Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Nasza metoda pomaga odpowiedzieć na pytanie, jakie jest prawdopodobieństwo, że dana gleba lub osad będzie uwalniać rozpuszczalny fosfor przy długotrwałym nasyceniu. Kwantyfikacja potencjału uwalniania fosforu w środowiskach o zmiennym nasyceniu jest ważna dla określenia ryzyka transportowego dla strumieni i opracowania praktyk łagodzących. Główną zaletą metody jest jej zdolność do symulacji ważnych procesów biogeochemicznych wpływających na uwalnianie rozpuszczalnego fosforu w mobilności w warunkach polowych.

Naukowiec próbujący tej metody po raz pierwszy nie powinien mieć problemów, ponieważ jej prostota jest jedną z jej głównych zalet. Na początek zbierz około czterech litrów gleby z wybranych miejsc. Ogranicz obszary pobierania do około 10 metrów kwadratowych, aby zmniejszyć ilość zmienności przestrzennej reprezentowanej przez próbkę.

Przesiać próbki przez grube sito o średnicy 20 milimetrów, a następnie przez sito o średnicy dwóch milimetrów. Po przesianiu próbki należy dokładnie wymieszać ręcznie. Odważ 100 gramów wilgotnej gleby, susz w piekarniku w temperaturze 105 stopni Celsjusza przez 24 godziny.

Zważ suchą glebę i oblicz procentową grawimetryczną zawartość wody. Następnie odmierz podpróbkę o pojemności 500 mililitrów za pomocą pustej zlewki i zachowaj do analizy chemicznej. Pozostałą przesianą glebę wykorzystaj do badań mikrokosmosu lub przechowuj w workach polipropylenowych w temperaturze pięciu stopni Celsjusza do późniejszego wykorzystania.

Użyj jednolitrowych zlewek z polipropylenu z podziałką lub innych niereaktywnych zlewek z tworzywa sztucznego jako indywidualnych eksperymentalnych jednostek mikrokosmosu. Umyj zlewki w 10% kwasie solnym i trzykrotnie spłucz wodą destylowaną. Odmierz dwa centymetry w górę od dołu i umieść znak obok podziałki zlewki.

Wywierć otwór o średnicy 1.25 centymetra w miejscu na porty drenażowe. Umieść małą kulkę silikonu wokół wewnętrznej krawędzi króćca węża. Ostrożnie włóż port odpływowy do otworu.

Pozostaw do wyschnięcia na powietrzu przez 24 godziny przed kontynuowaniem. Prześledź zewnętrzny obwód zadziorów węża na siatce filtra z siatki nylonowej. Wytnij nożyczkami, nałóż cienką kulkę silikonu wokół zewnętrznej krawędzi sita filtra i delikatnie dociśnij do wlotu węża.

Przed użyciem odczekaj co najmniej 24 godziny na wyschnięcie. Następnie zamontuj krótki kawałek węża lateksowego na króćcach węża i zaciśnij go za pomocą spinaczy do segregatorów o szerokości 3,3 cm. Napełnij zlewki około 500 mililitrami wody destylowanej, aby sprawdzić, czy nie ma ewentualnych wycieków.

Załaduj 500 mililitrów próbki do zduplikowanych mikrokosmosów i delikatnie nałóż destylowaną wodę wzdłuż ścianek zlewki, aż woda powodziowa osiągnie znak jednego litra. Usunąć warstwę parafiny, aby wywołać przepływ wody porowej przez otwór drenażowy w żądanym początkowym punkcie pobierania próbek. Próbki należy pobierać, umieszczając czyste zlewki o pojemności 20 mililitrów bezpośrednio pod otworami drenażowymi wody porowej.

Pozwól, aby kilka mililitrów wody porowej spłynęło, wyrzuć i użyj następnych 10 mililitrów jako reprezentatywnej objętości próbki. Przefiltruj próbki wody porowej przez filtry membranowe o średnicy 0,45 mikrona i natychmiast przeanalizuj je pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego fosforu na spektrofotometrze. Zapisuj wartości absorbancji i czas pomiarów.

Pobrać wstępną próbkę wody powodziowej, wkładając 10-mililitrową pipetę strzykawkową z gruszką do połowy słupa wody i pobrać próbkę ruchem okrężnym. Dozować do zlewek, przefiltrować przez filtry membranowe o średnicy 0,45 mikrona i natychmiast przeanalizować pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego fosforu. Napełnij zlewki do poziomu jednego litra wodą destylowaną, aby konsekwentnie utrzymywać całkowitą objętość zalanej gleby i słupa wody na poziomie jednego litra we wszystkich mikrokosmosach.

Powtórz analizę rozpuszczalnego reaktywnego fosforu w żądanych punktach czasowych. W tym protokole na stanowisku nadbrzeżnym o niskim pH gleby występowała prawie ciągła rozpuszczalna reaktywna sorpcja fosforu z wody porowej. Gleba, z której pobrano próbki z przyległego pola produkcji kukurydzy o podwyższonej zawartości labilnego fosforu nieorganicznego, wykazała prawie siedmiokrotny wzrost rozpuszczalnego w porach reaktywnego fosforu w ciągu pierwszego miesiąca zalania.

Stężenie żelaza żelaznego w wodzie porowej, jako wskaźnik zastępczy dla statusu redoks, znacznie wzrosło po około trzech tygodniach, co wskazuje na warunki zmniejszające. W przeciwieństwie do tego, rozpuszczalny w wodzie powodziowej reaktywny fosfor miał tendencję do zmniejszania się w czasie. Zalanie suchej gleby znacznie zwiększyło desorpcję fosforu nieorganicznego do wody porowej, a następnie mobilizację do wody leżącej nad nią w porównaniu z zalaniem tej samej gleby w stanie wilgotnym na polu.

Oceniono wiarygodność badań fosforu w glebie w zakresie przewidywania średnich stężeń rozpuszczalnego fosforu reaktywnego. Woda destylowana i modyfikowany fosfor ekstrahowalny Morgana były jednymi z najlepszych predyktorów średnich stężeń reaktywnego fosforu w wodzie porowej i rozpuszczalnej w wodzie powodziowej. Zmodyfikowany fosfor ekstrahowany Morganem mierzony za pomocą optycznej spektroskopii emisyjnej z plazmą sprzężoną indukcyjnie nie był tak dobrym predyktorem w porównaniu ze zmodyfikowanym fosforem ekstrahowanym Morganem lub wodą destylowaną mierzoną za pomocą kolorymetrii molibdenianu.

Stosunek fosforu reaktywnego rozpuszczalnego w wodzie porowej do fosforu reaktywnego rozpuszczalnego w wodzie powodziowej wzrastał liniowo w funkcji pH gleby. Możliwe są również inne eksperymenty charakteryzujące dynamikę fosforu, na przykład zdolność usuwania fosforu z gleb podmokłych jest ważnym procesem i można go symulować, spijając wodę powodziową fosforem i mierząc tempo jego zanikania w czasie. Procedura analityczna stosowana do pomiaru fosforu polega na użyciu kwasu solnego.

W związku z tym wymagany jest odpowiedni sprzęt ochronny i zaplecze laboratoryjne.