Lysimetry intégré sur le terrain et l'eau interstitielle d'échantillonnage pour l'évaluation de la mobilité chimiques dans les sols et la végétation établie

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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Summary

lysimetry sur le terrain et l'eau interstitielle échantillonnage permettent aux chercheurs d'évaluer le devenir des produits chimiques appliqués sur les sols et la végétation établie. L'objectif de ce protocole est de démontrer comment installer l'instrumentation nécessaire et recueillir des échantillons pour l'analyse chimique pendant lysimetry de domaine intégré et expériences d'échantillonnage de l'eau interstitielle.

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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

Produits chimiques potentiellement toxiques sont systématiquement appliqués à la terre pour répondre aux demandes croissantes en matière de gestion des déchets et la production alimentaire, mais le sort de ces produits chimiques ne sont souvent pas bien compris. Ici, nous démontrons une méthode d'échantillonnage intégrée de lysimetry sur le terrain et l'eau interstitielle pour évaluer la mobilité des substances chimiques appliquées sur les sols et la végétation établie. Lysimètres, colonnes ouvertes en métal ou en plastique, sont entraînés dans dénudé ou les sols de végétation. échantillonneurs eau interstitielle, qui sont disponibles dans le commerce et utilisent vide pour recueillir les eaux de percolation du sol, sont installées à des profondeurs prédéterminées dans les lysimètres. À certains moments préétablis suivantes application de produits chimiques à des parcelles expérimentales, l'eau interstitielle est recueilli, et lysimètres, contenant de la terre et de la végétation, sont exhumés. En analysant les concentrations de produits chimiques dans le sol de lysimètre, la végétation et l'eau interstitielle, les taux de lixiviation à la baisse, les capacités de rétention du sol, et l'utilisation des plantes pour la molécule d'intérêt peut être quantifié.Parce que lysimetry sur le terrain et l'eau interstitielle échantillonnage sont menés dans des conditions naturelles de l'environnement et à la perturbation minimale du sol, les résultats issus de projets immobiliers scénarios et fournissent des renseignements précieux pour la gestion des produits chimiques. Comme les substances chimiques sont de plus en plus appliquées à la terre à travers le monde, les techniques décrites peuvent être utilisées pour déterminer si les produits chimiques appliqués posent des effets néfastes pour la santé humaine ou l'environnement.

Introduction

Produits chimiques potentiellement toxiques sont systématiquement appliqués à la terre à partir de sources telles que les pesticides, les engrais, les eaux usées / biosolides, les déchets industriels et les déchets municipaux 1,2. Le sort de ces produits chimiques - qui peut inclure des éléments nutritifs, des oligo-éléments, matières organiques, et de leurs métabolites associés - n'est souvent pas bien compris 3. Si les produits chimiques ne sont pas gérés correctement, ils ont le potentiel de menacer la santé humaine et l'environnement grâce à leur transfert et à l'accumulation dans les plantes, les eaux de surface et des eaux souterraines. Avec une population mondiale qui pourrait atteindre 10 milliards de personnes d'ici à 2050, il ya une demande croissante en matière de gestion et de production de déchets alimentaires 2, et l'épandage de nombreux produits chimiques a augmenté 3,4. En conséquence, la recherche est nécessaire, qui quantifie les transformations, la mobilité, les limites de charge, et les risques environnementaux globaux de produits chimiques qui nécessitent la mise en décharge ou que nous en dépendent pour améliorer la santé des cultureset le rendement.

Un certain nombre de stratégies ont été utilisées pour évaluer les menaces de produits chimiques appliqués dans l'environnement. , Des études modèle-système en laboratoire ont été menées pour fournir des informations sur les mécanismes fondamentaux qui régissent la mobilité des produits chimiques dans les sols. En analysant le devenir chimique dans un laboratoire, la manipulation complète de «l'environnement» et les entrées peut être atteint, mais ceux-ci correspond rarement dans le monde réel des conditions environnementales 5,6. Ainsi, l'extrapolation des résultats de laboratoire aux réglages sur le terrain peut conduire à des prévisions inexactes sur les menaces chimiques. En revanche, les mesures de champs larges ont été utilisés pour définir le comportement chimique dans l'environnement. Cependant, les conclusions sur le devenir environnemental de ces mesures sont souvent compliquées en raison des taux souvent faible utilisation (par exemple, un peu g A -1) de produits chimiques appliqués, ainsi que les interactions complexes entre les processus hydrologiques et biogéochimiques dans l'environnement qui régissent la distribution de produits chimiques.

Lysimetry, y compris le terrain lysimetry, a toujours été utilisé par les sols et des cultures scientifiques d'évaluer systématiquement la mobilité descendante de produits chimiques appliqués sur les sols et la végétation établie. Un lysimètre est un dispositif en métal ou en plastique qui est placé dans un sol d'intérêt et est utilisé pour déterminer le sort des produits chimiques utilisés dans des quantités connues d'un espace confiné. Les échantillons de sol et de végétation prélevés lysimètres peuvent être utilisés pour évaluer l'évolution des distributions chimiques au cours du temps. Parce que le champ lysimetry est réalisée dans des conditions naturelles de l'environnement, les résultats peuvent être utilisés pour prédire des scénarios réels cas dérivés des applications chimiques de systèmes de sol. Études lysimétriques début mesurés transpiration, flux d'humidité et / ou le mouvement des éléments nutritifs. Études lysimétriques modernes mesurent pesticides et des nutriments dissipation, le mouvement des pesticides, la volatilité et le bilan de masse, avec la aforememesures ntioned 3.

Une limitation de lysimetry de champ traditionnel est que la mobilité du produit chimique dans un profil de sol est en grande partie définie par des mesures en phase solide, tandis que moins d'attention est accordée à des concentrations de produits chimiques dissous dans l'eau de percolation à travers les sols - un élément essentiel qui peut influer sur le risque de contamination des eaux souterraines de produits chimiques épandues. Bien que le lixiviat du fond des lysimètres est parfois prélevé pour analyse, cette résolution limites d'approche en profondeur des concentrations dans l'eau interstitielle et nécessite généralement des travaux d'excavation importante avant l'expérimentation. Au lieu de cela, pour obtenir des données sur les concentrations de produits chimiques dans l'eau du sol, échantillonneurs d'eau interstitielle peuvent être utilisés en milieu de terrain. échantillonneurs eau interstitielle sont installés dans les sols pour recueillir l'eau de discrètes, profondeur désirée et que très peu perturber le système du sol. échantillonneurs eau interstitielle ont été appelés par beaucoup de noms, y compris lysimètres, aspiration culysimètres p, ou échantillonneurs la solution du sol, convolution leur distinction avec les lysimètres de terrain traditionnels décrits ci-dessus. Dans cet article, nous allons utiliser le terme «eau interstitielle sampler" pour atténuer la confusion.

Ici, nous démontrons une approche expérimentale qui combine lysimetry sur le terrain et l'eau interstitielle échantillonnage pour évaluer le potentiel de lixiviation vers le bas des produits chimiques appliqués aux systèmes de sol ou dénudées de végétation. Lysimetry a été un outil puissant utilisé depuis les années 1700 7, tandis que l'échantillonnage de l'eau interstitielle céramique a été utilisé depuis le début des années 1960 8. L'intégration de ces techniques robustes permet de déterminer sur le terrain des deux distributions solides et la concentration chimique en phase de dissolution, tout en minimisant les perturbations du sol. Ce document décrit les facteurs à considérer lors de la conception d'une expérience, y compris le choix du site, l'installation de l'appareil, et la collecte de l'échantillon. L'approche est illustrée par une expérience qui a évalué le sort d'unarsenical pesticide biologique appliqué à un sol dénudé et un système de gazon établi. Les techniques décrites peuvent être ajustées si nécessaire pour examiner le sort d'une grande variété de produits chimiques, fournissant ainsi des outils précieux pour les chercheurs et les décideurs qui cherchent à comprendre le devenir dans l'environnement et le comportement des produits chimiques épandues.

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Protocol

échantillonnage sur le terrain est effectué dans cette expérience et est sous l'autorisation du ministère de la Caroline du Nord de l'Agriculture et des Services aux consommateurs.

1. Champ Lysimètre installation

  1. Choisissez un site expérimental sur lequel le mouvement latéral de produits chimiques appliqués est peu probable (c.. Sites avec peu ou pas de pente). Sélectionnez les sites basés sur le sol et la végétation des propriétés intéressantes.
  2. Si les parcelles sont de végétation, tirer des bouchons de végétation avant lysimètre installation (figure 1A).
  3. Conduire les lysimètres à la baisse dans les parcelles souhaitées (avec ou sans végétation) à l'aide d'un pilote de poste inversé, laissant ~ 1-2 cm du lysimètre-dessus de la surface du sol pour contenir le produit chimique appliqué et minimiser le mouvement chimique latérale. Pour cela, l'utilisation roulé et soudé des tôles d'acier de dix-huit calibre 91 cm (profondeur x 15 cm de diamètre) (figure 1B). Utilisez lysimètres de différents matériaux et dimensions pour s'adapter resobjectifs earch.
  4. Remplacer les bougies de la végétation après l'installation de lysimètre.
  5. Gérer la végétation en fonction de l'expérience. Si les parcelles sont de rester nu, utiliser des applications ponctuelles de glyphosate pour garder les zones sans végétation.
  6. Assurez-vous que l'irrigation, la fertilisation et d'autres pratiques de gestion sont identiques dans le sol dénudé et les parcelles de végétation. Prédéterminer irrigation pour atteindre les objectifs de recherche.

2. Interstitielle Sampler installation

  1. Installez échantillonneurs de l'eau interstitielle, tels que le PTFE / quartz (50/50%), au milieu de lysimètres pour recueillir l'eau de porosité de percolation.
  2. Placez une tige en acier inoxydable de 2,5 cm dans le centre de la lysimètre et l'insérer dans le sol avec un maillet à la profondeur d'échantillonnage souhaitée.
    NOTE: Une vis sans fin peut également être utilisé pour cette étape.
  3. Préparer une farine de silice et la suspension de l'eau avec 700 ml d'eau d'irrigation à ~ 900 g de farine chimiquement inertes de silice. Mélanger la suspension de thoroughly avant chaque échantillonneur est placé dans le mélange. Appliquer une pression entre -50 à -70 kPa à l'échantillonneur à partir d'une pompe à vide ou ordinateur de poche à piles.
  4. Retirer l'échantillonneur à partir de la suspension épaisse de farine de silice après 10 min, puis bien mélanger à nouveau la suspension de silice. Verser 60 ml de la suspension à travers un entonnoir relié à un tuyau d'un diamètre de 2,5 cm dans le fond du trou.
  5. Placer l'échantillonneur dans le trou à la profondeur souhaitée d'échantillonnage avec une matière plastique ou un tuyau en métal. Assurez-vous que les tubes de l'échantillonneur s'étend hors du trou. Utilisez une suspension de non traitée, terre natale et de l'eau pour remblayer le trou restant.
  6. Prévoyez du temps durant le remblayage pour les sols à régler; utiliser un tuyau de tasser le sol supplémentaire au besoin.
  7. Remblayer le sol à son niveau initial. Le cas échéant, remplacer la végétation dans la partie supérieure du trou.
  8. Fixer le tube d'échantillonneur à une ampoule à vide par l'intermédiaire d'une section de l'éthylène propylène fluoré (FEP) tubulure. Avec une pince à tuyau flexible en matière plastique, relier une seconde ligne de rupture de tuyaul'ampoule à vide à une pompe à vide.
  9. Couvrir tubes et de collecte des bouteilles de plastique noir ou bande si le produit chimique (s) d'intérêt est sujette à la photodégradation (figure 1C).
  10. Appliquer une pression de vide d'environ -50 à -70 kPa via l'ampoule à vide pour les échantillonneurs de façon répétée sur une période de plusieurs jours avant l'expérimentation pour assurer une installation correcte de l'échantillonneur.

3. Demande chimique à Lysimètres

  1. Prévoyez au moins deux semaines pour l'acclimatation avant les applications chimiques sont effectués.
  2. Prélever des échantillons d'eau interstitielle de fond avant le traitement de lysimètre de quantifier les concentrations de fond de l'industrie chimique (s) d'intérêt.
  3. Appliquer le produit chimique d'intérêt pour le sol ou la végétation par des méthodes typiques, comme avec un CO 2 sous pression pulvérisateur à rampe à main (figure 1D) ou en distribuant la formulation granulaire directement sur ​​la surface de la parcelle contenant le lysimètre. Si plusieurs applications chimiques sont nécessaires pour l'efficacité, appliquez-les par type modes d'utilisation ou mode d'emploi. Laissez quelques lysimètres non traitée pour servir de contrôle.

4. Interstitielle Collecte et analyse

  1. Appliquer environ -50 à -70 kPa de vide pour les bouteilles thermos eau interstitielle de l'échantillonneur le jour avant ou le jour de l'échantillonnage. Eau entourant l'échantillonneur sera établi par l'échantillonneur dans le tube, qui coule à la bouteille à vide où il est recueilli jusqu'à ce que l'échantillon. Le volume de l'eau interstitielle qui est recueilli et le temps de collecte de l'eau peut dépendre de facteurs tels que le type de sol, la texture du sol, l'humidité du sol et de la profondeur d'échantillonnage des sols.
  2. Prélever des échantillons à des intervalles de temps spécifiés après l'application chimique, tel que prédéterminé par le chercheur.
  3. Mesurez le volume d'eau recueilli dans une éprouvette graduée pour chaque échantillonneur de l'eau interstitielle. Si la filtration est nécessaire, placer l'eau dans un sy Luer-Lokringe (taille dépendra de la quantité d'eau) et de passer l'échantillon à travers un filtre en nylon de 25 mm à 0,2 um.
  4. Si les méthodes de conservation des échantillons sont nécessaires et suffisantes échantillon est recueilli, diviser l'échantillon en conteneurs uniques.
  5. Utiliser un pH-mètre portatif pour déterminer le pH d'échantillons non acidifiés.
  6. Ajuster le pH par addition d'un volume suffisant de l'acide approprié, si nécessaire pour la conservation des échantillons.
    REMARQUE: acides concentrés peuvent être corrosifs ou oxydants et les soins devraient être prises lors de leur utilisation.
  7. Placer les échantillons sur la glace dans une glacière ou mettre au réfrigérateur jusqu'à l'analyse. Utiliser des méthodes d'analyse pour la mesure chimique comme la spectrométrie de plasma à couplage inductif de masse (ICP-MS) spectroscopie d'émission à plasma-optique à couplage inductif (ICP-OES), la spectroscopie d'absorption atomique (AAS), ou la chromatographie, liquide à haute performance (HPLC) à analyser les échantillons.

5. Lysimètre Exhumation, sol / végétation Collection uneAnalyse nd

  1. Exhumer les lysimètres, contenant de la terre et de la végétation, à des intervalles de temps spécifiés après l'application chimique. Exhumer lysimètres non traités à chaque temps d'échantillonnage pour déterminer les concentrations de produits chimiques de base dans le sol et la végétation.
  2. Exhumer lysimètres utilisant des colliers de baril attachés à un tracteur en œuvre. Abaisser le godet à une position qui permet de les pinces à être placés sur le bord de la lysimètre exposée.
  3. Soulevez le mettre en œuvre provoquant les pinces pour saisir le bord exposé, tirant la colonne lysimétrique du sol (figure 1E).
  4. Cap exhumé extrémités lysimétriques avec des feuilles d'isolation réduire le diamètre des lysimètres. Tenez bouchons en place avec des sacs gallon-taille polyéthylène insérés sur les extrémités lysimétriques et sacs sécurisés avec du ruban adhésif.
  5. Transporter les lysimètres à un laboratoire de terrain pour le sol et la division des échantillons de végétation. Traiter lysimètres non traités abord afin d'éviter la contamination hlysimètres ong.
  6. Utilisez une scie sauteuse munie d'une lame de coupe en métal pour couper le lysimètre la longueur d'un côté. Couper les colonnes du bas (zone de faible concentration prévue) en haut (zone de plus forte concentration prévue) pour s'assurer que le sol à des profondeurs plus profondes ne sont pas contaminés par le sol à des profondeurs.
  7. Fendre le lysimètre. Utilisez plaques de séparation de métaux à des sections de sol et de végétation distinctes séparées. Choisissez incréments de profondeur du sol en fonction de la longueur des objectifs lysimétriques et de recherche.
  8. Utilisez des cuillères ou spatules pour creuser le sol et la végétation coupée. Placez chaque échantillon dans un sac de polyéthylène congélateur étiquetés de manière appropriée. Ne pas ramasser la terre directement en contact avec le lysimètre.
  9. Suivre le protocole d'excavation pour chaque profondeur souhaitée de l'échantillon. Placez les sacs d'échantillons dans une glacière remplie de glace et les transporter vers un laboratoire. Conserver les échantillons dans un congélateur jusqu'à l'analyse.

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Representative Results

Cette méthode permet l'accumulation de données sur le devenir des produits chimiques appliquée à dénudées et systèmes de sol végétation 5,10. Cette approche a été utilisée pour évaluer l'arsenic (As) de lixiviation à la baisse, l'absorption et la translocation dans les végétaux destinés à chiendent (Cynodon dactylon) systèmes après l'application de l'herbicide de l'arsenic arséniate monosodique de méthyle organique (MSMA) 9. Depuis les années 1960, MSMA a été utilisé dans les terres non agricoles, sur le gazon, et la production de coton, mais il est à craindre que appliqué Comme peut être lessivé vers le bas à travers les sols et contaminer les eaux souterraines 11,12. L'Environmental Protection Agency (EPA) américaine envisage actuellement l'élimination des MSMA, en attendant l'examen scientifique supplémentaire 13,14.

Après l'application MSMA à dénudées et lysimètres de chiendent, la majorité de As a été retenu dans le sol et la végétation phases solides tout au long des expériences de 1 an (Figure 2,Le tableau 1). Dans les sols, la phase solide plus élevé Comme concentrations ont été trouvées à 0-2 cm de profondeur. Les concentrations d'arsenic dans des échantillons de lysimétriques traités au MSMA ont été élevés au-dessus des échantillons non traités à l'augmentation 8-15 cm de profondeur, et à plus profondes profondeurs, les différences de phase solide que les concentrations entre traités et non traités lysimètres étaient statistiquement significatifs en utilisant un t-test 2 de Virginie avec une variance inégale (p ≥ 0,05). L'arsenic a été également repris dans la végétation, et même s'ils ont varié au fil du temps, car les concentrations en chiendent feuillage de parcelles traitées étaient toujours nettement supérieurs à ceux des parcelles non traitées. Dans l'ensemble, jusqu'à 101% de la dose appliquée Comme il a été récupéré dans le sol et la végétation phases solides des lysimètres de chiendent couvert, tandis qu'un maximum de 66% de l'AS a été récupéré dans le sol dénudé lysimètre échantillons (tableau 1).

Concentrations eau interstitielle tant dans les parcelles traités au MSMA étaient tributaires de profondeurdans le profil du sol (figure 3). À 30 cm de profondeur, dissous en phase Comme concentrations dépassé la limite de contaminants de l'eau potable 10 ug / L maximum de l'EPA 15, avec des concentrations croissantes immédiatement après l'application MSMA et ensuite diminuer au fil du temps. En revanche, l'eau interstitielle recueilli de 76,2 cm de profondeur dans le profil du sol avait donné que les concentrations qui étaient semblables à des niveaux de fond et toujours en dessous de la limite de l'EPA, ce qui indique que appliqué Comme ne pas migrer en dessous des limites du système expérimental.

L'étude discutée ici met en évidence un grand nombre de lysimetry et eau interstitielle échantillonnage expérimentales considérations de conception mentionnés ci-dessus. La zone de champ contenait à peu près pas de pente, et ~ 1,5 cm du lysimètre a été laissé au dessus du sol pour aider à prévenir les problèmes de contamination croisée intrigue, tout en permettant une bonne gestion de chiendent. La zone de terrain a été choisi en raison de sa faible teneur en matière organique et de haute sable content (88% de sable, 7% de limon, d'argile 5%), ce qui représente un "pire des cas" lessivage scénario par rapport à la texture du sol et que le potentiel de rétention 9. échantillonneurs eau interstitielle ont été sélectionnés afin qu'ils s'insèrent le mieux dans les lysimètres, et plusieurs semaines ont été autorisés pour l'équilibrage du système avant l'application chimique. Enfin, l'échantillonnage de l'eau interstitielle épisodique a été fortement axé sur les premières étapes de l'expérimentation, quand lessivage à la baisse des produits chimiques utilisés a été considérée comme la plus probable.

Figure 1
Figure 1. Photographies, représentant sélectionnez étapes de l'installation de lysimètres et échantillonneurs de l'eau interstitielle. (A) La fiche de végétation sont retirés avant de lysimètre installation. (B) Lysimètres sont enfoncés dans le sol à l'aide d'un pilote de poste inversé. (C) Couvert 2-L bouteilles thermossont utilisés pour recueillir l'eau des échantillonneurs de l'eau interstitielle. (D) chimique d'intérêt est appliqué aux parcelles lysimétriques randomisés. (E) Lysimètre carottes de sol sont exhumés avec un tracteur en œuvre.

Figure 2
.. Figure 2 profils de profondeur du total Comme les concentrations dans le sol et la végétation de lysimètre de chiendent plus de temps après l'application MSMA profondeurs Symbole représentent des échantillons de sol et de la végétation des incréments de profondeur suivants: 0 = feuillage-dessus du sol; -1 = 0 à 2 cm de profondeur; -3 = 2 à 4 cm; -6 = 4 à 8 cm de profondeur; -11,5 = 8 à 15 cm de profondeur; -22,5 = 15 à 30 cm de profondeur; et -37,5 = 30 à 45 cm de profondeur. Les barres d'erreur représentent l'écart type de mesures à partir des échantillons répétés et des lysimètres. Les astérisques représentent des échantillons pour lesquels la mesurés Comme concentrations en lysimètres traités au MSMA étaient significativement plus élevées que les concentrations des échantillons lysimétriques non traités respectifs. Figure modifiée d'Matteson et al, 2014 9.; voir la référence pour plus de détails.

Figure 3
Figure 3. Interstitielle Comme les concentrations de deux profondeurs (30 et 76,2 cm) au sein traités au MSMA, lysimètres de chiendent couvert.

Jours après le traitement MSMA Végétation ou Bare Comme Récupéré dans le sol (%) Comme Récupéré dans la végétation (%) Total Au Récupéré (%)
36 Végétation 83 10 93
36 Nu 62 - 62
64 Végétation 47 3 50
64 Nu 60 - 60
119 Végétation 83 9 92
119 Nu 66 - 66
364 Végétation 98 4 101
364 Nu 55 - 55

Tableau 1 total calculé. Comme recouvrements dans le sol et la végétation de lysimètre de chiendent après l'application MSMA. Valeurs de récupération représentent au total Comme dans les échantillons provenant de parcelles lysimétriques moins totale traités au MSMA Comme dans les échantillons non traités, le tout divisé par la quantité de Comme undded au système via l'application MSMA. Tableau modifié de Matteson et al, 2014 9.; voir la référence pour plus de détails.

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Discussion

Utilisant un lysimetry de domaine intégré et l'eau interstitielle méthode d'échantillonnage permet aux chercheurs d'évaluer les distributions spatiales et temporelles d'une grande variété de produits chimiques épandues. Le devenir des produits chimiques dans les sols et les systèmes de végétation peut être commandée par un certain nombre de processus et les attributs environnementaux, tels que le lessivage vers le bas, la volatilisation, hydrolyse, la photolyse, microbienne transformation / dégradation, absorption par les plantes, le type de sol, et le pH du sol 16,17. Contrairement à effet de serre ou des expériences en laboratoire, les résultats de l'approche sur le terrain décrit ici sont obtenus avec un minimum de perturbations pour le système d'étude et peuvent donc être extrapolés à d'autres systèmes ou paramètres 18. La connaissance de la quantité de produit chimique appliquée, la surface de la lysimètre, la volatilisation du potentiel chimique, la quantité mesurée dans les phases solides et dissous, et la masse volumique apparente du sol permet une détermination de l'équilibre de masse chimique et de chargement estimations de limites pour le système d'intérêt - des informations précieuses pour prévoir les menaces potentielles sur l'environnement, comme le lessivage chimique des eaux souterraines.

Le protocole décrit ici illustre une façon de mener une expérience sur le terrain en utilisant lysimetry intégrée et l'eau interstitielle échantillonnage. De nombreuses pièces de ce procédé peuvent être adaptés par les chercheurs pour répondre à leurs objectifs spécifiques. Par exemple, la taille et le type de lysimètre devraient être considérés lors de l'élaboration d'une expérience, et des choix doivent refléter les propriétés des plantes d'intérêt 17 sols du produit chimique, et. Placement des lysimètres doit également être considéré pour minimiser la variabilité des conditions environnementales et de la pente dans la zone expérimentale. Les pratiques de gestion (tonte, fertilisation, récolte, etc) ne déterminent pas seulement la taille du lysimètre, mais peuvent affecter profondeurs et pratique d'installation, et doivent être considérés pour imiter le monde réel pratique le 17,19.

e_content "> Beaucoup de types d'échantillonneurs d'eau interstitielle sont disponibles dans le commerce, et ils représentent un moyen relativement peu coûteux de recueillir l'eau des sols à différentes profondeurs. La taille de l'échantillonneur, la profondeur, les échantillonneurs par lysimètre, et la fréquence d'échantillonnage doit être considérée lors de la conception des expériences. Si l'échantillonneur de l'eau interstitielle choisi n'est pas assez grand, aspiration appliquée ne peut recueillir de la proximité immédiate et ne couvre pas l'ensemble de la zone de lysimètre 20. Une solution proposée est d'utiliser des plaques de l'eau interstitielle qui couvriraient une grande surface 21, même si cela suppose un et l'excavation des sols souhaitable de permettre l'installation de l'échantillonneur et peut également limiter l'écoulement de l'eau en dessous de la profondeur de l'échantillonneur. autre préoccupation avec l'eau interstitielle échantillonnage est que, selon le type de sol, l'installation de l'échantillonneur et l'application de vide peut provoquer l'eau interstitielle de s'écouler préférentiellement vers l'échantillonneur ou le long murs lysimétriques plutôt que naturellement par le système, ce qui pourrait modifier chdistributions emical 17,22. Enfin, pour évaluer correctement la baisse lessivage chimique, l'échantillonnage de l'eau interstitielle temporelle adéquate est nécessaire pour assurer la molécule d'intérêt n'est pas lessivé passé l'échantillonneur parfois pas capturé par l'échantillonnage de routine 23.

L'un des principaux objectifs de champ lysimetry est de quantifier le potentiel de lixiviation vers le bas des produits chimiques appliqués. Cependant, cette approche limite volontairement l'impact de la sous-sol naturel flux latéral sur le transport de produits chimiques. Pour contourner cette limitation, les scientifiques qui étudient le devenir et le comportement chimique peuvent utiliser des sondes de sol à prélever des carottes de sol, ce qui a des avantages et des inconvénients sur le terrain lysimetry. Une fois la zone d'intérêt est traitée, un ou sonde montée sur tracteur supprime noyaux des parcelles qui sont plus petits en taille que lysimètres typiques, nécessitant moins d'espace pour l'expérimentation et permettant un échantillonnage plus rapide tenu à la main. Toutefois, une conséquence de l'utilisation d'une sonde est qu'il peut pousserla végétation, le sol ou les racines vers le bas, potentiellement contaminants des eaux plus profondes, de compactage du sol, et modifiant la densité en vrac. Techniques sol-sondes fournissent également moins de protection contre la contamination croisée terrain à cause du ruissellement et l'écoulement souterrain latéral.

Une mise en garde de champ lysimetry et eau interstitielle échantillonnage est que 100% de récupération de la chimie appliquée est rare 17. Il ya des inconnues au moment de remplir ce type de recherche dans le domaine comparativement à effet de serre ou de laboratoire des environnements où plus de contrôle est réalisée par rapport à la météo, les propriétés du sol et la croissance des plantes; par conséquent, les résultats peuvent varier selon les essais expérimentaux 3. Recherche en utilisant deux approches de terrain et de laboratoire peut fournir l'examen le plus complet des processus impactant le devenir des produits chimiques dans l'environnement. Néanmoins, lysimetry sur le terrain et l'eau interstitielle échantillonnage fournissent de puissantes techniques bien établies pour évaluer les préoccupations environnementales potentielles d'unessociated avec des produits chimiques. Dans l'avenir, d'autres études seront probablement effectuées à l'aide de ces techniques afin de mieux comprendre le devenir des produits chimiques dans le visage de maintenir un approvisionnement alimentaire adéquat, assurant l'élimination appropriée des déchets et le respect de normes élevées de protection de l'environnement.

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Disclosures

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Acknowledgements

Les auteurs remercient le personnel de la station de recherche Sandhills NCDA pour aide à l'installation de lysimètres et l'exhumation. Le financement pour les expériences décrites dans les résultats représentatifs ont été fournis par le Centre de recherche sur le gazon et l'éducation environnementale. Vidéo et production manuscrit a été pris en charge par les départements universitaires d'État de Caroline du Nord de la science du sol et 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

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