסמוס ניסיוניות בודדות. לשטוף מקורים בחומצה הידרוכלורית 10% ולשטוף משולש עם מים מזוקקים. למדוד שני סנטימטרים למעלה מלמטה ולמקם סימן ליד סיום המק.
לקדוח חור בקוטר 1.25 ס"מ בסימן ליציאות ניקוז. מניחים חרוז קטן של סיליקון סביב הקצה הפנימי של ברב צינור. מכניסים בזהירות את יציאת הניקוז לחור.
אפשר ייבוש אוויר במשך 24 שעות לפני שתמשיך. עקוב אחר ההיקף החיצוני של עקיצות צינור על מסך מסנן רשת ניילון. חותכים עם מספריים, להחיל חרוז דק של סיליקון סביב הקצה החיצוני של מסך המסנן, ולחץ בעדינות על אינלט הצינור.
אפשר לפחות 24 שעות של זמן ייבוש לפני השימוש. לאחר מכן, התאם חתיכה קצרה של צינור לטקס על עקיצות צינור ומהדק עם קליפים קלסר נייר 3.3 ס"מ רחב. מלאו את המזווה בכ-500 מיליליטר של מים מזוקקים, כדי לבדוק אם יש דליפות אפשריות.
טוענים 500 מיליליטר של דגימה למיקרוקוסמוס כפול ומחילים בעדינות מים מזוקקים לאורך קירות הבקבוק עד שמי השיטפונות מגיעים לסימן ליטר אחד. הסר את סרט הפרפין כדי לגרום לזרימת מי נקבוביות דרך יציאת הניקוז בנקודת זמן הדגימה הראשונית הרצויה. לאסוף דגימות על ידי הצבת נקי 20 מיליליטר מקורים ישירות מתחת ליציאות ניקוז מי נקבוביות.
אפשר למספר מיליליטר של מי נקבוביות לנקז, להשליך ולהשתמש ב-10 המיליליטרים הבאים כאמצעי אחסון לדוגמה מייצג. מסננים דגימות נקבוביות באמצעות מסנני קרום מיקרון 0.45 ומנתחים מיד זרחן תגובתי מסיס על ספקטרופוטומטר. ערכי ספיגת רשומות ושזמן המדידות.
קח דגימת מי שיטפונות ראשונית על ידי החדרת פיפטה מזרק נורת 10 מיליליטר באמצע עמוד המים, ולמשוך מדגם באמצעות תנועה מעגלית. מחלקים לתוך beakers, לסנן דרך מסנני קרום מיקרון 0.45, ולנתח מיד עבור זרחן תגובתי מסיס. מילוי מחדש של מקורים לרמת ליטר אחד עם מים מזוקקים כדי לשמור באופן עקבי על נפח כולל של אדמה מוצפת ועמוד מים בליטר אחד בכל המיקרוקוסמוסים.
חזור על הניתוח של זרחן תגובתי מסיס בנקודות הזמן הרצויות. בפרוטוקול זה, אתר riparian עם pH קרקע נמוכה היה כמעט מתמשך מסיסים זרחן תגובתי sorption מן מי הנקבוביות. אדמה שנדגמה מתחום ייצור תירס סמוך עם זרחן אנאורגני שפתיים מוגבה הדגימה עלייה כמעט פי שבעה בזרחן תגובתי מסיסים במי נקבוביות במהלך החודש הראשון של ההצפה.
ריכוז ברזל ברזל ברזלי Porewater, כמו פרוקסי למצב redox, גדל באופן משמעותי לאחר כשלושה שבועות, המציין הפחתת התנאים. לעומת זאת, זרחן תגובתי מסיס במי שיטפונות נוטה לרדת עם הזמן. הצפת אדמה יבשה הגדילה באופן משמעותי את מיומנות הזרחן האנורגנית למים נקבוביים והתגייסות לאחר מכן למים זורמים מדי בהשוואה להצפת אותה אדמה במצב לח שדה.
האמינות של בדיקות זרחן קרקע כדי לחזות ריכוזי זרחן תגובתי מסיס ממוצע, הוערך. מים מזוקקים וזרחן מופק מורגן שונה היו בין מנבאים הטובים ביותר של מי נקבוביות ממוצעים וריכוזי זרחן תגובתי מסיסים במי שיטפונות. זרחן שונה מורגן לחילוץ נמדד על ידי ספקטרוסקופיה פליטה אופטית פלזמה מזווגת באופן השראתי לא היה טוב כמו מנבא לעומת זרחן שונה מורגן לחלץ או מים מזוקקים נמדד על ידי מוליבדד colorimetry.
היחס בין זרחן תגובתי מסיס במי נקבוביות על פני זרחן תגובתי מסיס במי שיטפונות גדל באופן ליניארי כפונקציה של pH אדמה. ניסויים אחרים המאפיינים דינמיקת זרחן אפשריים גם הם, למשל, יכולת הסרת זרחן של קרקעות ביצות הוא תהליך חשוב והוא יכול להיות מדומה על ידי spiking מי שיטפונות עם זרחן ומדידת קצב היעלמותו לאורך זמן. ההליך האנליטי המשמש למדידת זרחן כרוך בשימוש בחומצה הידרוכלורית.
לפיכך נדרש ציוד בטיחות מתאים ומתקני מעבדה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה לכימות פוטנציאל דסורבציית זרחן בקרקעות ובמשקעים רוויים. הגישה מדמה תהליכים ביו-גיאו-כימיים המשפיעים על שחרור זרחן, ובכך מסייעת בהערכת סיכוני הובלה ובתכנון נהלי הפחתה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדע קרקע
- מדעי הסביבה
- ביוגאוכימיה
רקע
- דסורבציית זרחן היא קריטית להבנת מחזורי חומרים מזינים.
- רוויה ממושכת משפיעה על ניידות הזרחן בקרקעות.
- כימות מדויק הוא חיוני לצורך מידול סביבתי.
- תנאי שטח עלולים לסבך את הערכות שחרור הזרחן.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה פשוטה להערכת הפוטנציאל לשחרור זרחן.
- התחשבות בדינמיקה של חמצון-חיזור (redox) במים ובקרקע בתהליך הגיוס של זרחן.
- הקלה על יישום השיטה על ידי חוקרים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- איסוף דגימות קרקע מאתרים ספציפיים.
- הגבלה של אזורי האיסוף לצמצום השונות המרחבית.
- דגימה חוזרת של מיקרוקוסמוס במעבדה.
- סימולציה של תהליכים ביו-גיאו-כימיים המשפיעים על ניידות זרחן.
תוצאות עיקריות
- השיטה מכמתת ביעילות את שחרור הפספור פרי הניתן להמסה.
- היא מדגימה את ההשפעה של רוויה ממושכת על דינמיקת הפספור.
- התוצאות יכולים להנחות פרקטיקות לצמצום מעבר של פספור.
- חוקרים מצאו כי השיטה פשוטה ליישום.
מסקנות
- השיטה שפותחה היא כלי בעל ערך להערכת זמינות הפספורס בקרקע.
- היא משפרת את ההבנה של התנהגות הפספורס בתנאי רוויה.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על גישה זו לניהול סביבתי.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
כימות שחרור זרחן תחת רוויה ממושכת הוא קריטי להפחתת סיכונים בהערכות השפעה סביבתית בניהול אגרו-מערכות. שיטת מיקרוקוסמוס מעבדה זו מאפשרת הערכה חזויה של הסיכון לניידות זרחן, ובכך תומכת באסטרטגיות הפיתוח של אמצעי מניעה ובציות לרגולציה. הסימולציה של הדינמיקה הביוגאוכימית in situ משפרת את קבלת ההחלטות עבור פורטפוליו של מו"פ סביבתי ויוזמות לאיכות המים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בירור מכניסטי של נתיבי שחרור זרחן תחת תנאי חמצון-חיזור (redox) מבוקרים.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של קרקע ומשקעים כמקורות לסיכון של ניידות רכיבים תזונתיים.
- משפר את הביטחון החזיוי במודלים של סיכון סביבתי להסעת חומרים מזינים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מקל על הכנת בדיקות מיקרוקוסמוס סטנדרטיות למדידות הדירות של שחרור זרחן.
- מאפשר הערכה כמותית של זרחן תגובתי מסיס באמצעות אנליזה ספקטרופוטומטרית.
- תומך ביכולת הרחבה של הבדיקה וב khả năng השוואה בין אתרים עבור תוכניות סריקה סביבתיות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה בין ממצאים מעבדתיים לבין תרחישים של גיוס זרחן הרלוונטיים לשטח, לצורך רצף תרגומי.
- מספק בסיס לקביעת קידום מותאם סיכונים של אסטרטגיות הפחתה, בהתבסס על פרופילי שחרור זרחן ספציפיים לאתר.
- מספק הפחתת סיכונים מכניסטית עבור התערבויות המכוונות להפחתת נגר חומרים מזינים.
שילוב תהליכי עבודה (Pipeline & Workflow)
שיטת מיקרוקוסמוס זו משתלבת ברצף המחקר והפיתוח הסביבתי, החל מגילוי מוקדם של מנגנוני ניידות של חומרי הזנה ועד לתיקוף פרה-קליני של אסטרטגיות הפחתה.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת היפותזות לגבי דסורבציית זרחן וניידות המונעת על ידי רדוקס.
- סריקה: מספק פלטים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך השוואת פוטנציאל שחרור זרחן מקרקע ומשקעים.
- אנליטיקה: מספק מדידות ברזולוציית זמן של זרחן ריאקטיבי מסיס ומדדי רדוקס.
- מחקר תרגומי: מגשר בין סימולציה במעבדה לבין הערכת סיכונים לאיכות מים הרלוונטית לשטח.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה גמישה בעלות נמוכה הניתנת להתאמה למטריצות סביבתיות מגוונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בסיכון למעבר זרחן וביעילות הפיתוחים להפחתתו.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של הערכת שחרור זרחן באמצעות פרוטוקולים ניתנים לשחזור ובקנה מידה משתנה.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס להחלטות לגבי ביצוע או אי-ביצוע של התערבויות לניהול רכיבים מזינים באתרים ספציפיים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם סיכונים של השקעות במו"פ סביבתי.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות במדעי הקרקע, כימיה סביבתית ואנליזה ספקטרופוטומטרית.
- נדרשת תשתית מעבדהית להכנת דגימות, סינון וכימות זרחן.
- נדרשת סטנדרטיזציה בין-צוותית של נהלי הדגימה והאנליזה לצורך השוואה.
- ניתן להתאמה לסוגי קרקע ומשקעים שונים, תוך התחשבות בשונות פיזיקו-כימית.
- פרוטוקולי בטיחות נחוצים עקב שימוש בחומצה קלוֹרִידית בשלבי האנליזה.
