Os autores reconhecem a equipe da Estação de Pesquisa NCDA Sandhills para a assistência com a instalação do lisímetro e exumação. O financiamento para as experiências descritas nos resultados representativos foi fornecido pelo Centro de Pesquisa e Turfgrass Educação Ambiental. Vídeo e produção manuscrito foi apoiada pelos Departamentos da Universidade Estadual da Carolina do Norte de Ciência do Solo e Fitotecnia.

Amostragem de campo é realizada neste experimento e está sob a autorização do Departamento de Agricultura e Serviços ao Consumidor da Carolina do Norte. 1. Instalação Campo Lysimeter <ol><li> Escolha um local experimental em que o movimento lateral de produtos químicos aplicados é pouco provável (isto é. Locais com pouca ou nenhuma inclinação). Escolha sites com base em propriedades de solo e vegetação de interesse. </li><li> Se parcelas são vegetadas, puxar fichas de vegetação antes de lisímetro de instalação (Figura 1A). </li><li> Dirija os lisímetros de queda para as parcelas desejadas (com ou sem vegetação), utilizando um driver pós invertido, deixando ~ 1-2 cm do lisímetro acima da superfície do solo para conter o produto químico aplicado e minimizar o movimento química lateral. Por isso, a utilização de laminados e folhas de aço soldada de calibre dezoito (91 cm de profundidade x 15 cm de diâmetro) (Figura 1B). Use lisimetria de diferentes materiais e dimensões para se ajustar resobjetivos earch. </li><li> Substitua as velas de vegetação após a instalação do lisímetro. </li><li> Gerenciar qualquer vegetação, conforme apropriado para o experimento. Se parcelas devem permanecer nua, usar aplicativos de ponto de glifosato para manter as áreas livres de vegetação. </li><li> Certifique-se de que a irrigação, adubação e quaisquer outras práticas de gestão são idênticos no bareground e parcelas de vegetação. Predeterminar irrigação para atender aos objetivos da pesquisa. </li></ol> 2. Instalação Porewater Sampler <ol><li> Instale samplers Porewater, como PTFE / quartzo (50/50%), no meio de lisímetros de percolação para coletar água intersticial. </li><li> Coloque uma haste de aço inoxidável 2,5 centímetro no centro do lisímetro e inseri-lo no chão com um martelo até a profundidade de amostragem desejada. NOTA: Um sem-fim também podem ser utilizados para esta etapa. </li><li> Prepare uma farinha de sílica e lama de água com 700 ml de água de irrigação para ~ 900 g de farinha de sílica quimicamente inerte. Misturar a pasta thoroughly antes de cada amostragem é colocado na mistura. Aplique pressão entre -50 e -70 kPa para o amostrador de uma bomba de vácuo portátil ou movidos a bateria. </li><li> Remover o dispositivo de amostragem a partir da suspensão de farinha de sílica depois de 10 min, e homogeneizar a suspensão de sílica de novo. Verter 60 ml da lama através de um funil ligado a um tubo de diâmetro de 2,5 cm na parte inferior do furo. </li><li> Coloque o amostrador no buraco com a profundidade de amostragem desejada com um plástico ou tubo de metal. Certifique-se de que os tubos do amostrador se estende para fora do furo. Use uma suspensão de, terra natal não tratadas e água para aterrar o buraco restante. </li><li> Dê tempo durante aterro do solo de estabelecimento; usar um tubo para apertar solo adicional, conforme necessário. </li><li> Backfill solo ao nível original. Se for caso disso, substituir vegetação no topo do furo. </li><li> Anexar tubulação amostrador para uma garrafa de vácuo através de uma seção de etileno propileno fluorado (FEP) tubulação. Com uma pinça de tubo de plástico, conecte uma segunda linha de tubulação dea garrafa de vácuo a uma bomba de vácuo. </li><li> Cubra tubos e de coleta de garrafas com plástico preto ou fita se o produto químico (s) de interesse é propenso a fotodegradação (Figura 1C). </li><li> Aplique uma pressão de vácuo de cerca de -50 a -70 kPa através da garrafa de vácuo para os samplers repetidamente ao longo de vários dias antes da experimentação para garantir a instalação adequada amostrador. </li></ol> 3. Chemical Aplicação de lisímetros <ol><li> Deixe pelo menos duas semanas para aclimatação antes de aplicações químicas são feitas. </li><li> Coletar amostras de água intersticial fundo antes do tratamento lisímetro para quantificar as concentrações da substância química (s) de interesse de fundo. </li><li> Aplicar o produto químico de interesse para o solo ou a vegetação, por métodos normais, como por exemplo com um manual de CO 2-pressurizado de um pulverizador (Figura 1D) ou com a distribuição da formulação granular directamente sobre a superfície do terreno que contém o lysimeter. Se várias aplicações de produtos químicos são necessários para a eficácia, aplicá-las por padrões de uso ou as instruções do rótulo típico. Deixe alguns lisímetros não tratada para servir de controle. </li></ol> 4. Porewater Coleta e Análise <ol><li> Aplicar aproximadamente -50 a -70 kPa de vácuo para os água intersticial amostrador garrafas térmicas no dia anterior ou no dia da colheita. Água em torno do amostrador será elaborado através do amostrador na tubulação, que flui para o frasco de vácuo, onde é coletado até amostrado. O volume de solo a partir do qual água intersticial é recolhida eo tempo de coleta de água pode depender de fatores como tipo de solo, textura do solo, umidade do solo e profundidade de amostragem. </li><li> Coletar amostras em intervalos de tempo especificado após aplicação de produtos químicos, como pré-determinado pelo pesquisador. </li><li> Meça o volume de água recolhida em um cilindro graduado para cada amostrador água intersticial. Se a filtração for necessário, coloque a água em um sy Luer-Lokringe (tamanho dependerá do volume de água) e passam da amostra através de um filtro de nylon 0,2 um 25 milímetros. </li><li> Se forem necessários diferentes métodos de preservação de amostras e amostra suficiente é coletado, dividir a amostra em recipientes únicos. </li><li> Use um medidor de pH portátil para determinar o pH de amostras não acidificadas. </li><li> Ajustar o pH pela adição de um volume adequado do ácido apropriado, se necessário para a preservação das amostras. NOTA: os ácidos concentrados pode ser corrosivo ou oxidantes e cuidados devem ser tomados quando usá-los. </li><li> Colocar as amostras em gelo em um refrigerador ou colocar no frigorífico até a análise. Utilizar métodos analíticos para medições químicas, tais como espectrometria de plasma indutivamente acoplado de massa (ICP-MS), espectroscopia de emissão de plasma indutivamente acoplado óptica (ICP-OES), espectroscopia de absorção atómica (EAA), ou cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) para analisar as amostras. </li></ol> 5. Lysimeter Exumação, Solo / Vegetação Coleção umAnálise ª <ol><li> Exumar os lisímetros, contendo solo e da vegetação, em intervalos específicos de tempo após a aplicação de produtos químicos. Exumar lisímetros não tratados em cada tempo de amostragem para determinar as concentrações químicas fundo dentro do solo e da vegetação. </li><li> Exumar lisímetros utilizando grampos barril ligados a um trator implementar. Abaixe o balde para uma posição que permite que os grampos sejam colocados em borda exposta do lisímetro. </li><li> Levante a implementar fazendo com que os grampos para segurar a borda exposta, puxando a coluna lisímetro fora do solo (Figura 1E). </li><li> Tampão exumação extremidades lisimétricas com folhas de isolamento de corte com o diâmetro das lisimetria. Mantenha as tampas no lugar com sacos de polietileno galão de tamanho inseridos sobre as extremidades do lisímetro, e sacos seguras com fita adesiva. </li><li> Transportar os lisímetros para um laboratório de campo para solos e divisão da amostra de vegetação. Processe lisímetros não tratadas primeiro para evitar a contaminação amlisímetros ong. </li><li> Use uma serra oscilante equipado com uma lâmina de corte de metal para reduzir o lysimeter longitudinalmente de um lado. Cortar as colunas do fundo (zona de menor concentração antecipada) para cima (zona de maior concentração antecipada) para garantir o solo a profundidades maiores não está contaminado pelo solo em profundidades rasas. </li><li> Dividir abrir o lisímetro. Use placas divisórias de metal para seções separadas de solo e vegetação discretos. Escolha incrementos de profundidade do solo com base no comprimento dos objectivos lisimétricas e de investigação. </li><li> Use colheres ou espátulas para escavar o solo seccionados e vegetação. Coloque cada amostra em um saco de freezer polietileno devidamente rotulados. Não coletar solo diretamente em contato com o lisímetro. </li><li> Siga o protocolo de escavação para cada profundidade de amostra desejada. Coloque sacos de amostras em um refrigerador com gelo e transportá-las para um laboratório. Armazene as amostras em um freezer até a análise. </li></ol>

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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+field+lysimeter+studies+to+describe+the+environmental+fate+of+pesticides.">A review of field lysimeter studies to describe the environmental fate of pesticides.</a> Weed Technology. 10, 202-209 (1996).</li><li>Bergstr&#246;m, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+lysimeters+to+estimate+leaching+of+pesticides+in+agricultural+soils.">Use of lysimeters to estimate leaching of pesticides in agricultural soils.</a> Environmental Pollution. 67, 325-347 (1990).</li><li>Byron, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lysimeters+promoted+for+pesticide+research.">Lysimeters promoted for pesticide research.</a> Environmental Science and Technology. 31, (1997).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infographic:+Pesticide+Planet.">Infographic: Pesticide Planet.</a> Science. 341, 730-731 (2013).</li><li>Severson, R., Grigal, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+solution+concentrations:+effects+of+extraction+time+using+porous+ceramic+cups+under+constant+tension.">Soil solution concentrations: effects of extraction time using porous ceramic cups under constant tension.</a> Water Resources Bulletin. 12, 1161-1170 (1976).</li><li>Allaire, S. E., Roulier, S., Cessna, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+preferential+flow+in+soils:+A+review+of+different+techniques.">Quantifying preferential flow in soils: A review of different techniques.</a> Journal of Hydrology. 378, 179-204 (2009).</li><li>Weiherm&#252;ller, L., Kasteel, R., Vanderborght, J., P&#252;z, T., Vereecken, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+Water+Extraction+with+a+Suction+Cup.">Soil Water Extraction with a Suction Cup.</a> Valdose Zone Journal. 4, 899-907 (2005).</li><li>Jury, W. A., Fluhler, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advances in Agronomy. 47, 141-201 (1992).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Utilizando um lysimetry campo abordagem integrada e amostragem água intersticial permite aos pesquisadores para avaliar as distribuições espaciais e temporais de uma grande variedade de substâncias químicas aplicadas em terra. O destino dos produtos químicos no solo e sistemas de vegetação pode ser controlada por um certo número de processos e os atributos do ambiente, tais como lixiviação de queda, a volatilização, hidrólise, fotólise, microbiano de transformação / degradação, a absorção pelas plan...

Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a partir de fontes, tais como pesticidas, fertilizantes, esgoto / biossólido, resíduos industriais, resíduos urbanos e 1,2. O destino destes produtos químicos - o que pode incluir nutrientes, elementos orgânicos, e seus metabólitos associados traçar - muitas vezes não é bem compreendida 3. Se os produtos químicos não são gerenciados adequadamente, eles têm o potencial de ameaçar a saúde humana e ambiental através da sua transferência para e acúmulo em plantas, águas superficiais e águas subterrâneas. Com uma população global que pode chegar a 10 bilhões de pessoas em 2050, há demandas crescentes sobre a gestão de resíduos de alimentos e produção de 2, e aplicação no solo de muitos produtos químicos vem aumentando 3,4. Assim, são necessárias pesquisas que quantifica as transformações, a mobilidade, limites de carga, e os riscos ambientais globais de produtos químicos que exigem disposição da terra ou que dependem para melhorar a saúde das culturase ceder. Um certo número de estratégias têm sido utilizadas para avaliar as ameaças de substâncias químicas aplicadas no ambiente. , Estudos de sistemas modelo baseado em laboratório foram realizados para fornecer informações sobre os mecanismos fundamentais que controlam a mobilidade de produtos químicos no solo. Ao analisar a evolução química em laboratório, a manipulação completa do &quot;meio ambiente&quot; e as entradas podem ser alcançados, mas estes raramente se adequar às condições ambientais do mundo real 5,6. Assim, extrapolando os resultados de laboratório para as configurações de campo pode levar a previsões imprecisas sobre ameaças químicas. Em contraste, as medições de campo largo têm sido utilizadas para definir o comportamento químico do ambiente. No entanto, as conclusões sobre o destino ambiental a partir dessas medições são muitas vezes complicado devido às taxas de frequência baixa utilização (por exemplo, alguns g -1) de produtos químicos aplicados, bem como as complexas interações entre processos hidrológicos e biogeoquímicos no environment que regulam a distribuição de produtos químicos. Lysimetry, incluindo campo lysimetry, tem sido historicamente usado por cientistas do solo e das culturas para avaliar sistematicamente a mobilidade descendente de produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Um lysimeter é um dispositivo feito de metal ou de plástico, que é colocado em um solo de interesse e é utilizada para determinar o destino dos produtos químicos aplicados em quantidades conhecidas de uma área restrita. De solo e vegetação amostras colhidas lisimetria pode ser usado para avaliar a evolução das distribuições químicos ao longo do tempo. Porque o campo lysimetry é realizada sob condições ambientais naturais, os resultados podem ser utilizados para prever cenários casos reais derivados de aplicações químicas de sistemas de solo. Os primeiros estudos em lisímetros medido transpiração, o fluxo de umidade e / ou movimento de nutrientes. Estudos em lisímetros modernos medir pesticidas e nutrientes dissipação, o movimento de pesticidas, volatilidade e balanço de massa, juntamente com a aforememedições ntioned 3. Uma limitação do lysimetry campo tradicional é que a mobilidade química dentro de um perfil do solo é em grande parte definida por medições em fase sólida, enquanto menos atenção é dada às concentrações químicas dissolvidas na água de percolação através dos solos - um componente crítico que pode impactar o potencial de contaminação das águas subterrâneas de produtos químicos aplicados-terra. Embora lixiviados a partir do fundo dos lisimetria é por vezes recolhidos para análise, esta resolução limites de aproximação profundidade de concentrações Porewater e tipicamente requer significativa escavação do solo antes da experimentação. Em vez disso, para obter dados sobre as concentrações químicas da água do solo, samplers Porewater pode ser utilizado em ambientes de campo. Samplers Porewater são instalados em solos para coletar água de discretos, profundidades desejadas e apenas minimamente perturbar o sistema solo. Samplers Porewater ter sido referido por muitos nomes, incluindo lisímetros, cu de sucçãop lisímetros ou samplers solução do solo, convoluting sua distinção com os lisímetros de campo tradicionais descritos acima. Neste artigo, usaremos o termo &quot;amostrador água do subterrâneo&quot; para aliviar a confusão. Aqui, nós demonstramos uma abordagem experimental que combina lysimetry campo e amostragem água intersticial para avaliar o potencial de lixiviação para baixo de produtos químicos aplicados aos sistemas de solo ou bareground vegetadas. Lysimetry tem sido uma ferramenta poderosa usada desde 1700 7, enquanto amostragem água intersticial de cerâmica tem sido usada desde o início da década de 1960 8. A integração destas técnicas permite a determinação robustos campo de ambas as distribuições contínuas e de concentração química de fase dissolvida, minimizando a perturbação do solo. Este artigo descreve os fatores a considerar ao projetar um experimento, incluindo a escolha do local, a instalação de dispositivos e coleta de amostras. A aproximação é ilustrada com uma experiência que avaliou o destino de umarsénico pesticida orgânico aplicado a um bareground e um sistema estabelecido relvada. As técnicas descritas podem ser ajustados conforme necessário examinar o destino de uma grande variedade de produtos químicos, proporcionando assim ferramentas inestimáveis ​​para os pesquisadores e formuladores de políticas que procuram entender o destino ambiental e comportamento de substâncias químicas aplicadas em terra.

<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

Produtos químicos potencialmente tóxicos são rotineiramente aplicado no solo a atender à crescente demanda na gestão de resíduos e produção de alimentos, mas o destino destes produtos químicos muitas vezes não é bem compreendida. Aqui demonstramos um método integrado de amostragem lysimetry campo e água intersticial para avaliar a mobilidade dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. Os lisímetros, colunas abertas feitas de metal ou plástico, são empurrados para bareground ou solos com vegetação. Samplers Porewater, que estão disponíveis comercialmente e usar vácuo para coletar água de percolação do solo, são instalados em profundidades preestabelecidas, dentro dos lisímetros. Na horários preestabelecidos após a aplicação química para parcelas experimentais, água intersticial é recolhida e lisímetros, contendo solo e vegetação, são exumados. Ao analisar as concentrações químicas no solo do lisímetro, vegetação e água intersticial, as taxas de lixiviação para baixo, capacidade de retenção do solo e absorção pelas plantas para a indústria química de interesse pode ser quantificado.Porque lysimetry campo e amostragem água intersticial são realizados em condições ambientais naturais e com o mínimo de perturbação do solo, os resultados derivados projetar cenários de casos reais e fornecer informações valiosas para a gestão de produtos químicos. Como os produtos químicos são cada vez mais aplicado no solo em todo o mundo, as técnicas descritas podem ser utilizados para determinar se produtos químicos aplicados representar efeitos adversos para a saúde humana ou o ambiente.

Este método permite a acumulação de dados no destino de produtos químicos aplicados às bareground e sistemas de solo vegetação 5,10. Esta abordagem foi utilizada para avaliar arsênio (As) de lixiviação para baixo, absorção e translocação nas plantas para sistemas bermuda (Cynodon dactylon), após a aplicação do herbicida arseniato arsênico monossódico metil orgânica (MSMA) 9. Desde 1960, MSMA tem sido usado em não-terras agrícolas, gramado, e produção de algodão, ma...

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

Lysimetry campo e amostragem água intersticial permitem aos pesquisadores avaliar o destino dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. O objetivo deste protocolo é para demonstrar como instalar a instrumentação necessária e coletar amostras para análise química durante lysimetry campo integrado e experimentos de amostragem Porewater.

Integrado Campo Lysimetry e Porewater Amostragem para Avaliação de Química Mobilidade em Solos e Vegetação Fundada

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

integrated-field-lysimetry-porewater-sampling-for-evaluation-chemical

Research

JoVE Journal

Environment

14.1K visualizações.  North Carolina State University.  Lysimetry campo e amostragem água intersticial permitem aos pesquisadores avaliar o destino dos produtos químicos aplicados aos solos e vegetação estabelecida. O objetivo deste protocolo é para demonstrar como instalar a instrumentação necessária e coletar amostras para análise química durante lysimetry campo integrado e experimentos de amostragem Porewater. 

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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.

Avaliação Integrada Digestão Anaeróbia e carbonização hidrotérmica para Bioenergy Production

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

Ambiente

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.

Calibrado amostragem passiva - Multi-enredo medições de campo de NH 3 Emissões com uma combinação de método do tubo Dinâmico e amostradores passivos

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.

Um teste de flexão para a determinação do limite de plástico Atterberg em solos

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.

Extração e Análise de Microbial Phospholipid Fatty Acids em solos

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.

Modificação e Aplicação de uma Folha Blower-vac para Campo Amostragem de Artrópodes

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.

Métodos de Reamostragem do solo para monitorar as mudanças nas concentrações químicas de Solos Florestais

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.

Impactos de irrigação de efluentes na condutividade hidráulica do solo: acoplado a amostragem de campo e laboratório determinação da condutividade hidráulica saturada

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.

Amostragem de solos em uma parcela de pesquisa heterogênea

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.

Um novo portátil em Vitro Cassette exposição para amostragem de aerossol

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.

Tamanho combinado e fracionamento de densidade de solos para as investigações de interações de Organo-Mineral

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