Integrert Feltet Lysimetry og Porewater Prøvetaking for Evaluation of Chemical mobilitet i jordsmonn og Etablert Vegetasjon

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

Feltet lysimetry og porewater prøvetaking tillate forskere å vurdere skjebnen til kjemikalier som brukes til jord og etablert vegetasjon. Målet med denne protokollen er å demonstrere hvordan man skal installere den nødvendige instrumentering og samle inn prøver for kjemisk analyse under integrert felt lysimetry og porewater prøvetaking eksperimenter.

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

Potensielt giftige kjemikalier blir rutinemessig brukt til å lande for å møte økende krav til avfallshåndtering og matproduksjon, men skjebnen til disse kjemikaliene er ofte ikke godt forstått. Her viser vi en integrert felt lysimetry og porewater prøvetakingsmetoden for å vurdere mobilitet av kjemikalier som brukes til jord og etablert vegetasjon. Lysimeters, åpne søyler laget av metall eller plast, er drevet inn bareground eller vege jord. Porewater samplere, som er kommersielt tilgjengelige og brukes vakuum for å samle traktejordvann, er montert ved forutbestemte dybder i lysimeters. På foreslått tid etter bruk av kjemiske midler til forsøksfeltene, er porewater samlet, og lysimeters, inneholder jord og vegetasjon, er gravd opp. Ved å analysere kjemiske konsentrasjoner i lysimeter jord, vegetasjon, og porewater, nedadgående utvaskings, jord oppbevaring kapasiteter, og plante-opptak for den kjemiske av interesse kan kvantifiseres.Fordi feltet lysimetry og porewater prøvetaking er utført under naturlige miljøforhold og med minimal jord forstyrrelse, avledet resultater projisere real-case scenarier og gi verdifull informasjon for kjemikaliehåndtering. Da kjemikalier stadig brukes til å lande på verdensbasis, kan de beskrevne teknikker benyttes for å avgjøre om anvendt kjemikalier utgjøre skadevirkninger for menneskers helse eller miljøet.

Introduction

Potensielt giftige kjemikalier blir rutinemessig brukt til å lande fra kilder som plantevernmidler, gjødsel, kloakk / biosolids, industriavfall og kommunalt avfall 1,2. Skjebnen til disse kjemikaliene - som kan inkludere næringsstoffer, sporstoffer, organiske, og tilhørende metabolitter - er ofte ikke godt forstått tre. Dersom kjemikaliene ikke drives forsvarlig, har de potensial til å true menneskers og miljørettet helsevern gjennom deres overføring til og buildup i planter, overflatevann og grunnvann. Med en verdensbefolkning som kan nå 10 milliarder mennesker innen 2050, er det økende krav til avfallshåndtering og matproduksjon to, og landet anvendelse av mange kjemikalier har vært økende 3,4. Følgelig er forskning nødvendig som kvantifiserer transformasjoner, mobilitet, lastegrenser, og samlede miljørisikoen fra kjemikalier som krever deponi eller at vi er avhengige av å øke avlingen helseog vike.

En rekke strategier har blitt ansatt for å vurdere trusler fra kjemikalier som brukes i miljøet. Laboratoriebasert, modell-system studier har blitt gjennomført for å gi informasjon om grunnleggende mekanismer som styrer mobiliteten av kjemikalier i jord. Ved å analysere kjemiske skjebne i et laboratorium, kan det komplette håndteringen av "miljø", og inngangene oppnås, men disse sjelden sams reelle miljøforhold 5,6. Dermed kan ekstrapolere lab resultater til innstillinger felt føre til unøyaktige spådommer om kjemiske trusler. I motsetning til dette har brede feltmålinger brukt for å definere kjemisk oppførsel i miljøet. Imidlertid er konklusjoner om miljøskjebne fra disse målingene ofte komplisert på grunn av de ofte lave brukspriser (for eksempel noen g A -1) for anvendt kjemikalier, samt det komplekse samspillet mellom hydrologiske og biogeokjemiske prosesser i environment som regulerer kjemiske distribusjoner.

Lysimetry, inkludert feltet lysimetry, har historisk blitt brukt av jord-og planteforskere til å systematisk evaluere den nedadgående mobilitet av kjemikalier som brukes til jord og etablert vegetasjon. En lysimeter er en enhet som er laget av metall eller plast som er plassert inn i en jord av interesse, og som brukes til å bestemme skjebnen av kjemikalier som benyttes i kjente mengder til et begrenset område. Jord-og vegetasjonsprøver innsamlet fra lysimeters kan brukes til å vurdere utviklingen av kjemiske distribusjoner over tid. Fordi feltet lysimetry utføres under naturlige miljøforhold, kan resultatene brukes til å forutsi sann case scenarier som stammer fra kjemiske applikasjoner til jordsystemer. Tidlige lysimeter studier målte transpira, fuktighet flyt, og / eller nærings bevegelse. Dagens lysimeter studier måle plantevernmidler og næringsstoffer spredning, plantevernmiddel bevegelse, volatilitet og massebalanse, sammen med aforementioned målinger tre.

En begrensning av tradisjonelle felt lysimetry er at kjemisk mobilitet innenfor et jordprofil er i stor grad definert av solid-fasemålinger, mens mindre oppmerksomhet er betalt til oppløste kjemiske konsentrasjoner i vann sive gjennom jordsmonn - en kritisk komponent som kan påvirke potensialet for grunnvannsforurensning fra land brukt kjemikalier. Selv sigevann fra bunnen av lysimeters er ofte samlet inn for analyse, denne tilnærmingen grenser dybdeoppløsning på porewater konsentrasjoner og krever vanligvis betydelig jord utgraving før eksperimentering. I stedet for å innhente data om kjemiske konsentrasjoner i jordvann, porewater prøvetakere kan benyttes i feltet innstillinger. Porewater prøvetakere er installert i jord for å hente vann fra diskrete, ønskede dybder og bare minimalt forstyrre jordsystem. Porewater samplere har blitt referert til av mange navn, inkludert lysimeters, suge cup lysimeters eller jord løsning samplere, convoluting sin utmerkelse med de tradisjonelle felt lysimeters beskrevet ovenfor. I denne artikkelen vil vi bruke begrepet "porewater sampler" for å lindre forvirring.

Her viser vi en eksperimentell tilnærming som kombinerer feltet lysimetry og porewater prøvetaking for å vurdere den nedadgående utvasking potensialet av kjemikalier som brukes til vegetasjons jord eller bareground systemer. Lysimetry har vært et kraftig verktøy brukt siden 1700-tallet syv, mens keramisk porewater prøvetaking har vært brukt siden tidlig på 1960-tallet åtte. Integrering av disse robuste teknikker gir mulighet for felt bestemmelse av både faste-og oppløst-fase kjemisk konsentrasjons distribusjoner samtidig minimere forstyrrelser i jordsmonnet. Dette notatet beskriver faktorer å vurdere når designe et eksperiment, herunder valg av sted, enhet installasjon, og prøvetaking. Tilnærmingen er illustrert med et eksperiment som har evaluert skjebnen til enorganiske arsen plantevernmiddel brukes på en bareground og et etablert turfgrass system. Teknikkene som beskrives kan justeres etter behov for å undersøke skjebnen til en rekke kjemikalier, og gir dermed uvurderlig verktøy for forskere og beslutningstakere som søker å forstå miljøskjebne og oppførselen til land brukt kjemikalier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Feltet prøvetaking utføres i dette eksperimentet, og er under godkjenning av North Carolina Department of Agriculture & Consumer Services.

En. Feltet Lysimeter Installasjon

  1. Velg et eksperimentelt nettsted hvor sideveis bevegelse av anvendt kjemikalier er usannsynlig (ie. Områder med lite eller ingen helling). Velg nettsteder basert på jord-og vegetasjons egenskaper av interesse.
  2. Hvis tomter er vegetasjon, trekk vegetasjons plugger før lysimeter installasjon (figur 1A).
  3. Kjør de lysimeters nedover til de ønskede plott (med eller uten vegetasjon) ved hjelp av en invertert etter driver, slik ~ 1-2 cm av lysimeter over jordoverflaten for å inneholde den påførte kjemiske og minimere sideveis kjemisk bevegelse. For dette, bruk rullet og sveiset atten-gauge stål ark (91 cm dybde x 15 cm diameter) (Figur 1B). Bruk lysimeters av ulike materialer og dimensjoner for å passe research mål.
  4. Bytt vegetasjon plugger etter lysimeter installasjon.
  5. Behandle alle vegetasjon som passer for forsøket. Hvis tomter er å forbli nakne, bruke stikk anvendelser av glyfosat for å holde områdene fri for vegetasjon.
  6. Sørg for at vanning, gjødsling, og eventuelle andre ledelsesmetoder er identiske i bareground og vege tomter. Forhåndsbestemme vanning for å møte forskningsmålene.

2. Porewater Sampler Installasjon

  1. Installer porewater samplere, for eksempel PTFE / kvarts (50/50%), i midten av lysimeters å samle percolating porewater.
  2. Plasser en 2,5 cm rustfritt stål stang i midten av lysimeter og sett den inn i bakken med en klubbe til ønsket sampler dybden.
    MERK: En mateskrue kan også anvendes for dette trinnet.
  3. Tilbered en silica mel og vann oppslemming med 700 ml av vanningsvann til ~ 900 g av kjemisk inert silica mel. Bland slurry thoroughly før hver sampler er plassert i blandingen. Påfør press mellom -50 til -70 kPa til sampler fra en håndholdt eller batteridrevet vakuumpumpe.
  4. Ta ut sampler fra det silika mel oppslemming etter 10 minutter, og grundig blande silika oppslemming på nytt. Hell 60 ml av oppslemningen gjennom en trakt som er koblet til en 2,5 cm diameter rør inn i bunnen av hullet.
  5. Plasser sampler i hullet i den ønskede samplings dybde med en plast-eller metallrør. Pass på at slangen fra sampler strekker seg ut av hullet. Bruk en slurry av nontreated, innfødte jord og vann for å etterfylle den gjenværende hull.
  6. Sett av tid under tilbakefylling for jord å bosette; bruke et rør til tamp ekstra jord etter behov.
  7. Omfyllingsmassens til opprinnelig nivå. Hvis det er hensiktsmessig, erstatte vegetasjon på toppen av hullet.
  8. Fest sampler slangen til en vakuumflaske via en seksjon av fluorert etylen-propylen (FEP) tubing. Med et plastrør klemme Koble en ekstra slange linje ut avvakuumflaske til en vakuumpumpe.
  9. Dekk tubing og samling flasker med svart plast eller tape om den kjemiske (r) av interesse er utsatt for fotonedbrytning (figur 1C).
  10. Bruk vakuum trykk på omtrent -50 til -70 kPa via vakuumflasken til prøvetakere gjentatte ganger i løpet av flere dager før eksperimentering for å sikre riktig sampler installasjon.

Tre. Kjemisk Søknad til lysimeters

  1. La det være minst to uker for akklimatisering før kjemiske applikasjoner er gjort.
  2. Samle bakgrunns porewater prøver før lysimeter behandling for å kvantifisere bakgrunnskonsentrasjon av kjemisk (e) av interesse.
  3. Påfør kjemisk av interesse for jord eller vegetasjon av typiske fremgangsmåter, for eksempel med en håndholdt CO2-trykk bom sprøyter (fig. 1D), eller ved å fordele den granulære formulering direkte på overflaten av plottet som inneholder lysimeter. Hvis flere kjemiske applikasjoner er nødvendig for effektiviteten, bruke dem per typiske bruksmønstre eller etiketten retninger. La noen lysimeters ubehandlet å tjene som en kontroll.

4. Porewater Innsamling og analyse

  1. Påfør ca -50 til -70 kPa vakuum til porewater sampler vakuum flasker dagen før eller dagen for prøvetaking. Vann som omgir sampler blir trukket opp gjennom sampler inn i røret, som strømmer til sugeflasken hvor det samles opp til samplet. Den jordvolum som porewater oppsamles, og vannet samling tiden kan avhenge av faktorer som for eksempel jordtype, jord tekstur, jordfuktighet, og sampler dybde.
  2. Samle inn prøver ved gitte tidsintervaller følgende kjemiske program, som forhåndsbestemt av forskeren.
  3. Måle volumet av vann som samles inn i en gradert sylinder for hver porewater sampler. Hvis filtrering er nødvendig, legger vannet i en Luer-Lok syringe (størrelse vil avhenge av mengden av vann) og passerer prøven gjennom en 25 mm 0,2 mikrometer nylonfilter.
  4. Hvis forskjellige sample bevaring metoder er nødvendig og tilstrekkelig prøven er samlet, dele prøven i unike beholdere.
  5. Bruk en håndholdt pH-meter for å bestemme pH av ikke-surgjorte prøver.
  6. Juster pH-verdien ved tilsetning av et tilstrekkelig volum av den passende syre, om nødvendig for å bevare prøven.
    MERK: Konsentrerte syrer kan være etsende eller oksidasjonsmidler og forsiktighet bør utvises ved bruk av dem.
  7. Plasser prøvene på is i en kjøligere eller sette i kjøleskap inntil analyse. Bruke analytiske fremgangsmåter for kjemisk måling, som induktivt koblet plasma-masse spektrometri (ICP-MS), induktivt koblet plasma-optisk emisjonsspektroskopi (ICP-OES), atom-absorpsjonsspektroskopi (AAS), eller høy ytelse væskekromatografi (HPLC) for å analysere prøvene.

5. Lysimeter Exhumation, jord / Vegetasjon Collection ennd Analysis

  1. Grave opp lysimeters, inneholder jord og vegetasjon, ved gitte tidsintervaller etter bruk av kjemiske midler. Grave nontreated lysimeters ved hver prøvetaking tid til å bestemme bakgrunns kjemiske konsentrasjoner i jord og vegetasjon.
  2. Grave lysimeters utnytte fat klemmer festet til en traktor gjennomføre. Senke grabben til en stilling som gjør det mulig for klemmene som skal plasseres på lysimeter eksponerte kant.
  3. Løft implementere forårsaker klemmene for å forstå den eksponerte kanten, trekker lysimeter kolonnen ut av jorda (figur 1E).
  4. Cap exhumed lysimeter ender med isolasjonsplater kuttet til diameteren på lysimeters. Hold caps på plass med gallon størrelse polyetylenposer satt over lysimeter endene, og sikre poser med duct tape.
  5. Transportere lysimeters til et feltlaboratorium for jord og vegetasjon sample divisjon. Behandle nontreated lysimeters første til å hindre forurensning among lysimeters.
  6. Bruk en bajonettsag utstyrt med en metallkappeskive for å kutte lysimeter på langs på den ene siden. Skjær kolonnene fra bunnen (sone av forventet lavere konsentrasjon) til toppen (sone av forventet høyere konsentrasjon) for å sikre at jord på dypere dybder blir ikke forurenset av jord på grunnere dyp.
  7. Splitte åpne lysimeter. Bruk metallskilleplater til separate diskrete jord-og vegetasjonsseksjoner. Velg jorddybde inkrementer basert på lengden av lysimeter og forskningsmål.
  8. Bruk skjeer eller slikkepotter å grave ut seksjonert jord og vegetasjon. Plasser hver prøve i en passende merket polyetylen frysepose. Ikke samle jord direkte i kontakt med lysimeter.
  9. Flg utgraving protokoll for hver ønsket prøvedybden. Plasser prøven poser i en kjøligere fylt med is og transportere dem til en lab. Oppbevar prøver i en fryser før analyse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denne metoden gjør det mulig for akkumulering av data om skjebnen til kjemikalier brukt til bareground og vegejordsystemer 5,10. Denne tilnærmingen ble brukt til å evaluere arsen (As) nedover utvasking, absorpsjon, og trans inn planter for Bermuda (Cynodon dactylon) systemer etter påføring av organiske arsenugressmiddel mononatrium metyl arsenate (MSMA) 9. Siden 1960-tallet har MSMA blitt brukt i ikke-dyrket mark, turfgrass, og bomullsproduksjon, men det er økende bekymring for at anvendt som kan lekke ned gjennom jord og forurense grunnvannet 11,12. The US Environmental Protection Agency (EPA) er for tiden vurderer å fase ut MSMA, i påvente av ytterligere vitenskapelig gjennomgang 13,14.

Etter MSMA søknad til bareground og Bermuda lysimeters, ble de fleste som beholdt innenfor jord faste faser og vegetasjon gjennom en års eksperimenter (figur 2,Tabell 1). Innenfor jord, ble den høyeste solid-fase Som konsentrasjoner funnet på 0-2 cm dybde. Arsenkonsentrasjoner i MSMA-behandlede lysimeter prøvene ble hevet over nontreated prøver til 8-15 cm dybde tilvekst, og på dypere dybder, forskjeller i fastfase Som konsentrasjoner mellom behandlet og nontreated lysimeters var statistisk ubetydelig ved hjelp av en to-tailed t-test med ulik varians (p ≥ 0,05). Arsen ble også tatt opp i vegetasjonen, og selv om de variert over tid, som konsentrasjoner i Bermuda løvverk fra behandlede stykker var alltid betydelig høyere enn de fra nontreated tomter. Overall, opp til 101% av påført som ble gjenfunnet i jord-og vegetasjons faste faser fra Bermuda-dekket lysimeters, mens maksimalt 66% av de som ble gjenfunnet i bareground lysimeter prøver (Tabell 1).

Porewater Som konsentrasjoner i MSMA-behandlede stykker var avhengig av dybden medi jordsmonnet (figur 3). Ved 30 cm dybde, oppløst-fase Som nivået den EPAs 10 ug / L maksimal drikkevann forurensning grense 15, med konsentrasjoner umiddelbart økende følgende MSMA programmet og deretter senere minkende over tid. I kontrast, porewater samlet inn fra 76,2 cm dybde i jordsmonnet hadde Som konsentrasjoner som var lik bakgrunnsnivåer og konsekvent under EPA grensen, noe som indikerer at anvendt som ikke migrere under grensene for det eksperimentelle systemet.

Studien diskutert her fremhever mange av de nevnte lysimetry og porewater prøvetaking eksperimentelle design hensyn. Feltområdet inneholdt omtrent ingen skråning, og ~ 1,5 cm av lysimeter var igjen over bakken for å unngå kryss-tomt forurensningsproblemer, samtidig som muliggjør riktig Bermuda ledelse. Feltet området ble valgt på grunn av sin lave organisk materiale og høy sand content (88% sand, 7% silt, 5% leire), som representerer en "worst-case" utvasking scenario med hensyn til jord tekstur og som oppbevaring potensial ni. Porewater samplere ble valgt slik at de ville passe inn i de lysimeters, og flere uker ble tillatt for systemet ekvilibreringen før kjemisk søknad. Til slutt, episodisk porewater prøvetaking ble sterkt fokusert på de tidlige stadier av eksperimentering, da nedover utvasking av anvendt kjemikalier ble ansett som mest sannsynlig.

Figur 1
Figur 1. Fotografier som viser utvalgte trinn i installasjonen av lysimeters og porewater samplere. (A) vegetasjons pluggene er fjernet før lysimeter installasjonen. (B) lysimeters er drevet ned i bakken ved bruk av et invertert etter driver. (C) Dekket 2-L vakuum flaskerbrukes til å samle vann fra porewater samplere. (D) Kjemisk av interesse er brukt på randomiserte lysimeter tomter. (E) Lysimeter jord kjerner er gravd opp med en traktor gjennomføre.

Fig. 2
.. Figur 2 Dybde profiler av total Som konsentrasjoner i lysimeter jord og Bermuda vegetasjon over tid følgende MSMA søknad Symbol dybder representerer jord-og vegetasjonsprøver fra følgende dybde trinn: 0 = over bakken løvverk; -1 = 0-2 cm dybde; -3 = 2 til 4 cm; -6 = 4 til 8 cm dybde; -11,5 = 8 til 15 cm dybde; -22,5 = 15 til 30 cm dybde; og -37,5 = 30 til 45 cm dybde. Feil barer betegne standardavviket av målingene fra replikere prøver og lysimeters. Stjernene representerer prøvene der målt Som concentrations i MSMA-behandlede lysimeters var betydelig høyere enn konsentrasjoner fra respektive nontreated lysimeter prøver. Figur modifisert fra Matteson et al, 2014 9.; se referanse for ytterligere detaljer.

Figur 3
Figur 3. Porewater Som konsentrasjoner fra to dybder (30 og 76,2 cm) i løpet MSMA-behandlet, Bermuda-dekket lysimeters.

Dager Etter MSMA Treatment Vegetasjon eller Bare Som Gjenfunnet i Soil (%) Som Gjenfunnet i Vegetasjon (%) Totalt Som resirkulasjon (%)
36 Vege 83 10 93
36 Bare 62 - 62
64 Vege 47 3 50
64 Bare 60 - 60
119 Vege 83 9 92
119 Bare 66 - 66
364 Vege 98 4 101
364 Bare 55 - 55

Tabell 1. Beregnet total Som inngang i lysimeter jord og Bermuda vegetasjon følgende MSMA søknad. Recovery verdiene representerer total Som i lysimeter prøver fra MSMA-behandlede stykker minus total Som i nontreated prøver, alle delt på mengden som endded til systemet via MSMA søknad. Tabell endret fra Matteson et al, 2014 9.; se referanse for ytterligere detaljer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Utnytte en integrert lysimetry feltet og porewater prøvetaking tilnærming tillater forskerne å vurdere romlige og tidsmessige fordelinger av et bredt utvalg av land-anvendt kjemikalier. Skjebnen til kjemikaliene i jord og vege systemer kan kontrolleres av en rekke miljø prosesser og attributter, for eksempel nedad utvasking, fordampning, hydrolyse, fotolyse, mikrobiell transformasjon / nedbrytning, planteopptak, jordtype, pH i jorden og 16,17. I motsetning til drivhus eller laboratoriebaserte eksperimenter, er resultatene fra feltbasert tilnærming beskrevet her oppnådd med minimalt avbrudd for systemet av studien og derfor kan ekstrapoleres til andre systemer eller innstillinger 18. Å vite mengden av den kjemiske anvendt, det området av lysimeter, potensialet fordampning av den kjemiske, mengden måles i de oppløste og faste faser, og bulktettheten av jordsmonnet tillater bestemmelse av kjemiske massebalanse og lasting grenseverdier beregninger for systemet for interessen - verdifull informasjon for å forutsi potensielle miljøtrusler, for eksempel kjemiske utlekking til grunnvann.

Protokollen er beskrevet her illustrerer en måte å gjennomføre et eksperiment ansette integrert felt lysimetry og porewater prøvetaking. Mange deler av denne metode kan tilpasses av forskere for å løse deres spesifikke mål. For eksempel bør lysimeter størrelse og type bli vurdert når du forbereder et eksperiment, og valg bør reflektere den kjemiske, jord, og plante egenskaper av interesse 17. Plassering av lysimeters må også vurderes å redusere variabiliteten i miljøforhold og skråningen over den eksperimentelle området. Forvaltningspraksis (klipping, gjødsling, høsting, etc.) bestemmer ikke bare størrelsen på lysimeter, men kan påvirke installasjons dybder og praktisk, og bør vurderes å etterligne virkelige verden praktiserer 17,19.

e_content "> Mange typer porewater prøvetakere er kommersielt tilgjengelig, og de representerer en relativt rimelig måte å samle inn jordvann fra ulike dybder. Størrelsen på sampler, dybde, samplere per lysimeter, og hyppigheten av prøvetaking bør vurderes ved utforming eksperimenter. Hvis porewater sampler valgt er ikke stor nok, kan suge brukt bare samle inn fra den umiddelbare nærhet, og ikke dekke hele lysimeter området 20. En foreslått løsning er å bruke porewater plater som ville dekke et større areal 21, selv om dette kan kreve omfattende og uønsket jord utgraving for å imøtekomme sampler installasjon og kan også begrense vannstrømmen under dybden av sampler. annen bekymring med porewater sampling er at, avhengig av jordtype, sampler installasjon og vakuum-påføring kan forårsake porewater til fortrinnsvis å strømme mot sampler eller langs lysimeter vegger i stedet for naturlig gjennom systemet, potensielt endre lmemical distribusjoner 17,22. Til slutt, for å kunne vurdere nedover kjemisk oppløsning, er tilstrekkelig timelig porewater prøvetaking er nødvendig for å sikre den kjemiske interesse ikke lekke forbi sampler til tider ikke fanges opp av prøvetaking rutine 23.

Et av de viktigste formålene med felt lysimetry er å kvantifisere den nedadgående utvasking potensialet i anvendt kjemikalier. Men med vilje begrenser denne tilnærmingen virkningen av naturlige undergrunnen lateral flow på kjemisk transport. For å overkomme denne begrensningen, kan forskerne undersøke kjemisk skjebne og atferd bruke jord prober å samle jord kjerner, noe som har både fordeler og ulemper over feltet lysimetry. Når området av interesse er behandlet, en håndholdt eller traktormontert sonde fjerner kjerner fra tomter som er mindre i størrelse enn typiske lysimeters, krever mindre område for eksperimentering og åpner for raskere prøvetaking. Imidlertid, er en konsekvens av å bruke en probe for at det kan pressevegetasjon, jordsmonn, eller røtter nedover, potensielt forurensende dypere dybder, valsing jord, og forandre bulk tettheter. Jord-probe teknikker også gi mindre beskyttelse mot cross-tomten forurensning som skyldes avrenning og lateral grunnen flyt.

En påminnelse av feltet lysimetry og porewater prøvetaking er at 100% gjenvinning av brukt kjemiske er sjelden 17. Det er ukjente når fullføre denne type forskning i feltet sammenlignet med klima eller laboratoriemiljøer hvor mer kontroll er oppnådd med hensyn til vær, jordegenskaper, og plantevekst; derfor kan resultatene variere mellom eksperimentelle studier tre. Forskning utnytte både felt-og laboratorie tilnærminger kan gi den mest omfattende undersøkelse av prosesser som påvirker skjebnen til kjemikalier i miljøet. Likevel feltet lysimetry og porewater prøvetaking gi kraftige, godt etablerte teknikker for å vurdere mulige miljøhensyn enssociated med kjemikalier. I fremtiden vil flere studier sannsynlig bli utført ved hjelp av disse teknikkene for å bedre forstå skjebnen til kjemikalier i ansiktet av å opprettholde en tilstrekkelig matforsyning, sikre en forsvarlig disponering av avfall, og opprettholde høye standarder for miljøvern.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgements

Han anerkjenner at ansatte ved NCDA Sandhills Research Station for å få hjelp med lysimeter installasjon og exhumation. Finansiering for eksperimenter som er beskrevet i Representant Resultater ble gitt av Center for Turfgrass Environmental Research & Education. Video og manuskript produksjonen ble støttet av North Carolina State University Institutt for Jord Science and 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