Lysimetry متكاملة الميدانية وأخذ العينات Porewater لتقييم التنقل الكيميائية في التربة والغطاء النباتي تأسست

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

Your institution must subscribe to JoVE's Environment section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

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





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

 

Summary

lysimetry الميدانية وأخذ العينات porewater تسمح للباحثين لتقييم مصير المواد الكيميائية المطبقة على التربة والغطاء النباتي المعمول بها. الهدف من هذا البروتوكول هو لشرح كيفية تثبيت الأجهزة المطلوبة وجمع عينات للتحليل الكيميائي أثناء lysimetry ميدانية متكاملة والتجارب porewater أخذ العينات.

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.

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

Abstract

يتم تطبيق المواد الكيميائية السامة بشكل روتيني على الأرض لتلبية الطلبات المتزايدة على إدارة النفايات وإنتاج الغذاء، ولكن في كثير من الأحيان غير مفهومة مصير هذه المواد الكيميائية أيضا. نحن هنا إثبات وجود lysimetry الميدان وporewater طريقة أخذ العينات متكاملة لتقييم حركة المواد الكيميائية المطبقة على التربة والغطاء النباتي المعمول بها. Lysimeters، والأعمدة المفتوحة مصنوعة من المعدن أو البلاستيك، هي التي تحرك في bareground أو التربة للغطاء النباتي. Porewater العينات، والتي هي متوفرة تجاريا واستخدام الفراغ لجمع المياه الراشحة التربة، ويتم تركيبها في أعماق محددة سلفا ضمن lysimeters. في بعض الأحيان يتم ترتيبها مسبقا التالية تطبيق الكيميائية لقطع تجريبية، يتم جمع porewater، وlysimeters، التي تحتوي على التربة والغطاء النباتي، واستخرجت. من خلال تحليل التركيزات الكيميائية في التربة مقياس الذوبان، والغطاء النباتي، وporewater، ومعدلات الرشح النزولي، والقدرات الاحتفاظ التربة، وامتصاص النبات للمادة الكيميائية من الفائدة قد يكون كميا.لأن تجرى lysimetry الميدانية وأخذ العينات porewater تحت الظروف البيئية الطبيعية ومع الحد الأدنى من اضطراب التربة، والنتائج المستمدة المشروع سيناريوهات حالة حقيقية وتوفير معلومات قيمة لإدارة المواد الكيميائية. كما يتم تطبيق المواد الكيميائية بشكل متزايد على الأرض في جميع أنحاء العالم، ويمكن الاستفادة من التقنيات الموضحة لتحديد ما إذا كان تطبيق المواد الكيميائية تشكل الآثار السلبية على صحة الإنسان أو البيئة.

Introduction

يتم تطبيق المواد الكيميائية السامة بشكل روتيني على الأرض من مصادر مثل المبيدات الحشرية والأسمدة، ومياه الصرف الصحي / المخلفات الصلبة والنفايات الصناعية، والنفايات البلدية 1،2. مصير هذه المواد الكيميائية - والتي قد تشمل المواد الغذائية والعناصر النزرة، والمواد العضوية، والأيض المرتبطة بها - في كثير من الأحيان غير مفهومة جيدا 3. إذا لم تتم إدارة المواد الكيميائية بشكل صحيح، لديهم القدرة على تهديد صحة الإنسان والبيئة من خلال نقلهم إلى وتراكم في النباتات، والمياه السطحية، والمياه الجوفية. ويبلغ عدد سكانها العالمية التي قد تصل الى 10 مليار نسمة بحلول عام 2050، وهناك مطالب المتزايدة بشأن إدارة النفايات والإنتاج الغذائي وتطبيق العديد من المواد الكيميائية أرض تم زيادة 3،4. وفقا لذلك، هناك حاجة إلى بحوث يحدد مقدار التحولات، والتنقل، وحدود التحميل، والمخاطر البيئية الشاملة من المواد الكيميائية التي تتطلب التخلص الأرض أو التي نعتمد عليها لتعزيز صحة المحاصيلوتسفر.

وقد تم استخدام عدد من الاستراتيجيات لتقييم التهديدات الناجمة عن المواد الكيميائية المطبقة في البيئة. وقد أجريت في المختبرات والدراسات نموذج نظام لتوفير المعلومات حول الآليات الأساسية السيطرة على حركة المواد الكيميائية في التربة. عند تحليل مصير الكيميائية في المختبر، ويمكن تحقيق التلاعب كاملة من "البيئة" والمدخلات، ولكن هذه نادرا ما تتطابق في العالم الحقيقي 5،6 الظروف البيئية. وبالتالي، استقراء نتائج المختبر على إعدادات المجال قد يؤدي إلى توقعات غير دقيقة حول التهديدات الكيميائية. في المقابل، استخدمت القياسات الميدانية واسعة لتحديد السلوك الكيميائي في البيئة. ومع ذلك، غالبا ما تتعقد استنتاجات حول مصير البيئية من هذه القياسات ويرجع ذلك إلى انخفاض معدلات استخدام بشكل متكرر (على سبيل المثال عدد قليل ز -1) من المواد الكيميائية التطبيقية، فضلا عن التفاعلات المعقدة بين العمليات الهيدرولوجية والبيولوجية الكيميائية في البريدnvironment التي تنظم توزيعات الكيميائية.

Lysimetry، بما في ذلك lysimetry الميدان، وتاريخيا كانت تستخدم من قبل التربة والمحاصيل العلماء لتقييم منهجي التنقل النزولي للمواد الكيميائية المطبقة على التربة والغطاء النباتي المعمول بها. A مقياس الذوبان هو جهاز مصنوع من المعدن أو البلاستيك التي يتم وضعها في التربة من الفائدة، ويستخدم لتحديد مصير المواد الكيميائية المطبقة في كميات المعروفة إلى منطقة محصورة. التربة والغطاء النباتي العينات التي تم جمعها من lysimeters يمكن استخدامها لتقييم تطور توزيعات الكيميائية مع مرور الوقت. لأن يتم lysimetry الحقل تحت الظروف البيئية الطبيعية، ويمكن استخدام النتائج للتنبؤ سيناريوهات الحالة الحقيقية المستمدة من التطبيقات الكيميائية لأنظمة التربة. دراسات مقياس الذوبان المبكر قياس النتح، وتدفق الرطوبة، و / أو حركة المغذيات. دراسات مقياس الذوبان في العصر الحديث قياس المبيدات والمغذيات تبديد، حركة المبيدات، وتقلب، وتوازن الكتلة، جنبا إلى جنب مع aforemeقياسات ntioned 3.

وجود قيود على lysimetry المجال التقليدي هو أن تنقل الكيميائية داخل التربة ويعرف إلى حد كبير من القياسات المرحلة الصلبة، بينما يتم إيلاء اهتمام أقل لتركيزات الكيميائية المذابة في المياه الراشحة من خلال التربة - مكون الحرجة التي قد تؤثر على احتمال تلوث المياه الجوفية من المواد الكيميائية التي تطبق الأرض. على الرغم من أن العصارة من أسفل lysimeters يتم جمعها في بعض الأحيان لتحليلها، هذا القرار حدود النهج عمق تركيزات porewater وعادة ما يتطلب الحفر كبيرة التربة قبل التجريب. بدلا من ذلك، للحصول على بيانات عن التركيزات الكيميائية في مياه التربة، يمكن استخدام العينات porewater في إعدادات المجال. يتم تثبيت العينات Porewater في التربة لجمع المياه من منفصلة، ​​والحد الأدنى المطلوب أعماق فقط تعكير صفو النظام التربة. تم أخذ العينات المشار Porewater إلى العديد من الأسماء بما في ذلك lysimeters، شفط مكعبlysimeters ع، أو عينات محلول التربة، الإلتواء تمييز بينها وبين lysimeters الحقل التقليدية الموصوفة أعلاه. في هذه الورقة، سوف نستخدم مصطلح "العينات porewater" للتخفيف من حدة الارتباك.

هنا، علينا أن نبرهن على المنهج التجريبي الذي يجمع بين lysimetry الميدانية وأخذ العينات porewater لتقييم إمكانات الرشح النزولي للمواد الكيميائية تطبيقها على أنظمة التربة أو bareground للغطاء النباتي. وقد Lysimetry أداة قوية تستخدم منذ 1700s في في حين تم استخدام السيراميك أخذ العينات porewater منذ أوائل 1960s 8. دمج هذه التقنيات القوية يسمح لتحديد مجال كل من التوزيعات الصلبة الذائبة وتركيز المواد الكيميائية للتخلص مع التقليل من اضطراب التربة. وتصف هذه الورقة العوامل في الاعتبار عند تصميم تجربة، بما في ذلك اختيار الموقع، وتركيب الجهاز، وجمع العينات. ويتضح النهج مع التجربة التي قيمت مصير لزرنيخي العضوية المبيدات تطبيقها على bareground ونظام أعشاب المروج المعمول بها. التقنيات الموضحة يمكن تعديلها عند الضرورة لدراسة مصير طائفة واسعة من المواد الكيميائية، وبالتالي توفير أدوات لا تقدر بثمن للباحثين وصانعي السياسات الذين يسعون لفهم مصير البيئية وسلوك المواد الكيميائية المطبقة الأرض.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

يتم إجراء أخذ العينات الميدانية في هذه التجربة وتحت ترخيص من وزارة الزراعة ولاية كارولينا الشمالية والخدمات الاستهلاكية.

1. تركيب مقياس الذوبان الميدان

  1. اختيار موقع التجريبية التي من غير المرجح الحركة الجانبية للمواد الكيميائية التطبيقية (أي. المواقع مع ضئيلة أو معدومة المنحدر). تحديد المواقع على أساس خصائص التربة والغطاء النباتي في المصالح.
  2. إذا مزروع المؤامرات، وسحب المقابس الغطاء النباتي قبل تركيب مقياس الذوبان (الشكل 1A).
  3. دفع lysimeters النزولي في المؤامرات المطلوب (مع أو بدون الغطاء النباتي) باستخدام برنامج تشغيل آخر مقلوب، وترك ~ 1-2 سم من مقياس الذوبان فوق سطح التربة لاحتواء الكيميائية التطبيقية وتقليل حركة الكيميائية الجانبي. لهذا، وتوالت استخدام ويلحم صفائح الفولاذ عيار ثمانية عشر (91 سم × 15 سم عمق قطر) (الشكل 1B). استخدام lysimeters المواد والأبعاد المختلفة لتتناسب مع الدقةأهداف earch.
  4. استبدال المقابس النباتات التالية تركيب مقياس الذوبان.
  5. إدارة أي الغطاء النباتي بما يتناسب مع التجربة. إذا المؤامرات هي أن تبقى عارية، واستخدام التطبيقات بقعة الغليفوسات للحفاظ على المناطق الخالية من الغطاء النباتي.
  6. ضمان الري والتسميد، وأية ممارسات إدارة أخرى متطابقة في bareground والمؤامرات للغطاء النباتي. سلفا الري لتلبية أهداف البحث.

2. تركيب عينات Porewater

  1. تثبيت العينات porewater، مثل السليكوون / الكوارتز (50/50٪)، في منتصف lysimeters لجمع الراشحة porewater.
  2. وضع 2.5 سم قضيب الفولاذ المقاوم للصدأ في وسط مقياس الذوبان وأدخله في الأرض مع مطرقة إلى عمق العينات المطلوب.
    ملاحظة: يمكن أيضا استخدام أحد اوجير لهذه الخطوة.
  3. إعداد دقيق السيليكا والطين الماء مع 700 مل من مياه الري إلى ~ 900 غرام من الطحين السيليكا خاملة كيميائيا. مزج الطين thorougHLY قبل أن يتم وضع كل العينات في الخليط. الضغط بين -50 إلى -70 كيلو باسكال لأخذ العينات من يده أو بالبطارية مضخة فراغ.
  4. إزالة العينات من السيليكا الطحين الطين بعد 10 دقيقة، وتخلط جيدا الطين السيليكا مرة أخرى. صب 60 مل من الطين من خلال قمع متصلة بأنبوب قطره 2.5 سم في الجزء السفلي من الحفرة.
  5. وضع العينات في حفرة على عمق أخذ العينات المطلوبة مع من البلاستيك أو الأنابيب المعدنية. التأكد من أن أنابيب يمتد من العينات للخروج من الحفرة. استخدام الطين من nontreated والتربة والمياه الأم إلى حفرة الردم المتبقية.
  6. إتاحة الوقت أثناء الردم لتسوية التربة؛ استخدام أنبوب لاحش التربة إضافية حسب الحاجة.
  7. الردم التربة إلى المستوى الأصلي. إذا كان ذلك مناسبا، واستبدال الغطاء النباتي في الجزء العلوي من الحفرة.
  8. إرفاق أنابيب العينات إلى فراغ زجاجة عبر قسم من المفلورة الإثيلين البروبيلين (محطة إثراء الوقود) أنابيب. مع المشبك أنبوب من البلاستيك، وربط خط أنابيب الثاني منزجاجة فراغ إلى فراغ مضخة.
  9. تغطية الأنابيب وجمع زجاجات بلاستيكية سوداء مع الشريط أو إذا كان الكيميائية (ق) من الفائدة هو عرضة للتحلل الضوئي (الشكل 1C).
  10. الضغط فراغ ما يقرب من -50 إلى -70 كيلو باسكال عن طريق زجاجة فراغ لأخذ العينات مرارا وتكرارا على مدار عدة أيام قبل التجريب للتأكد من تثبيت العينات المناسبة.

3. تطبيق الكيميائية لLysimeters

  1. تسمح أسبوعين على الأقل للتأقلم قبل إجراء التطبيقات الكيميائية.
  2. جمع عينات porewater الخلفية قبل العلاج مقياس الذوبان لقياس التركيزات الأساسية للمادة الكيميائية (ق) من الفائدة.
  3. تطبيق المادة الكيميائية التي تهم التربة أو الغطاء النباتي عن طريق أساليب نموذجية، مثل مع CO 2 مضغوطة بخاخ الطفرة باليد (الشكل 1D) أو عن طريق توزيع صياغة الحبيبية مباشرة على سطح المؤامرة التي تحتوي على مقياس الذوبان. إذا هي تطبيقات كيميائية متعددة اللازمة لفعالية، تطبيقها في أنماط استخدام نموذجي أو توجيهات التسمية. ترك بعض lysimeters غير المعالجة لتكون بمثابة السيطرة.

4. Porewater جمع وتحليل

  1. تطبيق ما يقرب من -50 إلى -70 كيلو باسكال من فراغ إلى فراغ زجاجات porewater العينات قبل يوم أو في اليوم لأخذ العينات. وسيتم اختيار المياه المحيطة العينات حتى من خلال العينات في أنابيب، التي تتدفق إلى زجاجة فراغ حيث يتم جمع عينات حتى. حجم التربة التي يتم جمعها porewater والوقت لجمع المياه قد تعتمد على عوامل مثل نوع التربة، قوام التربة، ومحتوى رطوبة التربة، وعمق العينات.
  2. جمع العينات على فترات زمنية محددة بعد تطبيق الكيميائية، ومحددة سلفا من قبل الباحث.
  3. قياس حجم المياه التي تم جمعها في اسطوانة تخرج لكل العينات porewater. إذا الترشيح هو ضروري، وضع الماء في سي يور لوكخواتم (سوف تعتمد على حجم حجم المياه) وتمرير عينة من خلال مرشح النايلون 25 ملم 0.2 ميكرون.
  4. إذا كانت هناك حاجة مختلف طرق حفظ العينات ويتم جمع عينة كافية، وتقسيم العينة إلى حاويات فريدة من نوعها.
  5. استخدام الرقم الهيدروجيني متر المحمولة لتحديد الرقم الهيدروجيني للعينات غير المحمضة.
  6. ضبط درجة الحموضة بإضافة وحدة تخزين كافية من حمض المناسبة إذا لزم الأمر للحفاظ على العينة.
    ملاحظة: يمكن أن الأحماض المركزة تكون تآكل أو ينبغي أن تؤخذ المؤكسدات والحذر عند استخدامها.
  7. المكان العينات على الجليد في برودة أو وضعها في الثلاجة حتى التحليل. استخدام الطرق التحليلية لقياس الكيميائية مثل بالحث البلازما مطياف الكتلة (ICP-MS)، بالحث البلازما مطياف الانبعاث الضوئي (ICP-OES)، طيف الامتصاص الذري (AAS)، أو عالية الأداء اللوني السائل (HPLC) ل تحليل العينات.

5. مقياس الذوبان استخراج الجثث، التربة / الغطاء النباتي على جمعالتحليل الثاني

  1. نبش في lysimeters، التي تحتوي على التربة والغطاء النباتي، وعلى فترات زمنية محددة بعد تطبيق الكيميائية. نبش lysimeters nontreated في كل مرة أخذ العينات لتحديد التركيزات الكيميائية خلفية داخل التربة والغطاء النباتي.
  2. نبش lysimeters استخدام المشابك برميل تعلق على الجرار تنفيذ. خفض دلو إلى الموقف الذي يسمح للالمشابك لتوضع على حافة يتعرض مقياس الذوبان في.
  3. رفع تنفيذ مما تسبب في المشابك لفهم الحافة المكشوفة، وسحب العمود مقياس الذوبان من التربة (الشكل 1E).
  4. أخرجت غطاء طرفي مقياس الذوبان مع ورقة العزل قطع لقطر lysimeters. عقد القبعات في مكان مع الحقائب غالون الحجم البولي ايثيلين إدراج أكثر من نهايات مقياس الذوبان، وأكياس آمنة مع شريط لاصق.
  5. نقل lysimeters إلى المختبر الميداني لعينة التربة وتقسيم الغطاء النباتي. معالجة lysimeters nontreated الأولى لمنع التلوث صباحاlysimeters اونج.
  6. استخدام الترددية رأى مجهزة شفرة القطع المعدنية لخفض مقياس الذوبان بالطول على جانب واحد. قطع الأعمدة من أسفل (منطقة المتوقع انخفاض تركيز) إلى أعلى (منطقة المتوقع ارتفاع تركيز) لضمان عدم تلوث التربة على أعماق أعمق من خلال التربة في الأعماق الضحلة.
  7. انقسام فتح مقياس الذوبان. استخدام لوحات معدنية لتقسيم أقسام منفصلة التربة والغطاء النباتي منفصلة. اختيار الزيادات عمق التربة على أساس طول الأهداف مقياس الذوبان والبحوث.
  8. استخدام الملاعق أو ملاعق لحفر التربة والغطاء النباتي مقطوع. وضع كل عينة في المسمى بشكل مناسب حقيبة من البوليثيلين الفريزر. لا تجمع التربة على اتصال مباشر مع مقياس الذوبان.
  9. اتبع بروتوكول الحفر لعمق كل عينة المطلوبة. وضع أكياس عينة في برودة مليئة الجليد ونقلها إلى المختبر. مخزن العينات في الفريزر حتى التحليل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

يسمح هذا الأسلوب لتراكم البيانات على مصير المواد الكيميائية المطبقة على bareground ونظم التربة للغطاء النباتي 5،10. تم استخدام هذا النهج لتقييم الزرنيخ (As) الرشح النزولي، وامتصاص، وإزفاء في النباتات لbermudagrass أنظمة (Cynodon dactylon) بعد تطبيق مبيدات الأعشاب العضوية زرنيخي زرنيخات أحادية الصوديوم الميثيل (MSMA) 9. منذ 1960s، وقد استخدمت MSMA في غير الأراضي الزراعية، أعشاب المروج، وإنتاج القطن، ولكن هناك قلق متزايد من أن تطبيقها كما قد تتسرب من خلال التربة إلى الأسفل وتلوث المياه الجوفية 11،12. وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) تدرس حاليا التخلص التدريجي من MSMA، في انتظار مراجعة علمية إضافية 13،14.

بعد تطبيق MSMA لbareground وlysimeters bermudagrass، تم الابقاء على غالبية وضمن مراحل الصلبة التربة والغطاء النباتي في جميع أنحاء تجارب 1 سنة (الشكل 2،الجدول 1). داخل التربة، عثر على أعلى مرحلة صلبة كما في تركيزات 0-2 سم عمق. وارتفاع تركيز الزرنيخ في عينات مقياس الذوبان MSMA المعاملة أعلاه عينات nontreated إلى 8-15 سم عمق الزيادة، وأعمق أعماق في، والاختلافات في المرحلة الصلبة وتركيزات بين المعالجة وكانت lysimeters nontreated احصائيا باستخدام 2 الذيل اختبار t مع عدم المساواة التباين (ع ≥ 0.05). وقد اتخذ الزرنيخ أيضا في الغطاء النباتي، وعلى الرغم من أنها تختلف مع مرور الوقت، كما كانت التركيزات في bermudagrass أوراق الشجر من المؤامرات تعامل دائما أعلى بكثير من تلك التي من المؤامرات nontreated. عموما، ما يصل الى 101٪ من تطبيقها كما تم استرداد في التربة والغطاء النباتي مراحل الصلبة من lysimeters المغطاة bermudagrass، في حين تم استرداد بحد أقصى 66٪ من كما في bareground مقياس الذوبان عينات (الجدول 1).

وكانت التركيزات في Porewater والمؤامرات MSMA المعاملة تعتمد على العمق معفي التربة (الشكل 3). في 30 سم عمق، تجاوزت مرحلة المنحل وتركيزات 10 ميكروغرام / لتر أقصى حد الملوثة لمياه الشرب وكالة حماية البيئة 15، مع زيادة تركيزات مباشرة بعد تطبيق MSMA ثم بعد ذلك يتناقص مع مرور الوقت. في المقابل، كان porewater جمعها من 76.2 سم عمق في التربة والتركيزات التي كانت مشابهة لمستويات الخلفية وباستمرار أقل من الحد وكالة حماية البيئة، مشيرا إلى أن تطبيق كما لم تهاجر دون حدود النظام التجريبي.

الدراسة التي تمت مناقشتها هنا يبرز العديد من lysimetry وporewater أخذ العينات اعتبارات التصميم التجريبي المذكور أعلاه. الواردة منطقة الحقل تقريبا أي المنحدر، و~ 1.5 سم من مقياس الذوبان تركت فوق سطح الأرض للمساعدة في منع التلوث القضايا العابرة للمؤامرة، مع السماح أيضا لإدارة bermudagrass المناسبة. وقد تم اختيار منطقة الحقل، نظرا لانخفاض المواد العضوية والرملية العالية بطاقة Contenر (88٪ رمل، 7٪ الطمي، 5٪ طين)، وهو ما يمثل "أسوأ حالة" الرشح السيناريو فيما يتعلق قوام التربة والاحتفاظ المحتملة و9. وقد تم اختيار العينات Porewater بحيث أنها تدخل ضمن lysimeters، وسمح عدة أسابيع لنظام موازنة قبل تطبيق الكيميائية. أخيرا، تم أخذ العينات العرضية ركز porewater بشدة في المراحل الأولى من التجريب، عندما كان يعتبر الرشح النزولي للمواد الكيميائية المطبقة الأكثر احتمالا.

الشكل 1
الرقم 1. صور تصور الخطوات حدد في تركيب lysimeters وأخذ العينات porewater. (أ) يتم إزالة الغطاء النباتي المقابس قبل مقياس الذوبان التثبيت. هي التي تحرك (B) Lysimeters في الأرض باستخدام برنامج تشغيل آخر مقلوب. (C) مغطاة 2-L زجاجات الفراغوتستخدم لجمع عينات المياه من porewater. (D) الكيميائية التي تهم يتم تطبيقها على المؤامرات مقياس الذوبان العشوائية. (E) واستخرجت مقياس الذوبان النوى التربة مع جرار تنفيذها.

الرقم 2
. ملامح الشكل 2 العمق من الكل والتركيزات في التربة مقياس الذوبان وbermudagrass الغطاء النباتي بمرور الوقت بعد تطبيق MSMA تمثل أعماق الرمز عينات من التربة والنباتات من عمق الزيادات التالية: 0 = أوراق الشجر فوق الأرض؛ -1 = 0-2 سم عمق؛ -3 = 2-4 سم؛ -6 = 4-8 سم عمق؛ -11.5 = 8 إلى 15 سم عمق؛ -22.5 = 15 إلى 30 سم عمق؛ و-37.5 = 30 إلى 45 سم عمق. أشرطة الخطأ دلالة على الانحراف المعياري للقياسات من عينات تكرار وlysimeters. العلامات النجمية تمثل العينات التي يكون قياسها وبغية دراسته واقرارهكانت ntrations في lysimeters MSMA المعاملة أعلى بكثير من التركيزات من عينات مقياس الذوبان nontreated منها. الرقم معدلة من ماتيسون وآخرون، 2014 9.؛ انظر المرجع للحصول على تفاصيل إضافية.

الرقم 3
الرقم 3. Porewater وتركيزات من عمقين (30 و 76.2 سم) داخل MSMA المعاملة، lysimeters المغطاة bermudagrass.

يوما بعد MSMA العلاج مزروعة أو العارية كما المستردة في التربة (٪) كما المستردة في الغطاء النباتي (٪) مجموع كما المستردة (٪)
36 مزروعة 83 10 93
36 عار 62 - 62
64 مزروعة 47 3 50
64 عار 60 - 60
119 مزروعة 83 9 92
119 عار 66 - 66
364 مزروعة 98 4 101
364 عار 55 - 55

الجدول 1. إجمالي محسوب والمبالغ المستردة في التربة مقياس الذوبان وbermudagrass النباتات التالية تطبيق MSMA. القيم استعادة تمثل مجموع كما هو الحال في العينات مقياس الذوبان من المؤامرات MSMA المعاملة ناقص مجموع كما هو الحال في عينات nontreated، جميع مقسوما على كمية ونتيجة لdded إلى النظام عبر تطبيق MSMA. الجدول معدلة من ماتيسون وآخرون 2014 9.؛ انظر المرجع للحصول على تفاصيل إضافية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

استفاد من lysimetry مجال متكاملة ونهج أخذ العينات porewater يسمح للباحثين لتقييم التوزيع المكاني والزماني لمجموعة واسعة من المواد الكيميائية المطبقة الأرض. مصير المواد الكيميائية في التربة وأنظمة للغطاء النباتي ويمكن السيطرة عليها من قبل عدد من العمليات والخصائص البيئية، مثل الرشح الهبوط، التطاير، التحلل والتحلل الضوئي، الميكروبية التحول / تدهور، امتصاص النبات، ونوع التربة، وحموضة التربة 16،17. على عكس الدفيئة أو التجارب المعملية، ويتم الحصول على النتائج من النهج القائم على الحقل الموصوفة هنا مع أقل قدر من الاضطراب لنظام الدراسة، وبالتالي يمكن استقراء لأنظمة أخرى أو إعدادات 18. معرفة كمية المادة الكيميائية التطبيقية، منطقة مقياس الذوبان، والتطاير المحتملة لهذه المادة الكيميائية، ومقدار قياس في المراحل الذائبة والصلبة، والكثافة الظاهرية للتربة يسمح لتحديد التوازن الشامل الكيماوية والتحميل تقديرات حد لنظام الفائدة - معلومات قيمة للتنبؤ التهديدات البيئية المحتملة، مثل الرشح الكيميائية إلى المياه الجوفية.

بروتوكول الموصوفة هنا يوضح طريقة واحدة لإجراء التجربة توظيف lysimetry ميدانية متكاملة وأخذ العينات porewater. قد تكون أجزاء كثيرة من هذه الطريقة تكييفها من قبل الباحثين لمعالجة أهدافها المحددة. على سبيل المثال، ينبغي النظر في حجم ونوع مقياس الذوبان عند إعداد التجربة، وينبغي أن تعكس الاختيارات الكيميائية، والتربة، وخصائص النبات من الفائدة 17. ويجب أيضا النظر وضع lysimeters لتقليل التباين في الظروف البيئية والمنحدر في جميع أنحاء المنطقة التجريبية. ممارسات إدارة (القص والتسميد والحصاد، الخ) تحديد ليس فقط حجم مقياس الذوبان، ولكن قد تؤثر أعماق التركيب والتطبيق العملي، وينبغي النظر إلى تقليد العالم الحقيقي يمارس 17،19.

e_content "> العديد من أنواع العينات porewater متاحة تجاريا، وأنها تمثل وسيلة غير مكلفة نسبيا لجمع مياه التربة من أعماق مختلفة. حجم العينات، وعمق، وينبغي النظر في العينات في مقياس الذوبان، وتواتر أخذ العينات عند تصميم التجارب. إذا كانت العينات porewater اختار ليست كبيرة بما فيه الكفاية، شفط تطبيقها قد جمع فقط من الجوار المباشر وليس تغطية المنطقة بأكملها مقياس الذوبان 20. الحل المقترح هو استخدام لوحات porewater التي من شأنها أن تغطي مساحة أكبر 21، على الرغم من أن هذا قد يتطلب واسعة وحفر التربة غير مرغوب فيه لاستيعاب تركيب العينات ويمكن أيضا الحد من تدفق المياه تحت عمق من العينات. شاغل آخر مع أخذ العينات porewater هو أنه، اعتمادا على نوع التربة وتركيب العينات وتطبيق فراغ قد يؤدي إلى تدفق porewater تفضيلي نحو العينات أو على طول الجدران مقياس الذوبان بدلا من بشكل طبيعي من خلال النظام، ويحتمل تغيير الفصلتوزيعات emical 17،22. أخيرا، لتقييم صحيح النزولي الرشح الكيميائية، وهناك حاجة لأخذ العينات كافية porewater الزمني لضمان الكيميائي للاهتمام لا ليتش الماضية العينات في أوقات لا استولت عليها أخذ العينات الروتينية 23.

واحدة من الاهداف الرئيسية للlysimetry الحقل لتحديد إمكانية الرشح النزولي للمواد الكيميائية التطبيقية. ومع ذلك، فإن هذا النهج يحد ضمنيا من أثر الجوفية الطبيعية الوحشي تتدفق على نقل المواد الكيميائية. للتغلب على هذا القيد، قد علماء يتحرون مصير الكيميائية والسلوك استخدام مجسات التربة لجمع النوى التربة، والتي على حد سواء مزايا وعيوب أكثر lysimetry المجال. مرة واحدة يتم التعامل مع مجال الاهتمام، وأو المركبة على جرارات التحقيق يزيل النوى من المؤامرات التي هي أصغر في الحجم من lysimeters نموذجية، وتتطلب أقل مساحة للتجريب والسماح لأخذ العينات أسرع باليد. ومع ذلك، نتيجة لاستخدام التحقيق هو أنه قد يدفعالغطاء النباتي والتربة والجذور أو إلى الأسفل، ويحتمل تلويث أعماق أعمق، ضغط التربة، وتغيير الكثافة السائبة. تقنيات التربة مسبار أيضا توفير الحماية ضد التلوث أقل عبر مؤامرة بسبب جريان وتدفق تحت السطح الجانبي.

واحد التحذير من الحقل lysimetry وporewater أخذ العينات هو أن الانتعاش 100٪ من المواد الكيميائية المستخدمة هي نادرة 17. هناك المجهولة عند الانتهاء من هذا النوع من الأبحاث في مجال مقارنة مع الدفيئة أو مختبر بيئات حيث يتم تحقيق مزيد من السيطرة فيما يتعلق بالطقس وخصائص التربة، ونمو النبات؛ وبالتالي، قد تختلف النتائج عبر التجارب التجريبية 3. بحث الاستفادة من كلا النهجين الميدانية والمختبرية قد توفر الفحص الأكثر شمولا من العمليات التي تؤثر على مصير المواد الكيميائية في البيئة. ومع ذلك، lysimetry الميدانية وأخذ العينات porewater توفير تقنيات قوية، راسخة لتقييم الشواغل البيئية المحتملةssociated مع المواد الكيميائية. في المستقبل، من المرجح أن يتم تنفيذ المزيد من الدراسات باستخدام هذه التقنيات من أجل فهم أفضل لمصير المواد الكيميائية في مواجهة الحفاظ على إمدادات الغذاء الكافي، وضمان التخلص السليم من النفايات، والحفاظ على مستويات عالية من الحماية البيئية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgements

يعترف الكتاب الموظفين في محطة بحوث NCDA سندهيلس للمساعدة في تثبيت مقياس الذوبان واستخراج الجثث. وقدمت التمويل للتجارب الموصوفة في نتائج الممثل عن مركز المروج للبحوث والتربية البيئية. وأيد الفيديو والإنتاج مخطوطة من قبل إدارات جامعة ولاية كارولينا الشمالية للعلوم التربة وعلوم المحاصيل.

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