저자는 모형 매립 설치 및 발굴에 대한 지원 NCDA에 Sandhills 연구 역에서 직원을 인정합니다. 대표 결과에 기술 된 실험을위한 자금 조달은 잔디가 환경 연구 및 교육을위한 센터에 의해 제공되었다. 비디오 및 원고 생산은 토양 과학 작물 과학의 노스 캐롤라이나 주립 대학의 부서에 의해 지원되었다.

이 필드를 샘플링이 실험 수행 및 농업 &amp; 소비자 서비스의 노스 캐롤라이나 부서의 승인하에 있습니다. 1. 필드 모형 매립 설치 <ol><li> 적용되는 화학 물질의 측면 이동이 가능성이있는 실험 사이트를 선택 (예. 거의없는 경사 사이트). 그 토양과 식물 특성에 따라 사이트를 선택합니다. </li><li> 플롯이 생장하는 경우, 설치 (그림 1A)를 모형 매립하기 전에 식물의 플러그를 빼냅니다. </li><li> ~ 적용되는 화학 물질을 포함하고 측면 화학의 움직임을 최소화하기 위해 토양 표면 위의 모형 매립 1-2 센티미터 떠나, 반전 후 드라이버를 사용 (또는 식물 제외) 원하는 플롯에 아래로 장력 계를 운전. 이를 위해 사용 압연와 18 게이지 스틸 시트 (91 cm 깊이 × 15 cm 직경) (그림 1B)를 용접. 고해상도에 맞게 다른 재료와 크기의 장력 계를 사용하여earch 목표. </li><li> 모형 매립 설치 한 후 식물의 플러그를 교체합니다. </li><li> 실험에 적합한 모든 식물을 관리 할 수​​ 있습니다. 플롯은, 맨손으로 남아있는 식물의 무료 공간을 유지하기 위해 글 리포 세이트의 현장 응용 프로그램을 사용하는 경우. </li><li> 관개, 수정, 및 기타 관리 방법은 bareground 및 식생 플롯에서 동일한 지 확인합니다. 연구 목표를 달성하기 위해 관개를 미리 결정. </li></ol> 2. Porewater 샘플러 설치 <ol><li> 스며 porewater를 수집하는 장력 계의 중간에 같은 PTFE / 쿼츠 (51 / 50 %) 등의 porewater 샘플러를 설치합니다. </li><li> 모형 매립의 중심에 2.5 cm 스테인리스 막대를 삽입하고 원하는 샘플러 깊이 망치로 땅을 삽입합니다. 주 : 오거의이 단계에 사용될 수있다. </li><li> 관개 물 700 ㎖를 화학적으로 비활성 실리카 가루로 ~ 900g으로 실리카 밀가루와 물 슬러리를 준비합니다. 슬러리 thoroug 혼합각 샘플러는 혼합물에 배치됩니다 HLY 전에. 휴대용 또는 배터리 전원을 사용하는 진공 펌프에서 샘플러 -50 -70 kPa의 사이에 압력을 적용합니다. </li><li> 10 분 후, 실리카 분말 슬러리에서 샘플러를 제거하고 철저하게 다시 실리카 슬러리를 혼합한다. 구멍의 바닥으로 2.5 cm 직경 파이프에 연결된 깔때기를 통해 슬러리 60 ㎖에 붓고. </li><li> 플라스틱이나 금속 파이프를 사용하여 원하는 샘플링 깊이 구멍에 샘플러를 놓습니다. 샘플러에서 해당 튜브 구멍 밖으로 빠져 나오 확인합니다. 나머지 구멍을 백필 nontreated, 기본 토양과 물 슬러리를 사용합니다. </li><li> 정착 토양 메우기 동안 시간을​​ 허용; 필요에 따라 추가 된 흙을 탐포하는 파이프를 사용합니다. </li><li> 원래 수준으로 흙을 채워서. 해당되는 경우, 구멍의 상단에 식물을 교체합니다. </li><li> 플루오르 에틸렌 프로필렌 (FEP) 튜브의 섹션을 통해 진공 병에 샘플러 튜브를 연결합니다. 플라스틱 튜브 클램프, 중 두 번째 튜브 라인을 연결진공 펌프로 진공 병. </li><li> 그 화학 물질 (들) 광분해 (그림 1C)하는 경향이 경우 검은 색 플라스틱 테이프 튜브 및 수집 병을 커버. </li><li> 적절한 샘플러 설치를 확인하기 위해 실험을하기 전에 몇 일에 걸쳐 반복적으로 샘플러에 진공 병을 통해 약 -50 -70 kPa의 진공 압력을 적용합니다. </li></ol> 장력 계 3. 화학 응용 프로그램 <ol><li> 화학 응용 프로그램이되기 전에 순응에 대한 최소 2 주에게 허용합니다. </li><li> 그 화학 물질 (들)의 배경 농도를 정량 모형 매립 처리하기 전에 배경 porewater 샘플을 수집합니다. </li><li> 이러한 휴대용 CO 2 가압 붐 분무기 (도 1D) 또는 모형 매립 함유 플롯의 표면에 직접 과립 제형을 분배하는 등 일반적인 방법에 의해 토양 또는 식물에 관심 화학적 적용. 여러 화학 응용 프로그램의 효율성을 위해 필요한 경우, 사용 패턴이나 라벨 방향 일반적인 기준에 적용 할 수 있습니다. 제어 역할을하는 치료 약간의 장력 계를 남겨주세요. </li></ol> 4. Porewater 수집 및 분석 <ol><li> porewater 샘플러 진공 병 전날 또는 샘플링의 날을 진공 약 -50 -70 kPa의 적용. 샘플러를 둘러싼 물 샘플까지 수집 된 진공 병에 흐르는 튜브로 샘플러를 통해 그려집니다. porewater를 수집하고 물 수집 시간이 토양 종류, 토양 질감, 토양 수분 함량 및 샘플러 깊이와 같은 요인에 의존 할 수있는 토양의 양. </li><li> 연구원에 의해 미리로, 화학 응용 프로그램에 다음과 같은 지정된 시간 간격으로 샘플을 수집합니다. </li><li> 각 porewater 샘플러의 눈금 실린더에 수집 물의 부피를 측정한다. 여과가 필요한 경우, 루어 코리아 싸이에 물을 배치ringe (크기는 물의 양에 따라 달라집니다)와 25mm 0.2 μm의 나일론 필터를 통해 샘플을 전달합니다. </li><li> 다른 샘플의 보존 방법이 필요하며, 충분한 샘플이 수집되는 경우, 고유 한 용기에 샘플을 나눕니다. </li><li> 비 산성 시료의 pH를 확인하기 위해 휴대용 pH 미터를 사용합니다. </li><li> 샘플의 보존에 필요한 경우 적절한 산의 충분한 부피를 첨가하여 pH를 조정한다. 참고 : 농축 산 부식 될 수 있습니다하거나 사용할 때 산화제 및 관리는주의해야한다. </li><li> 장소 쿨러에 얼음에 샘플이나 분석 될 때까지 냉장고에 넣어. 예컨대 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 (ICP-MS), 유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법 (ICP-OES), 원자 흡수 분광법 (AAS) 또는 고속 액체 크로마토 그래피 (HPLC)로 화학적 측정을위한 분석 방법을 사용 샘플을 분석 할 수 있습니다. </li></ol> 5. 모형 매립 출토, 토양 / 식물 컬렉션차 분석 <ol><li> 화학적 응용 다음 지정된 시간 간격으로, 토양과 식물을 포함하는 장력 계를 발굴. 토양과 식물에서 배경 화학 물질의 농도를 결정하기 위해 각각의 샘플링 시간에 nontreated 장력 계를 발굴. </li><li> 트랙터 구현에 부착 배럴 클램프를 이용하여 장력 계를 발굴. 모형 매립의 노출 가장자리에 배치되는 클램프를 허용하는 위치에 물통을 낮 춥니 다. </li><li> 리프트 클램프 토양 (그림 1E) 밖으로 모형 매립 열을 당겨, 노출 된 가장자리를 잡아 원인이 구현합니다. </li><li> 캡은 장력 계의 직경로 잘라 절연 시트와 모형 매립 끝을 발굴. 갤런 크기의 폴리에틸렌 모형 매립 종료에 삽입 된 가방 및 덕트 테이프와 보안 부대와 장소에 캡을 잡습니다. </li><li> 토양과 식물 샘플 부문에 대한 필드 실험실에 장력 계를 수송한다. 오염 암을 방지하기 위해 처음 nontreated 장력 계를 처리사연 장력 계. </li><li> 한면에 세로로 모형 매립을 잘라 금속 절단 날을 탑재 보았다 왕복을 사용합니다. 깊은 깊이의 토양이 얕은 깊이에서 토양 오염되지 않았는지 (예상보다 높은 농도의 영역)를 맨 아래 (예상 낮은 농도의 영역)에서 열을 잘라. </li><li> 모형 매립을 열 분할합니다. 별도의 분리 된 토양과 식물 절에 금속 분할 판을 사용합니다. 모형 매립 및 연구 목표의 길이에 따라 토양 깊이 단위를 선택합니다. </li><li> 단면 토양과 식물을 발굴 숟가락이나 주걱을 사용합니다. 적절하게 레이블이 지정된 폴리에틸렌 냉동 백에 각각의 샘플을 놓습니다. 모형 매립과 직접 접촉 토양을 수집하지 않습니다. </li><li> 원하는 각 샘플 깊이 발굴 프로토콜을 따르십시오. 얼음으로 가득 쿨러 샘플 가방을 놓고 실험실로 수송한다. 분석 될 때까지 냉장고에 보관 샘플. </li></ol>

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통합 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 방법을 활용하여 연구자 토지 적용 화학 물질의 다양한 공간과 시간적 분포를 평가할 수 있습니다. 토양과 식생 시스템에서 화학 물질의 운명은 아래로 침출, 휘발, 가수 분해, 광분해, 미생물 변환 / 분해, 식물의 흡수, 토양의 종류, 토양의 pH를 16, 17 등의 환경 프로세스와 속성들에 의해 제어 될 수있다. 온실 또는 실험실 기반의 실험과는 달리, 여기에...

잠재적으로 독성 화학 물질은 정기적으로 농약, 비료, 하수 / 바이오 솔리드, 산업 폐기물 및 도시 폐기물, 2와 같은 소스에서 토지에 적용됩니다. 이러한 화학 물질의 운명 - 영양소를 포함 요소, 유기물 및 관련 대사 산물을 추적 할 수 있습니다 - 자주도 3을 이해하지 않습니다. 화학 물질이 제대로 관리되지 않는 경우, 식물, 지표수, 지하수에서 자신에 대한 전송 및 축적을 통해 인간과 환경의 건강을 위협 할 가능성이있다. 2050 10 억명에 도달 할 수있는 세계 인구로,이 폐기물 관리 및 식품 생산에 대한 증가하는 요구는, 많은 화학 물질의 토지 응용 프로그램은 3,4 증가하고있다. 따라서, 연구는 토지 처리가 필요하거나 우리가 작물의 건강을 향상시키기에 의존하는 것이 화학 물질에서 변환, 이동, 적재 제한 및 전반적인 환경 위험을 정량화가 필요합니다수율. 전략의 개수는 환경에 적용된 화학 물질로부터의 위협을 평가하기 위해 사용되어왔다. 실험실 기반 모델 시스템 연구는 토양에서 화학 물질의 이동도를 제어하는​​ 근본적인 메커니즘에 대한 정보를 제공하기 위해 실시되었다. 실험실에서 화학적 거동을 분석 할 때, &quot;환경&quot;및 입력의 완료 조작이 달성 될 수 있지만, 이러한 경우는 거의 실제 환경 조건 5,6 일치하지. 따라서, 필드 설​​정에 실험실 결과를 추정하는 것은 화학 위협에 대한 부정확 한 예측으로 이어질 수 있습니다. 대조적으로, 광범위한 분야 측정 환경에서 화학적 거동을 정의하는 데 사용되었다. 그러나, 이러한 측정에서 환경 거동에 대한 결론은 종종 인해 적용 화학 물질의 자주 낮은 사용 비율 (예를 들어, 몇 g의-1)뿐만 아니라, 전자의 수 문학 및 생지 화학 과정 사이의 복잡한 상호 작용에 복잡화학 물질의 분포를 조절 nvironment. 필드 lysimetry 포함 Lysimetry는 역사적으로 체계적으로 토양과 설립 식물에 적용되는 화학 물질의 하향 이동을 평가하기 위해 토양과 작물의 과학자들에 의해 사용되어왔다. 모형 매립은 그 토양에 배치되고, 한정된 지역에 확정 된 금액으로 적용 화학 물질의 운명을 결정하는 데 사용되는 금속 또는 플라스틱으로 만든 장치입니다. 장력 계에서 수집 된 토양과 식물 시료는 시간이 지남에 따라 화학적 분포의 변화를 평가하기 위해 사용될 수있다. 필드 lysimetry는 자연의 환경 조건 하에서 수행되기 때문에, 결과는 토양 시스템에 응용 화학 유래 실제의 시나리오를 예측하는데 사용될 수있다. 조기 모형 매립 연구 증산, 수분 흐름, 및 / 또는 영양 움직임을 측정 하였다. 현대의 모형 매립 연구는 aforeme과 함께, 농약 및 영양 손실, 농약 운동, 변동성, 질량 균형을 측정ntioned 측정 3. 지하수 오염의 가능성에 영향을 미칠 수있는 중요한 구성 요소 - 기존의 필드 lysimetry의 한계는 더 적은주의가 토양을 침출 물에 용해 된 화학 물질의 농도에 지불하는 동안 토양의 프로파일 내 화학 물질의 이동이 크게 고체 위상 측정에 의해 정의된다는 점입니다 토지 적용 화학 물질. 장력 계의 바닥에서 침출수가 때로는 분석을 위해 수집되어 있지만, 일반적으로이 방법의 한계를 깊이 porewater 농도의 해상도 및 이전 실험에 중요한 토양의 발굴이 필요합니다. 대신, 토양 물 화학의 농도에 대한 데이터를 구하는, porewater 샘플러는 필드 설​​정에 이용 될 수있다. Pore​​water 샘플러는 이산, 원하는 깊이에서 물을 수집하기 위해 토양에 설치 만 최소한으로 토양 시스템을 방해하고 있습니다. Pore​​water 샘플러는 장력 계, 흡입 CU 등 많은 이름으로 불리고있다P의 장력 계 또는 토양 용액 샘플러, 상술 전통적인 필드 장력 계 그들의 구별을 컨볼 루션. 이 논문에서, 우리는 혼란을 완화하기 위해 &quot;porewater 샘플러&quot;를 사용합니다. 여기, 우리는 식물이 흙이나 bareground 시스템에 적용되는 화학 물질의 하향 침출 가능성을 평가하기위한 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링을 결합한 실험적인 접근 방식을 보여줍니다. 세라믹 porewater 샘플링은 1960 년대 초 8부터 사용하고있는 동안 Lysimetry는, 1700 년대 7부터 사용하는 강력한 도구이다. 이 강력한 기술을 통합 토양의 교란을 최소화하면서 모두 고체 용해 상 화학 물질의 농도 분포의 필드 측정 할 수 있습니다. 이 문서는 사이트 선택, 장치 설치 및 시료 채취를 포함하여 실험을 설계 할 때 고려해야 할 요소를 설명합니다. 접근 방식의 운명을 평가하는 실험으로 설명된다유기 비소 화합물 농약은 bareground 및 설립 잔디가 시스템에 적용. 설명하는 기술함으로써 연구자와 토지 적용 화학 물질의 환경 거동과 행동을 이해하고자 정책 입안자에 매우 중요한 도구를 제공, 다양한 화학의 운명을 검토 할 필요 조정할 수 있습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1187">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:168px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:656px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:244px;">Prenart Super Quartz Samplers (PFTE/Quartz)</td>
			<td style="width:168px;">Prenart Equipment ApS</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Any samplers for&#160; trace metal analysis can be used (e.g. SoilMoisture Equipment Corp.)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Prenart Installation Kit</td>
			<td style="width:168px;">Prenart Equipment ApS</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Contains all items necessary to install porewater samplers</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:244px;">2 L collecting bottles</td>
			<td style="width:168px;">Prenart Equipment ApS</td>
			<td></td>
			<td style="width:656px;">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</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Portable vacuum pump</td>
			<td style="width:168px;">Prenart Equipment ApS</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Vacuporter from Decagon Devices or other field battery-operated or hand vacuum pump may be used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">1 oz HDPE Nalgene Bottles</td>
			<td style="width:168px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">03-313-4A</td>
			<td>Sample bottle type will depend on analyte of interest and may be glass</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Concentrated nitric acid</td>
			<td style="width:168px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A509-P212</td>
			<td>Oxidizing and corrosive-other acids may be needed for preservation and should be used with caution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">25 mm 0.2 &#181;m nylon syringe filters</td>
			<td style="width:168px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">28145-487</td>
			<td>Other filter types and pore sizes may be used, dependent on the analyte of interest and analytical instrumentation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">60 mL Luer-Lok syringes</td>
			<td style="width:168px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">13-689-8</td>
			<td>Other sizes may be used depending on sample volume collected</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Portable pH meter</td>
			<td style="width:168px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">248481-A01</td>
			<td>Other pH meters can be used following calibration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Graduated Cylinder</td>
			<td style="width:168px;">any</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:244px;">Field lysimeters (metal, plastic, etc.)</td>
			<td style="width:168px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Often these are constructed based on the researchers specifications</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Inverted Post Driver Tractor</td>
			<td style="width:168px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Any tractor can be used to install the lysimeters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Handheld Boom Sprayer</td>
			<td style="width:168px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>To apply the rate needed for application&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Polyethylene bags</td>
			<td style="width:168px;">Johnson &#38; Johnson</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Other brands may be used for soil storage</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Reciprocating saw</td>
			<td style="width:168px;">Black &#38; Decker&#160;</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td>Any reciprocating saw can be used with a metal cutting attachment</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

integrated field lysimetry and porewater sampling for evaluation of chemical mobility in soils and established vegetation

잠재적으로 독성 화학 물질은 정기적으로 폐기물 관리 및 식품 생산에 대한 증가하는 요구를 충족하기 위해 토지에 적용되지만, 이러한 화학 물질의 운명은 종종 잘 이해되지 않습니다. 여기서 우리는 토양과 식물을 설립인가 화학 물질의 이동도를 평가하기위한 통합형 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 방법을 보여준다. 장력 계는 금속 또는 플라스틱으로 만들어진 개방 열, bareground 또는 식물이 토양으로 구동된다. 상업적으로 사용할 수 있으며, 토양의 물을 침출 수집하는 진공 청소기를 사용 Porewater 샘플러는, 장력 계 내에서 소정의 깊이에 설치됩니다. 실험 플롯에 화학 응용 프로그램 다음 미리 지정된 시간에, porewater를 수집하고, 장력 계는 토양과 식물을 포함, 발굴된다. 모형 매립 토양, 식물, 및 porewater, 아래로 침출 속도, 토양 보존 능력, 관심있는 화학 물질에 대한 식물의 흡수에 화학 물질의 농도를 분석하여 정량화 할 수있다.필드 lysimetry 및 porewater 샘플링이 자연 환경 조건에서 최소한의 토양 교란으로 실시되기 때문에 파생 된 결과가 실제의 시나리오 프로젝트 및 화학 물질 관리에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 화학 물질이 점점 세계적 착륙인가됨에 설명한 기술을 적용 화학 물질이 인체 나 환경에 악영향을 초래할 여부를 결정하는 데에 이용 될 수있다.

화학 물질의 운명에 대한 자료의 축적이 5,10를 bareground 및 식생, 토양 시스템에 적용이 방법은 수 있습니다. 이 방법은 버뮤다 그래스를위한 식물에 비소 (As) 아래로 침출, 흡수,과 위치를 평가하는 데 사용 된 유기 비소 제초제 모노 나트륨 메틸 비산 (MSMA)의 응용 프로그램을 다음 (Cynodon의 dactylon) 시스템 9. 1960 년대 이후, MSMA 비 농경지, 잔디가, 면화 생산에 사용되었지만으...

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Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 연구원은 토양과 설립 식물에 적용되는 화학 물질의 운명을 평가할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목적은 필요한 장비를 설치하고 통합 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 실험에서 화학적 분석을위한 샘플을 수집하는 방법을 설명하는 것입니다.

통합 필드 Lysimetry 및 Porewater 샘플링 토양에서 화학 이동성의 평가 및 설립 식물

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

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Research

JoVE Journal

Environment

14.1K 조회수.  North Carolina State University.  필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 연구원은 토양과 설립 식물에 적용되는 화학 물질의 운명을 평가할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목적은 필요한 장비를 설치하고 통합 필드 lysimetry 및 porewater 샘플링 실험에서 화학적 분석을위한 샘플을 수집하는 방법을 설명하는 것입니다. 

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Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal carbonization (HTC) are promising technologies for bioenergy production from biomass in terms of biogas and HTC biochar, respectively. In this study, the combination of AD and HTC is proposed to increase overall bioenergy production. Wheat straw was anaerobically digested in a novel upflow anaerobic solid state reactor (UASS) in both mesophilic (37 &#176;C) and thermophilic (55 &#176;C) conditions. Wet digested from thermophilic AD was hydrothermally carbonized at 230 &#176;C for 6 hr for HTC biochar production. At thermophilic temperature, the UASS system yields an average of 165 LCH4/kgVS&#160;(VS: volatile solids) and 121 L CH4/kgVS&#160;at mesophilic AD over the continuous operation of 200 days. Meanwhile, 43.4 g of HTC biochar with 29.6 MJ/kgdry_biochar was obtained from HTC of 1 kg digestate (dry basis) from mesophilic AD. The combination of AD and HTC, in this particular set of experiment yield 13.2 MJ of energy per 1 kg of dry wheat straw, which is at least 20% higher than HTC alone and 60.2% higher than AD only.

A novel Upflow Anaerobic Solid State (UASS) reactor was used for biogas production from fibrous feedstock. Digestate from UASS reactor was hydrothermally carbonized into HTC biochar in a pressurized batch reactor. The integration of the two bioenergy concepts was applied in this study to increase overall bioenergy production.

바이오 에너지 생산을위한 통합 혐기성 소화 및 열수 탄화의 평가

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

연구

환경과학

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% fine dust formation within the EU15. But NH3 emissions also mean a considerable loss of nutrients. Many studies on NH3 emission from organic and mineral fertilizer application have been performed in recent decades. Nevertheless, research related to NH3 emissions after application fertilizers is still limited in particular with respect to relationships to emissions, fertilizer type, site conditions and crop growth. Due to the variable response of crops to treatments, effects can only be validated in experimental designs including field replication for statistical testing. The dominating ammonia loss methods yielding quantitative emissions require large field areas, expensive equipment or current supply, which restricts their application in replicated field trials. This protocol describes a new methodology for the measurement of NH3 emissions on many plots linking a simple semi-quantitative measuring method used in all plots, with a quantitative method by simultaneous measurements using both methods on selected plots. As a semi-quantitative measurement method passive samplers are used. The second method is a dynamic chamber method (Dynamic Tube Method) to obtain a transfer quotient, which converts the semi-quantitative losses of the passive sampler to quantitative losses (kg nitrogen ha-1). The principle underlying this approach is that passive samplers placed in a homogeneous experimental field have the same NH3 absorption behavior under identical environmental conditions. Therefore, a transfer co-efficient obtained from single passive samplers can be used to scale the values of all passive samplers used in the same field trial. The method proved valid under a wide range of experimental conditions and is recommended to be used under conditions with bare soil or small canopies (&#60;0.3 m). Results obtained from experiments with taller plants should be treated more carefully.

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Ammonia emissions are a major threat to the environment by eutrophication, soil acidification and fine particle formation and stem mainly from agricultural sources. This method allows ammonia loss measurements in replicated field trials enabling statistical analysis of emissions and of relationships between crop development and emissions.

보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정<sub&gt; 3</sub동적 튜브 방법 및 패시브 샘플러의 조합으로&gt; 배출

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a considerable subjective judgment from the operator that carries out the test is involved during its performance, which may affect the final result significantly. Different alternative methods have been put forward, but they cannot compete with the standard rolling test in speed, simplicity and cost.
In an earlier study by the authors, a simple method with a simple device to determine the PL was presented (the &#34;thread bending test&#34; or simply &#34;bending test&#34;); this method allowed the PL to be obtained with minimal operator interference. In the present paper a version of the original bending test is shown. The experimental basis is the same as the original bending test: soil threads which are 3 mm in diameter and 52 mm long are bent until they start to crack, so that both the bending produced and its related moisture content are determined. However, this new version enables the calculation of PL from an equation, so it is not necessary to plot any curve or straight line to obtain this parameter and, in fact, the PL can be achieved with only one experimental point (but two experimental points are recommended).
The PL results obtained with this new version are very similar to those obtained through the original bending test and the standard rolling test by a highly experienced operator. Only in particular cases of high plasticity cohesive soils, there is a greater difference in the result. Despite this, the bending test works very well for all types of soil, both cohesive and very low plasticity soils, where the latter are the most difficult to test via the standard thread rolling method.

The traditional standardized test for determining the plastic limit in soils is performed by hand, and the result varies depending on the operator. An alternative method based on bending measurements is presented in this study. This allows the plastic limit to be obtained with a clear and objective criterion.

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about the overall structure of terrestrial microbial communities. PLFA profiling has been extensively used in a range of ecosystems as a biological index of overall soil quality, and as a quantitative indicator of soil response to land management and other environmental stressors.
The standard method presented here outlines four key steps: 1. lipid extraction from soil samples with a single-phase chloroform mixture, 2. fractionation using solid phase extraction columns to isolate phospholipids from other extracted lipids, 3. methanolysis of phospholipids to produce fatty acid methyl esters (FAMEs), and 4. FAME analysis by capillary gas chromatography using a flame ionization detector (GC-FID). Two standards are used, including 1,2-dinonadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (PC(19:0/19:0)) to assess the overall recovery of the extraction method, and methyl decanoate (MeC10:0) as an internal standard (ISTD) for the GC analysis.

Phospholipid fatty acids provide information about the structure of soil microbial communities. We present methods for extraction from soil samples with a single-phase chloroform mixture, fractionation of extracted lipids using solid phase extraction columns, and methanolysis to produce fatty acid methyl esters, which are analyzed by capillary gas chromatography.

추출 및 토양의 미생물 인지질 지방산의 분석

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Modification and Application of a Leaf Blower-vac for Field Sampling of Arthropods

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropod populations in rice. When used in combination with an enclosure, application of this sampling device provides absolute estimates of the populations of arthropods as numbers per standardized sampling area. The sampling efficiency depends critically on the sampling duration. In a mature rice crop, a two-minute sampling in an enclosure of 0.13 m2 yields more than 90% of the arthropod population. The device also allows sampling of arthropods dwelling on the water surface or the soil in rice paddies, but it is not suitable for sampling fast flying insects, such as predatory Odonata or larger hymenopterous parasitoids. The modified blower-vac is simple to construct, and cheaper and easier to handle than traditional suction sampling devices, such as D-vac. The low cost makes the modified blower-vac also accessible to researchers in developing countries.

Assessment of arthropod abundance in crops is critical for investigating population dynamics and species interactions. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropods in rice.

수정 및 절지 동물의 필드 샘플링을위한 잎 송풍기 - 진공 청소기의 적용

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental changes. Repeated sampling to monitor these changes in forest soils is a relatively new practice that is not well documented in the literature and has only recently been broadly embraced by the scientific community. The objective of this protocol is therefore to synthesize the latest information on methods of soil resampling in a format that can be used to design and implement a soil monitoring program. Successful monitoring of forest soils requires that a study unit be defined within an area of forested land that can be characterized with replicate sampling locations. A resampling interval of 5 years is recommended, but if monitoring is done to evaluate a specific environmental driver, the rate of change expected in that driver should be taken into consideration. Here, we show that the sampling of the profile can be done by horizon where boundaries can be clearly identified and horizons are sufficiently thick to remove soil without contamination from horizons above or below. Otherwise, sampling can be done by depth interval. Archiving of sample for future reanalysis is a key step in avoiding analytical bias and providing the opportunity for additional analyses as new questions arise.

Repeated soil sampling has recently been shown to be an effective way to monitor forest soil change over years and decades. To support its use, a protocol is presented that synthesizes the latest information on soil resampling methods to aid in the design and implementation of successful soil monitoring programs.

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. Rather than discharging treated wastewater to a stream, and thereby directly impacting the stream quality, the effluent is applied to forested and cropped land managed by the University. Concerns related to reductions in soil hydraulic conductivity occur when considering wastewater reuse. The methodology described in this manuscript, matching soil sample size with the size of the laboratory-based hydraulic conductivity measurement apparatus, provides the benefits of a relatively rapid collection of samples with the benefits of controlled laboratory boundary conditions. The results suggest that there may have been some impact of wastewater reuse on the soil&#39;s ability to transmit water at deeper depths in the depressional areas of the site. Most of the reductions in the soil hydraulic conductivity in the depressions appear to be related to the depth from which the sample was collected, and by inference, associated with the soil structural and textural differences.

Here we present a methodology which matches a soil sample size and a hydraulic conductivity measurement device to prevent the so-called wall flow along the inside of the soil container from being erroneously included in water flow measurements. Its use is demonstrated with samples collected from a wastewater irrigation site.

토양의 유압 전도도에 폐수 관개 영향: 필드 샘플링 고 포화 된 유압 전도도의 실험실 결정

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...

Sampling Soils in a Heterogeneous Research Plot

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the associated accuracy is unknown. Here, we present a detailed protocol for efficient and clustered soil sampling in a research plot and, relying on a pilot sampling using this design, for demonstrating soil spatial heterogeneity and informing reasonable sample sizes and associated accuracy for future study. The protocol mainly comprises four steps: sampling design, field collection, soil analysis, and geostatistical analysis. The step-by-step procedure is modified according to former publications. Two examples will be presented to demonstrate contrasting spatial distributions of soil organic carbon (SOC) and soil microbial biomass carbon (MBC) under different management practices. In addition, we present a strategy to determine the sample size requirement (SSR) given a certain level of accuracy based on the plot-level coefficient of variation (CV). The field sampling protocol and the quantitative determination of the sample size will assist researchers in seeking feasible sampling strategies to meet research needs and resources' availability.

The traditional soil-sampling procedure determines the number of soil samples arbitrarily. Here, we provide a simple yet efficient clustered soil-sampling design to demonstrate soil spatial heterogeneity and quantitatively determine the number of soil samples required and the associated sampling accuracy.

다른 유형의 연구에 샘플링 토양 플롯

Soils are highly heterogeneous. In general, the number of soil samples required for soil research has always been determined arbitrarily and the ...

A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

This protocol introduces a new in vitro exposure system, capable of being worn, including its characterization and performance. Air-liquid interface (ALI) in vitro exposure systems are often large and bulky, making transport to the field and operation at the source of emission or within the breathing zone difficult. Through miniaturization of these systems, the lab can be brought to the field, expediting processing time and providing a more appropriate exposure method that does not alter the aerosol prior to contacting the cells. The Portable In vitro Exposure Cassette (PIVEC) adapts a 37 mm filter cassette to allow for in vitro toxicity testing outside of a traditional laboratory setting. The PIVEC was characterized using three sizes of copper nanoparticles to determine deposition efficiency based on gravimetric and particle number concentration analysis. Initial cytotoxicity experiments were performed with exposed lung cells to determine the ability of the system to deposit particles while maintaining cell viability. The PIVEC provides a similar or increased deposition efficiency when comparing to available perpendicular flow in vitro exposure devices. Despite the lower sample throughput, the small size gives some advantages to the current in vitro ALI exposure systems. These include the ability to be worn for personal monitoring, mobility from the laboratory to the source of emission, and the option to set-up multiple systems for spatial resolution while maintaining a lower user cost. The PIVEC is a system capable of collecting aerosols in the field and within the breathing zone onto an air-interfaced, in vitro model.

A New Portable In Vitro Exposure Cassette for Aerosol Sampling

Here, we present a protocol to perform portable cellular aerosol exposures and measure cellular response. The method uses cells, grown at the air-liquid interface, mimicking in vivo physiology. Cellular response to copper nanoparticle aerosols was observed as oxidative stress through reactive oxygen species generation and cytotoxicity as lactate dehydrogenase release.

새로운 휴대용 체 외에 노출 카세트 졸 샘플링에 대 한

This protocol introduces a new in vitro exposure system, capable of being worn, including its characterization and performance. Air-liquid interface (ALI) ...

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF relies on sequential density separation and sedimentation steps to isolate (1) the free light fraction (uncomplexed organic matter), (2) the occluded light fraction (uncomplexed organic matter trapped in soil aggregates) and (3) a variable number of heavy fractions (soil minerals and their associated organic matter) differing in composition. Provided that the parameters of the CSDF (dispersion energy, density cut-offs, sedimentation time) are properly selected, the method yields heavy fractions of relatively homogeneous mineral composition. Each of these fractions is expected to have a different complexing ability towards organic matter, rendering this a useful method to isolate and study the nature of organo-mineral interactions. Combining density and particle size separation brings an improved resolution compared to simple size or density fractionation methods, allowing the separation of heavy components according to both mineralogy and size (related to surface area) criteria. As is the case for all physical fractionation methods, it may be considered as less disruptive or aggressive than chemically-based extraction methods. However, CSDF is a time-consuming method and furthermore, the quantity of material obtained in some fractions can be limiting for subsequent analysis. Following CSDF, the fractions may be analyzed for mineralogical composition, soil organic carbon concentration and organic matter chemistry. The method provides quantitative information about organic carbon distribution within a soil sample and brings light to the sorptive capacity of the different, naturally-occurring mineral phases, thus providing mechanistic information about the preferential nature of organo-mineral interactions in soils (i.e., which minerals, what type of organic matter).

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method to physically separate soil into fractions differing in texture (particle size) and mineralogy (density). The purpose is to isolate fractions with different reactivities towards soil organic matter (SOM), in order to better understand organo-mineral interactions and SOM dynamics.

결합 된 크기와 유기-미네랄의 상호 작용의 수사를 위해 토양의 밀도 분류

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...