Summary
Lysimetry campo e amostragem água intersticial permitem aos pesquisadores avaliar o destino dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. O objetivo deste protocolo é para demonstrar como instalar a instrumentação necessária e coletar amostras para análise química durante lysimetry campo integrado e experimentos de amostragem Porewater.
Abstract
Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a atender à crescente demanda na gestão de resíduos e produção de alimentos, mas o destino destes produtos químicos muitas vezes não é bem compreendida. Aqui demonstramos um método integrado de amostragem lysimetry campo e água intersticial para avaliar a mobilidade dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Os lisímetros, colunas abertas feitas de metal ou plástico, são empurrados para bareground ou solos com vegetação. Samplers Porewater, que estão disponíveis comercialmente e usar vácuo para coletar água de percolação do solo, são instalados em profundidades preestabelecidas, dentro dos lisímetros. Na horários preestabelecidos após a aplicação química para parcelas experimentais, água intersticial é recolhida e lisímetros, contendo solo e vegetação, são exumados. Ao analisar as concentrações químicas no solo do lisímetro, vegetação e água intersticial, as taxas de lixiviação para baixo, capacidade de retenção do solo e absorção pelas plantas para a indústria química de interesse pode ser quantificado.Porque lysimetry campo e amostragem água intersticial são realizados em condições ambientais naturais e com o mínimo de perturbação do solo, os resultados derivados projetar cenários de casos reais e fornecer informações valiosas para a gestão de produtos químicos. Como os produtos químicos são cada vez mais aplicado no solo em todo o mundo, as técnicas descritas podem ser utilizados para determinar se produtos químicos aplicados representar efeitos adversos para a saúde humana ou o ambiente.
Introduction
Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a partir de fontes, tais como pesticidas, fertilizantes, esgoto / biossólido, resíduos industriais, resíduos urbanos e 1,2. O destino destes produtos químicos - o que pode incluir nutrientes, elementos orgânicos, e seus metabólitos associados traçar - muitas vezes não é bem compreendida 3. Se os produtos químicos não são gerenciados adequadamente, eles têm o potencial de ameaçar a saúde humana e ambiental através da sua transferência para e acúmulo em plantas, águas superficiais e águas subterrâneas. Com uma população global que pode chegar a 10 bilhões de pessoas em 2050, há demandas crescentes sobre a gestão de resíduos de alimentos e produção de 2, e aplicação no solo de muitos produtos químicos vem aumentando 3,4. Assim, são necessárias pesquisas que quantifica as transformações, a mobilidade, limites de carga, e os riscos ambientais globais de produtos químicos que exigem disposição da terra ou que dependem para melhorar a saúde das culturase ceder.
Um certo número de estratégias têm sido utilizadas para avaliar as ameaças de substâncias químicas aplicadas no ambiente. , Estudos de sistemas modelo baseado em laboratório foram realizados para fornecer informações sobre os mecanismos fundamentais que controlam a mobilidade de produtos químicos no solo. Ao analisar a evolução química em laboratório, a manipulação completa do "meio ambiente" e as entradas podem ser alcançados, mas estes raramente se adequar às condições ambientais do mundo real 5,6. Assim, extrapolando os resultados de laboratório para as configurações de campo pode levar a previsões imprecisas sobre ameaças químicas. Em contraste, as medições de campo largo têm sido utilizadas para definir o comportamento químico do ambiente. No entanto, as conclusões sobre o destino ambiental a partir dessas medições são muitas vezes complicado devido às taxas de frequência baixa utilização (por exemplo, alguns g -1) de produtos químicos aplicados, bem como as complexas interações entre processos hidrológicos e biogeoquímicos no environment que regulam a distribuição de produtos químicos.
Lysimetry, incluindo campo lysimetry, tem sido historicamente usado por cientistas do solo e das culturas para avaliar sistematicamente a mobilidade descendente de produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Um lysimeter é um dispositivo feito de metal ou de plástico, que é colocado em um solo de interesse e é utilizada para determinar o destino dos produtos químicos aplicados em quantidades conhecidas de uma área restrita. De solo e vegetação amostras colhidas lisimetria pode ser usado para avaliar a evolução das distribuições químicos ao longo do tempo. Porque o campo lysimetry é realizada sob condições ambientais naturais, os resultados podem ser utilizados para prever cenários casos reais derivados de aplicações químicas de sistemas de solo. Os primeiros estudos em lisímetros medido transpiração, o fluxo de umidade e / ou movimento de nutrientes. Estudos em lisímetros modernos medir pesticidas e nutrientes dissipação, o movimento de pesticidas, volatilidade e balanço de massa, juntamente com a aforememedições ntioned 3.
Uma limitação do lysimetry campo tradicional é que a mobilidade química dentro de um perfil do solo é em grande parte definida por medições em fase sólida, enquanto menos atenção é dada às concentrações químicas dissolvidas na água de percolação através dos solos - um componente crítico que pode impactar o potencial de contaminação das águas subterrâneas de produtos químicos aplicados-terra. Embora lixiviados a partir do fundo dos lisimetria é por vezes recolhidos para análise, esta resolução limites de aproximação profundidade de concentrações Porewater e tipicamente requer significativa escavação do solo antes da experimentação. Em vez disso, para obter dados sobre as concentrações químicas da água do solo, samplers Porewater pode ser utilizado em ambientes de campo. Samplers Porewater são instalados em solos para coletar água de discretos, profundidades desejadas e apenas minimamente perturbar o sistema solo. Samplers Porewater ter sido referido por muitos nomes, incluindo lisímetros, cu de sucçãop lisímetros ou samplers solução do solo, convoluting sua distinção com os lisímetros de campo tradicionais descritos acima. Neste artigo, usaremos o termo "amostrador água do subterrâneo" para aliviar a confusão.
Aqui, nós demonstramos uma abordagem experimental que combina lysimetry campo e amostragem água intersticial para avaliar o potencial de lixiviação para baixo de produtos químicos aplicados aos sistemas de solo ou bareground vegetadas. Lysimetry tem sido uma ferramenta poderosa usada desde 1700 7, enquanto amostragem água intersticial de cerâmica tem sido usada desde o início da década de 1960 8. A integração destas técnicas permite a determinação robustos campo de ambas as distribuições contínuas e de concentração química de fase dissolvida, minimizando a perturbação do solo. Este artigo descreve os fatores a considerar ao projetar um experimento, incluindo a escolha do local, a instalação de dispositivos e coleta de amostras. A aproximação é ilustrada com uma experiência que avaliou o destino de umarsénico pesticida orgânico aplicado a um bareground e um sistema estabelecido relvada. As técnicas descritas podem ser ajustados conforme necessário examinar o destino de uma grande variedade de produtos químicos, proporcionando assim ferramentas inestimáveis para os pesquisadores e formuladores de políticas que procuram entender o destino ambiental e comportamento de substâncias químicas aplicadas em terra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Amostragem de campo é realizada neste experimento e está sob a autorização do Departamento de Agricultura e Serviços ao Consumidor da Carolina do Norte.
1. Instalação Campo Lysimeter
- Escolha um local experimental em que o movimento lateral de produtos químicos aplicados é pouco provável (isto é. Locais com pouca ou nenhuma inclinação). Escolha sites com base em propriedades de solo e vegetação de interesse.
- Se parcelas são vegetadas, puxar fichas de vegetação antes de lisímetro de instalação (Figura 1A).
- Dirija os lisímetros de queda para as parcelas desejadas (com ou sem vegetação), utilizando um driver pós invertido, deixando ~ 1-2 cm do lisímetro acima da superfície do solo para conter o produto químico aplicado e minimizar o movimento química lateral. Por isso, a utilização de laminados e folhas de aço soldada de calibre dezoito (91 cm de profundidade x 15 cm de diâmetro) (Figura 1B). Use lisimetria de diferentes materiais e dimensões para se ajustar resobjetivos earch.
- Substitua as velas de vegetação após a instalação do lisímetro.
- Gerenciar qualquer vegetação, conforme apropriado para o experimento. Se parcelas devem permanecer nua, usar aplicativos de ponto de glifosato para manter as áreas livres de vegetação.
- Certifique-se de que a irrigação, adubação e quaisquer outras práticas de gestão são idênticos no bareground e parcelas de vegetação. Predeterminar irrigação para atender aos objetivos da pesquisa.
2. Instalação Porewater Sampler
- Instale samplers Porewater, como PTFE / quartzo (50/50%), no meio de lisímetros de percolação para coletar água intersticial.
- Coloque uma haste de aço inoxidável 2,5 centímetro no centro do lisímetro e inseri-lo no chão com um martelo até a profundidade de amostragem desejada.
NOTA: Um sem-fim também podem ser utilizados para esta etapa. - Prepare uma farinha de sílica e lama de água com 700 ml de água de irrigação para ~ 900 g de farinha de sílica quimicamente inerte. Misturar a pasta thoroughly antes de cada amostragem é colocado na mistura. Aplique pressão entre -50 e -70 kPa para o amostrador de uma bomba de vácuo portátil ou movidos a bateria.
- Remover o dispositivo de amostragem a partir da suspensão de farinha de sílica depois de 10 min, e homogeneizar a suspensão de sílica de novo. Verter 60 ml da lama através de um funil ligado a um tubo de diâmetro de 2,5 cm na parte inferior do furo.
- Coloque o amostrador no buraco com a profundidade de amostragem desejada com um plástico ou tubo de metal. Certifique-se de que os tubos do amostrador se estende para fora do furo. Use uma suspensão de, terra natal não tratadas e água para aterrar o buraco restante.
- Dê tempo durante aterro do solo de estabelecimento; usar um tubo para apertar solo adicional, conforme necessário.
- Backfill solo ao nível original. Se for caso disso, substituir vegetação no topo do furo.
- Anexar tubulação amostrador para uma garrafa de vácuo através de uma seção de etileno propileno fluorado (FEP) tubulação. Com uma pinça de tubo de plástico, conecte uma segunda linha de tubulação dea garrafa de vácuo a uma bomba de vácuo.
- Cubra tubos e de coleta de garrafas com plástico preto ou fita se o produto químico (s) de interesse é propenso a fotodegradação (Figura 1C).
- Aplique uma pressão de vácuo de cerca de -50 a -70 kPa através da garrafa de vácuo para os samplers repetidamente ao longo de vários dias antes da experimentação para garantir a instalação adequada amostrador.
3. Chemical Aplicação de lisímetros
- Deixe pelo menos duas semanas para aclimatação antes de aplicações químicas são feitas.
- Coletar amostras de água intersticial fundo antes do tratamento lisímetro para quantificar as concentrações da substância química (s) de interesse de fundo.
- Aplicar o produto químico de interesse para o solo ou a vegetação, por métodos normais, como por exemplo com um manual de CO 2-pressurizado de um pulverizador (Figura 1D) ou com a distribuição da formulação granular directamente sobre a superfície do terreno que contém o lysimeter. Se várias aplicações de produtos químicos são necessários para a eficácia, aplicá-las por padrões de uso ou as instruções do rótulo típico. Deixe alguns lisímetros não tratada para servir de controle.
4. Porewater Coleta e Análise
- Aplicar aproximadamente -50 a -70 kPa de vácuo para os água intersticial amostrador garrafas térmicas no dia anterior ou no dia da colheita. Água em torno do amostrador será elaborado através do amostrador na tubulação, que flui para o frasco de vácuo, onde é coletado até amostrado. O volume de solo a partir do qual água intersticial é recolhida eo tempo de coleta de água pode depender de fatores como tipo de solo, textura do solo, umidade do solo e profundidade de amostragem.
- Coletar amostras em intervalos de tempo especificado após aplicação de produtos químicos, como pré-determinado pelo pesquisador.
- Meça o volume de água recolhida em um cilindro graduado para cada amostrador água intersticial. Se a filtração for necessário, coloque a água em um sy Luer-Lokringe (tamanho dependerá do volume de água) e passam da amostra através de um filtro de nylon 0,2 um 25 milímetros.
- Se forem necessários diferentes métodos de preservação de amostras e amostra suficiente é coletado, dividir a amostra em recipientes únicos.
- Use um medidor de pH portátil para determinar o pH de amostras não acidificadas.
- Ajustar o pH pela adição de um volume adequado do ácido apropriado, se necessário para a preservação das amostras.
NOTA: os ácidos concentrados pode ser corrosivo ou oxidantes e cuidados devem ser tomados quando usá-los. - Colocar as amostras em gelo em um refrigerador ou colocar no frigorífico até a análise. Utilizar métodos analíticos para medições químicas, tais como espectrometria de plasma indutivamente acoplado de massa (ICP-MS), espectroscopia de emissão de plasma indutivamente acoplado óptica (ICP-OES), espectroscopia de absorção atómica (EAA), ou cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) para analisar as amostras.
5. Lysimeter Exumação, Solo / Vegetação Coleção umAnálise ª
- Exumar os lisímetros, contendo solo e da vegetação, em intervalos específicos de tempo após a aplicação de produtos químicos. Exumar lisímetros não tratados em cada tempo de amostragem para determinar as concentrações químicas fundo dentro do solo e da vegetação.
- Exumar lisímetros utilizando grampos barril ligados a um trator implementar. Abaixe o balde para uma posição que permite que os grampos sejam colocados em borda exposta do lisímetro.
- Levante a implementar fazendo com que os grampos para segurar a borda exposta, puxando a coluna lisímetro fora do solo (Figura 1E).
- Tampão exumação extremidades lisimétricas com folhas de isolamento de corte com o diâmetro das lisimetria. Mantenha as tampas no lugar com sacos de polietileno galão de tamanho inseridos sobre as extremidades do lisímetro, e sacos seguras com fita adesiva.
- Transportar os lisímetros para um laboratório de campo para solos e divisão da amostra de vegetação. Processe lisímetros não tratadas primeiro para evitar a contaminação amlisímetros ong.
- Use uma serra oscilante equipado com uma lâmina de corte de metal para reduzir o lysimeter longitudinalmente de um lado. Cortar as colunas do fundo (zona de menor concentração antecipada) para cima (zona de maior concentração antecipada) para garantir o solo a profundidades maiores não está contaminado pelo solo em profundidades rasas.
- Dividir abrir o lisímetro. Use placas divisórias de metal para seções separadas de solo e vegetação discretos. Escolha incrementos de profundidade do solo com base no comprimento dos objectivos lisimétricas e de investigação.
- Use colheres ou espátulas para escavar o solo seccionados e vegetação. Coloque cada amostra em um saco de freezer polietileno devidamente rotulados. Não coletar solo diretamente em contato com o lisímetro.
- Siga o protocolo de escavação para cada profundidade de amostra desejada. Coloque sacos de amostras em um refrigerador com gelo e transportá-las para um laboratório. Armazene as amostras em um freezer até a análise.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Este método permite a acumulação de dados no destino de produtos químicos aplicados às bareground e sistemas de solo vegetação 5,10. Esta abordagem foi utilizada para avaliar arsênio (As) de lixiviação para baixo, absorção e translocação nas plantas para sistemas bermuda (Cynodon dactylon), após a aplicação do herbicida arseniato arsênico monossódico metil orgânica (MSMA) 9. Desde 1960, MSMA tem sido usado em não-terras agrícolas, gramado, e produção de algodão, mas há uma crescente preocupação de que aplicada Como pode lixiviar para baixo através de solos e contaminar as águas subterrâneas 11,12. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) está actualmente a considerar phasing out MSMA, pendente de revisão científica adicional 13,14.
Após a aplicação de MSMA bareground e lisímetros de Bermuda, a maioria dos Como foi mantida dentro de fases sólidas do solo e da vegetação ao longo de experimentos de 1 ano (Figura 2,Tabela 1). Dentro dos solos, o mais elevado em fase sólida medida que as concentrações foram encontradas em 0-2 cm de profundidade. Concentrações de arsênio em amostras de lisímetro tratados com MSMA foram elevados acima amostras não tratadas para o incremento 8-15 cm de profundidade, e no mais profundo profundidades, as diferenças de fase sólida como as concentrações entre tratados e não tratados lisímetros foram estatisticamente insignificante utilizando um teste t de duas caudas com variância desigual (p ≥ 0,05). Arsênico também foi levado para a vegetação e, apesar de variar ao longo do tempo, como concentrações em bermuda folhagem de parcelas tratadas sempre foram significativamente maiores do que os de parcelas não tratadas. Em geral, até 101% do aplicado Como foi recuperado em fase sólida de solo e vegetação dos lisimetria coberto-bermudagrass, ao passo que um máximo de 66% dos Como foi recuperada na bareground lysimeter amostras (Tabela 1).
Concentrações Porewater Como em parcelas tratadas com MSMA eram dependentes de profundidade comno perfil do solo (Figura 3). Em 30 cm de profundidade, dissolveu-fase Como as concentrações superiores a 10 mg / L de limite máximo de contaminantes da água potável da EPA 15, com concentrações crescentes imediatamente após a aplicação MSMA e posteriormente a diminuir ao longo do tempo. Em contraste, a água intersticial recolhido entre os 76,2 cm de profundidade no solo tinha As concentrações que eram semelhantes aos níveis de fundo e consistentemente abaixo do limite da EPA, indicando que aplicado Como não migrar abaixo dos limites do sistema experimental.
O estudo discutido aqui destaca muitos dos lysimetry e água intersticial de amostragem considerações de projeto experimental acima mencionados. A área do campo contida aproximadamente sem inclinação, e cerca de 1,5 cm do lisímetro foi deixado acima do solo para ajudar a evitar problemas de contaminação cruzada da trama, ao mesmo tempo, permitindo a gestão de bermuda adequada. A área do campo foi escolhido devido a sua matéria orgânica baixa e alta areia content (88% de areia, silte 7%, 5% de argila), o que representa um "pior caso" lixiviação cenário com relação à textura do solo e como potenciais retenção 9. Samplers Porewater foram selecionados para que eles se encaixam dentro dos lisímetros, e foram autorizados várias semanas para o equilíbrio do sistema, antes da aplicação de produtos químicos. Finalmente, a amostragem de água intersticial episódica foi fortemente focada nos estágios iniciais de experimentação, quando lixiviação descendente de produtos químicos aplicados foi considerado mais provável.
Figura 1. Fotografias retratando selecione passos na instalação de lisímetros e samplers Porewater. (A) Os plugues de vegetação são removidos antes da instalação do lisímetro. (B) Os lisímetros são empurrados para o chão usando um driver pós invertido. (C) Coberto 2-L garrafas térmicassão usados para coletar a água de samplers Porewater. (D) química de interesse é aplicado a parcelas lisímetro randomizados. (E) lisímetros amostras de solo são exumados com um trator implementar.
.. Perfis Figura 2 Profundidade do total Como concentrações no solo do lisímetro e bermuda vegetação ao longo do tempo após a aplicação MSMA profundezas Símbolo representam amostras de solo e vegetação dos seguintes incrementos de profundidade: 0 = folhagem acima do solo; -1 = 0 até 2 cm de profundidade; -3 = 2 a 4 cm; -6 = 4 a 8 cm de profundidade; -11.5 = 8 a 15 cm de profundidade; -22.5 = 15 a 30 cm de profundidade; e -37,5 = de 30 a 45 cm de profundidade. As barras de erro indicam o desvio padrão das medições de amostras idênticas e lisímetros. Os asteriscos representam amostras para os quais a medida como concentrations em lisímetros tratados com MSMA foram significativamente maiores do que as concentrações de amostras respectivas lisímetro não tratados. Figura modificado de Matteson et al, 2014 9.; veja a referência para obter detalhes adicionais.
Figura 3. Porewater Como as concentrações de duas profundidades (30 e 76,2 centímetros) dentro tratados com MSMA, lisímetros cobertas de seda.
| Dias após o tratamento MSMA | Com vegetação ou nua | Como recuperado no solo (%) | Como Recuperado em Vegetação (%) | Total Em Recuperado (%) |
| 36 | Vegetação | 83 | 10 | 93 |
| 36 | Nu | 62 | - | 62 |
| 64 | Vegetação | 47 | 3 | 50 |
| 64 | Nu | 60 | - | 60 |
| 119 | Vegetação | 83 | 9 | 92 |
| 119 | Nu | 66 | - | 66 |
| 364 | Vegetação | 98 | 4 | 101 |
| 364 | Nu | 55 | - | 55 |
Tabela 1. Total calculado como recuperações no monólito e bermuda vegetação após a aplicação MSMA. Valores de recuperação representam totais como em amostras de lisímetro de parcelas tratadas com MSMA menos totais como em amostras não tratadas, tudo dividido pela quantidade de Comodded para o sistema por meio da aplicação MSMA. Tabela modificado de Matteson et al, 2014 9.; veja a referência para obter detalhes adicionais.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Utilizando um lysimetry campo abordagem integrada e amostragem água intersticial permite aos pesquisadores para avaliar as distribuições espaciais e temporais de uma grande variedade de substâncias químicas aplicadas em terra. O destino dos produtos químicos no solo e sistemas de vegetação pode ser controlada por um certo número de processos e os atributos do ambiente, tais como lixiviação de queda, a volatilização, hidrólise, fotólise, microbiano de transformação / degradação, a absorção pelas plantas, o tipo de solo, pH do solo e 16,17. Ao contrário do efeito estufa ou experimentos em laboratório, os resultados da abordagem baseada em campo aqui descritas são obtidos com o mínimo de interrupção para o sistema de estudo e, portanto, podem ser extrapolados para outros sistemas ou configurações 18. Sabendo a quantidade de produto químico aplicada, a área da lysimeter, a volatilização do produto químico potencial, a quantidade medida nas fases dissolvidas e sólidos, e a densidade a granel do solo permite a determinação do equilíbrio de massa química e carregamento estimativas limite para o sistema de interesse - informações valiosas para prever possíveis ameaças ambientais, como lixiviação química de águas subterrâneas.
O protocolo aqui descrito ilustra uma maneira de realizar um experimento empregando lysimetry campo integrado e amostragem água intersticial. Muitas partes deste método pode ser adaptado pelos pesquisadores para resolver os seus objectivos específicos. Por exemplo, o tamanho eo tipo de lisímetro deve ser considerado quando se prepara um experimento, e as escolhas devem refletir a propriedades das plantas de interesse 17 químico, o solo, e. Colocação de lisimetria também deve ser considerado para minimizar a variabilidade das condições ambientais e encosta em toda a área experimental. As práticas de manejo (roçada, adubação, colheita, etc) determinar não apenas o tamanho do lisímetro, mas pode afetar profundidades de instalação e praticidade, e deve ser considerado para imitar do mundo real pratica 17,19.
e_content "> Muitos tipos de samplers Porewater estão disponíveis comercialmente, e eles representam uma forma relativamente barata de recolher água no solo de diferentes profundidades. O tamanho da amostragem, profundidade, samplers por lisímetro, e frequência de amostragem devem ser considerados no projeto de experimentos. Se o amostrador água intersticial escolhido não é grande o suficiente, sucção aplicada só pode cobrar do imediações e não cobrir toda a área do lisímetro 20. Uma solução sugerida é a utilização de placas Porewater que cobrem uma maior área de superfície 21, embora isso possa implicar um extenso e indesejável escavação do solo para a instalação de amostragem e pode também limitar o fluxo de água abaixo da profundidade do dispositivo de amostragem. Outra preocupação com água intersticial de amostragem é que, dependendo do tipo de solo, a instalação amostrador e aplicação de vácuo pode causar a fluir água intersticial, preferencialmente, para a amostragem, ou ao longo paredes lisimétricas em vez de, naturalmente, através do sistema, alterando potencialmente chdistribuições emical 17,22. Finalmente, para avaliar adequadamente lixiviação química para baixo, é necessária a amostragem água intersticial temporais adequados para garantir o produto químico de interesse não contaminar passado o amostrador às vezes não capturado pela amostragem de rotina 23.Um dos principais propósitos dos campo lysimetry é quantificar o potencial de lixiviação para baixo de produtos químicos aplicados. No entanto, essa abordagem limita intencionalmente o impacto da subsuperfície naturais fluxo lateral sobre o transporte de produtos químicos. Para superar essa limitação, os cientistas que investigam o destino e comportamento químico pode usar sondas de solo para coletar amostras de solo, o que tem vantagens e desvantagens sobre o campo lysimetry. Uma vez que a área de interesse é tratada, uma sonda ou montado tractor remove núcleos de parcelas que são menores em tamanho do que lisímetros típicas, exigindo menos espaço para a experimentação e permitindo a amostragem mais rápida de mão. No entanto, em consequência do uso de uma sonda é que ele pode empurrarvegetação, solo ou raízes para baixo, potencialmente contaminantes profundidades maiores, compactação do solo, e alterando densidades. Técnicas de solo-sonda também oferecem menos proteção contra a contaminação cruzada trama devido à enxurrada e escoamento subsuperficial lateral.
Uma ressalva de campo lysimetry e água intersticial de amostragem é que a recuperação de 100% do produto químico aplicado é raro 17. Há incógnitas quando completar este tipo de pesquisa no campo em comparação com ambientes de estufa ou de laboratório, onde mais controle é conseguido com relação ao clima, propriedades do solo e crescimento das plantas; conseqüentemente, os resultados podem variar entre os ensaios experimentais 3. Pesquisa utilizando ambos campo e de laboratório abordagens podem proporcionar o exame mais abrangente dos processos que afetam o destino de produtos químicos no meio ambiente. No entanto, lysimetry campo e amostragem água intersticial fornecer poderosas técnicas bem estabelecidas para avaliar potenciais preocupações ambientais umassociated com produtos químicos. No futuro, mais estudos provavelmente será realizada utilizando essas técnicas, a fim de entender melhor o destino dos produtos químicos na cara de manter um abastecimento alimentar adequado, garantindo a destinação correta de resíduos, e sustentando altos padrões de proteção ambiental.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores reconhecem a equipe da Estação de Pesquisa NCDA Sandhills para a assistência com a instalação do lisímetro e exumação. O financiamento para as experiências descritas nos resultados representativos foi fornecido pelo Centro de Pesquisa e Turfgrass Educação Ambiental. Vídeo e produção manuscrito foi apoiada pelos Departamentos da Universidade Estadual da Carolina do Norte de Ciência do Solo e Fitotecnia.
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).
