Summary
Saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme araştırmacılar topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların kaderi değerlendirmek için izin. Bu protokolün amacı gerekli aletleri yüklemek ve entegre saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme deneyleri sırasında kimyasal analizler için numune toplamak için nasıl göstermektir.
Abstract
Potansiyel toksik kimyasallar rutin atık yönetimi ve gıda üretimi üzerinde artan taleplerini karşılamak için arazi uygulanan, ancak bu kimyasalların kaderi genellikle iyi anlaşılmış değildir. Burada toprak ve bitki örtüsü kurulmuş uygulanan kimyasalların mobiliteyi değerlendirmek için bir entegre alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yöntemi göstermektedir. Lizimetreler, metal veya plastikten yapılmış açık sütunlar, bareground veya bitkili toprağa sürülür. Ticari olarak mevcuttur ve toprak sızıntı suyu toplamak için vakum kullanmak gözenek suyu numune, lizimetrelerden içinde önceden belirlenmiş derinliklerde yüklenir. Deneysel araziler kimyasal uygulama aşağıdaki danışıklı zamanlarda, gözenek suyu toplanır ve lizimetreler, toprağı ve bitki örtüsünü içeren, mezardan vardır. Lizimetre toprak, bitki örtüsü, ve gözenek suyu, aşağı liç oranları, toprak tutma kapasiteleri ve ilgi kimyasal bitki alımında kimyasal konsantrasyonlarını analiz edilerek belirlenir olabilir.Alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme doğal çevre şartlarında ve minimum toprak rahatsızlık ile gerçekleştirildiği için, elde edilen sonuçlar gerçek vaka senaryoları proje ve kimyasal yönetimi için değerli bilgiler sağlamaktadır. Kimyasallar giderek dünya çapında arazi uygulanır gibi, anlatılan teknikleri uygulanabilir kimyasalların insan sağlığına veya çevreye olumsuz etkileri poz olmadığını belirlemek için kullanılabilir.
Introduction
Potansiyel toksik kimyasallar rutin gibi pestisitler, gübreler, kanalizasyon / biyosolidlerin, endüstriyel atıklar ve belediye atıkları 1,2 gibi kaynaklardan arazi uygulanır. Bu kimyasalların kaderi -, besinleri içerir elemanları, organik ve bunların ilişkili metabolitleri iz olabilir - genellikle iyi 3 anlaşılmış değildir. Kimyasallar düzgün yönetilen değilse, bitkilerin, yüzey suları, yeraltı ve onların transfer ve birikimi ile insan ve çevre sağlığını tehdit potansiyeline sahip. 2050 yılında 10 milyar kişiye ulaşmak olabilecek bir küresel nüfus ile, orada atık yönetimi ve gıda üretimi 2 büyüyen talepleri ve birçok kimyasal arazi uygulama 3,4 artmaktadır. Buna göre, araştırma arazi bertaraf gerektiren veya ekin sağlığını geliştirmek için bağlı olduğu kimyasallar dönüşümleri, hareketlilik, yükleme sınırları ve genel çevresel riskleri rakamlarla ihtiyaç duyulmaktadırve verim.
Stratejilerinin bir dizi ortamında uygulanan kimyasal tehditlerin değerlendirmek için kullanılmıştır. Laboratuvar-tabanlı, model sistem çalışmaları topraklarda kimyasalların hareketliliğini kontrol temel mekanizmaları hakkında bilgi vermek için yapılmıştır. Bir laboratuvarda kimyasal kaderini analiz ederken, "çevre" ve girdilerin tam manipülasyon elde edilebilir, ancak bu nadiren gerçek dünya çevre koşulları 5,6 maç. Böylece, alan ayarlara laboratuvar sonuçları extrapolating kimyasal tehditler hakkında yanlış tahminler yol açabilir. Bunun aksine, geniş alan ölçümleri ortamında kimyasal hareketini tanımlamak için kullanılmıştır. Ancak, bu ölçümlerden çevresel akıbeti hakkında sonuçlar nedeniyle sık sık uygulanan kimyasalların sık düşük kullanım oranları (örneğin, bir kaç gr A -1) yanı sıra, e hidrolojik ve biyokimyasal süreçler arasındaki karmaşık etkileşimler karmaşıktırKimyasal dağılımları düzenleyen nvironment.
Alan lysimetry dahil Lysimetry, tarihsel sistematik topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların aşağı doğru hareketliliği değerlendirmek için toprak ve bitki bilim adamları tarafından kullanılmıştır. A Lizimetre ilgi konusu bir toprak içine yerleştirilir ve kapalı bir alanda, bilinen miktarlarda uygulanan kimyasalların akıbetini belirlemek için kullanılan metal ya da plastikten yapılmış bir cihazdır. Lizimetrelerden toplanan toprak ve bitki örnekleri, zamanla kimyasal dağılımlarının gelişimini değerlendirmek için de kullanılabilir. Alan lysimetry doğal çevre koşulları altında gerçekleştirilir, sonuçları toprak sistemlere kimyasal uygulamalarda türetilmiş gerçek senaryoları tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Erken Lizimetre çalışmalar terleme, nem akışını ve / veya besin hareketi ölçülür. Günümüz Lizimetre çalışmalar aforeme birlikte, pestisit ve besin dağılımı, pestisit hareketi, volatilite ve kütle dengesini ölçmekntioned ölçümler 3.
Yeraltı suyu kirlenme potansiyelini etkileyebilecek kritik bir bileşeni - geleneksel alan lysimetry bir sınırlama daha az dikkat topraklarda süzülen suda çözünmüş kimyasal konsantrasyonları ödenir ise bir toprak profili içinde kimyasal hareketlilik büyük ölçüde, katı-faz ölçümleri ile tanımlanır olmasıdır kara uygulanan kimyasallardan. Lizimetrelerden altından bazen sızıntı analiz için toplanır, ancak tipik olarak bu yaklaşım sınırları derinlik gözenek suyu konsantrasyonlarının çözünürlüğü ve deney öncesinde önemli toprak kazı gerektirmektedir. Bunun yerine, toprak su içinde kimyasal konsantrasyonları hakkında bilgi elde etmek üzere, gözenek suyu numune alan ortamlarda kullanılabilir. Gözenek suyu numune ayrık, istenen derinliklerde su toplamak topraklarda yüklü ve sadece minimal toprak sistemini rahatsız edilir. Gözenek suyu numune lizimetrelerden, emme cu dahil olmak üzere birçok isim tarafından sevk edilmiştirp lizimetreler veya toprak çözeltisi numune, yukarıda tarif edilen geleneksel alan lizimetrelerden ile ayrım konvolüsyonlu. Bu yazıda karışıklığı hafifletmek için dönem "gözenek suyu sampler" kullanacaktır.
Burada, biz bitkili toprak veya bareground sistemlerine uygulanan kimyasalların aşağı liç potansiyeli değerlendirmek için saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme birleştiren deneysel bir yaklaşım göstermektedir. Seramik gözenek suyu örnekleme 1960'ların başında 8 beri kullanılmaktadır ise Lysimetry, 1700'lerin 7 beri kullanılan güçlü bir araç olmuştur. Bu sağlam tekniklerin entegrasyonu toprak bozulmasını minimize ederken katı ve çözünmüş-faz kimyasal konsantrasyon dağılımlarının belirlenmesi için alan sağlar. Bu yazıda yer seçimi, cihaz kurulum ve numune toplama dahil, bir deney tasarlarken dikkate faktörleri açıklar. Yaklaşım kaderi değerlendirilen bir deney ile gösterilmiştirorganik arsenik pestisit bir bareground ve kurulu bir çimenlik sistemine uygulanmıştır. Açıklanan teknikler böylece araştırmacılar ve arazi uygulanan kimyasalların çevre kaderi ve davranışlarını anlamak için aramak politika yapıcılar için çok değerli araçlar sağlayarak, kimyasalların geniş bir yelpazede kaderi incelemek için gerekli ayarlanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alan örnekleme Bu deneyde yapılan ve Tarım ve Tüketici Hizmetleri North Carolina Bölümü yetki aşamasındadır.
1.. Saha Lizimetre Kurulum
- Uygulanan kimyasalların yanal hareket mümkün olan bir deneysel sitesi seç (örn.. Çok az veya hiç bir eğimle siteleri). Ilgi toprak ve bitki özelliklerine göre siteleri seçin.
- Araziler bitki örtüsü varsa, yükleme (Şekil 1A) Lizimetre önce bitki örtüsü fişlerini çekin.
- ~ Uygulanan kimyasal içerir ve yanal kimyasal hareketini en aza indirmek için toprak yüzeyinden Lizimetre 1-2 cm bırakarak, bir ters sonrası sürücüsü kullanarak (ya da bitki örtüsü olmadan) istenen araziler içine aşağı lizimetrelerden sürün. Bunun için, kullanım haddelenmiş ve onsekiz göstergesi çelik levhalar (91 cm derinlik x 15 cm çap) (Şekil 1B) kaynaklı. Res uygun farklı malzeme ve boyutlarda lizimetrelerden kullanınearch hedefler.
- Lizimetre yükleme aşağıdaki bitki fişleri değiştirin.
- Deney için uygun olarak herhangi bir bitki örtüsü yönetmek. Araziler, çıplak kalır bitki örtüsünün serbest alanlarda tutmak Glifosatın nokta uygulamalarını kullanmak için ise.
- Sulama, gübreleme, ve diğer yönetim uygulamaları bareground ve bitki örtüsü araziler özdeş olduğundan emin olun. Araştırma amaçları karşılamak için sulama önceden belirlemek.
2.. Gözenek suyu Numune Kurulum
- Sızıntı gözenek suyu toplamak için lizimetrelerden ortasında PTFE / kuvars (% 50/50) gibi gözenek suyu numune, yükleyin.
- Lizimetre merkezinde 2.5 cm paslanmaz çelik çubuk yerleştirin ve istenen örnekleyici derinlikte bir çekiç ile zemine yerleştirin.
NOT: Bir burgu da bu aşama için kullanılabilir. - Sulama suyu 700 ml, kimyasal olarak inert silika unu için ~ 900 g ile, silika unu ve su harç hazırlayın. Bulamaç thoroug karıştırınHer bir numune karışımı yerleştirilir hly önce. Bir el veya pilli vakum pompası örnekleyiciye -50 -70 kPa arasındaki basınç uygulayın.
- 10 dakika sonra, silika un bulamaçtan Örnekleyici çıkarın ve iyice tekrar silis bulamacı karıştırın. Deliğin altına bir 2.5 cm çaplı boruya bağlı bir huniden bulamacın 60 ml dökün.
- , Bir plastik ya da metal boru ile arzu edilen örnekleme derinlikte deliğe Örnekleyici yerleştirin. Örnekleyicide o boru delikten dışarı uzanır olun. Kalan deliği doldurmak için tedavi edilmeyen, doğal toprak ve suyun bir bulamaç kullanın.
- Yerleşmek için toprak için asfaltlanması sırasında zaman tanıyın; gerektiği gibi katma toprağı bastırıp sıkıştırmak için bir boru kullanın.
- Orijinal seviyesine toprak dolgu. Uygun olduğu takdirde, deliğin üstünde bitki değiştirin.
- Fluorinatlı etilen propilen (FEP) boru bir bölümü üzerinden bir vakum şişesi için örnekleyici boru takın. Bir plastik tüp kelepçe ile, dışarı ikinci bir boru hattı bağlayınBir vakum pompası, vakum şişesi.
- Ilgi kimyasal (ler) fotodegradasyon (Şekil 1C) eğilimli ise siyah plastik veya bant ile boru ve toplama şişeleri örtün.
- Doğru örnekleyici takılmasını sağlamak için deney önce birkaç gün boyunca tekrar tekrar numune için vakum şişesi ile yaklaşık -50 -70 kPa vakum basınç uygulayın.
Lizimetrelerden 3. Kimyasal Uygulama
- Kimyasal uygulamalar yapılmadan önce aklimasyon için en az iki hafta bekleyin.
- Ilgi konusu kimyasal (lar) arka plan konsantrasyonlarını ölçmek için Lizimetre tedaviden önce arka plan gözenek suyu örnekleri toplamak.
- Bu tür bir el CO2 basınçlı boom püskürtücü (Şekil 1D) ile ya da Lizimetre içeren arsa yüzeyine direkt olarak granül formülasyonu dağıtarak gibi tipik yöntemler ile toprağa ya da bitki örtüsü için, ilgi konusu kimyasal uygulanır. Birden fazla kimyasal uygulamalar etkinliği için gerekli ise, kullanım şekilleri veya etiket tarifi tipik başına bunları uygulayın. Bir kontrol olarak hizmet etmek işlenmemiş bazı lizimetrelerden bırakın.
4. Gözenek suyu Toplama ve Analizi
- Gözenek suyu numune vakum şişeleri bir gün önce ya da örnekleme günü vakum yaklaşık -50 -70 kPa uygulayın. Örnekleyiciyi çevredeki su örneklenmiş kadar toplanan vakum şişe akan, tüp içine Örnekleyicideki yukarı çekilecektir. Gözenek suyu toplanır ve su toplama süresi, toprak tipi, toprak yapısı, toprak nem içeriği ve örnekleyici derinliği gibi faktörlere bağlı olabilir hangi toprak hacmi.
- Araştırmacı tarafından önceden belirlenmiş olduğu gibi, kimyasal uygulama aşağıdaki belirtilen zaman aralıklarında numuneler toplamak.
- Her gözenek suyu örnekleyici için dereceli silindirin içine toplanan su hacmini ölçmek. Filtrasyon gerekli ise, bir Luer-Lok sy su koyunringe (boyut su hacmine bağlı olacaktır) ve bir 25 mm 0.2 um naylon filtre yolu ile örnek geçmektedir.
- Farklı numune saklama yöntemleri gereklidir ve yeterli numune toplanması halinde, benzersiz kaplara örnek bölün.
- Non-asidifiye numunelerin pH değerinin belirlenmesi için bir el pH ölçer kullanın.
- Örnek korunması için gerekirse uygun asidin uygun bir hacmi eklenerek pH ayarlayın.
NOT: Konsantre asitler aşındırıcı olabilir ya da bunları kullanırken oksidanlar ve bakım alınmalıdır. - Burası bir soğutucuda buz üzerinde numune veya analize kadar buzdolabında koydu. Böyle indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi (ICP-MS), indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES), atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS), ya da yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) gibi kimyasal ölçümü için analitik yöntemleri kullanın örnekleri analiz.
5.. Lizimetre Exhumation, Toprak / Bitki Koleksiyonund Analizi
- Kimyasal uygulama aşağıdaki belirtilen zaman aralıklarında, toprağı ve bitki örtüsünü içeren, lizimetrelerden mezardan. Toprak ve bitki örtüsü içinde arka plan kimyasal konsantrasyonlarını belirlemek için her örnekleme zamanında tedavi edilmeyen lizimetrelerden mezardan.
- Bir traktöre uygulamaya bağlı varil kelepçeler kullanılarak lizimetrelerden mezardan. Lizimetre en açık kenarı üzerine yerleştirilmesi için kelepçeler sağlayan bir konuma kova indirin.
- Kaldırın kelepçeler toprağa (Şekil 1E) dışarı Lizimetre sütun çekerek, açıkta kalan kenarı kavramak neden uygulamak.
- Cap lizimetrelerden çapına kesilmiş yalıtım levhalar ile Lizimetre biter çıkardılar. Galon boyutlu polietilen Lizimetre uçları üzerinde takılı çanta ve koli bandı ile güvenli çanta ile yerde kapakları tutun.
- Toprak ve bitki örtüsü örnek bölümü için bir alan laboratuvara lizimetrelerden taşıyın. Kontaminasyon am önlemek için ilk Nontreated lizimetrelerden Süreçong lizimetreler.
- Bir tarafta uzunlamasına Lizimetre kesmek için bir metal kesme bıçağı ile donatılmış bir pistonlu gördü kullanın. Derin derinliklerde toprak sığ derinliklerde toprak kirlenmiş değil emin olmak için (beklenen yüksek konsantrasyonlu bölge) Yukarıda alt (beklenen düşük konsantrasyonlu bölge) gelen sütunları kesti.
- Lizimetre yarmak. Ayrı ayrı toprak ve bitki örtüsü bölümlerine metal bölme tabak kullanın. Lizimetre ve araştırma hedeflerinin uzunluğuna dayalı toprak derinliği artışlarla seçin.
- Kesitli toprağı ve bitki örtüsünü kazmaya kaşık ya da spatula kullanın. Uygun bir şekilde etiketlenmiş bir polietilen torba içinde dondurucu her numunesi yerleştirin. Lizimetre ile doğrudan temas halinde toprak toplamak etmeyin.
- İstediğiniz her numune derinliği için kazı protokolünü uygulayın. Buz dolu bir soğutucu örnek çanta yerleştirin ve bir laboratuara taşırlar. Analiz edilinceye kadar bir dondurucuda saklayın örnekleri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Kimyasalların kaderi üzerinde veri birikimi 5,10 bareground ve bitki örtüsü toprak sistemleri uygulanmaktadır Bu yöntem sağlar. Bu yaklaşım, ayrık için bitkilere, arsenik (As) aşağı liç, emme ve translokasyon değerlendirmek için kullanılan organik arsenik herbisit monosodyum metil arsenat (MSMA) uygulaması aşağıdaki gibidir (Cynodon dactylon) sistemleri 9. 1960'lardan beri, MSMA olmayan ekili, Çim, ve pamuk üretiminde kullanılır olmuştur, ama gibi topraklar üzerinden aşağıya doğru liç ve yeraltı sularını kirletebilir 11,12 uygulanan artan bir endişe var. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) şu anda ek bilimsel inceleme 13,14 bekleyen, MSMA aşamalı düşünüyor.
Bareground için MSMA uygulama ve bermuda lizimetrelerden ardından, As çoğunluğu 1 yıllık deneylerde (Şekil 2, boyunca toprak katı fazlar ve bitki örtüsü içinde muhafaza edildiTablo 1). Topraklar içinde, konsantrasyonları gibi yüksek katı-faz 0-2 cm derinlikte bulundu. MSMA-tedavi Lizimetre örneklerdeki arsenik konsantrasyonları 8-15 cm derinlik artışına Nontreated numuneler üzerinde yükselmiş ve aradaki konsantrasyonlarda olarak katı fazda derinleşen, farklılıkları tedavi ve tedavi edilmeyen lizimetreler 2-kuyruklu t-testi kullanılarak istatistiksel olarak anlamlı idi eşit olmayan varyans (p ≥ 0.05). Zamanla değişik olsa da tedavi parsellerden bermuda yeşillik konsantrasyonları her zaman tedavi edilmeyen araziler anlamlı düzeyde daha yüksek olduğu gibi Arsenik ayrıca, bitki örtüsü içine alındı ve. Genel olarak, en fazla 101% As% 66 maksimum örneklerinde (Tablo 1) Lizimetre bareground ele oysa, bermuda kaplı lizimetrelerden toprak ve bitki örtüsü katı fazlarda kurtarıldı olduğu gibi uygulanır.
MSMA tedavi edilen parsellerde gözenek suyu gibi konsantrasyonları ile derinliğine bağlıdır vardıtoprak profilinde (Şekil 3). 30 cm derinlikte, konsantrasyonlarda olarak çözülmüş-faz konsantrasyonları hemen zamanla azalan akabinde MSMA uygulamadan sonra artan ve birlikte, EPA'nın 10 ug / L, maksimum içme suyu kirletir sınırı 15 aştı. Bunun tersine, toprak profilinde 76.2 cm derinliğe toplanan gözenek suyu deneysel sistem sınırları altında geçiş değil de geçerli olduğunu belirten, arka fona benzer ve sürekli EPA sınırının altına inen konsantrasyonlarda olarak kaldı.
Burada tartışılan çalışma, yukarıda belirtilen lysimetry ve gözenek suyu örnekleme deneysel tasarım konuları çok vurgular. Tarla alanı kabaca hiçbir eğim bulunan ve aynı zamanda uygun bermuda yönetimi için izin verirken ~ Lizimetre 1.5 cm, çapraz-bulaşma arsa sorunlarını önlemek için yerden bırakıldı. Tarla alanı nedeniyle düşük organik madde ve yüksek kum conten seçilditoprak yapısı ile ilgili ve tutma potansiyeli 9 gibi senaryo liç bir "en kötü durum" temsil eden t (% 88 kum,% 7 silt, kil% 5). Bunlar lizimetrelerden içine uyacak şekilde gözenek suyu numune seçildi ve birkaç hafta önce kimyasal uygulamaya sistem dengelenmesi için bırakıldı. Son olarak, epizodik gözenek suyu örnekleme ağır uygulanan kimyasalların aşağı liç en muhtemel kabul edildi deney, erken aşamalarında duruldu.
Şekil 1.. Lizimetrelerden ve gözenek suyu örnekleyicilerin kurulumda seçme aşamalarını gösteren fotoğraflar. (A) Bitki örtüsü fişler kurulumu Lizimetre önce kaldırılır. (B) lizimetre ters sonrası sürücüsü kullanarak zemine sürülür. (C) Kapalı 2-L vakumlu şişelergözenek suyu numune su toplamak için kullanılır. ilgi (D) Kimyasal randomize Lizimetre araziler uygulanır. (E) Lizimetre toprak çekirdekler traktörle uygulamak ile mezardan vardır.
.. MSMA uygulaması aşağıdaki zamanla Lizimetre toprak ve bermuda bitki konsantrasyonları gibi toplam Şekil 2 Derinliği profilleri Sembol derinlikleri şu derinlik artışlarla toprak ve bitki örnekleri temsil: 0 = toprak üstü yeşillik; -1 = 0 cm derinlik 2 için; -3 = 4 cm ila 2; -6 = 4 cm derinlik 8; -11.5 = 8 ila 15 cm derinliğe kadar; -22.5 = 15 ile 30 cm derinliğe kadar; ve -37.5 = 30 ila 45 cm derinlik. Hata çubukları tekrar örnekleri ve lizimetrelerden gelen ölçümlerin standart sapmasını ifade eder. Yıldız conce olarak ölçüldüğü için hangi numunelerini temsilMSMA-tedavi lizimetrelerden in ntrations ilgili Nontreated Lizimetre örneklerinden konsantrasyonlarda anlamlı olarak daha yüksekti. Matteson ark değiştirilmiş Şekil, 2014 9.; Ek ayrıntılar için başvuru bkz.
Şekil 3,. MSMA gözenek suyu ile tedavi edilmiş, bermuda kaplı lizimetrelerden içinde iki derinlikte (30 ve 76.2 cm) arası konsantrasyonlarda gibi.
| Günler sonra MSMA Tedavisi | Bitki örtüsü veya Bare | Toprak Kurtarıldı gibi (%) | Bitki Örtüsü Kurtarıldı gibi (%) | Toplam Kurtarılan gibi (%) |
| 36 | Bitki örtüsü | 83 | 10 | 93 |
| 36 | Çıplak | 62 | - | 62 |
| 64 | Bitki örtüsü | 47 | 3 | 50 |
| 64 | Çıplak | 60 | - | 60 |
| 119 | Bitki örtüsü | 83 | 9 | 92 |
| 119 | Çıplak | 66 | - | 66 |
| 364 | Bitki örtüsü | 98 | 4 | 101 |
| 364 | Çıplak | 55 | - | 55 |
Nontreated örneklerinde, tüm As miktarı bölü gibi Tablo 1.. Hesaplanan toplam MSMA uygulama aşağıdaki Lizimetre toprak ve bermuda bitki örtüsü kazanıldığı gibi. Kurtarma değerler MSMA-tretman eksi toplam Lizimetre örneklerinde olduğu gibi toplam temsilMSMA uygulaması ile sisteme dded. Tablo Matteson ark değiştirilmiş, 2014 9.; Ek ayrıntılar için başvuru bkz.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Entegre bir alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yaklaşımı kullanan araştırmacılar arazi uygulanan kimyasalların çeşitli zamansal ve mekansal dağılımları değerlendirmenizi sağlar. Toprak ve bitki örtüsü sistemlerinde kimyasal kaderi gibi aşağı liçi, buharlaşma, hidroliz, photolysis, mikrobiyal transformasyon / bozulması, bitki alımı, toprak tipi ve toprağın pH 16,17 gibi çevresel süreçleri ve nitelikleri, bir dizi kontrol edilebilir. Sera veya laboratuar tabanlı deneyler aksine, burada açıklanan alan bazlı yaklaşımdan sonuçlar çalışma sistemine minimum kesinti ile elde edilir ve bu nedenle diğer sistemlere çıkarım olabilir veya ayarları 18.. Uygulanan kimyasal miktarı bilen Lizimetre alanı, kimyasal potansiyel uçucu hale gelme, çözünmüş ve katı fazlar ölçülen miktarı ve toprağın kütle yoğunluğu kimyasal kütle dengesi ve yükleme belirlenmesi için izin verir Bu tür yeraltı kimyasal liç gibi potansiyel çevresel tehditleri öngörmek için değerli bilgiler - faiz sistemi için sınır tahminleri.
Burada açıklanan protokol entegre saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme kullanan bir deney yapmak için bir yol gösterir. Bu yöntemin birçok yerinde kendi özel hedeflerini ele araştırmacılar tarafından adapte edilebilir. Örneğin, bir deney hazırlarken Lizimetre boyutu ve türü olarak kabul edilmeli ve seçimler kimyasal, toprak ve ilgi 17 bitki özelliklerini yansıtmalıdır. Lizimetrelerden yerleştirilmesi, aynı zamanda, deney alanı boyunca çevre koşulları ve eğim değişkenliği en aza indirmek için kabul edilmelidir. (Biçme, gübreleme, hasat, vb) yönetim uygulamaları Lizimetre boyutunu değil, sadece belirlemek, ancak yükleme derinlikleri ve pratiklik etkileyebilir ve gerçek dünyayı taklit etmek düşünülmelidir 17,19 uygulamaları.
e_content "> gözenek suyu numune çoğu türleri piyasada bulunmaktadır ve bunlar farklı derinliklerden toprak suyu toplamak için nispeten ucuz bir şekilde temsil eder. deneyleri tasarlarken numune büyüklüğü, derinliği, Lizimetre başına numune ve numune alma sıklığı düşünülmelidir. seçilen gözenek suyu numune yeterince büyük değilse, uygulanan emme sadece yakın çevresinde toplamak ve tüm Lizimetre alanı 20 kapsamıyor olabilir. önerilen bir çözüm daha büyük bir yüzey alanı 21 kapsayacak gözenek suyu plakaları kullanmak için, bu geniş isteyebilir ancak ve istenmeyen toprak kazı örnekleyici yükleme uyum ve aynı zamanda numune derinliğinin altına su akışını sınırlayabilir. gözenek suyu örnekleme ile bir başka endişe toprak tipi, örnekleyici kurulum ve vakum uygulamaya bağlı gözenek suyu tercihen Örnekleyicideki doğru ya da akmasına neden olabilir, yani Lizimetre duvarlar yerine doğal olarak sistem içinde, potansiyel olarak kanal değiştirmeemical dağılımları 17,22. Son olarak, düzgün aşağı kimyasal liç değerlendirmek için yeterli zamansal gözenek suyu örnekleme zamanlarında rutin örnekleme 23 tarafından yakalanan değil ilgi kimyasal Örnekleyicide geçmiş ayrışmadığını sağlamak için gereklidir.Alan lysimetry birincil amaçlarından biri uygulanan kimyasalların aşağı liç potansiyelini ölçmek için. Ancak, bu yaklaşım kasıtlı doğal yeraltlnln etkisi kimyasal taşıma yan akım sınırlar. Bu sınırlamayı aşmak için, kimyasal kaderi ve davranışlarını araştıran bilim adamları alan lysimetry üzerinde hem avantajları ve dezavantajları vardır ki, toprak çekirdekleri toplamak için toprak problar kullanabilirsiniz. Ilgi alanı muamele edildikten sonra, bir el ya da traktörlere takılan sonda deney için daha az alan gerektiren ve daha hızlı örnekleme sağlayan, tipik lizimetrelerden göre boyut olarak daha küçüktür araziler çekirdekleri kaldırır. Bununla birlikte, bir sonda kullanılarak bir sonucu itmek olmasıdırbitki örtüsü, toprak, ya da kökleri aşağı, potansiyel olarak, derin suda kirletici toprak sıkıştırma, ve toplu yoğunluklarını değiştirerek. Toprak-prob teknikleri nedeniyle de akış ve yan yeraltı akışı çapraz-arsa kirlenmeye karşı daha az koruma sağlar.
Alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme Bir ihtar uygulanan kimyasal% 100 iyileşme nadir 17 olmasıdır. Daha fazla kontrol hava, toprak özellikleri ve bitki büyüme açısından elde edilir sera veya laboratuvar ortamlarında ile karşılaştırıldığında alanında araştırma bu tür tamamlarken bilinmeyenler vardır; sonuç olarak, sonuçlar Deneysel çalışmalarda 3 arasında değişebilir. Hem saha ve laboratuar yaklaşımları kullanan Araştırma ortamında kimyasalların kaderini etkileyen süreçlerin en kapsamlı incelemeyi sağlayabilir. Bununla birlikte, alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme potansiyel çevresel kaygıları değerlendirmek için güçlü, köklü teknikleri sağlamak birkimyasallarla ssociated. Gelecekte, daha fazla çalışma büyük olasılıkla daha iyi, yeterli gıda arzını sürdürmek atıkların uygun biçimde bertaraf sağlanması ve çevre koruma yüksek standartlarını korumak karşısında kimyasalların kaderi anlamak için bu teknikleri kullanılarak yapılacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar Lizimetre kurulum ve Yüzeylemeyle yardım için NCDA Sandhills Araştırma İstasyonu'nda personeli kabul. Temsilci Sonuçlar açıklandığı deneyler için fon Çim Çevre Araştırma ve Eğitim Merkezi tarafından sağlanmıştır. Video ve el yazması üretim Toprak Bilimi ve Bitki Bilim North Carolina State Üniversitesi Bölümleri tarafından desteklenmiştir.
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).
