एकीकृत फील्ड Lysimetry और Porewater सैम्पलिंग मिट्टी में रासायनिक गतिशीलता के मूल्यांकन के लिए और स्थापित वनस्पति

1Department of Soil Science, North Carolina State University, 2Department of Crop Science, North Carolina State University
* These authors contributed equally
Published 7/04/2014
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Environment

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Summary

फील्ड lysimetry और porewater नमूना शोधकर्ताओं मिट्टी और स्थापित वनस्पति को लागू रसायनों के भाग्य का मूल्यांकन करने के लिए अनुमति देते हैं. इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य अपेक्षित इंस्ट्रूमेंटेशन स्थापित करने और एकीकृत क्षेत्र lysimetry और porewater नमूना प्रयोगों के दौरान रासायनिक विश्लेषण के लिए नमूने एकत्र करने के लिए प्रदर्शन करने के लिए है.

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Matteson, A. R., Mahoney, D. J., Gannon, T. W., Polizzotto, M. L. Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation. J. Vis. Exp. (89), e51862, doi:10.3791/51862 (2014).

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Abstract

संभावित विषाक्त रसायनों को नियमित कचरा प्रबंधन और खाद्य उत्पादन पर बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए देश के लिए लागू कर रहे हैं, लेकिन इन रसायनों के भाग्य अक्सर अच्छी तरह से नहीं समझा गया है. यहाँ हम मिट्टी और स्थापित वनस्पति को लागू रसायन की गतिशीलता के मूल्यांकन के लिए एक एकीकृत क्षेत्र lysimetry और porewater नमूने विधि का प्रदर्शन. Lysimeters, धातु या प्लास्टिक से बने खुले कॉलम, bareground या वनस्पति मिट्टी में संचालित कर रहे हैं. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं और मिट्टी पानी percolating एकत्र करने के लिए वैक्यूम का उपयोग जो Porewater samplers, lysimeters भीतर पूर्व निर्धारित गहराई में स्थापित कर रहे हैं. प्रायोगिक भूखंडों को रासायनिक आवेदन निम्नलिखित योजनाबद्ध समय में, porewater एकत्र किया जाता है, और lysimeters, मिट्टी और वनस्पति युक्त, exhumed रहे हैं. Lysimeter मिट्टी, वनस्पति, और porewater, नीचे leaching दरों, मिट्टी प्रतिधारण क्षमताओं, और ब्याज के रसायन के लिए संयंत्र के तेज में रासायनिक सांद्रता का विश्लेषण करके मात्रा निर्धारित किया जा सकता है.क्षेत्र lysimetry और porewater नमूना प्राकृतिक पर्यावरणीय परिस्थितियों में और कम से कम मिट्टी अशांति के साथ आयोजित किया जाता है, इसलिए प्राप्त परिणामों असली मामले परिदृश्यों परियोजना और रासायनिक प्रबंधन के लिए बहुमूल्य जानकारी प्रदान करते हैं. रसायन तेजी से दुनिया भर में देश के लिए लागू कर रहे हैं के रूप में वर्णित तकनीक लागू रसायन मानव स्वास्थ्य या पर्यावरण के लिए प्रतिकूल प्रभाव मुद्रा क्या यह निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है.

Introduction

संभावित विषाक्त रसायनों नियमित रूप से ऐसे कीटनाशक, उर्वरक, सीवेज / biosolids, औद्योगिक अपशिष्ट, और नगर ​​निगम के कचरे 1,2 जैसे स्रोतों से देश के लिए लागू कर रहे हैं. इन रसायनों के भाग्य -, पोषक तत्वों में शामिल तत्वों, ऑर्गेनिक्स, और उनके संबद्ध मेटाबोलाइट्स ट्रेस कर सकते हैं - जो अक्सर अच्छी तरह से 3 से समझ नहीं है. रसायन ठीक से प्रबंधित नहीं कर रहे हैं, वे पौधे, सतही जल और भूजल में उनके लिए स्थानांतरण और buildup के माध्यम से मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण को खतरा संभावित है. 2050 तक 10 अरब लोगों तक पहुंच सकता है कि एक वैश्विक आबादी के साथ, वहाँ कचरा प्रबंधन और खाद्य उत्पादन 2 पर बढ़ती मांग कर रहे हैं, और कई रसायनों की भूमि आवेदन 3,4 बढ़ रही है. तदनुसार, अनुसंधान भूमि निपटान की आवश्यकता होती है या हम फसल स्वास्थ्य को बढ़ाने के लिए पर निर्भर है कि कि रसायनों से परिवर्तनों, गतिशीलता, लदान और सीमा है, और समग्र पर्यावरण जोखिम quantifies कि जरूरत हैऔर उपज.

रणनीतियों का एक नंबर वातावरण में लागू रसायनों से खतरों का मूल्यांकन करने के लिए नियोजित किया गया है. प्रयोगशाला आधारित, मॉडल प्रणाली के अध्ययन मिट्टी में रसायनों की गतिशीलता को नियंत्रित करने के मौलिक तंत्र के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए आयोजित किया गया है. एक प्रयोगशाला में रसायन के भाग्य का विश्लेषण करते हैं, "पर्यावरण" और आदानों की पूरी हेरफेर प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन ये शायद ही कभी वास्तविक दुनिया पर्यावरण की स्थिति 5,6 मैच. इस प्रकार, क्षेत्र सेटिंग्स को प्रयोगशाला के परिणाम extrapolating रासायनिक खतरों के बारे में गलत भविष्यवाणियों को जन्म दे सकती है. इसके विपरीत, व्यापक क्षेत्र माप पर्यावरण में रासायनिक व्यवहार को परिभाषित करने के लिए इस्तेमाल किया गया है. हालांकि, इन मापों से पर्यावरण भाग्य के बारे में निष्कर्ष कारण अक्सर लागू रसायनों के अक्सर कम उपयोग दरों (जैसे कुछ जी एक -1), और साथ ही ई में जल और biogeochemical प्रक्रियाओं के बीच जटिल संबंधों को जटिल कर रहे हैंरासायनिक वितरण को विनियमित कि nvironment.

क्षेत्र lysimetry सहित Lysimetry, ऐतिहासिक दृष्टि से व्यवस्थित ढंग से मिट्टी और स्थापित वनस्पति को लागू रसायनों के नीचे गतिशीलता का मूल्यांकन करने के लिए मिट्टी और फसल वैज्ञानिकों द्वारा इस्तेमाल किया गया है. एक lysimeter ब्याज की मिट्टी में रखा गया है और एक सीमित क्षेत्र तक ज्ञात मात्रा में लागू रसायन के भाग्य का निर्धारण किया जाता है कि धातु या प्लास्टिक का बना एक युक्ति है. Lysimeters से एकत्र मिट्टी और वनस्पति के नमूने समय के साथ रासायनिक वितरण के विकास का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. क्षेत्र lysimetry प्राकृतिक पर्यावरण की स्थिति के तहत बाहर किया गया है, क्योंकि परिणाम मिट्टी सिस्टम में रासायनिक अनुप्रयोगों से व्युत्पन्न असली मामले परिदृश्यों की भविष्यवाणी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. प्रारंभिक lysimeter पढ़ाई स्वेद, नमी प्रवाह, और / या पोषक तत्व आंदोलन मापा. आधुनिक दिन lysimeter पढ़ाई aforeme के साथ, कीटनाशक और पोषक अपव्यय, कीटनाशक आंदोलन, अस्थिरता, और बड़े पैमाने पर संतुलन उपायntioned माप 3.

भूजल प्रदूषण के लिए संभावित प्रभाव हो सकता है कि एक महत्वपूर्ण घटक - परंपरागत क्षेत्र lysimetry की एक सीमा है कि कम ध्यान मिट्टी के माध्यम से percolating पानी में भंग रासायनिक सांद्रता के लिए भुगतान किया जाता है, जबकि एक मिट्टी प्रोफाइल भीतर रासायनिक गतिशीलता काफी हद तक, ठोस चरण माप द्वारा परिभाषित किया गया है कि है भूमि लागू रसायनों से. Lysimeters के नीचे से leachate कभी कभी विश्लेषण के लिए एकत्र किया जाता है, आम तौर पर इस दृष्टिकोण सीमा गहराई porewater सांद्रता के संकल्प और पूर्व प्रयोग करने के लिए महत्वपूर्ण मिट्टी खुदाई की आवश्यकता है. इसके बजाय, मिट्टी पानी में रासायनिक सांद्रता के बारे में डेटा प्राप्त करने के लिए, porewater samplers क्षेत्र सेटिंग्स में उपयोग किया जा सकता है. Porewater samplers असतत, वांछित गहराई से पानी एकत्र करने के लिए मिट्टी में स्थापित किया है और केवल न्यूनतम मिट्टी प्रणाली को परेशान कर रहे हैं. Porewater samplers lysimeters, सक्शन घन सहित कई नामों से भेजा गया हैपी lysimeters, या मिट्टी समाधान samplers, ऊपर वर्णित पारंपरिक क्षेत्र lysimeters साथ उनके भेद convoluting. इस पत्र में, हम भ्रम की स्थिति को दूर करने के लिए शब्द "porewater पारखी" का प्रयोग करेंगे.

यहाँ, हम वनस्पति मिट्टी या bareground सिस्टम को लागू रसायनों के नीचे leaching क्षमता के मूल्यांकन के लिए क्षेत्र lysimetry और porewater नमूने को जोड़ती है कि एक प्रयोगात्मक दृष्टिकोण प्रदर्शित करता है. चीनी मिट्टी porewater नमूना जल्दी 1960 से 8 इस्तेमाल किया गया है, जबकि Lysimetry, 1700s 7 के बाद से इस्तेमाल एक शक्तिशाली उपकरण किया गया है. इन मजबूत तकनीक की एकता मिट्टी अशांति जबकि कम से कम दोनों ठोस और भंग चरण रासायनिक एकाग्रता वितरण के क्षेत्र निर्धारण के लिए अनुमति देता है. इस पत्र में स्थल चयन, डिवाइस स्थापना, और नमूना संग्रह सहित, एक प्रयोग डिजाइन पर विचार जब कारकों का वर्णन करता है. दृष्टिकोण एक के भाग्य का मूल्यांकन किया कि एक प्रयोग के साथ सचित्र हैकार्बनिक संखिया कीटनाशक एक bareground और एक स्थापित turfgrass प्रणाली को लागू किया. वर्णित तकनीक जिससे शोधकर्ताओं और भूमि लागू रसायनों के पर्यावरण भाग्य और व्यवहार को समझने के लिए तलाश के नीति निर्माताओं के लिए अमूल्य उपकरण उपलब्ध कराने, रसायन की एक विस्तृत विविधता के भाग्य की जांच करने के लिए आवश्यक के रूप में समायोजित किया जा सकता है.

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Protocol

फील्ड नमूना इस प्रयोग में प्रदर्शन किया और कृषि और उपभोक्ता सेवा के उत्तरी केरोलिना विभाग के प्राधिकरण के तहत है.

1. फील्ड Lysimeter स्थापना

  1. लागू रसायनों के पार्श्व आंदोलन की संभावना नहीं है, जिस पर एक प्रयोगात्मक साइट चुनें (यानी. कम या कोई ढाल के साथ साइटों). ब्याज की मिट्टी और वनस्पति गुणों के आधार पर साइटों का चयन करें.
  2. भूखंडों vegetated रहे हैं, स्थापना (चित्रा 1 ए) lysimeter करने से पहले वनस्पति प्लग खींच.
  3. ~ एप्लाइड रसायन होते हैं और पार्श्व रासायनिक आंदोलन को कम करने के लिए मिट्टी की सतह से ऊपर lysimeter की 1-2 सेमी छोड़ने, एक औंधा पोस्ट ड्राइवर का उपयोग कर के साथ (या वनस्पति के बिना) वांछित भूखंडों में नीचे की ओर lysimeters ड्राइव. इस के लिए, उपयोग लुढ़का और अठारह गेज इस्पात शीट (91 सेमी गहराई x 15 सेमी व्यास) (चित्रा 1 बी) वेल्डेड. जोड़कर फिट करने के लिए विभिन्न सामग्रियों और आयामों की lysimeters का प्रयोग करेंearch उद्देश्यों.
  4. Lysimeter स्थापना निम्नलिखित वनस्पति प्लग बदलें.
  5. प्रयोग के लिए उपयुक्त के रूप में किसी भी वनस्पति की व्यवस्था करें. भूखंडों, नंगे रहना वनस्पति से मुक्त क्षेत्रों रखने के लिए ग्लाइफोसेट के मौके अनुप्रयोगों का उपयोग करने के लिए कर रहे हैं.
  6. सिंचाई, उर्वरक, और किसी भी अन्य प्रबंधन प्रथाओं bareground और वनस्पति भूखंडों में समान हैं सुनिश्चित करें. अनुसंधान उद्देश्यों को पूरा करने के लिए सिंचाई पहले से जाना.

2. Porewater पारखी स्थापना

  1. Percolating porewater एकत्र करने के लिए lysimeters के बीच में इस तरह PTFE / क्वार्ट्ज (50/50%) के रूप में porewater samplers, स्थापित करें.
  2. Lysimeter के केंद्र में एक 2.5 सेमी स्टेनलेस स्टील रॉड प्लेस और वांछित पारखी गहराई के लिए एक लकड़ी का हथौड़ा के साथ मैदान में डालें.
    ध्यान दें: एक बरमा भी इस कदम के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
  3. सिंचाई पानी की 700 मिलीलीटर रासायनिक निष्क्रिय सिलिका आटा के लिए ~ 900 ग्राम के साथ एक सिलिका आटा और पानी घोल तैयार करें. घोल thoroug मिक्सप्रत्येक नमूना मिश्रण में रखा गया है hly से पहले. एक हाथ या बैटरी चालित वैक्यूम पंप से नमूना -50 -70 को kPa के बीच दबाव लागू करें.
  4. 10 मिनट के बाद सिलिका आटा घोल से नमूना निकालें, और अच्छी तरह से फिर से सिलिका गारा मिश्रण. छेद के तल में एक 2.5 सेमी व्यास के पाइप से जुड़ा एक कीप के माध्यम से घोल की 60 मिलीलीटर डालो.
  5. एक प्लास्टिक या धातु पाइप के साथ वांछित नमूना गहराई पर छेद में नमूना रखें. पारखी से कि ट्यूबिंग छेद से बाहर फैली सुनिश्चित करें. शेष छेद backfill को nontreated, देशी मिट्टी और पानी के घोल का प्रयोग करें.
  6. व्यवस्थित करने के लिए मिट्टी के लिए backfilling के दौरान समय की अनुमति दें; जरूरत के रूप में जोड़ा गया मिट्टी कूटना करने के लिए एक पाइप का उपयोग करें.
  7. मूल स्तर पर मिट्टी backfill. यदि उपयुक्त हो, छेद के शीर्ष पर वनस्पति जगह.
  8. Fluorinated ईथीलीन Propylene (FEP) ट्यूबिंग के एक वर्ग के माध्यम से एक निर्वात बोतल के लिए पारखी ट्यूबिंग देते हैं. एक प्लास्टिक ट्यूब क्लैंप के साथ, के बाहर एक दूसरे ट्यूबिंग लाइन कनेक्टएक वैक्यूम पंप करने के लिए वैक्यूम बोतल.
  9. ब्याज की रासायनिक (ओं) photodegradation (चित्रा 1C) होने का खतरा है, तो काले प्लास्टिक या टेप के साथ ट्यूबिंग और संग्रह की बोतलों को कवर किया.
  10. उचित पारखी स्थापना सुनिश्चित करने के लिए प्रयोग करने से पहले कई दिनों के पाठ्यक्रम पर बार बार samplers के लिए वैक्यूम बोतल के माध्यम से लगभग -50 -70 को kPa के निर्वात दबाव लागू करें.

Lysimeters करने के लिए 3. रासायनिक आवेदन

  1. रासायनिक अनुप्रयोगों बना रहे पहले दशानुकूलन के लिए कम से कम दो सप्ताह की अनुमति दें.
  2. ब्याज की रासायनिक (ओं) की पृष्ठभूमि यों सांद्रता lysimeter इलाज से पहले पृष्ठभूमि porewater नमूने एकत्र.
  3. इस तरह एक हाथ से आयोजित सीओ 2 दबाव उछाल स्प्रेयर (चित्रा -1) के साथ या lysimeter युक्त साजिश की सतह पर सीधे बारीक निर्माण वितरण द्वारा के रूप में विशिष्ट विधियों, द्वारा मिट्टी या वनस्पति के हित के लिए रासायनिक लागू करें. कई रासायनिक अनुप्रयोगों प्रभावशीलता के लिए आवश्यक हैं, उपयोग पैटर्न या लेबल दिशाओं ठेठ प्रति उन्हें लागू होते हैं. एक नियंत्रण के रूप में सेवा करने के लिए अनुपचारित कुछ lysimeters छोड़ दें.

4. Porewater संग्रह और विश्लेषण

  1. Porewater पारखी निर्वात बोतलें एक दिन पहले या नमूने के दिन तक चलने वाले क्षेत्र के लगभग -50 -70 को kPa लागू करें. पारखी आसपास के पानी का नमूना जब तक यह इकट्ठा किया जाता है, जहां निर्वात बोतल की ओर बहती है, ट्यूबिंग में पारखी के माध्यम से तैयार हो जाएगा. porewater एकत्र किया जाता है और जल संग्रहण समय इस तरह के मिट्टी के प्रकार, मिट्टी बनावट, मिट्टी की नमी सामग्री, और पारखी गहराई जैसे कारकों पर निर्भर हो सकता है, जहां से मिट्टी मात्रा.
  2. शोधकर्ता द्वारा पूर्व निर्धारित के रूप में, रासायनिक आवेदन निम्न निर्दिष्ट समय अंतराल पर नमूने एकत्र.
  3. प्रत्येक porewater पारखी के लिए एक स्नातक सिलेंडर में एकत्र पानी की मात्रा को मापने. निस्पंदन आवश्यक है, तो एक Luer लोक एसवाई में पानी जगहRinge (आकार पानी की मात्रा पर निर्भर करेगा) और एक 25 मिमी 0.2 माइक्रोन नायलॉन फिल्टर के माध्यम से नमूना गुजरती हैं.
  4. अलग नमूना संरक्षण के तरीकों के लिए आवश्यक हैं और पर्याप्त नमूना एकत्र किया जाता है, अद्वितीय कंटेनरों में नमूना विभाजित करते हैं.
  5. गैर acidified नमूनों का पीएच निर्धारित करने के लिए एक हाथ में पीएच मीटर का प्रयोग करें.
  6. नमूना संरक्षण के लिए यदि आवश्यक हो तो उचित एसिड की पर्याप्त मात्रा जोड़कर पीएच को समायोजित करें.
    नोट: ध्यान केंद्रित एसिड संक्षारक हो सकता है या उन्हें का उपयोग करते समय ऑक्सीडाईजर और ध्यान रखा जाना चाहिए.
  7. जगह एक कूलर में बर्फ पर नमूने या विश्लेषण जब तक एक फ्रिज में डाल दिया. ऐसे उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी एमएस), उपपादन द्वारा मिलकर प्लाज्मा ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (आईसीपी ओ इ एस), परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी (आस), या उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (HPLC) के रूप में रासायनिक माप के लिए विश्लेषणात्मक तरीकों का प्रयोग करें नमूनों का विश्लेषण.

5. Lysimeter उत्खनन, मिट्टी / वनस्पति संग्रह एकएन डी विश्लेषण

  1. रासायनिक आवेदन निम्न निर्दिष्ट समय अंतराल पर, मिट्टी और वनस्पति युक्त, lysimeters पृथ्वी खोद कर निकालना. मिट्टी और वनस्पति के भीतर पृष्ठभूमि रासायनिक सांद्रता निर्धारित करने के लिए प्रत्येक नमूने समय पर nontreated lysimeters पृथ्वी खोद कर निकालना.
  2. एक ट्रैक्टर को लागू करने के लिए संलग्न बैरल clamps उपयोग lysimeters पृथ्वी खोद कर निकालना. Lysimeter के संपर्क में किनारे पर रख दिया गया हो clamps के लिए अनुमति देता है एक स्थिति के लिए बाल्टी को कम करें.
  3. लिफ्ट clamps मिट्टी (चित्रा 1E) के बाहर lysimeter स्तंभ खींच उजागर बढ़त समझ पैदा करने के लिए लागू.
  4. कैप lysimeters के व्यास को काट इन्सुलेशन चादरों के साथ lysimeter सिरों exhumed. गैलन आकार पॉलीथीन lysimeter सिरों के ऊपर डाला बैग, और डक्ट टेप के साथ सुरक्षित बैग के साथ जगह में टोपियां पकड़ो.
  5. मिट्टी और वनस्पति नमूना विभाजन के लिए एक क्षेत्र प्रयोगशाला को lysimeters परिवहन. संदूषण AM को रोकने के लिए पहले nontreated lysimeters संसाधितओंग lysimeters.
  6. एक तरफ लंबाई lysimeter कटौती करने के लिए एक धातु काटने ब्लेड से सुसज्जित देखा एक घूमकर का प्रयोग करें. गहरी गहराई में मिट्टी shallower गहराई में मिट्टी से दूषित नहीं है यह सुनिश्चित करने के लिए (प्रत्याशित उच्च एकाग्रता के क्षेत्र) ऊपर से नीचे (प्रत्याशित कम एकाग्रता के क्षेत्र) से स्तंभों काटें.
  7. Lysimeter खुले विभाजित है. अलग असतत मिट्टी और वनस्पति वर्गों के लिए धातु विभाजन प्लेट का उपयोग करें. Lysimeter और अनुसंधान उद्देश्यों की लंबाई के आधार पर मिट्टी गहराई वेतन वृद्धि चुनें.
  8. Sectioned मिट्टी और वनस्पति की खुदाई के लिए चम्मच या spatulas का प्रयोग करें. एक उचित लेबल पॉलीथीन बैग फ्रीजर में प्रत्येक नमूना रखें. Lysimeter के साथ संपर्क में सीधे मिट्टी एकत्र नहीं है.
  9. प्रत्येक वांछित नमूना गहराई के लिए खुदाई प्रोटोकॉल का पालन करें. बर्फ से भरा एक कूलर में नमूना बैग में रखें और उन्हें एक प्रयोगशाला में परिवहन. विश्लेषण जब तक एक फ्रीजर में स्टोर नमूनों.

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Representative Results

रसायनों के भाग्य पर डेटा का संचय 5,10 bareground और वनस्पति मिट्टी सिस्टम को लागू करने के लिए इस विधि की अनुमति देता है. यह दृष्टिकोण Bermudagrass के लिए पौधों में आर्सेनिक (जैसा) नीचे leaching, अवशोषण, और स्थानान्तरण का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था कार्बनिक संखिया शाक मोनोसोडियम मिथाइल arsenate (MSMA) के आवेदन निम्नलिखित (Cynodon dactylon सिस्टम) 9. 1960 के दशक के बाद से, MSMA गैर cropland, turfgrass, और कपास के उत्पादन में इस्तेमाल किया गया है, लेकिन जैसा कि मिट्टी के माध्यम से नीचे नमकीन पानी और भूजल 11,12 दूषित हो सकता है लागू किया है कि बढ़ती चिंता का विषय है. अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (ईपीए) वर्तमान में अतिरिक्त वैज्ञानिक समीक्षा 13,14, लंबित MSMA चरणबद्ध विचार कर रहा है.

Bareground को MSMA आवेदन और Bermudagrass lysimeters के बाद, के रूप में के बहुमत 1 साल प्रयोगों (चित्रा 2, भर मिट्टी ठोस चरणों और वनस्पति के भीतर बनाए रखा गया थातालिका 1). मिट्टी के भीतर, सांद्रता के रूप में उच्चतम ठोस चरण 0-2 सेमी गहराई पर पाए गए. MSMA इलाज lysimeter नमूनों में आर्सेनिक की सांद्रता 8-15 सेमी गहराई वेतन वृद्धि को nontreated नमूने ऊपर ऊंचा है, और गया के बीच सांद्रता के रूप में ठोस चरण में गहरी गहराई, मतभेद पर इलाज और nontreated lysimeters एक 2 पूंछ टी परीक्षण का उपयोग कर सांख्यिकीय तुच्छ थे असमान विचरण के साथ (पी ≥ 0.05). वे समय के साथ परिवर्तित हालांकि इलाज भूखंडों से Bermudagrass पत्ते में सांद्रता हमेशा nontreated भूखंडों से उन लोगों की तुलना में काफी अधिक थे के रूप में आर्सेनिक भी, वनस्पति में ले लिया गया था, और. कुल मिलाकर, के ऊपर से 101% के रूप में की 66% की एक अधिकतम नमूने (1 टेबल) lysimeter bareground में बरामद किया गया था, जबकि Bermudagrass से ढके lysimeters से मिट्टी और वनस्पति ठोस चरणों में बरामद किया गया था के रूप में लागू.

MSMA इलाज भूखंडों में Porewater के रूप में सांद्रता के साथ गहराई पर निर्भर थेमिट्टी प्रोफ़ाइल में (चित्रा 3). 30 सेमी गहराई में, सांद्रता के रूप में भंग चरण सांद्रता तुरंत समय के साथ कम तो बाद में MSMA आवेदन निम्न बढ़ रही है और साथ, EPA के 10 ग्राम / एल अधिकतम पीने का पानी दूषित पदार्थों को सीमा 15 से अधिक था. इसके विपरीत, मिट्टी प्रोफ़ाइल में 76.2 सेमी गहराई से एकत्र porewater प्रायोगिक प्रणाली की सीमा के नीचे विस्थापित नहीं किया के रूप में लागू यह दर्शाता है कि पृष्ठभूमि के स्तर के समान है और लगातार EPA के सीमा से नीचे थे कि सांद्रता के रूप में था.

यहाँ पर चर्चा अध्ययन aforementioned lysimetry और porewater नमूना प्रयोगात्मक डिजाइन विचार के कई पर प्रकाश डाला गया. क्षेत्र क्षेत्र मोटे तौर पर कोई ढलान निहित है, और भी उचित Bermudagrass प्रबंधन के लिए अनुमति देता है, जबकि ~ lysimeter की 1.5 सेमी, पार साजिश संक्रमण के मुद्दों को रोकने में मदद करने के लिए जमीन के ऊपर छोड़ दिया गया था. क्षेत्र क्षेत्र होने के कारण इसकी कम कार्बनिक पदार्थ और उच्च रेत सामग्री के लिए चुना गया थामिट्टी बनावट के संबंध में और प्रतिधारण क्षमता 9 के रूप में परिदृश्य leaching एक "सबसे ज्यादा मामले" का प्रतिनिधित्व T (88% रेत, 7% गाद, 5% मिट्टी),. वे lysimeters भीतर फिट होगा कि इतना Porewater samplers चयन किया गया था, और कई सप्ताह पूर्व रासायनिक आवेदन करने के लिए प्रणाली संतुलन के लिए अनुमति दी गई थी. अंत में, प्रासंगिक porewater नमूना भारी लागू रसायनों के नीचे leaching सबसे संभावित माना जाता था जब प्रयोग, के प्रारंभिक चरणों में ध्यान केंद्रित किया गया.

चित्रा 1
चित्रा 1. Lysimeters और porewater samplers की स्थापना में चुनिंदा कदम चित्रण फोटो. (ए) वनस्पति प्लग स्थापना lysimeter करने से पहले हटा रहे हैं. (बी) Lysimeters एक औंधा पोस्ट ड्राइवर का उपयोग कर जमीन में संचालित कर रहे हैं. (सी) को कवर 2 एल निर्वात बोतलेंporewater samplers से पानी एकत्र करने के लिए उपयोग किया जाता है. ब्याज (डी) रासायनिक यादृच्छिक lysimeter भूखंडों के लिए आवेदन किया है. (ई) Lysimeter मिट्टी कोर एक ट्रैक्टर को लागू साथ exhumed रहे हैं.

चित्रा 2
.. MSMA आवेदन निम्नलिखित समय के साथ lysimeter मिट्टी और Bermudagrass वनस्पति में सांद्रता के रूप में कुल के चित्रा 2 गहराई प्रोफाइल प्रतीक गहराई निम्नलिखित गहराई वेतन वृद्धि से मिट्टी और वनस्पति के नमूने प्रतिनिधित्व: 0 = जमीन के ऊपर पत्ते; -1 = 0 सेमी गहराई से 2; -3 = 4 सेमी 2; -6 = 4 सेमी गहराई से 8; -11.5 = 8 से 15 सेमी गहराई तक; -22.5 = 15 से 30 सेमी गहराई तक; और -37.5 = 30 से 45 सेमी गहराई. त्रुटि सलाखों को दोहराने के नमूनों और lysimeters से माप की मानक विचलन निरूपित. सितारे conce के रूप में मापा जिसके लिए नमूने का प्रतिनिधित्वMSMA इलाज lysimeters में ntrations संबंधित nontreated lysimeter नमूनों से सांद्रता की तुलना में काफी अधिक थे. Matteson एट अल से संशोधित चित्रा, 2014 9. अतिरिक्त जानकारी के लिए संदर्भ देखें.

चित्रा 3
चित्रा 3. Porewater MSMA का इलाज, Bermudagrass से ढके lysimeters भीतर दो गहराई (30 और 76.2 सेमी) से सांद्रता के रूप में.

दिन के बाद MSMA उपचार वनस्पति या नंगे मिट्टी में रिकवर (%) वनस्पति में रिकवर (%) कुल बरामद (%)
36 वनस्पति 83 10 93
36 मात्र 62 - 62
64 वनस्पति 47 3 50
64 मात्र 60 - 60
119 वनस्पति 83 9 92
119 मात्र 66 - 66
364 वनस्पति 98 4 101
364 मात्र 55 - 55

Nontreated नमूने में, सब एक के रूप में की मात्रा से विभाजित के रूप में तालिका 1. परिकलित कुल MSMA आवेदन निम्नलिखित lysimeter मिट्टी और Bermudagrass वनस्पति में वसूलियां के रूप में. रिकवरी मूल्यों MSMA इलाज भूखंडों शून्य से कुल से lysimeter नमूनों में ही कुल का प्रतिनिधित्वMSMA आवेदन के माध्यम से व्यवस्था करने के लिए dded. टेबल Matteson एट अल से संशोधित, 2014 9. अतिरिक्त जानकारी के लिए संदर्भ देखें.

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Discussion

एक एकीकृत क्षेत्र lysimetry और porewater नमूना दृष्टिकोण का उपयोग शोधकर्ताओं भूमि लागू रसायनों की एक विस्तृत विविधता के स्थानिक और लौकिक वितरण का आकलन करने के लिए अनुमति देता है. मिट्टी और वनस्पति प्रणालियों में रसायनों के भाग्य का इस तरह नीचे leaching, वाष्पीकरण, हाइड्रोलिसिस, photolysis, माइक्रोबियल परिवर्तन / गिरावट, संयंत्र तेज, मिट्टी के प्रकार, और मिट्टी पीएच 16,17 के रूप में पर्यावरण प्रक्रियाओं और विशेषताओं का एक नंबर के द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है. ग्रीन हाउस या प्रयोगशाला आधारित प्रयोगों के विपरीत, यहाँ वर्णित क्षेत्र आधारित दृष्टिकोण से परिणामों के अध्ययन की व्यवस्था करने के लिए न्यूनतम विघटन के साथ प्राप्त कर रहे हैं और इसलिए अन्य प्रणालियों के लिए extrapolated किया जा सकता है या 18 सेटिंग्स. एप्लाइड रसायन की मात्रा को जानने का, lysimeter के क्षेत्र, रसायन के संभावित वाष्पीकरण, भंग और ठोस चरणों में मापा राशि, और मिट्टी के थोक घनत्व रासायनिक जन संतुलन और लदान के निर्धारण के लिए अनुमति देता है इस तरह के भूजल में रासायनिक leaching के रूप में संभावित पर्यावरणीय खतरों की भविष्यवाणी के लिए बहुमूल्य जानकारी - हित की प्रणाली के लिए सीमा अनुमानों.

यहाँ वर्णित प्रोटोकॉल एकीकृत क्षेत्र lysimetry और porewater नमूना रोजगार एक प्रयोग किया एक रास्ता दिखाता है. इस विधि के कई हिस्सों में उनके विशिष्ट उद्देश्यों का पता करने के लिए शोधकर्ताओं द्वारा रूपांतरित किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, एक प्रयोग तैयारी जब lysimeter आकार और प्रकार विचार किया जाना चाहिए, और विकल्प रासायनिक, मिट्टी, और ब्याज की 17 संयंत्र गुणों को प्रदर्शित करना चाहिए. Lysimeters की नियुक्ति भी प्रयोगात्मक क्षेत्र भर में पर्यावरण की स्थिति और ढलान में परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए विचार किया जाना चाहिए. (कटाई, fertilizing, कटाई, आदि) प्रबंधन प्रथाओं lysimeter का आकार न केवल निर्धारित है, लेकिन स्थापना गहराई और व्यावहारिकता को प्रभावित कर सकता है, और वास्तविक दुनिया की नकल करने के लिए विचार किया जाना चाहिए 17,19 अभ्यास करते हैं.

e_content "> porewater samplers से कई प्रकार के व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, और वे अलग गहराई से मिट्टी पानी इकट्ठा करने के लिए एक अपेक्षाकृत सस्ता तरीका का प्रतिनिधित्व करते हैं. प्रयोगों जब डिजाइनिंग पारखी के आकार, गहराई, lysimeter प्रति samplers, और नमूने की आवृत्ति पर विचार किया जाना चाहिए. चुना porewater पारखी पर्याप्त नहीं है, तो लागू सक्शन ही तत्काल आसपास के क्षेत्र से इकट्ठा करने और पूरे lysimeter क्षेत्र 20 कवर नहीं कर सकते. एक सुझाव दिया समाधान एक बड़ा सतह क्षेत्र 21 को कवर किया जाएगा कि porewater प्लेटों का उपयोग करने के लिए है, इस व्यापक आवश्यकता हो सकती है, हालांकि और अवांछनीय मिट्टी खुदाई पारखी स्थापना को समायोजित करने के लिए और भी पारखी की गहराई से नीचे पानी के प्रवाह को सीमित कर सकता है. porewater नमूने के साथ एक और चिंता मिट्टी का प्रकार, पारखी स्थापना और वैक्यूम आवेदन के आधार पर porewater preferentially पारखी की ओर या साथ में प्रवाह करने के लिए कारण हो सकता है, वह यह है कि lysimeter दीवारों के बजाय प्राकृतिक रूप से प्रणाली के माध्यम से, संभावित चर्चा में फेरबदलemical वितरण 17,22. अंत में, ठीक से नीचे रासायनिक leaching का मूल्यांकन करने, पर्याप्त अस्थायी porewater नमूना टाइम्स में नियमित नमूने 23 से कब्जा नहीं ब्याज की रासायनिक नमूना पिछले नमकीन पानी नहीं है यह सुनिश्चित करने की जरूरत है.

क्षेत्र lysimetry के प्राथमिक उद्देश्यों में से एक लागू रसायनों के नीचे leaching संभावित यों की है. हालांकि, इस दृष्टिकोण जानबूझकर प्राकृतिक उपसतह के प्रभाव रासायनिक परिवहन पर प्रवाह पार्श्व सीमा. इस सीमा को पार करने के लिए, रासायनिक भाग्य और व्यवहार की जांच के वैज्ञानिकों क्षेत्र lysimetry पर दोनों फायदे और नुकसान है, जो मिट्टी कोर एकत्र करने के लिए मिट्टी जांच प्रयोग कर सकते हैं. रुचि के क्षेत्र व्यवहार किया जाता है एक बार, एक हाथ से आयोजित या ट्रैक्टर पर चढ़कर जांच प्रयोग के लिए कम क्षेत्र की आवश्यकता होती है और तेजी से नमूना लेने के लिए अनुमति देता है, ठेठ lysimeters से आकार में छोटे होते हैं कि भूखंडों से कोर को हटा. हालांकि, एक जांच का उपयोग करने का एक परिणाम यह धक्का सकता हैवनस्पति, मिट्टी, या जड़ों नीचे, संभावित, गहरी गहराई दूषित मिट्टी compacting, और थोक घनत्व फेरबदल. मिट्टी जांच तकनीकों के कारण भी अपवाह और पार्श्व उपसतह प्रवाह को पार साजिश प्रदूषण के खिलाफ कम सुरक्षा प्रदान करते हैं.

क्षेत्र lysimetry और porewater नमूने की एक चेतावनी एप्लाइड रसायन की 100% वसूली दुर्लभ 17 है. अधिक नियंत्रण मौसम, मिट्टी के गुणों, और पौधों की वृद्धि के लिए सम्मान के साथ हासिल की है, जहां ग्रीन हाउस या प्रयोगशाला वातावरण के साथ तुलना में क्षेत्र में अनुसंधान के इस प्रकार पूरा जब unknowns हैं; नतीजतन, परिणाम प्रयोगात्मक परीक्षण 3 भर में भिन्न हो सकते हैं. दोनों क्षेत्र और प्रयोगशाला दृष्टिकोण का उपयोग अनुसंधान वातावरण में रसायनों के भाग्य को प्रभावित प्रक्रियाओं का सबसे व्यापक परीक्षा प्रदान कर सकता है. फिर भी, क्षेत्र lysimetry और porewater नमूना संभावित पर्यावरणीय चिंताओं का आकलन करने के लिए शक्तिशाली, अच्छी तरह से स्थापित तकनीक उपलब्ध कराने के एकरसायनों के साथ ssociated. भविष्य में, और अधिक अध्ययन करने की संभावना बेहतर है, एक पर्याप्त खाद्य आपूर्ति बनाए रखने के कचरे के उचित निपटान सुनिश्चित करने और पर्यावरण संरक्षण के उच्च मानकों को कायम रखने के चेहरे में रसायनों के भाग्य को समझने के क्रम में इन तकनीकों का उपयोग करते हुए प्रदर्शन किया जाएगा.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgements

लेखकों lysimeter स्थापना और उत्खनन के साथ सहायता के लिए NCDA sandhills रिसर्च स्टेशन पर स्टाफ को स्वीकार करते हैं. प्रतिनिधि परिणाम में वर्णित प्रयोगों के लिए अनुदान Turfgrass पर्यावरण अनुसंधान और शिक्षा के लिए केंद्र द्वारा प्रदान किया गया. वीडियो और पांडुलिपि उत्पादन मृदा विज्ञान और फसल विज्ञान की उत्तर कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के विभागों द्वारा समर्थित किया गया.

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

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References

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