Integrerad fält Lysimetry och porvatten Provtagning för utvärdering av kemiska mobilitet i jord och Etablerad Vegetation

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

You must be subscribed to JoVE to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit," you agree to our policies.

 

Summary

Fält lysimetry och porvatten provtagning tillåter forskare att utvärdera öde kemikalier tillämpas på mark och etablerad vegetation. Målet med detta protokoll är att visa hur man installerar erforderlig instrumentering och samla in prover för kemisk analys under integrerad fält lysimetry och porvatten provtagningsexperiment.

Cite this Article

Copy Citation

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).

Please note that all translations are automatically generated through Google Translate.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Potentiellt giftiga kemikalier rutinmässigt användas på mark för att möta växande krav på avfallshantering och livsmedelsproduktion, men ödet för dessa kemikalier är ofta inte förstått. Här visar vi en integrerad fält lysimetry och porvatten provtagningsmetod för utvärdering av rörlighet för kemikalier som används på mark och etablerad vegetation. Lysimetrar, öppna staplar av metall eller plast, drivs in bareground eller bevuxna jordar. Porvatten provtagare, som är kommersiellt tillgängliga och använda vakuum för att samla perkolerar markvatten, är installerade vid förutbestämda djup inom lysimetrar. På förhand avtalad tid efter kemisk ansökan till försöksrutor, är porvatten samlas, och lysimetrar, som innehåller mark och vegetation, är uppgrävda. Genom att analysera kemiska koncentrationer i lysimeter mark, växtlighet, och porvatten, nedåt urlaknings priser, jord upptagningskapaciteten, och växtupptag för kemikalien av intresse kan kvantifieras.Eftersom fält lysimetry och porvatten provtagning sker under naturliga miljöförhållanden och med minimal markstörning, härledda resultat projicera verkliga tänkbara scenarier och ger värdefull information om kemikaliehantering. Eftersom kemikalier i allt högre grad användas på mark i hela världen, kan de beskrivna teknikerna användas för att avgöra om tillämpade kemikalier utgör negativa effekter för människors hälsa eller miljön.

Introduction

Potentiellt giftiga kemikalier rutinmässigt användas på mark från källor som bekämpningsmedel, konstgödsel, avlopp / biomull, industriavfall och kommunalt avfall 1,2. Ödet för dessa kemikalier - som kan inkludera näringsämnen, spårämnen, organiska ämnen och deras tillhörande metaboliter - ofta inte förstått 3. Om kemikalier inte hanteras på rätt sätt, de har potential att hota människors hälsa och miljön och överföras till och byggs upp i växter, ytvatten och grundvatten. Med en global befolkning som kan uppgå till 10 miljarder människor år 2050, finns det ökade krav på hantering och matavfall produktion 2, och på mark av många kemikalier har ökat 3,4. Följaktligen behövs forskning som kvantifierar transformationer, mobilitet, lastgränser och övergripande miljörisker från kemikalier som kräver omhändertagande mark eller att vi är beroende av för att förbättra grödor hälsaoch avkastning.

Ett antal strategier har använts för att utvärdera hot från kemikalier som används i miljön. Laboratoriebaserade, studier modell-systemet har genomförts för att ge information om grundläggande mekanismer som styr rörligheten av kemikalier i jord. Vid analys av kemisk öde i ett laboratorium, kan fullständig manipulation av "miljö" och ingångar ska uppnås, men dessa sällan matcha verkliga miljöförhållanden 5,6. Således kan extrapolera lab resultat till lokala inställningar leda till felaktiga förutsägelser om kemiska hot. Däremot har omfattande fältmätningar använts för att definiera kemiska uppträdande i miljön. Men slutsatser om miljöpåverkan från dessa mätningar ofta komplicerade på grund av de ofta låga skötsel (t.ex. några g A -1) yrkes kemikalier, samt de komplexa sambanden mellan hydrologiska och biogeokemiska processer i environment som reglerar kemiska distributioner.

Lysimetry, inklusive fält lysimetry, har historiskt använts av jord-och odlings forskare att systematiskt utvärdera den nedåtgående rörlighet för kemikalier som används på mark och etablerad vegetation. En lysimeter är en anordning av metall eller plast som placeras i en jord av intresse och används för att avgöra ödet för kemikalier som används i kända mängder till ett begränsat område. Mark och vegetation prover som tagits från lysimetrar kan användas för att bedöma utvecklingen av kemiska distributioner över tiden. Eftersom fält lysimetry sker under naturliga miljöförhållanden, kan resultaten användas för att förutsäga verkliga tänkbara scenarier som härrör från kemiska tillämpningar till marksystem. Tidiga lysimeterstudier uppmätt transpiration, fuktflöde, och / eller näringsämnen rörelse. Dagens moderna lysimeterstudier mäter bekämpningsmedel och näringsämnen avledning, rörelse bekämpningsmedel, volatilitet, och massbalans, tillsammans med den aforementioned mätningar 3.

En begränsning av traditionell fält lysimetry är att kemisk rörlighet inom en jordprofil är till stor del definieras av fast fas mätningar, medan mindre uppmärksamhet ägnas åt lösta kemiska koncentrationer i vatten som rinner genom det jordar - en kritisk komponent som kan påverka risken för förorening av grundvattnet från land tillämpad kemikalier. Även lakvatten från botten av lysimetrar ibland samlas in för analys, detta tillvägagångssätt gränser djup upplösning på porvatten koncentrationer och vanligtvis kräver betydande mark utgrävning före experiment. Istället för att få fram data om kemiska koncentrationer i markvatten, porvatten provtagare kan användas i lokala inställningar. Porvatten provtagare installeras i marken för att hämta vatten från diskreta, önskade djup och endast minimalt störa marksystemet. Porvatten provtagare har hänvisats till av många namn, inklusive lysimetrar, sug cup lysimetrar eller mark lösnings provtagare, convoluting deras skillnad med de traditionella fält lysimetrar som beskrivits ovan. I denna uppsats kommer vi att använda termen "porvatten sampler" för att lindra förvirring.

Här visar vi en experimentell metod som kombinerar fält lysimetry och porvatten provtagning för utvärdering av nedåt för läckage av kemikalier som används till bevuxna jord eller bareground system. Lysimetry har varit ett kraftfullt verktyg som används sedan 1700-talet 7, medan keramiska porvatten stickprov har använts sedan början av 1960-talet 8. Integrationen av dessa robusta tekniker möjliggör fältbestämning av både fasta-och upplöst fas kemisk koncentrationsfördelning samtidigt minimera markstörning. Detta dokument beskriver faktorer att tänka på när man utformar ett experiment, inklusive val av plats, installationsenhet, och provtagning. Det tillvägagångssätt som illustreras med ett experiment som utvärderade ödet för entillämpad organisk arsenik bekämpningsmedel till en bareground och ett etablerat turfgrass system. De tekniker som beskrivs kan justeras efter behov för att undersöka vad som händer med en mängd olika kemikalier, vilket ger ovärderliga verktyg för forskare och beslutsfattare som försöker förstå i miljön och beteende land tillämpad kemikalier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Fält provtagning utförs i detta experiment och är under godkännande av North Carolina Department of Agriculture och konsumentservice.

1. Fält Lysimeterstudier Installation

  1. Välj en experimentell webbplats där sidoförflyttning av tillämpade kemikalier är osannolikt (dvs. Platser med liten eller ingen lutning). Välj webbplatser baserat på mark och vegetation egenskaper av intresse.
  2. Om tomter är bevuxen, dra vegetation pluggar före lysimeter installation (Figur 1A).
  3. Kör lysimetrarna nedåt in i de önskade ytor (med eller utan vegetation) med användning av ett inverterat inlägget föraren lämnar ~ 1-2 cm av lysimeter ovanför markytan för att innehålla den applicerade kemiska och minimera lateral kemisk rörelse. För detta, rullade användning och svetsade arton-gauge stålplåt (91 cm djup x 15 cm diameter) (Figur 1B). Använd lysimetrar av olika material och dimensioner för att passa resök mål.
  4. Byt vegetation pluggar efter lysimeter installation.
  5. Hantera alla växtlighet som är lämpligt för experimentet. Om tomter ska förbli nakna, använd punkt tillämpningar av glyfosat för att hålla de områden fria från vegetation.
  6. Se till att bevattning, gödsling och andra förvaltningsmetoder är identiska i bareground och bevuxna tomter. Förutbestämma bevattning för att möta forskningsmål.

2. Porvatten Sampler Installation

  1. Installera porvatten provtagare, såsom PTFE / kvarts (50/50%), i mitten av lysimetrar att samla perkolerar porvatten.
  2. Placera en 2,5 cm rostfri stång i mitten av lysimeter och sätt in den i marken med en hammare till önskat provtagningsdjup.
    ANMÄRKNING: En matarskruv kan också användas för detta steg.
  3. Bered en kvartsmjöl och vatten-uppslamning med 700 ml av bevattningsvatten till ~ 900 g av kemiskt inert kvartsmjöl. Blanda uppslamningen thoroughly före varje provtagare placeras i blandningen. Applicera tryck mellan -50 till -70 kPa till provtagaren från en handenhet eller batteridriven vakuumpump.
  4. Avlägsna sampler från kvartsmjöl uppslamningen efter 10 min, och blandas omsorgsfullt kiseldioxiduppslamningen igen. Häll 60 ml av uppslamningen genom en tratt som är ansluten till ett rör 2,5 cm diameter in i botten av hålet.
  5. Placera provtagaren i hålet vid den önskade samplingsdjup med en plast-eller metallrör. Se till att slangen från provtagaren sträcker sig ut ur hålet. Använd en slurry av icke behandlad, befintlig jord och vatten för återfyllning återstående hålet.
  6. Ge tid under återfyllning av jord för att lösa; använda ett rör för att packa extra mark som behövs.
  7. Fyllningsmaterial till den ursprungliga nivån. Om så är lämpligt, ersätta växtlighet på toppen av hålet.
  8. Fäst provtagaren slangen till en vakuumflaskan via en sektion av fluorerad eten-propen (FEP) slang. Med ett plaströr klämma ansluter du en slang linje urvakuumflaska till en vakuumpump.
  9. Täck slang och uppsamlingsflaskor med svart plast eller tejp om kemikalien (s) av intresse är benägen att ljusets inverkan (Figur 1C).
  10. Applicera vakuumtryck på ca -50 till -70 kPa via vakuumflaskan till provtagare upprepade gånger under loppet av flera dagar före experiment för att säkerställa korrekt sampler installation.

3. Kemisk Tillämpning på lysimetrar

  1. Låt minst två veckor för acklimatisering innan kemiska tillämpningar görs.
  2. Samla bakgrunds porvatten prover innan lysimeter behandling för att kvantifiera bakgrundskoncentrationerna av den kemiska (s) av intresse.
  3. Applicera kemikalien av intresse för jorden eller vegetationen genom typiska metoder, till exempel med en handhållen CO2-tryck bom spruta (figur 1D) eller genom att distribuera den granulära formuleringen direkt på ytan av tomten innehåller lysimeter. Om flera kemiska tillämpningar är nödvändiga för effektivitet, tillämpa dem per typiska användningsmönster eller etikett riktningar. Lämna några lysimetrar obehandlade för att fungera som en kontroll.

4. Porvatten Insamling och analys

  1. Applicera ca -50 till -70 kPa vakuum till porvatten provtagaren Termosar dagen före eller dagen för provtagningen. Vatten omger provtagaren kommer att upprättas genom provtagaren i slangen, som flyter till vakuumflaskan där det samlas tills provtas. Jordvolymen som porvatten samlas och tiden vattensamling kan bero på faktorer som jordart, markens struktur, markfuktighet och sampler djup.
  2. Samla prover på bestämda tidpunkter efter kemisk applikation, som förutbestämt av forskaren.
  3. Mät volymen av uppsamlat vatten i en graderad cylinder för varje porvatten provtagaren. Om filtrering är nödvändigt, placera vatten i en Luer-Lok syringe (storlek beror på volym vatten) och passera provet genom ett 25 mm 0,2 pm nylonfilter.
  4. Om olika metoder för förvaring av prover krävs och tillräckliga prov samlas, dela upp provet i unika förpackningar.
  5. Använd en handhållen pH-meter för att bestämma pH-värdet hos icke-surgjorda proverna.
  6. Justera pH-värdet genom tillsats av en lämplig volym av lämplig syra om så krävs för förvaring av prover.
    OBS: Koncentrerade syror kan vara frätande eller oxiderande och försiktighet bör iakttas vid användning av dem.
  7. Placera proverna på is i en svalare eller sätta i kylskåp fram till analys. Använda analytiska metoder för kemisk mätning såsom induktivt kopplad plasma-masspektrometri (ICP-MS), induktivt kopplad plasma-optisk emissionsspektroskopi (ICP-OES), atomabsorptionsspektroskopi (AAS) eller högpresterande vätskekromatografi (HPLC) för att analysera proverna.

5. Lysimeterstudier Uppgrävning, Jord / Vegetation Collection ettnd Analys

  1. Gräva upp lysimetrar, som innehåller mark och vegetation, på bestämda tidpunkter efter kemisk applikation. Gräva obehandlade lysimetrar vid varje provtagning för att fastställa bakgrunds kemiska koncentrationer i jord och vegetation.
  2. Gräva lysimetrar använder fat klämmor bifogas en traktor genomföra. Sänk skopan till en position som möjliggör klämmorna som placeras på lysimeter exponerade kanten.
  3. Lyft genomföra orsakar klämmorna att förstå den exponerade kanten, dra lysimeter kolumnen ur jorden (figur 1E).
  4. Cap uppgrävda lysimeter ändar med isoleringsskivor skurna till diametern hos lysimetrarna. Håll lock på plats med gallon-size polyetylenpåsar gade över lysimeter ändar och säkra påsar med silvertejp.
  5. Transportera lysimetrar till ett fältlaboratorium för jord-och prov vegetation division. Process obehandlade lysimetrar först för att förhindra kontaminering among lysimetrar.
  6. Använd en tigersåg försedd med en skärande blad för att skära lysimeter längden på ena sidan. Skär kolumnerna från botten (zon av förväntade lägre koncentration) till toppen (zon av förväntade högre koncentration) för att säkerställa att marken vid större djup inte är förorenade av jord på grundare djup.
  7. Split öppna lysimeter. Använd metallskiljeplåtar till separata diskreta jord och vegetation sektioner. Välj djup steg jord baserat på längden av lysimeter och forskningsmål.
  8. Använd skedar eller spatlar att gräva den sektionerade mark och vegetation. Placera varje prov i en lämpligt märkt polyetenfryspåse. Samla inte marken direkt i kontakt med lysimeter.
  9. Följ utgrävningsprotokoll för varje önskad provdjup. Placera provpåsar i en kylare fylld med is och transportera dem till ett labb. Förvara proverna i en frys fram till analys.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denna metod gör det möjligt för ackumulering av uppgifter om ödet för kemikalier tillämpas på bareground och bevuxna marksystem 5,10. Denna metod användes för att utvärdera arsenik (As) nedåt lakning, absorption och translokation i anläggningar för Bermudagrass (Cynodon dactylon) system efter tillämpning av den organiska arsenik ogräsmedel mono metyl arsenat (MSMA) 9. Sedan 1960-talet har MSMA använts i icke-odlingsmark, turfgrass, och bomullsproduktion, men det finns en växande oro för att tillämpas som kan läcka nedåt genom marken och förorena grundvattnet 11,12. US Environmental Protection Agency (EPA) är för närvarande överväger att avveckla MSMA, i avvaktan på ytterligare vetenskaplig granskning 13,14.

Efter MSMA ansökan till bareground och Bermudagrass lysimetrar, var de flesta som behålls inom jord fasta faser och vegetation under 1 år experiment (Figur 2,Tabell 1). Inom jordar, var den högsta fast fas Som koncentrationer finns på 0-2 cm djup. Arsenik koncentrationer i MSMA-behandlade lysimeter prover upphöjd över obehandlade prover till 8-15 cm djup steg, och på större djup, skillnader i fast fas som koncentrationer mellan behandlade och obehandlade lysimetrar var statistiskt signifikant med hjälp av en 2-tailed t-test med olika varians (p ≥ 0,05). Arsenik togs också upp i vegetationen, och även om de varierat över tiden, som koncentrationer i Bermudagrass lövverk från behandlade tomter var alltid betydligt högre än de från obehandlade tomter. Totalt kan upp till 101% av den tillförda som återfanns i jord och vegetation fasta faser från Bermudagrass täckta lysimetrar, medan högst 66% av de som återfanns i bareground lysimeter prover (tabell 1).

Porvatten som koncentrationer i MSMA-behandlade tomter var beroende av djupet medi markprofilen (Figur 3). Vid 30 cm djup, löst fas Eftersom koncentrationerna översteg EPA: s ug / L max 10 dricksvatten föroreningsgräns 15, med koncentrationer omedelbart öka efter MSMA ansökan och därefter minskar med tiden. Däremot porvatten in från 76,2 cm djup i jordprofilen hade Som koncentrationer som liknade bakgrundsnivåer och konsekvent under EPA-gränsen, vilket indikerar att tillämpas som inte migrerar under gränserna för det experimentella systemet.

I studien diskuteras här belyser många av de ovannämnda lysimetry och porvatten provtagning experimentella design överväganden. Fältområdet innehöll ungefär ingen lutning, och ~ 1,5 cm av lysimeter var kvar ovan jord för att förhindra kors tomt föroreningsproblemen, samtidigt som den tillåter korrekt Bermudagrass hantering. Fältområdet valdes på grund av dess låga organiskt material och hög sand Content (88% sand, 7% silt, 5% lera), vilket motsvarar ett "worst-case" urlakning scenario med avseende på jordart och Som behålla potential 9. Porvatten provtagare valdes ut så att de skulle passa inom lysimetrar, och flera veckor fick för systemets jämvikt före kemisk applikation. Slutligen episod porvatten provtagning tungt fokuserad på de tidiga stadierna av experiment, då nedåt urlakning av tillämpade kemikalier ansågs vara mest sannolik.

Figur 1
Figur 1. Fotografier som visar utvalda steg i installationen av lysimetrar och porvatten provtagare. (A) Vegetations pluggarna avlägsnas före lysimeter installationen. (B) lysimetrar drivs in i marken med hjälp av ett inverterat inlägget föraren. (C) Täckt 2-L flaskor vakuumanvänds för att samla vatten från porvatten provtagare. (D) Kemisk av intresse appliceras på randomiserade lysimeter plottningar. (E) Lysimeterstudier jordKärnorna uppgrävda med traktor genomföra.

Figur 2
.. Figur 2 Djup profiler av totalt Som koncentrationer i lysimeter jord och Bermudagrass vegetation över tiden efter MSMA ansökan Symbol djup utgör jord-och vegetationsprov från följande djup steg: 0 = ovan jord bladverk; -1 = 0 till 2 cm djup; -3 = 2-4 cm; -6 = 4-8 cm djup; -11.5 = 8 till 15 cm djup; -22,5 = 15 till 30 cm djup; och -37,5 = 30 till 45 cm djup. Felstaplar betecknar standardavvikelsen för mätningarna från replikatprover och lysimetrar. Asterisker representerar prover som den uppmätta Som concentrations i MSMA-behandlade lysimetrar var betydligt högre än koncentrationer från respektive obehandlade lysimeter prover. Figur modifierad från Matteson et al, 2014 9.; se referens för ytterligare detaljer.

Figur 3
Figur 3. Porvatten Som koncentrationer från två djup (30 och 76,2 cm) inom MSMA-behandlade, Bermudagrass klädda lysimetrar.

Dagar Efter MSMA Behandling Vegetations eller Bare Som Återvunna i jord (%) Som Återvunna i Vegetation (%) Totalt Som återvinning (%)
36 Vegetations 83 10 93
36 Bare 62 - 62
64 Vegetations 47 3 50
64 Bare 60 - 60
119 Vegetations 83 9 92
119 Bare 66 - 66
364 Vegetations 98 4 101
364 Bare 55 - 55

Tabell 1. Beräknad total Som återvinningar i lysimeter jord och Bermudagrass vegetation efter MSMA applikation. Recovery värden representerar sammanlagt Som i lysimeter prover från MSMA-behandlade tomter minus totalt Liksom i obehandlade prover, allt dividerat med den mängd som endded till systemet via MSMA applikation. Tabell modifierad från Matteson et al, 2014 9.; se referens för ytterligare detaljer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Med hjälp av en integrerad fält lysimetry och porvatten urvalsmetod tillåter forskare att bedöma rumsliga och tidsmässiga fördelningar av ett stort antal mark-tillämpad kemikalier. Ödet för kemikalier i mark och vegetation system kan styras av ett antal miljöprocesser och attribut, till exempel nedåt lakning, avdunstning, hydrolys, fotolys, mikrobiell omvandling / nedbrytning, växtupptag, jordart och markens pH 16,17. Till skillnad från växthus eller laboratoriebaserade experiment, är resultat från fältbaserad metod som beskrivs här erhålls med minimal störning av systemet för studien och därför kan extrapoleras till andra system eller inställningar 18. Genom att känna den kvantitet av kemikalien appliceras, det område av lysimeter, potentialen förflyktigande av den kemiska, mängden som uppmätts i de lösta och fasta faser, och skrymdensiteten hos marken möjliggör bestämningen av kemisk massa balans och lastning gräns uppskattningar för systemet med intresse - värdefull information för att förutsäga potentiella miljöhot, såsom kemisk urlakning till grundvattnet.

Protokollet som beskrivs här illustrerar ett sätt att genomföra ett experiment som använder integrerad fält lysimetry och porvatten provtagning. Många delar av denna metod får anpassas av forskare för att ta itu med sina specifika mål. Till exempel bör lysimeter storlek och typ beaktas vid upprättandet ett experiment, och valen bör återspegla det kemiska, jord och växt egenskaper av intresse 17. Placering av lysimetrar måste också beaktas för att minimera variation i miljöförhållanden och lutning hela försöksområdet. Förvaltningspraxis (slåtter, gödsling, skörd osv) bestämmer inte bara storleken på lysimeter, men kan påverka installationsdjup och praktiska, och bör övervägas för att efterlikna verkliga övar 17,19.

e_content "> Många typer av porvatten provtagare är kommersiellt tillgängliga, och de representerar ett relativt billigt sätt att samla in markvatten från olika djup. Storleken på provtagaren, djup, samplers per lysimeter och provtagningsfrekvensen bör beaktas när man utformar experiment. Om porvatten provtagaren valt inte är tillräckligt stor, får sug tillämpas endast samlar in från den omedelbara närheten och inte täcka hela lysimeter området 20. En föreslagen lösning är att använda porvatten plattor som skulle täcka en större yta 21, även om det kan kräva omfattande och oönskade jord utgrävning för att rymma sampler installation och kan också begränsa vattenflödet under djupet av provtagaren. Ett annat bekymmer med porvatten provtagning är att, beroende på jordart, sampler installation och vakuum ansökan kan orsaka porvatten att företrädesvis strömma mot provtagaren eller tillsammans lysimeter väggar snarare än naturligt genom systemet, eventuellt förändra lmemical fördel 17,22. Slutligen, för att ordentligt utvärdera nedåt kemisk lakning, krävs adekvat tids porvatten provtagning för att säkerställa den kemiska av intresse inte läcker förbi provtagaren ibland inte fångas av samplingsrutinen 23.

Ett av de främsta syftena med fält lysimetry är att kvantifiera den nedåtgående urlakningspotential för tillämpade kemikalier. Men detta tillvägagångssätt medvetet begränsar effekterna av naturliga ytan lateralt flöde på kemikalietransporter. För att övervinna denna begränsning, kan forskarna undersöker kemisk nedbrytning och reaktions använda jordsonder för att samla in jordkärnor, som har både fördelar och nackdelar över fält lysimetry. När intresseområde behandlas, en handhållen eller traktorburen sond bort kärnor från tomter som är mindre i storlek än typiska lysimetrar, kräver mindre område för experiment och möjliggör snabbare provtagning. Emellertid är en konsekvens av användning av en sond som den kan drivavegetation, jord, eller rötter nedåt, potentiellt förorenande större djup, packning av jord, och förändra bulkdensiteter. Jord-probe tekniker ger också mindre skydd mot kontaminekors tomt på grund av avrinning och lateralt flöde under ytan.

En varning för fält lysimetry och porvatten provtagning är att 100% återvinning av den pålagda kemiska är sällsynt 17. Det finns okända Innan denna typ av forskning på området jämfört med växthus eller laboratoriemiljöer där mer kontroll uppnås med avseende på väder, markegenskaper, och växtligheten; Följaktligen kan resultaten variera mellan experimentella försök 3. Forskning som utnyttjar både fält-och laboratorie metoder kan ge den mest omfattande undersökning av processer som påverkar ödet för kemikalier i miljön. Trots detta fält lysimetry och porvatten provtagning ger kraftfulla, väl etablerade metoder för att bedöma eventuella miljöhänsyn enssociated med kemikalier. I framtiden kommer fler studier sannolikt utföras med hjälp av dessa tekniker för att bättre förstå vad som händer med kemikalier i ansiktet av att upprätthålla en tillräcklig livsmedelsförsörjning, säkerställa korrekt bortskaffande av avfall, och upprätthålla höga krav på miljöskydd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att lämna ut.

Acknowledgements

Författarna erkänner personalen på NCDA Sandhills forskningsstation för hjälp med lysimeter installation och uppgrävning. Finansiering av experiment som beskrivs i Representativa resultat lämnades av Centrum för Turfgrass Environmental Research & Education. Video och manuskript produktionen stöddes av North Carolina State University Institutionerna för markvetenskap och Crop Science.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Donaldson, D., Kiely, T., Wu, L. 1-38 U.S. Environmental Protection Agency. Washington, DC. (2011).
  3. Bergström, L., Bergström, J. Environmental fate of chemicals in soil. Ambio. 27, 16-23 (1998).
  4. 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).
  5. Du, W., et al. Fate and Ecological Effects of Decabromodiphenyl Ether in a Field Lysimeter. Environmental Science and Technology. 47, 9167-9174 (2013).
  6. Fuhr, F., Burauel, P., Mittelstaedt, W., Putz, T., Wanner, U. Environmental fate and effects of pesticides. American Chemical Society. 1-29 (2003).
  7. 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).
  8. Wagner, G. H. Use of porous ceramic cups to sample soil water within the profile. Soil Science. 94, 379-386 (1962).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Water quality, pesticide occurrence, and effects of irrigation with reclaimed water at golf courses in Florida. Swancar, A. (ed USGS) Tallahassee. (1996).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Drinking Water Regulations; Arsenic and Clarifications to Compliance and New Source Contaminants Monitoring Final Rule. Environmental Protection Agency. 66, Washington D.C. (2001).
  16. Winton, K., Weber, J. B. A review of field lysimeter studies to describe the environmental fate of pesticides. Weed Technology. 10, 202-209 (1996).
  17. Bergström, L. Use of lysimeters to estimate leaching of pesticides in agricultural soils. Environmental Pollution. 67, 325-347 (1990).
  18. Byron, J. Lysimeters promoted for pesticide research. Environmental Science and Technology. 31, (1997).
  19. Infographic: Pesticide Planet. Science. 341, 730-731 (2013).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Weihermüller, L., Kasteel, R., Vanderborght, J., Püz, T., Vereecken, H. Soil Water Extraction with a Suction Cup. Valdose Zone Journal. 4, 899-907 (2005).
  23. Jury, W. A., Fluhler, H. Advances in Agronomy. 47, Academic Press, Inc. London. 141-201 (1992).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats