Summary
lysimetry שדה ודגימת porewater מאפשרים לחוקרים להעריך את גורלם של חומרים כימיים מוחלים על קרקעות וצמחייה שהוקמה. המטרה של פרוטוקול זה היא להדגים כיצד להתקין מכשור הנדרש ולאסוף דגימות לאנליזה כימית בlysimetry שדה המשולב וניסויים דגימת porewater.
Abstract
כימיקלים רעילים המיושמים באופן שיגרתי לנחות כדי לעמוד בדרישות גוברת בניהול פסולת וייצור מזון, אך גורלם של כימיקלים אלה הוא לעתים קרובות לא מובן היטב. כאן אנו מדגימים שיטת דגימה משולבת lysimetry השדה וporewater להערכת הניידות של כימיקלים להחיל על קרקעות וצמחייה שהוקמה. Lysimeters, עמודים פתוחים עשויים מתכת או פלסטיק, מונעים לbareground או קרקעות צמחייה. דוגמי Porewater, אשר זמינים באופן מסחרי ולהשתמש בשואב אבק כדי לאסוף חלחל מים בקרקע, מותקנים בעומקים שנקבעו מראש בתוך lysimeters. בזמנים שנקבעו מראש בעקבות יישום כימי לחלקות ניסוי, porewater נאסף, וlysimeters, המכיל אדמה וצמחייה, הם הוצאו. על ידי ניתוח ריכוזים כימיים בקרקע lysimeter, הצמחייה, וporewater, שיעורי שטיפה כלפי מטה, יכולות שימור קרקע, וספיגת מפעל לכימי של עניין ניתן לכימות.בגלל lysimetry השדה ודגימת porewater נערכים בתנאים סביבתיים טבעיים ועם הפרעה מינימאלית אדמה, תוצאות נגזרות פרויקט נדל תרחישים ולספק מידע רב ערך לניהול כימי. כמו כימיקלים מוחלים יותר ויותר לנחות ברחבי העולם, הטכניקות המתוארות יכולות להיות מנוצלים כדי לקבוע אם כימיקלים מיושמים מהווים תופעות לוואי לבריאות אדם או לסביבה.
Introduction
כימיקלים רעילים המיושמים באופן שיגרתי לנחות ממקורות כגון חומרי הדברה, דשנים, ביוב / biosolids, פסולת תעשייתית, פסולת עירונית ו1,2. גורלם של כימיקלים אלה - שעשויים לכלול חומרים מזינים, יסודות קורט, חומרים אורגניים, ומטבוליטים הקשורים בם - הוא לעתים קרובות לא מובן היטב 3. אם הכימיקלים לא מנוהלים כמו שצריך, יש להם את הפוטנציאל לאיים על בריאות אדם ועל הסביבה עד להעברתם ולהצטברות בצמחים, מים עיליים ומי תהום. עם אוכלוסייה עולמית, שעשוי להגיע ל10 מליארד אנשים 2050, יש דרישות גוברת בטיפול בפסולת וייצור מזון 2, ויישום הארץ של כימיקלים רבים כבר הגדיל 3,4. בהתאם לכך, יש צורך במחקר שמכמת את השינויים, ניידות, מגבלות טעינה, וסיכונים סביבתיים הכוללים מכימיקלים הדורשים סילוק קרקע או שאנו תלויים כדי לשפר את יבול בריאותולהיכנע.
מספר האסטרטגיות להיות מועסק כדי להעריך איומים מכימיקלים המיושמים בסביבה. , מחקרי מודל מערכת מבוסס מעבדה שנערכו לספק מידע על מנגנונים בסיסיים שליטה הניידות של חומרים כימיים בקרקעות. כאשר מנתחים את גורל כימי במעבדה, מניפולציה של "הסביבה" ותשומות מלאה ניתן להשיג, אבל אלה רק לעתים נדירות להתאים 5,6 תנאים סביבתיים בעולם האמיתי. לפיכך, חיוץ תוצאות מעבדה להגדרות שדה עשויה להוביל לתחזיות מדויקות על איומים כימיים. לעומת זאת, מדידות שדה רחבות כבר בשימוש כדי להגדיר התנהגות כימית בסביבה. עם זאת, מסקנות לגבי גורל סביבתי ממדידות אלה לעתים קרובות מסובכות בשל השיעורים לעתים קרובות נמוכים השימוש (לדוגמא כמה גרם -1) של כימיקלים מוחלים, כמו גם את יחסי הגומלין המורכבים בין תהליכים הידרולוגיים וbiogeochemical בדוארnvironment המווסתים את החלוקה כימית.
Lysimetry, כולל lysimetry שדה, שימוש היסטורי שנעשה על ידי מדעני אדמה ויבול כדי להעריך את הניידות כלפי מטה של חומרים כימיים מוחלים על קרקעות וצמחייה שהוקמה באופן שיטתי. Lysimeter הוא מכשיר עשוי מתכת או פלסטיק שממוקם לתוך אדמה של עניין, והוא משמש כדי לקבוע את גורלם של חומרים כימיים המיושמים בסכומים ידועים לאזור מצומצם. דגימות קרקע וצמחייה שנאספו מlysimeters ניתן להשתמש כדי להעריך את האבולוציה של הפצות כימיות לאורך זמן. בגלל lysimetry השדה מתבצע בתנאים סביבתיים טבעיים, תוצאות עשויות לשמש כדי לחזות אמיתי תרחישים הנגזרים מיישומים כימיים למערכות קרקע. מחקרי lysimeter מוקדמים נמדדו דיות, זרימת לחות, ו / או תנועה של חומרי מזון. מחקרי lysimeter מודרניים למדוד חומרי הדברה וחומרים מזינים פיזור, תנועת חומרי הדברה, תנודתיות, ומאזן מסה, יחד עם aforemeמדידות ntioned 3.
הגבלה של lysimetry שדה המסורתי היא שניידות כימית בתוך פרופיל קרקע מוגדרת במידה רבה על ידי מדידות מוצק שלב, בעוד פחות תשומת לב מוקדשת לריכוזים מומסים כימיים במים חלחלו דרך הקרקעות - מרכיב קריטי שעלולה להשפיע על הפוטנציאל לזיהום מי תהום מכימיקלים להחיל קרקע. למרות התשטיפים מתחתית lysimeters לעתים נאסף לניתוח, החלטה זו עומק מגבלות גישה של ריכוזי porewater ובדרך כלל דורשת חפירת אדמה משמעותית לפני ניסויים. במקום זאת, כדי לקבל נתונים על ריכוזי כימיקלים במים בקרקע, דוגמי porewater עשויים להיות מנוצלים בהגדרות שדה. דוגמי Porewater מותקנים בקרקעות כדי לאסוף מים ממעמקים דיסקרטיים, רצויים ורק מינימאלי להפריע למערכת הקרקע. דוגמי Porewater כבר מכונים בשמות רבים, כולל lysimeters, מ"ק יניקהlysimeters עמ ', או דוגמי תמיסת קרקע, convoluting ההבחנה שלהם עם lysimeters השדה המסורתי שתואר לעיל. במאמר זה, אנו משתמשים במונח "סמפלר porewater" כדי להקל על בלבול.
הנה, אנחנו מדגימים גישה ניסויית המשלבת lysimetry שדה ודגימת porewater להערכת פוטנציאל השטיפה כלפי מטה של כימיקלים ליישם מערכות קרקע או bareground צמחייה. Lysimetry כבר כלי רב עוצמה המשמש מאז 1700s 7, ואילו דגימת porewater קרמיקה שמשה מאז תחילת 1960s 8. שילוב של טכניקות חזקות אלו מאפשר להגדרה שדה של שני הפצות מוצקה וריכוז כימי מומס בשלב תוך מזעור הפרעת אדמה. מאמר זה מתאר גורמים לשקול בעת תכנון ניסוי, כולל בחירת אתר, התקנת מכשיר, ואיסוף דגימה. הגישה באה לידי ביטוי בניסוי שבדק את גורלם שלחומרי הדברה אורגניים arsenical להחיל מערכת turfgrass הוקמה bareground ו. הטכניקות המתוארות יכולות להיות מותאמות לפי צורך לבחון את גורלם של מגוון רחב של כימיקלים, ובכך לספק כלים רב ערך לחוקרים וקובעי מדיניות שמבקשים להבין את גורלו והתנהגות הסביבתיים של כימיקלים להחיל קרקע.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
דגימת שדה מתבצעת בניסוי הזה והוא תחת האישור של מחלקת צפון קרוליינה החקלאות ושירותים לצרכן.
1. התקנת שדה Lysimeter
- בחר אתר ניסוי, עליהם תנועה לרוחב של כימיקלים מיושמים סביר (כלומר. אתרים עם שיפוע קטן או לא). בחר אתרים המבוססים על תכונות קרקע וצמחייה של עניין.
- אם מגרשי צמחייה, למשוך תקעי צמחייה לפני lysimeter (איור 1 א) התקנה.
- כונן את lysimeters מטה אל החלקות הרצויות (עם או בלי צמחייה) באמצעות הודעה נהג הפוך, עוזב ~ 1-2 סנטימטר של lysimeter מעל פני הקרקע כדי להכיל הכימי שיושם ולמזער את התנועה כימית לרוחב. לשם כך, שימוש התגלגל ומרותך גיליונות שמונה עשרה מד פלדה (91 עומק סנטימטר x 15 ס"מ קוטר) (איור 1). השתמש lysimeters של חומרים וממדים שונים כדי שיתאים למילמטרות earch.
- החלף תקעי צמחייה הבאים התקנת lysimeter.
- לנהל את כל צמחייה כמתאימה לניסוי. אם מגרשים הם להישאר חשוף, להשתמש ביישומי נקודה של גלייפוסט כדי לשמור על השטחים נקיים מצמחייה.
- ודא שהשקיה, דישון, וכל שיטות ניהול אחרות זהות בbareground וחלקות צמחייה. לקבוע מראש השקיה כדי לעמוד ביעדי מחקר.
2. התקנת Porewater סמפלר
- התקן דוגמי porewater, כגון PTFE / קוורץ (50/50%), באמצע lysimeters לאסוף porewater חלחל.
- הנח מוט נירוסטה 2.5 סנטימטר במרכז lysimeter ולהכניס אותו לתוך האדמה עם פטיש לעומק סמפלר הרצוי.
הערה: גם במקדחה עשויה לשמש לצעד זה. - הכן את קמח סיליקה ותרחיף מים עם 700 מיליליטר של מי השקיה ל~ 900 גרם קמח סיליקה אינרטי מבחינה כימית. מערבבים את thoroug slurryHLY לפני כל סמפלר ממוקם בתערובת. החל לחץ בין -50 ל-70 kPa לסמפלר ממשאבת ואקום כף יד או על סוללות.
- הסר את סמפלר משיירי קמח סיליקה לאחר 10 דקות, וביסודיות לערבב את תרחיף סיליקה שוב. יוצקים 60 מיליליטר של התרחיף דרך משפך המחובר לצינור בקוטר 2.5 סנטימטר לתחתית הבור.
- הנח את סמפלר לחור בעומק הדגימה הרצוי עם פלסטיק או צינור מתכת. ודא שצינור מהדוגם משתרע מחוץ לחור. השתמש בתרחיף של אדמת nontreated, יליד ומים צריכים לגבות את החור שנותר.
- לאפשר זמן בלמלא את המשבצות לאדמה להתיישב; להשתמש בצינור כדי לסתום אדמה נוסף במידת הצורך.
- למילוי אדמה לרמה המקורית. במידת צורך, להחליף צמחייה בחלק העליון של החור.
- צרף צינורות סמפלר לבקבוק ואקום באמצעות סעיף של פרופילן אתילן fluorinated צינורות (FEP). עם מהדק צינור פלסטיק, חבר קו צינור שני מתוךבקבוק הוואקום למשאבת ואקום.
- כסה בקבוקי צינורות וגבייה עם פלסטיק או קלטת שחור אם הכימי (ים) של עניין הוא נוטה photodegradation (תרשים 1C).
- החל לחץ ואקום של כ -50 ל-70 kPa באמצעות הבקבוק הריק לדוגמים שוב ושוב במשך כמה ימים לפני ניסויים כדי להבטיח התקנת סמפלר ראויה.
3. כימי בקשה לLysimeters
- לאפשר לפחות שבועיים להסתגלות לפני יישומים כימיים נעשים.
- לאסוף דגימות porewater רקע לפני טיפול lysimeter לכמת ריכוזי רקע הכימי (ים) של עניין.
- החל הכימי של עניין לאדמה או הצמחייה בשיטות טיפוסיות, כגון עם מרסס ידני CO בלחץ-2 בום (איור 1D) או על ידי הפצת הניסוח הפרטני ישירות על פני השטח של העלילה המכילה את lysimeter. אם יישומים כימיים מרובים נחוצים ליעילות, ליישם אותם לדפוסי שימוש או הוראות תווית טיפוסיות. להשאיר כמה lysimeters מטופל לשמש כשליטה.
4. Porewater איסוף וניתוח
- החל כ -50 ל-70 kPa של ואקום לבקבוקי סמפלר porewater ואקום היום לפני או היום של דגימה. מים המקיפים את סמפלר יצויר דרך סמפלר לתוך צינורות, זורמים לבקבוק הוואקום שבו הוא נאסף עד שנדגמו. אדמת הנפח שממנו porewater נאסף וזמן איסוף מים עשוי להיות תלוי בגורמים כגון סוג קרקע, מרקם קרקע, תכולת לחות בקרקע, ועומק סמפלר.
- לאסוף דגימות במרווחי זמן מוגדרים בעקבות יישום כימי, כפי שנקבע מראש על ידי החוקר.
- מדוד את נפח מים שנאספו לגליל סיים את לימודיו לכל סמפלר porewater. אם הסינון הוא הכרחי, למקם את המים בסאי Luer-לוקringe (גודל יהיה תלוי בנפח מים) ולהעביר את הדגימה דרך מסנן ניילון 25 מ"מ 0.2 מיקרומטר.
- אם שיטות שימור מדגם שונות נדרשות ומדגם מספיק נאסף, יש לחלק את המדגם לתוך מכולות ייחודיות.
- השתמש במד pH כף יד כדי לקבוע את ה-pH של דגימות שאינם acidified.
- התאם את ה-pH על ידי הוספת נפח מספק של החומצה המתאימה במידת הצורך לשימור דגימה.
הערה: חומצות מרוכזות יכולות להיות מאכלת או יש לנקוט מחמצנים וזהירות בעת השימוש בהם. - דגימות מניחים על קרח בצידנית או להכניס למקרר עד לניתוח. השתמש בשיטות אנליטיות למדידה כימית כגון ספקטרומטריית מצמידים אינדוקטיבי פלזמה המונית (ICP-MS), ספקטרוסקופיה מצמידים אינדוקטיבי פלזמה אופטית פליטה (ICP-OES), ספקטרוסקופיה קליטה האטומית (AAS), או כרומטוגרפיה ביצועים גבוהים נוזלית (HPLC) ל לנתח את הדגימות.
5. Lysimeter הוצאה מהקבר, אוסף קרקע / צמחייהניתוח nd
- מקבר lysimeters, המכיל אדמה וצמחייה, במרווחי זמן מוגדרים בעקבות יישום כימי. מקבר lysimeters nontreated בכל פעם דגימה כדי לקבוע ריכוזים כימיים רקע בתוך האדמה והצמחייה.
- מקבר lysimeters ניצול חבית מלחציים רתומים לטרקטור ליישם. מנמיכים את הדלי לעמדה המאפשרת למהדק כדי להיות ממוקם על הקצה החשוף של lysimeter.
- הרם ליישם גורם מלחציים לתפוס את הקצה החשוף, מושך את עמודת lysimeter מתוך האדמה (איור 1E).
- כובע הוצא קצות lysimeter עם סדיני בידוד לחתוך לקוטר של lysimeters. החזק את כובעים במקום עם שקיות פוליאתילן ליטר בגודל מוכנסות על קצות lysimeter, ושקיות מאובטחים עם סרט דביק.
- להעביר את lysimeters למעבדת שדה לאדמה וחלוקת מדגם צמחייה. לעבד lysimeters nontreated הראשון למניעת זיהום בבוקרlysimeters אונג.
- השתמש הדדיות ראתה מצוידים בסכין חיתוך מתכת לחתוך את lysimeter אורך בצד אחד. חותכים את העמודות מהתחתית (האזור של ריכוז נמוך יותר צפוי) לראש (אזור של ריכוז גבוה יותר צפוי) על מנת להבטיח את האדמה בעומקים עמוקים יותר אינה מזוהמת על ידי אדמה בעומקים רדודים.
- פיצול לפתוח את lysimeter. השתמש בצלחות מפרידים מתכת לחלקי אדמה וצמחייה בדידים נפרדים. בחר במרווחים עומק אדמה המבוססים על האורך של מטרות lysimeter ומחקר.
- השתמש בכפיות או מריות לחפור באדמה וצמחייה מחולקים. מניחים כל דגימה בשקית הקפאה פוליאתילן שכותרתו כראוי. אל תאסוף אדמה ישירות במגע עם lysimeter.
- בצע את פרוטוקול החפירה לעומק כל דגימה רצויה. הנח שקיות דגימה בצידנית מלאה קרח ולהעביר אותם למעבדה. חנות דגימות במקפיא עד לניתוח.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
שיטה זו מאפשרת להצטברות של נתונים על גורלם של כימיקלים להחיל bareground ומערכות קרקע צמחייה 5,10. גישה זו משמשת להערכת ארסן (כמו) שטיפה כלפי מטה, קליטה, וטרנסלוקציה לתוך צמחים לbermudagrass מערכות (dactylon Cynodon) בעקבות היישום של arsenate האורגני העשבים arsenical תיל גלוטמט (MSMA) 9. מאז 1960s, MSMA נעשה שימוש באי - שדה יבול, turfgrass, וייצור כותנה, אך קיים חשש גובר שחל כעלול לחלחל כלפי מטה דרך קרקעות ולזהם מי תהום 11,12. הסוכנות האמריקנית להגנת הסביבה (EPA) שוקלת בימים אלה בהדרגה את MSMA, בהמתנה לבדיקה מדעית נוספת 13,14.
בעקבות יישום MSMA לbareground וlysimeters bermudagrass, רוב כפי שנשמר בשלבים מוצקים אדמה וצמחייה לאורך ניסויי 1 שנה (איור 2,טבלה 1). בתוך הקרקעות, המוצק השלב הגבוה ביותר כפי שהריכוזים שנמצאו בעומק 0-2 סנטימטר. ריכוזי ארסן בדגימות lysimeter טופלה MSMA היו מוגבהים מעל דגימות nontreated לתוספת סנטימטר עומק 8-15, ובעמוקים יותר עומק, הבדלים במוצק השלב כריכוזים בין מטופלים וlysimeters nontreated היו משמעותי מבחינה סטטיסטית באמצעות מבחן t 2 זנב עם שונות לא שוויוניות (עמ '≥ 0.05). ארסן נלקח גם לתוך הצמחייה, ולמרות שהם השתנו לאורך זמן, כפי שהריכוזים בעלוות bermudagrass מחלקות שטופלו תמיד היו גבוהים באופן משמעותי מאלה ממגרשי nontreated. בסך הכל, עד 101% ממיושמים כפי שהתאושש באדמה וצמחיית שלבים מוצקים מlysimeters המכוסה bermudagrass, בעוד שמקסימום של 66% כפי ששוחזר בbareground lysimeter דגימות (טבלה 1).
ריכוזי Porewater כמו בחלקות שטופלו MSMA היו תלויים בעומק עםבפרופיל הקרקע (איור 3). ב30 סנטימטר עומק, מומס בשלב כריכוזים חרג ממסגרת הזיהום מי שתיית 10 מרבי מיקרוגרם / ליטר של ה-EPA 15, עם ריכוזי הגדלת מייד לאחר יישום MSMA ואז לאחר מכן יורדים עם זמן. לעומת זאת, porewater נאסף מ76.2 סנטימטר עומק בפרופיל הקרקע היה כריכוזים שהיו דומים לרמות רקע ואופן עקבי מתחת לגבול ה-EPA, המציין כי מיושם כלא להעביר מתחת לגבולות של המערכת הניסיונית.
המחקר שנדון כאן מדגיש רבים של שיקולי העיצוב האמורים דגימת lysimetry וporewater הניסיוניים. אזור השדה הכיל בערך שום מדרון, ו~ 1.5 סנטימטר של lysimeter נשאר מעל פני קרקע כדי לעזור למנוע בעיות זיהום עלילה נגדית, בעת גם מאפשר לניהול bermudagrass ראוי. אזור השדה נבחר בשל conten החומר אורגני נמוך וגבוה שלה בחולt (חול 88%, סחף 7%, חימר 5%), המייצג את "המקרה הגרוע ביותר" שטיפת תרחיש ביחס למרקם קרקע וכפי שימור פוטנציאל 9. דוגמי Porewater נבחרו, כך שהם יתאימו בתוך lysimeters, ומספר שבועות הותר לאיזון מערכת לפני יישום כימי. לבסוף, דגימת porewater אפיזודי הייתה ממוקדת בכבדות בשלבים המוקדמים של ניסויים, כאשר השטיפה כלפי מטה של כימיקלים מיושמים נחשבה סבירה ביותר השלבים.
איור 1. תצלומים המתארים את הצעדים בחרו בהתקנה של lysimeters ודוגמי porewater. () תקעי צמחייה יוסרו לפני lysimeter התקנה. Lysimeters (ארוחת בוקר) מונעים לתוך האדמה באמצעות הודעה נהג הפוך. (C) מקורה בקבוקי ואקום 2-Lהם משמשים לאיסוף מים מדוגמי porewater. (ד ') כימי של העניין מוחל על חלקות lysimeter אקראית. (E) ליבות אדמת Lysimeter הם הוצאו עם טרקטור ליישם.
.. פרופילי איור 2 עומק בסך הכל כריכוזים בקרקע lysimeter וצמחיית bermudagrass לאורך זמן בעקבות יישום MSMA מעמקי סמל מייצגים דגימות קרקע וצמחייה ממרווחי העומק הבאים: 0 = עלווה מעל פני קרקע; -1 = 0 עד 2 סנטימטר עומק; -3 = 2 עד 4 סנטימטר; -6 = 4 עד 8 ס"מ עומק; -11.5 = 8-15 סנטימטר עומק; -22.5 = 15-30 סנטימטר עומק; ו-37.5 = 30-45 סנטימטר עומק. ברים שגיאה מציינים את סטיית התקן של מדידות מדגימות וlysimeters לשכפל. כוכביות מייצגות דגימות אשר נמדדו כconcentrations בlysimeters טופל MSMA היו גבוה יותר באופן משמעותי מריכוזי דגימות lysimeter nontreated בהתאמה. איור שונה ממאטסון אח' 2014 9.; ראה התייחסות לפרטים נוספים.
איור 3. Porewater כריכוזים משני מעמקים (30 ו76.2 סנטימטר) בתוך lysimeters טופל MSMA, מכוסה bermudagrass.
| ימים לאחר MSMA טיפול | צמחייה או חשוף | כפי ששוחזר בקרקע (%) | כפי ששוחזר בצמחייה (%) | סה"כ כפי ששוחזר (%) |
| 36 | צמחייה | 83 | 10 | 93 |
| 36 | חשוף | 62 | - | 62 |
| 64 | צמחייה | 47 | 3 | 50 |
| 64 | חשוף | 60 | - | 60 |
| 119 | צמחייה | 83 | 9 | 92 |
| 119 | חשוף | 66 | - | 66 |
| 364 | צמחייה | 98 | 4 | 101 |
| 364 | חשוף | 55 | - | 55 |
סך הכל לוח 1. מחושב כהחלמה באדמה וצמחיית lysimeter bermudagrass הבאה יישום MSMA. ערכי שחזור מייצגים בסך הכל כמו בדגימות lysimeter ממגרשי מינוס בסך הכל טופל MSMA כמו בדגימות nontreated, כל מחולקים בכמות של כdded למערכת באמצעות יישום MSMA. שולחן שונה ממאטסון אח' 2014 9.; ראה התייחסות לפרטים נוספים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
ניצול lysimetry שדה משולב וגישת דגימת porewater מאפשר לחוקרים להעריך את חלוקת מרחב ובזמן של מגוון רחב של כימיקלים להחיל קרקע. גורלם של חומרים כימיים בקרקעות ומערכות ירוקות יכול להיות נשלט על ידי מספר תהליכים סביבתיים ותכונות, כגון שטיפה כלפי מטה, volatilization, הידרוליזה, photolysis, שינוי / השפלה חיידקים, ספיגת צמח, סוג הקרקע, וחומציות קרקע 16,17. שלא כמו בחממה או ניסויי מעבדה מבוססת, תוצאות מהגישה מבוססת השדה המתואר כאן מתקבלות, עם הפרעה מינימאלית למערכת של מחקר, ולכן ניתן להסיק על מערכות אחרות או הגדרות 18. ידיעת כמות הכימיקל המוחל, השטח של lysimeter, volatilization הפוטנציאל של החומר הכימי, הכמות שנמדדה בשלבים המומסים ומוצקים, והצפיפות בצובר של הקרקע מאפשר לקביעת מאזן מסה כימית וטעינה הערכות גבול עבור המערכת של עניין - מידע בעל ערך לניבוי איומים סביבתיים פוטנציאליים, כגון שטיפה כימית לתהום.
הפרוטוקול המתואר כאן ממחיש דרך אחת לערוך ניסוי העסקת lysimetry שדה משולב ודגימת porewater. חלקים של שיטה זו רבים עשויים להיות מותאם על ידי חוקרים כדי לטפל במטרות הספציפיות שלהם. לדוגמא, גודל וסוג lysimeter יש לשקול בעת הכנת ניסוי, ובחירות צריכה לשקף כימיות, אדמה, ומאפייני מפעל של עניין 17. מיקום של lysimeters גם יש לקחת בחשבון כדי למזער את השונות בתנאים סביבתיים ומדרון על פני שטח הניסוי. שיטות ניהול (כיסוח, דישון, קציר, וכו ') יקבעו לא רק את הגודל של lysimeter, אך עשוי להשפיע על עומק התקנה ופרקטי, ויש לשקול לחקות עולם אמיתי מתרגל 17,19.
e_content "> סוגים רבים של דוגמי porewater זמינים באופן מסחרי, והם מייצגים דרך זולה יחסית לאיסוף מים בקרקע מעומקים שונים. הגודל של סמפלר, עומק, דוגמים לlysimeter, ותדירות הדגימה יש לשקול בעת תכנון ניסויים. אם סמפלר porewater בחר אינו גדול מספיק, שאיבה מיושמת עשויה לאסוף רק מהסביבה הקרובה ולא לכסות את האזור כולו lysimeter 20. פתרון מוצע הוא להשתמש בצלחות porewater שיכסו שטח גדול יותר 21, אם כי זה עשוי לדרוש נרחב וחפירה אדמה לא רצויה כדי להתאים התקנת סמפלר וגם עלול להגביל את זרימת מים מתחת לעומק של סמפלר. חשש נוסף עם דגימת porewater הוא כי, בהתאם לסוג קרקע, התקנת סמפלר ויישום ואקום עלול לגרום porewater לזרום מעדיף כלפי סמפלר או לאורך קירות lysimeter ולא באופן טבעי במערכת, שעלול לשנות את chהפצות emical 17,22. לבסוף, כדי להעריך שטיפה כימית כלפי מטה כמו שצריך, יש צורך בדגימה porewater הזמנית נאותה כדי להבטיח הכימי של ריבית אינו יץ עבר סמפלר בזמנים לא נתפסו על ידי הדגימה השגרתית 23.אחת המטרות העיקריות של lysimetry השדה הוא לכמת את פוטנציאל השטיפה כלפי מטה של כימיקלים מיושמים. עם זאת, גישה זו בכוונה מגבילה את ההשפעה של מתחת לפני הקרקע טבעית לרוחב תזרום בתחבורה כימית. כדי להתגבר על מגבלה זו, מדענים חוקרים גורל כימי והתנהגות עשויים להשתמש בבדיקות קרקע כדי לאסוף ליבות קרקע, שבה יש גם יתרונות וחסרונות על פני lysimetry תחום. ברגע שמטופל השטח של עניין, שנערך ביד או בדיקה רכוב טרקטור מסירה ליבות ממגרשים שהם קטנים יותר בגודלם מאשר lysimeters הטיפוסי, הדורשת פחות שטח לניסויים ומאפשר דגימה מהירה יותר. עם זאת, תוצאה של שימוש בבדיקה היא שזה עשוי לדחוףצמחייה, אדמה, או שורשים כלפי מטה, באופן פוטנציאלי לזהם עומקים עמוקים יותר, דחיסת קרקע, ושינוי צפיפות בצובר. טכניקות אדמת בדיקה גם מספקות פחות הגנה מפני זיהום עלילה נגדית בשל נגר וזרימה בתת קרקע לרוחב.
אזהרה אחת של דגימת lysimetry וporewater שדה היא שהתאוששות 100% מכימיים להחיל היא 17 נדירים. יש נעלמים כאשר השלימו סוג זה של מחקר בתחום בהשוואה לסביבות חממה או מעבדה שבה יותר שליטה מושגת לגבי מזג אוויר, תכונות קרקע, וגידול צמחים; כתוצאה מכך, תוצאות עשויות להשתנות על פני ניסויים ניסוי 3. מחקר ניצול שני גישות השדה ומעבדה עשוי לספק את הבדיקה המקיפה ביותר של תהליכים המשפיעים על גורלם של כימיקלים בסביבה. עם זאת, lysimetry השדה ודגימת porewater לספק טכניקות רבות עוצמה, מבוססות היטב להערכת חששות סביבתיים פוטנציאלייםssociated עם כימיקלים. בעתיד, מחקרים נוספים צפויים להתבצע תוך שימוש בטכניקות הללו על מנת להבין טובים יותר את גורלם של כימיקלים לנוכח שמירה על אספקת מזון מתאימה, על מנת להבטיח סילוק נאות של פסולת, והשמירה על סטנדרטים גבוהים של איכות סביבה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
יש המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
המחברים מודים לצוות NCDA Sandhills תחנת המחקר לקבלת סיוע בהתקנת lysimeter והוצאה מקבר. מימון לניסויים שתוארו בנציג תוצאות סופק על ידי המרכז למחקר וחינוך סביבתיים Turfgrass. וידאו וייצור כתב יד נתמכה על ידי מחלקות אוניברסיטת מדינת צפון קרוליינה למדעי קרקע ומדעי הצומח.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Washington, DC. (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. , Centre for Ecology & Hydrology. (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. , American Chemical Society. 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. , Washington D.C. 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, Washington, DC. (2013).
- Drinking Water Regulations; Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source Contaminants Monitoring Final Rule. Environmental Protection Agency. 66, Washington D.C. (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, Academic Press, Inc. London. 141-201 (1992).
