ここに記載されている作業の資金は、California Department of Pesticide Regulationとカリフォルニア州水資源局から来ました。

1.アーバン・バイオスウェルの有効性モニタリング<ol><li> ストームウォーターサンプリング <ol><li>サンプルは4Lの前処理雨水が駐車場を出てバイオショール入口に入り、その後4Lの後処理雨水がバイオシャワーを4 &quot;出口排水口から出て行く。 </li><li>地元の天気予報を使用して、嵐の水路図の始め、中央、および終わりにサンプルを収集します。嵐のイベント中に流出変動を特徴付けるために試料を合成する。 </li><li>手で1.3 Lのサンプルを収集し、4 Lの琥珀色の瓶でそれらを合成する。雨水がバイオウォールに流入するいくつかの縁石の開口部で採水口サンプルを採取する。 </li><li>出口ドレイン（後述）に取り付けられた流量計から1.3 Lの出口サンプルを採取し、4 Lの琥珀色の瓶に入れます。 </li><li>最後の水路グラフのサンプルが収集されるまで、合成されたサンプルを氷上に保管してください。その後、それらを実験室に輸送し、refrを保持する4℃でiteratorを添加して化学的および毒性試験のサブサンプリングを行った。試料採取から48時間以内に試料を化学実験室に輸送する。 </li></ol></li><li> 計算のロード <ol><li>暴風雨になる前に、bioswaleサイトに隣接する軽いまたは他の極にそれを取り付けることによって、転倒バケットデジタルロガーレインゲージを設置してください。雨量データを使用して、その敷地の瞬時および総降雨量を示します。 </li><li> bioswaleの出口ドレインに機械式のパルス流量計を取り付けます。 bioswaleを出る総流量を記録する。 注：流出量の減少は、LID設計における汚染物質の全体的な負荷を低減すると推定される。 </li><li>降雨イベント中に雨量計によって記録された雨のインチを使用して外挿することによって、駐車場集水域に降りる水の量をモデル化する。これらのデータを使用して、駐車場の面積に基づいて治療システムに入る量を決定します。 </li><li> tで記録された合計フローを使用する彼は出口流量計を使用して浸透率を計算します。雨水の浸入を判定するために、入口と出口の容積の差を計算します。 </li><li>汚染物質の分析測定値と併せて、吹き出し中の汚染物質の積載量と負荷軽減率を計算します。 </li><li>表面水の毒性に関連する化学分析物を測定する（下記参照）。負荷計算を簡素化し、それらの類似の毒性作用様式（ 例えば 、総多核芳香族炭化水素[PAHs]、総ピレスロイドおよび全フィプロニルおよび分解物）に基づく総化学群。 </li></ol></li><li> 化学 <ol><li>全浮遊固形分（TSS）、微量金属（USEPA法200.8 5 、誘導結合プラズマ質量分析法[ICP / MS]）、およびPAH（USEPA法625 6 ）のすべての試料を分析する。 </li><li>カレのサンプルを分析する（USEPA法SW846 8270改変7 ;ビフェンスリン、シペルメトリン、フェンバレレート/エスフェンバレレート、ペルメトリン、テトラメトリン、L-シハロトリン、シフルトリン、およびアレスリン）、およびフィプロニルおよびその3つの主要な分解物（フィプロニルスルフィド、フィプロニルスルホン、フィプロニル、デスルフィニル）。 </li><li>適切な検出限界を提供するために、負の化学イオン化または他の適切な方法を使用して、ガスクロマトグラフィー - 質量分析（GC / MS）を使用してピレスロイドを分析する。現在使用されているほとんどの農薬は低濃度では毒性が強いので、環境リスク評価には低い化学物質の報告限度が必要です。ピレスロイドの限界を報告する方法は、ペルメトリン（報告限界= 10ng / L）以外のすべてのピレスロイドについて0.5ng / L〜1.0ng / Lである。 </li><li> 1.0ng / Lの報告限界を提供するフィプロニルの分析手順を使用する。有機リン系農薬は、測定する必要はない例えば、カリフォルニア州の都市部での地方の使用パターンに頼っている8,9 。 </li><li>イミダクロプリドの報告限度が50ng / Lであるトリプル四重極質量分析計に結合された超高速液体クロマトグラフィーを用いてネオニコチノイド系農薬（ 例えば 、イミダクロプリド）を測定する。 </li></ol></li><li> 毒性試験 <ol><li>米国環境保護庁（USEPA）の急性試験プロトコール10の改訂に伴い、3種類の試験種を用いて合成された入口および出口雨水試料の毒性試験を実施する10 。クラドセランCeriodaphnia dubiaによる試験は、96時間後の生存を測定する。両虫ヒアルラ・アゼテカ（Hyalella azteca）を用いた試験は、10日後の生存率を測定する。 ミズゴケChironomus dilutusを用いた試験は、10日後の生存と成長を測定する。 </li><li> Uに続いてクラドセランC.duubiaを用いて急性96時間生存試験を行う。S.EPAガイダンス。 <ol><li>入口と出口の雨水試料の5つの複製のそれぞれに5つのC.dubia新生児を暴露する。複製物は、15mLの試験溶液を含む20mLのシンチレーションバイアルからなる。 </li><li>雨水試験溶液の毎日の100％更新の2時間前に、酵母、葉緑体、トラウトチャウ（= YCT;米国EPAガイダンスに従い ）およびセレナストラム藻類の混合物を新生児に供給する。毎日生存している新生児の総数を記録する。 </li><li> t検定を用いて適度に硬い対照水中で生存するために、入口および出口雨水試料への96時間曝露後の最終的なC.ジュビア生存を比較する。米国EPAが推奨する統計的手順に従う。 </li></ol></li><li>米国EPAガイダンスに従って、amphipod H. aztecaによる急性10日生存試験を行う。 <ol><li> 5回の反復のそれぞれにおいて、10日目、9日目〜15日目の両虫を曝露する。複製物は、200mLの試験溶液を含む300mLガラスビーカーからなる。 </li><li&gt; Amphipodテストを10日間実施し、生き残った両生類の数を毎日カウントし、48時間ごとに試験溶液の50％を更新する。更新後、各ビーカーに48時間ごとに1.5mLのYCTを供給します。 </li><li>上記のように、雨水試料中の両生類の最終生存と実験室の井戸水での10日間生存とを比較する。 </li></ol></li><li>米国EPAのガイダンスに従い、慢性的な10日の生存および成長試験をmidge C. dilutusで行う。 <ol><li> 4回の反復のそれぞれにおいて12匹の7匹の古い動物を暴露する。複製物は、200mLの試験溶液を含む300mLガラスビーカーからなる。幼虫によるチューブ構築のための基質として5mLの砂を各ミッドレンジ試験容器に供給する。 </li><li> 10日間の試験を実施し、魚肉スラリー（4g / L）の摂取量を増やして毎日各ビーカーについて48時間毎に試験溶液の50％を次のように更新する：0~3日目、0.5mL /日。 4~6日目、1.0mL /日; 7〜10日目、1.5mL /日。 </li><li>最終的な生存率と上記のように雨水サンプルを実験室の井戸水中で10日間生存するまで増殖させる。被験生物の初期重量と比較して10日目に無灰乾燥重量として生存動物の成長を測定する。 </li></ol></li><li>すべての毒性試験では、溶存酸素、pH、および導電率を、適切な計器および電極を使用して測定する。分光光度計を用いて非イオン化アンモニアを測定する。 <ol><li>試験の開始と終了時に水硬度とアルカリ度を測定する。 10 </li><li>連続記録温度計で水温を記録する。 </li></ol></li></ol></li></ol> 2.総合植生排水溝効能モニタリング<ol><li> 統合された溝構造 注：現在の例で使用されている農業排水溝は152mの長さであり、頂部および深さ1mの半V字形断面幅が5mである。溝の植生はnの組み合わせです主に赤いフェスク（ Festuca rubra ）が播種されている。この例では、統合された栄養繁殖試験は、粒状活性炭（GAC）と植生溝と一体化した堆肥フィルタ処理で構成されています。 <ol><li> 2つのコンポストフィルターと6つのカーボンフィルターを建設し、植生溝の3つの異なるセクションに設置します（ 図2 ）。炭素または堆肥のいずれかを充填した直径20cmの2m長の袖を使用する。 </li><li> 6つの袖に30Lの粒状化活性炭を充填し、これらを152m植生溝の端の近くの146m地点に配置する。 GACで満たされたスリーブを上端のワイヤステークで溝の底に固定します。 </li><li>各GACスリーブの下流端に2.5 mの長さのパインボードの幅6 mの部分を置き、水路の2つの側面と底に松のボードを掘って、水をバイパスし、カーボンスリーブをアンダーカットしないようにします。プロ炭素との水接触時間を最大にするための垂直方向の支持を提供する。 </li><li>コンポストスリーブには、部分的に分解された庭廃棄物約15kgを地元の埋立地などの清潔な供給源から捨てる。 2 mの長さのコンポストスリーブを64 mの植生流路と152 m植生溝の長さに沿った123 mに配置する（ 図2 ）。 </li></ol></li><li> 流出シミュレーションとサンプリング 注：このプロトコルは、統合された栄養治療システムを使用して治療有効性を評価するための擬似農業流出試験および関連モニタリングを行う方法を記述する。現在の例では、統合された植生 - 堆肥 - 炭素システムは、Salinas Valley、3.2L / sおよび6.3L / sの商業農場からの典型的な野外放電を代表する2つの流速で評価された。有機リン系農薬クロルピリホスは、適度な溶解度を有するため、これらの試験でモデル農薬として使用された従って有害生物管理に一般的に用いられる代表的な農薬の溶解度の中間範囲を表す。クロルピリホスは、農業流域への影響のために、中部カリフォルニアで進行中の規制措置の対象でもあります。目標のクロルピリホス用量は約2,600ng / Lであった。流速および目標クロルピリホス濃度は、局所灌水流出量で以前に測定された範囲内にあった3,11。植生溝を通過する水の脈動の水力滞留時間は、ここで与えられた例では監視されなかった。これらのシステムにおける滞留時間は、水の流入速度、以前の灌漑および雨による土壌の飽和度、堰および沈降池などの流れを妨げる構造物の存在および植生によって覆われる表面積の量によって変化する。これまでの研究では、小規模溝システムの場合、数時間の滞留時間がサリナスバレー3、4 。目視観察により、GACフィルターの滞留時間は1〜2分であることが示された。 <ol><li>浮遊した土砂を混合した地下水を使用して模擬農業流出を作り出す。モデルの農薬であるクロルピリホスでの試験では、3.2L / sの試験ごとに、既知の容量の蒸留水に認定保存溶液を加えることにより、10mg / Lの新鮮なストック溶液を調製する。 6.3 L / s試験ごとに20 mg / Lの新鮮なクロルピリホス原液を調製する。 <ol><li>計量ポンプを使用して、植生処理場に入る前に流出水に一定量の原液を供給します。計量ポンプを使用して、50 mL /分のストック溶液をシミュレートされた灌水水の流れに送ります。 </li></ol></li><li>デジタル流量計で流入流量を監視し、これらのデータを使用して、流入口に流出する流出水の総量を定量化します。 </li><li> thで堰を作る溝の出口とデジタル流量計に接続された出口パイプでこれを垂直にします。この計器を使用して、溝を出る流出量を記録します。 </li><li>デジタルメーターに接続されたデータロガーを使用して、5分間隔でフローを記録します。流入口に設置された蠕動ポンプを作動させて溝の入口より下の様々なステーション（ 例えば 23m、45m、68m）に配置し、5分間隔でステンレススチール容器への流出の複合サブサンプルを収集する。 </li></ol></li><li> 化学 <ol><li>各流出試験の終了時に試験からの流出水のコンポジットサンプルをアンバーガラスボトルに移し、4℃で氷上でサンプルを維持して後の毒性および化学分析に備える。 </li><li> GC-MSまたは酵素結合イムノソルベントアッセイ（ELISA）を使用して、全浮遊固形分（TSS）およびクロルピリホスについて複合サンプルを分析する。 </li><li> 「注入口」の複合サンプル（前処理）を＆＃TSSおよび農薬の負荷を低減するための一体化された溝システムの有効性を評価するための「コンセント」複合サンプル（後処理）。 </li></ol></li><li> 毒性試験 <ol><li>バイオウォールモニタリングについて上述したように、96時間Ceriodaphnia dubia毒性試験10を用いて、各試験の入口（前処理）および出口（後処理）からの複合試料中の水柱毒性を決定した。 C. dubiaは、クロルピリホス（致死量中央値（LC50）= 53 ng / L 12 ）に対する感受性のために農業流出毒性の適切なモニタリング種である。 </li></ol></li></ol>

<ol>
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T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+and+fate+of+atrazine+and+lambda-cyhalothrin+in+a+vegetated+drainage+ditch+in+the+Mississippi+Delta.">Transport and fate of atrazine and lambda-cyhalothrin in a vegetated drainage ditch in the Mississippi Delta.</a> Agric Ecosyst Environ. 87, 309-314 (2001).</li><li>Phillips, B. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+treatment+as+a+method+to+remove+imidacloprid+from+agriculture+runoff.">Carbon treatment as a method to remove imidacloprid from agriculture runoff.</a> Bull Environ Contam Toxicol. , (2017).</li></ol>

著者らは、競合する金銭的利益がないと宣言している。

このプロトコルで説明されているプラ​​クティスは、農業灌漑および雨水流出における汚染物質を除去するための全体的な戦略の最終ステップとして意図されています。バイオショールズやその他の都市緑化インフラストラクチャーの使用は、隣接する水域に達する前に流出した汚染物質を除去するための最終的なパズルとして意図されています。このプロトコルは、現在の農薬使用に重?...

カリフォルニアの流域では地表水の毒性が一般的であり、何十年にもわたって監視されていることから、毒性はしばしば農薬やその他の汚染物質によるものである1 。地表水の汚染の主な原因は、都市や農業資源からの雨水や灌漑流出である。水質規制当局は、汚染物質によって水質が劣化しているとリストされており、毒性が都市や農業の原因から特定されているため、水質規制当局は州および連邦政府の資金源と協力して汚染物質の負荷を軽減する。カリフォルニア州の都市流域では、洪水を減らし、浸透や貯留による雨水の回収率を高めるために、緑のインフラが促進されています。低インパクト開発（LID）設計は多くの地域で新規建設が義務づけられていますが、溶存固形物、金属、ハイドロカーなどの従来の汚染物質の測定を超えるこれらのシステムの有効性を監視している研究はほとんどありませんボーンズ。より集中的なモニタリングは、近年、化学物質濃度の低下、および表面水の毒性の原因となる化学的負荷を評価し、バイオウォールが流出の毒性を減少させるかどうかを直接決定する。これは、生物兵器がいくつかの汚染クラス2に関連する毒性を除去するのに有効であることを示しているが、新たな懸念化学物質のためにはさらなる研究が必要である。 植生処理システムは、カリフォルニア州の農業流域でも実施されており、これらは農業灌漑流出量3,4の農薬やその他の汚染物質の削減に有効であることが示されている。これらのシステムは、表層水への汚染物質負荷を低減する一連のアプローチのコンポーネントを表しています。彼らは表面水の毒性の原因となる汚染物質を軽減することを意図しているため、実施プロセスの重要な要素は、長期的な有効性を確認する。モニタリングには、懸念化学物質の化学分析と、敏感な指標種による毒性試験の両方が含まれます。この記事では、都市駐車場のbioswaleと農業植生排水溝システムのプロトコルとモニタリング結果について説明します。 典型的な混用都市型ショッピングモールの駐車場での暴風雨を処理するために使用されるような、典型的な駐車場のバイオスウェールの設計属性は、処理される面積に依存する。ここに記載されている例では、53,286平方フィートのアスファルトは不透水性の表面積を作り出し、それは4,683平方フィートの造園からなるスウェーデンに流出します。この表面積からの流出に対処するために、215フィートの長さの平底、半V字形の流路は、50％未満の側部傾斜および1％の縦方向の傾斜部を有するスウォールを含む（ 図1 ）。このスウェーデンは、6インチの表土に植えられたネイティブバンチグラス、コンパクトな地下の2.5フィート以上の赤色。ストームウォーターは、駐車場からスウェーデンに沿って複数の入り口に流れます。水は植生地に浸透し、地下に浸透して排水口から4インチの穿孔ドレンになります。このシステムは、最終的に地方の小川に流出する隣接する湿地に配管されたシステムを通して水を排水します。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="679">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">HOBO tipping-bucket digital logger rain gauge&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Onset Computer Co., Bourne MA, USA)</td>
			<td style="width:119px;">Onset RG3</td>
			<td style="width:167px;">Rain gauge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mechanical geared pulse flow meter&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Seametrics Inc., Kent WA</td>
			<td>Seametrics MJ-R</td>
			<td>Flow meter for measuring bioswale outlet flow</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Filtrexx SafteySoxx</td>
			<td style="width:177px;">Filtrexx Co. - info@filtrexx.com</td>
			<td style="width:119px;">SafetySoxx</td>
			<td>perforated synthetic cloth for granulated activated carbon and compost</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Granulated activated carbon&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Evoqua - Siemens Corp., Oakland CA</td>
			<td style="width:119px;">AC380</td>
			<td>GAC for agriculture irrigation water treatment</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Digital flow meters&#160;</td>
			<td style="width:177px;">Seametrics Inc. Kent WA</td>
			<td style="width:119px;">Ag2000; WMP101</td>
			<td>Flow meters for agriculture irrigation treatment system monitoring</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Data Loggers</td>
			<td>Campbell Scientific Inc., Logan, UT</td>
			<td style="width:119px;">CR1000</td>
			<td>Data loggers for recording flow data</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Peristaltic pumps for composite sampling</td>
			<td style="width:177px;">Omega Engineering Inc. Stamford CT</td>
			<td>Omegaflex FPU-122-12VDC&#160;</td>
			<td>Pumps for composite sampling</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

vegetated treatment systems for removing contaminants associated with surface water toxicity in agriculture and urban runoff

都市雨水および農業灌漑流出には、隣接する水域にしばしば有毒である複雑な混入物が含まれています。流出は、植生や土壌への汚染物質の吸着を促進し、浸潤を促進するように設計されたシンプルなシステムで処理することができます。都市雨水処理のためのバイオスケール処理システムと、農業灌漑流出を処理するための植生排水溝の2つのシステム例が記載されている。どちらも土壌や植物の表面への汚染物質の収着をもた​​らす植生、水の浸入など、流出中の汚染物質負荷を低減する類似の属性を有する。これらのシステムはまた、残留汚染物質を除去するための研磨ステップとして粒状活性炭を組み込むことを含むことができる。農業および都市流域におけるこれらのシステムの実施には、処理の有効性を検証するためのシステムモニタリングが必要です。これには、毒性の原因となる特定の汚染物質の化学的モニタリングが含まれます。現行の論文は、水生無脊椎動物に対する地表水の毒性の原因となるため、現行の農薬のモニタリングを重視している。

都市ビオスウェルの有効性雨量18.5時間の間に、雨量計によって雨が1.52インチ記録され、駐車場からバイオスウェールに流れ込む水が50,490ガロンとなりました。この総量のうち、出口流量計によって5,248ガロンが記録されましたその結果、バイオスウェールに流入した雨水の総浸透率は90％に達し、モニタリングされたすべて...

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Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

この記事では、都市の雨水や農業灌漑排水を処理して水生生物毒性に関連する農薬やその他の汚染物質を除去する処理システムの設計属性と有効性を要約します。

農業および都市流出における地表水毒性に伴う汚染物質除去のための植物処理システム

Urban stormwater and agriculture irrigation runoff contain a complex mixture of contaminants that are often toxic to adjacent receiving waters. Runoff may ...

vegetated-treatment-systems-for-removing-contaminants-associated-with

Research

JoVE Journal

Environment

10.5K ビュー.  University of California, Davis. この記事では、都市の雨水や農業灌漑排水を処理して水生生物毒性に関連する農薬やその他の汚染物質を除去する処理システムの設計属性と有効性を要約します。 

ビデオ: Vegetated Treatment Systems for Removing Contaminants Associated with Surface Water Toxicity in Agriculture and Urban Runoff

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use due to increased demand for landscape irrigation. Improper irrigation practices and large rainfall events can result in runoff from urban landscapes which has potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication. A 1,000 m2 facility was constructed which consists of 24 individual 33.6 m2 field plots, each equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated urban landscapes. Runoff volumes from the first and second trials had coefficient of variability (CV) values of 38.2 and 28.7%, respectively. CV values for runoff pH, EC, and Na concentration for both trials were all under 10%. Concentrations of DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+, and Ca2+ had CV values less than 50% in both trials. Overall, the results of testing performed after sod installation at the facility indicated good uniformity between plots for runoff volumes and chemical constituents. The large plot size is sufficient to include much of the natural variability and therefore provides better simulation of urban landscape ecosystems.

This paper describes the design, construction, and function of a 1,000 m2 facility containing 24 individual 33.6 m2 field plots equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated home lawns.

アーバン流出研究施設の設計と建設

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

環境学

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The objective of this study was to characterize the effects of antecedent soil moisture content on the fate and transport of surface applied commercial urea, a common form of nitrogen (N) fertilizer, following a rainfall event that occurs within 24&#160;hr&#160;after fertilizer application. Although urea is assumed to be readily hydrolyzed to ammonium and therefore not often available for transport, recent studies suggest that urea can be transported from agricultural soils to coastal waters where it is implicated in harmful algal blooms. A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall across packed soil boxes that had been prewetted to different soil moisture contents. By controlling rainfall and soil physical characteristics, the effects of antecedent soil moisture on urea loss were isolated. Wetter soils exhibited shorter time from rainfall initiation to runoff initiation, greater total volume of runoff, higher urea concentrations in runoff, and greater mass loadings of urea in runoff. These results also demonstrate the importance of controlling for antecedent soil moisture content in studies designed to isolate other variables, such as soil physical or chemical characteristics, slope, soil cover, management, or rainfall characteristics. Because rainfall simulators are designed to deliver raindrops of similar size and velocity as natural rainfall, studies conducted under a standardized protocol can yield valuable data that, in turn, can be used to develop models for predicting the fate and transport of pollutants in runoff.

A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall to packed soil boxes in a study of the fate and transport of urea, a nonpoint source environmental contaminant. Under uniform soil and rainfall conditions, antecedent soil moisture content exerted strong control over urea loss in surface runoff.

土壌流出を研究する降雨シミュレーションを行うためのプロトコル

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

A Whole Cell Bioreporter Approach to Assess Transport and Bioavailability of Organic Contaminants in Water Unsaturated Systems

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is not an appropriate measure for its availability; bioavailability rather depends on the dynamic interplay of potential mass transfer (flux) of a compound to a microbial cell and the capacity of the latter to degrade the compound. In water-unsaturated parts of the soil, mycelia have been shown to overcome bioavailability limitations by actively transporting and mobilizing organic compounds over the range of centimeters. Whereas the extent of mycelia-based transport can be quantified easily by chemical means, verification of the contaminant-bioavailability to bacterial cells requires a biological method. Addressing this constraint, we chose the PAH fluorene (FLU) as a model compound and developed a water unsaturated model microcosm linking a spatially separated FLU point source and the FLU degrading bioreporter bacterium Burkholderia sartisoli RP037-mChe by a mycelial network of Pythium ultimum. Since the bioreporter expresses eGFP in response of the PAH flux to the cell, bacterial FLU exposure and degradation could be monitored directly in the microcosms via confocal laser scanning microscopy (CLSM). CLSM and image analyses revealed a significant increase of the eGFP expression in the presence of P. ultimum compared to controls without mycelia or FLU thus indicating FLU bioavailability to bacteria after mycelia-mediated transport. CLSM results were supported by chemical analyses in identical microcosms. The developed microcosm proved suitable to investigate contaminant bioavailability and to concomitantly visualize the involved bacteria-mycelial interactions.

A whole cell bioreporter assay with Burkholderia sartisoli RP037-mChe was developed to detect fractions of an organic contaminant (i.e., fluorene) available for bacterial degradation after active transport by mycelia bridging air-filled pores in a water unsaturated model system.

水不飽和システムにおける有機汚染物質の輸送および生物学的利用能を評価するために、全細胞バイオレポーターアプローチ

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is ...

Preparation and Testing of Impedance-based Fluidic Biochips with RTgill-W1 Cells for Rapid Evaluation of Drinking Water Samples for Toxicity

This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial (RTgill-W1) cells for use in a field portable water toxicity sensor. A monolayer of RTgill-W1 cells forms on the sensing electrodes enclosed within the biochips. The biochips are then used for testing in a field portable electric cell-substrate impedance sensing (ECIS) device designed for rapid toxicity testing of drinking water. The manuscript further describes how to run a toxicity test using the prepared biochips. A control water sample and the test water sample are mixed with pre-measured powdered media and injected into separate channels of the biochip. Impedance readings from the sensing electrodes in each of the biochip channels are measured and compared by an automated statistical software program. The screen on the ECIS instrument will indicate either "Contamination Detected" or "No Contamination Detected" within an hour of sample injection. Advantages are ease of use and rapid response to a broad spectrum of inorganic and organic chemicals at concentrations that are relevant to human health concerns, as well as the long-term stability of stored biochips in a ready state for testing. Limitations are the requirement for cold storage of the biochips and limited sensitivity to cholinesterase-inhibiting pesticides. Applications for this toxicity detector are for rapid field-portable testing of drinking water supplies by Army Preventative Medicine personnel or for use at municipal water treatment facilities.

This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial cells for use in a field portable electric cell-substrate impedance sensor. The protocol for running a rapid drinking water toxicity test with the sensor is also described.

毒性のための飲料水試料の迅速な評価のためのRTgill-W1細胞とのインピーダンスベースの流体バイオチップの製造および試験

This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial (RTgill-W1) cells for use in a field portable water toxicity ...

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated HF183 marker. The EntHF183 duplex dPCR (referred as EntHF183 dPCR hereon) assay uses the same primer and probe sequences as its published individual quantitative PCR (qPCR) counterparts. Likewise, the same water filtration and DNA extraction procedures as performed prior to qPCR are followed prior to running dPCR. However, the duplex dPCR assay has several advantages over the qPCR assays. Most important, the dPCR assay eliminates the need for running a standard curve and hence, the associated bias and variability, by direct quantification of its targets. In addition, while duplexing (i.e. simultaneous quantification) Enterococcus and HF183 in qPCR often leads to severe underestimation of the less abundant target in a sample, dPCR provides consistent quantification of both targets, whether quantified individually or simultaneously in the same reaction. The dPCR assay is also able to tolerate PCR inhibitor concentrations that are one to two orders of magnitude higher than those tolerated by qPCR. These advantages make the EntHF183 dPCR assay particularly attractive because it simultaneously provides accurate and repeatable information on both general and human-associated fecal contamination in environmental waters without the need to run two separate qPCR assays. Despite its advantages over qPCR, the upper quantification limit of the dPCR assay with currently available instrumentation is approximately four orders of magnitude lower than that achievable by qPCR. Consequently, dilution is needed for measurement of high concentrations of target organisms such as those typically observed following sewage spills.

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay that can be used to simultaneously quantify Enterococcus spp. and the HF183 genetic markers as indicators of general and human-associated fecal contamination in recreational waters.

の同時定量のための二重デジタルPCRアッセイ<em&gt;エンテロコッカス属。</em&gt;およびWatersにおけるヒトの糞便関連HF183マーカー

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated ...

Protocol for Microplastics Sampling on the Sea Surface and Sample Analysis

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of scientific publications address microplastic pollution of the sea surface. The protocol below describes the methodology for sampling, sample preparation, separation and chemical identification of microplastic particles. A manta net fixed on an &#187;A frame&#171; attached to the side of the vessel was used for sampling. Microplastic particles caught in the cod end of the net were separated from samples by visual identification and use of stereomicroscopes. Particles were analyzed for their size using an image analysis program and for their chemical structure using ATR-FTIR and micro FTIR spectroscopy. The described protocol is in line with recommendations for microplastics monitoring published by the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) Technical Subgroup on Marine Litter. This written protocol with video guide will support the work of researchers that deal with microplastics monitoring all over the world.

The protocol below describes the methodology for: microplastics sampling on the sea surface, separation of microplastic and chemical identification of particles. This protocol is in line with the recommendations for microplastics monitoring published by the MSFD Technical Subgroup on Marine Litter.

海面とサンプル分析にMicroplasticsサンプリングのためのプロトコル

Microplastic pollution in the marine environment is a scientific topic that has received increasing attention over the last decade. The majority of ...

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

Bacteria are an important component of the ecosystem, and microbial community alterations can have a significant effect on biogeochemical cycling and food webs. Toxicity testing based on microorganisms are widely used because they are relatively quick, reproducible, cheap, and are not associated with ethical issues. Here, we describe an ecotoxicological method to evaluate the biological response of the marine bacterium Vibrio anguillarum. This method assesses the acute toxicity of chemical compounds, including new contaminants such as nanoparticles, as well as environmental samples. The endpoint is the reduction of bacterial culturability (i.e., the capability to replicate and form colonies) due to exposure to a toxicant. This reduction can be generally referred to as mortality. The test allows for the determination of the LC50, the concentration that causes a 50% decrease of bacteria actively replicating and forming colonies, after a 6 h exposure. The culturable bacteria are counted in terms of colony forming units (CFU), and the &#34;mortality&#34; is evaluated and compared to the control. In this work, the toxicity of copper sulphate (CuSO4) was evaluated. A clear dose-response relationship was observed, with a mean LC50 of 1.13 mg/L, after three independent tests. This protocol, compared to existing methods with microorganisms, is applicable in a wider range of salinity and has no limitations for colored/turbid samples. It uses saline solution as the exposure medium, avoiding any possible interferences of growth medium with the investigated contaminants. The LC50 calculation facilitates comparisons with other bioassays commonly applied to ecotoxicological assessments of the marine environment.

Ecotoxicological Method with Marine Bacteria Vibrio anguillarum to Evaluate the Acute Toxicity of Environmental Contaminants

This work describes a new protocol to assess the ecotoxicity of pollutants, including emerging contaminants such as nanomaterials, using the marine bacterium Vibrio anguillarum. This method allows for the determination of the LC50, or mortality, the concentration that causes a 50% decrease in bacteria culturability, after a 6 h exposure.

海洋細菌の生態毒性学的方法<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt;環境汚染物質の急性毒性を評価する

Bacteria are an important component of the ecosystem, and microbial community alterations can have a significant effect on biogeochemical cycling and food ...

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in water resources is a prerequisite for understanding the drivers of the pollutant loads and for making informed water resource management decisions. The commonly used &#34;grab sampling&#34; method provides the concentrations of pollutants at the time of sampling (i.e., a snapshot concentration) and may under- or overpredict the pollutant concentrations and loads. Continuous monitoring of nutrients and sediment has recently received more attention due to advances in computing, sensing technology, and storage devices. This protocol demonstrates the use of sensors, sondes, and instrumentation to continuously monitor in situ nitrate, ammonium, turbidity, pH, conductivity, temperature, and dissolved oxygen (DO) and to calculate the loads from two streams (ditches) in two agricultural watersheds. With the proper calibration, maintenance, and operation of sensors and sondes, good water quality data can be obtained by overcoming challenging conditions such as fouling and debris buildup. The method can also be used in watersheds of various sizes and characterized by agricultural, forested, and/or urban land.

With the advancement of technology and the rise in end-user expectations, the need and use of higher temporal resolution data for pollutant load estimation has increased. This protocol describes a method for continuous in situ water quality monitoring to obtain higher temporal resolution data for informed water resource management decisions.

連続インストリームの栄養素と農業生態系流域における堆積物の監視

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current measures to combat such pathogens have proved too conservative and, thus, not sufficiently effective, and they can potentially pose environmental risks. Therefore, it is extremely necessary to identify host-resistance factors to assist in controlling plant diseases naturally through the identification of resistant germplasm, the isolation and characterization of resistance genes, and the molecular breeding of resistant cultivars. In this regard, there is need to establish an accurate, rapid, and large-scale inoculation method to breed and develop plant resistance genes. The rice blast fungal pathogen Magnaporthe grisea causes severe disease symptoms and yield losses. Recently, M. grisea has emerged as a model organism for studying the mechanisms of plant-fungal pathogen interactions. Hence, we report the development of a plant virulence test method that is specific for M. grisea. This method provides for both spray inoculation with a conidial suspension and wounding inoculation with mycelium cubes or droplets of conidial suspension. The key step of the wounding inoculation method for detached rice leaves is to make wounds on plant leaves, which avoids any interference caused by host penetration resistance. This spray/wounding protocol contributes to the rapid, accurate, and large-scale screening of the pathotypes of M. grisea isolates. This integrated and systematic plant infection method will serve as an excellent starting point for gaining a broad perspective of issues in plant pathology.

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Here, we present a protocol to test plant virulence with the plant pathogen Magnaporthe grisea. This report will contribute to the large-scale screening of the pathotypes of fungi isolates and serve as an excellent starting point for understanding the resistant mechanisms of plants during molecular breeding.

植物感染試験: スプレーと傷を介した植物病原体イネいもち病菌接種

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water quality. However, commercially available incubators are often costly, difficult to transport, not flexible in terms of volume, and/or poorly adapted to local field conditions where access to electricity is unreliable. The purpose of this study was to develop an adaptable, low-cost and transportable incubator that can be constructed using readily available components. The electronic core of the incubator was first developed. These components were then tested under a range of ambient temperature conditions (3.5 &#176;C - 39 &#176;C) using three types of incubator shells (polystyrene foam box, hard cooler box, and cardboard box covered with a survival blanket). The electronic core showed comparable performance to a standard laboratory incubator in terms of the time required to reach the set temperature, inner temperature stability and spatial dispersion, power consumption, and microbial growth. The incubator set-ups were also effective at moderate and low ambient temperatures (between 3.5 &#176;C and 27 &#176;C), and at high temperatures (39 &#176;C) when the incubator set temperature was higher. This incubator prototype is low-cost (&lt; 300 USD) and adaptable to a variety of materials and volumes. Its demountable structure makes it easy to transport. It can be used in both established laboratories with grid power or in remote settings powered by solar energy or a car battery. It is particularly useful as an equipment option for field laboratories in areas with limited access to resources for water quality monitoring.

This paper describes a method for building an adaptable, low-cost and transportable incubator for microbial testing of drinking water. Our design is based on widely available materials and can operate under a range of field conditions, while still offering the advantages of higher-end laboratory-based models.

フィールドと実験室の使用のための低コスト モバイル インキュベーターの建設

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...