O financiamento para o trabalho aqui descrito veio do Departamento de Regulação de Pesticidas da Califórnia e do Departamento de Recursos Hídricos da Califórnia.

1. Monitoramento de Eficácia de Bioswale Urbana <ol><li> Amostragem de água de tempestade <ol><li> Amostra de 4 L de águas pluviais de pré-tratamento que saem do parque de estacionamento como ele entra na entrada bioswale e, em seguida, 4 L de águas pluviais pós-tratamento que deixa o bioswale através de 4 &quot;drenagem de saída. </li><li> Usando previsões meteorológicas locais, colete amostras no início, no meio e no fim do hidrograma da tempestade. Composite as amostras para caracterizar a variabilidade de escoamento durante o evento de tempestade. </li><li> Recolher 1,3 L amostras à mão e compostas-los em um 4 L âmbar garrafa. Colete as amostras de entrada em várias aberturas de freio onde a água da tempestade flui para a bioswale. </li><li> Recolher 1,3 L amostras de saída do medidor de fluxo ligado ao dreno de saída (descrito abaixo) e compostas-los em um frasco de 4 L âmbar. </li><li> Armazenar as amostras compostas em gelo até que a amostra hidrográfica final seja coletada. Em seguida, transportá-los para o laboratório e mantenha em um refrIgerator a 4 ° C antes da subamostragem para testes de química e toxicidade. Envio de amostras para o laboratório de química dentro de 48 h da coleta de amostras. </li></ol></li><li> Cálculo de Carga <ol><li> Antes da tempestade, instale um medidor de chuva de registrador digital de balde de inclinação, anexando-o a uma luz ou outro pólo adjacente ao local bioswale. Use os dados de chuva para indicar precipitação instantânea e total para o local. </li><li> Instale um medidor de fluxo por impulso mecânico nos drenos de saída da bioswale. Registre o fluxo total saindo do bioswale. NOTA: A redução no volume de escoamento é presumida para reduzir o carregamento global de contaminantes em projetos de LID. </li><li> Modelar o volume de água que cai na área de captação do parque de estacionamento durante o evento de chuva por extrapolação usando as polegadas de chuva registradas pelo pluviômetro. Use esses dados para determinar o volume que entra no sistema de tratamento com base na área de superfície do estacionamento. </li><li> Use o fluxo total registrado por tMedidor de vazão de saída para calcular a porcentagem de infiltração. Calcule a diferença entre o volume de entrada e saída para determinar a infiltração de águas pluviais. </li><li> Calcule a carga de contaminantes e as porcentagens de redução de carga durante a tempestade usando o volume de entrada e saída em conjunto com medições analíticas de contaminantes. </li><li> Medir analitos químicos que são relevantes para a toxicidade da água superficial (conforme discutido abaixo). Grupos químicos totais para simplificar os cálculos de carga e basear-se nos seus modos de acção tóxicos semelhantes ( por exemplo , hidrocarbonetos aromáticos polinucleares totais [HAP], piretróides totais e fipronil total e degradados). </li></ol></li><li> Química <ol><li> Analisar todas as amostras para os seguintes parâmetros: total de sólidos em suspensão (TSS), metais traços (método USEPA 200.8 5 , espectrometria de massa por plasma indutivamente acoplado [ICP / MS]) e PAHs (método USEPA 625 6 ). </li><li> Analisar amostras para curreBifentrina, cipermetrina, fenvalerato / esfenvalerato, permetrina, tetrametrina, L-cialotrina, ciflutrina e alletrina) eo fipronil e seus três principais degrada- dos (sulfeto de fipronil, Fipronil sulfona, fipronil desulfinilo). </li><li> Analisar piretróides utilizando cromatografia gasosa-espectrometria de massa (GC / MS) usando ionização química negativa ou outro método apropriado para fornecer limites de detecção adequados. Uma vez que a maioria dos pesticidas de uso corrente são altamente tóxicos em baixas concentrações, suas análises requerem baixos limites de relatórios químicos para serem relevantes para avaliação de risco ambiental. O método que estabelece limites para piretróides é de 0,5 ng / L a 1,0 ng / L para todos os piretróides, excepto a permetrina (limite de notificação = 10 ng / L). </li><li> Use um procedimento analítico para o fipronil que forneça um limite de relatório do método de 1,0 ng / L. Os pesticidas organofosforados não precisam de ser medidosPor exemplo, em áreas urbanas na Califórnia 8 , 9 . </li><li> Medir os pesticidas neonicotinóides ( por exemplo , imidacloprid) utilizando a cromatografia líquida de ultrapressão acoplada a um espectrómetro de massa triplo-quadrupolar, que tem um limite para o imidaclopride de 50 ng / L. </li></ol></li><li> Testes de Toxicidade <ol><li> Realizar testes de toxicidade nas amostras compostas de águas pluviais de entrada e saída usando 3 espécies de teste, seguindo protocolos de teste agudo da US Environmental Protection Agency (USEPA) 10 . O teste com o cladócero Ceriodaphnia dubia mede a sobrevivência após 96 h. O teste com o anfípode Hyalella azteca mede a sobrevivência após 10 dias. O teste com o midge Chironomus dilutus mede a sobrevivência eo crescimento após 10 dias. </li><li> Realizar testes agudos de sobrevivência de 96 h com o cladócero C. dubia após U.S. Orientação EPA. <ol><li> Exponha cinco recém-nascidos de C. dubia em cada uma das cinco repetições de amostras de águas pluviais de entrada e saída. As réplicas consistem em frascos de cintilação de 20 mL contendo 15 mL de solução de teste. </li><li> Feed neonates uma mistura de levedura, cerófilo, trout chow (= YCT, seguindo US EPA orientação ) e Selenastrum algas 2 h antes de 100% de renovação diária das soluções de teste de águas pluviais. Registre o número total de recém-nascidos sobreviventes diariamente. </li><li> Compare a sobrevivência final de C. dubia após 96 h de exposição a amostras de águas pluviais de entrada e saída para sobrevivência em água de controle moderadamente difícil usando um teste t. Siga os procedimentos estatísticos recomendados pela EPA dos EUA. </li></ol></li><li> Conduzir testes de sobrevivência agudos de 10 dias com o anfípodo H. azteca seguindo a orientação da US EPA. <ol><li> Expõem anfípodes de 10, 9 dias a 15 dias de idade em cada uma das cinco repetições. As réplicas consistem em copos de vidro de 300 mL contendo 200 mL de solução de teste. </li><li&gt; Realizar testes de anfípodos por 10 dias, contar o número de anfípodes sobreviventes diariamente e renovar 50% da solução de teste a cada 48 h. Alimentar cada béquer a cada 48 h com 1,5 mL de YCT após a renovação. </li><li> Compare a sobrevivência final de anfípodes em amostras de águas pluviais a 10 dias de sobrevivência em água de poço de laboratório como descrito acima. </li></ol></li><li> Realizar testes crônicos de sobrevivência e crescimento de 10 dias com o midge C. dilutus seguindo a orientação da US EPA. <ol><li> Exponha 12, 7-d animais de idade em cada uma das quatro repetições. As réplicas consistem em recipientes de vidro de 300 mL contendo 200 mL de solução de teste. Fornecer cada recipiente de ensaio de midge com 5 mL de areia como substrato para a construção de tubos pelas larvas. </li><li> Realizar testes durante 10 dias e renovar 50% da solução de teste a cada 48 h para cada copo diariamente com uma quantidade crescente de pasta de alimento de peixe (4 g / L), como se segue: dias 0 a 3, 0,5 mL / dia; Dias 4 a 6, 1,0 mL / dia; Dias 7 a 10, 1,5 mL / dia. </li><li> Compare a sobrevivência final eCrescimento em amostras de águas pluviais até 10 dias de sobrevivência em água de poço de laboratório como descrito acima. Medir o crescimento de animais sobreviventes como peso seco isento de cinzas a 10 dias em comparação com o peso inicial dos organismos de teste. </li></ol></li><li> Para todos os testes de toxicidade, medir oxigênio dissolvido, pH e condutividade usando medidores apropriados e eletrodos. Medir a amônia não ionizada usando um espectrofotômetro. <ol><li> Medir a dureza da água ea alcalinidade no início e término dos testes. 10 </li><li> Gravar a temperatura da água com um termómetro de gravação contínua. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Vigilância Integrada de Eficácia de Drenos de Drenagem Agrícola Vegetal <ol><li> Construção integrada da vala NOTA: A vala de drenagem agrícola usada no exemplo atual tem 152 m de comprimento e tem uma largura de seção transversal em forma de semi-V de 5 m na parte superior e 1 m de profundidade. A vegetação de vala é uma combinação de nEspécies de erva daninha, principalmente semeadas com festuca vermelha ( Festuca rubra ). Neste exemplo, ensaios de valas vegetativas integradas consistiram em tratamentos de carvão ativado granulado (GAC) e tratamento de filtro de composto integrado com a vala coberta de vegetação. <ol><li> Construa dois filtros de composto e seis filtros de carbono e instale-os em três diferentes seções da vala de vegetação ( Figura 2 ). Use mangas de 2 m de comprimento e 20 cm de diâmetro cheias de carbono ou de composto. </li><li> Encher seis mangas com 30 L de carvão ativado granulado e colocá-los através da vala no ponto de 146 m, perto do final de 152 m de vala vegetated. Ande as mangas cheias de GAC para o fundo da vala com estacas de arame na borda a montante. </li><li> Coloque uma seção de 2,5 m de comprimento de 6 &quot;de largura de bordo de pinheiro na borda a jusante de cada uma das mangas GAC.Cavalar as tábuas de pinho nos dois lados e parte inferior do canal para minimizar a água ignorando e undercutting as mangas de carbono. próVide suporte vertical para maximizar o tempo de contato da água com o carbono. </li><li> Encha as mangas de composto com aproximadamente 15 kg cada de resíduos de quintal parcialmente decompostos de qualquer fonte limpa, como um aterro local. Posicione duas mangas de adubo de 2 m de comprimento através do canal de vegetação a 64 m e a 123 m ao longo da vala de vegetação de 152 m ( Figura 2 ). </li></ol></li><li> Simulação e Amostragem de Escoamento NOTA: Este protocolo descreve métodos para a realização de ensaios simulados de escoamento agrícola e acompanhamento associado para avaliar a eficácia do tratamento utilizando o sistema de tratamento vegetativo integrado. No presente exemplo, avaliou-se o sistema integrado de vegetação-composto-carbono em dois caudais que representavam taxas de descarga típica fora de campo de fazendas comerciais no Vale de Salinas, 3,2 L / s e 6,3 L / s. O pesticida organofosforado clorpirifos foi utilizado como um pesticida modelo nestes ensaios, porque tem um moderado solubiE, portanto, representa o intervalo médio de solubilidade de pesticidas representativos comumente utilizados no manejo de pragas. O clorpirifos também é objeto de ações regulatórias em andamento na região central da Califórnia por causa de seus impactos nas bacias hidrográficas da agricultura. A dose de clorpirifos alvo foi de aproximadamente 2.600 ng / L. As taxas de fluxo e as concentrações de clorpirifos alvo estiveram dentro das faixas previamente medidas em escoamento de irrigação local 3 , 11 . O tempo de permanência hidráulica para um impulso de água que transita na vala coberta de vegetação não foi monitorizado no exemplo dado aqui. O tempo de permanência nesses sistemas varia com a taxa de entrada de água, o grau de saturação do solo devido à irrigação e chuva prévias, a presença de estruturas para impedir o escoamento, como os açudes e bacias de sedimentação ea quantidade de área coberta pela vegetação. Estudos anteriores demonstraram tempos de residência de várias horas para sistemas de vala em pequenaSalinas Valley 3 , 4 . As observaï¿½es visuais indicaram que o tempo de permanï¿½cia para os filtros GAC foi um ou dois minutos. <ol><li> Criar drenagem agrícola simulada usando água subterrânea misturada com sedimento em suspensão. Para os ensaios com o pesticida modelo, clorpirifos, preparar uma solução de reserva fresca de 10 mg / L para cada teste de 3,2 L / s, adicionando solução de reserva certificada a um volume conhecido de água destilada. Preparar uma solução-mãe de clorpirifós fresca de 20 mg / L para cada ensaio de 6,3 L / s. <ol><li> Use uma bomba de medição para fornecer um volume consistente de solução de reserva para a água de escoamento antes de entrar na entrada da vala de tratamento com vegetação. Use a bomba de medição para entregar solução de reserva a 50 mL / min para o fluxo de água de irrigação simulada. </li></ol></li><li> Monitorar o caudal de entrada com um medidor digital e utilizar estes dados para quantificar o volume total de água de escoamento aplicada à entrada da vala. </li><li> Construa um açude naE saída da vala e prumo isto com um tubo de saída conectado a um medidor de fluxo digital. Use este medidor para registrar o volume de escoamento saindo da vala. </li><li> Utilize registradores de dados conectados aos medidores digitais para registrar o fluxo em intervalos de 5 minutos. Programar os registradores de dados para ativar as bombas peristálticas localizadas na entrada e em várias estações ( por exemplo , 23 m, 45 m e 68 m) abaixo da entrada da vala para coletar subamostras compostas de escoamento em recipientes de aço inoxidável em intervalos de 5 min. </li></ol></li><li> Química <ol><li> Transferir amostras compostas de água de escoamento de ensaios para garrafas de vidro âmbar no final de cada ensaio de escoamento e manter as amostras em gelo a 4 ° C para toxicidade posterior e análises químicas. </li><li> Analisar as amostras compostas de sólidos suspensos totais (TSS) e clorpirifos usando GC-MS ou ensaios imunoenzimáticos (ELISA). </li><li> Compare amostras compostas &quot;entrada&quot; (pré-tratamento) a &amp; #34, saída &quot;amostras compostas (pós-tratamento) para avaliar a eficácia do sistema integrado de vala para reduzir TSS e cargas de pesticidas. </li></ol></li><li> Testes de Toxicidade <ol><li> Determine a toxicidade da coluna de água em amostras compostas da entrada (pré-tratamento) e da saída (pós-tratamento) de cada ensaio utilizando 96 h testes de toxicidade Ceriodaphnia dubia 10 , conforme descrito acima para a monitorização bioswale. C. dubia é uma espécie de monitorização adequada para a toxicidade de escoamento na agricultura devido à sua sensibilidade ao clorpirifos (concentração letal média (CL50) = 53 ng / L 12 ). </li></ol></li></ol>

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Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

As práticas descritas neste protocolo destinam-se como etapas finais de uma estratégia global para remoção de poluentes em irrigação agrícola e escoamento de águas pluviais. O uso de bioswales e outras práticas urbanas de LID de infra-estrutura verde são planejados como uma peça final do quebra-cabeça para remover contaminantes no escoamento antes que eles cheguem às águas receptoras adjacentes. Este protocolo enfatiza métodos para monitorar bioswales urbanos para determinar a eficácia do tratamento para...

A toxicidade das águas superficiais é prevalente nas bacias hidrográficas da Califórnia e décadas de monitoramento mostraram que a toxicidade é muitas vezes devido a pesticidas e outros contaminantes 1 . As fontes primárias de contaminação de águas superficiais são águas pluviais e escoamento de irrigação de fontes urbanas e agrícolas. Como os corpos d&#39;água são listados como degradados devido a contaminantes ea toxicidade é identificada de fontes urbanas e agrícolas, os reguladores da qualidade da água se associam com fontes de financiamento estaduais e federais para implementar práticas para reduzir a carga de contaminantes. A infra-estrutura verde está sendo promovida nas bacias urbanas da Califórnia para reduzir inundações e aumentar a recuperação de águas pluviais através da infiltração e armazenamento. Embora projetos de baixo impacto (LID) estão sendo mandados para novas construções em muitas regiões, poucos estudos têm monitorado a eficácia desses sistemas além das medidas de contaminantes convencionais como sólidos dissolvidos, metais e hidrocarbonetosBons. Uma monitorização mais intensiva recentemente avaliou reduções nas concentrações químicas e carregamento químico responsáveis ​​pela toxicidade das águas superficiais e para determinar diretamente se as bioswales reduzem a toxicidade do escoamento. Isto mostrou que as bioswales são eficazes na remoção da toxicidade associada a algumas classes de contaminantes 2 , mas é necessária investigação adicional para os produtos químicos emergentes de preocupação. Sistemas de tratamento de vegetação também estão sendo implementados em bacias hidrográficas da agricultura na Califórnia, e estes têm demonstrado ser eficaz na redução de pesticidas e outros contaminantes no escoamento da irrigação agrícola 3 , 4 . Estes sistemas representam componentes de uma série de abordagens para reduzir a carga de contaminantes para as águas superficiais. Devido à sua intenção de mitigar os contaminantes responsáveis ​​pela toxicidade das águas superficiais, uma componente-chave do processo deSua eficácia a longo prazo. O monitoramento inclui análises químicas de produtos químicos de interesse, bem como testes de toxicidade com espécies sensíveis. Este artigo descreve protocolos e resultados de monitoramento para um bioswale de estacionamento urbano e um sistema de vala de drenagem de vegetação agrícola. Os atributos de design de um bioswale de estacionamento típico, como podem ser usados ​​para tratar o escoamento de tempestade em uma área de estacionamento de shopping urbano típica de uso misto, dependem da área a ser tratada. No exemplo descrito aqui, 53.286 pés quadrados de asfalto criam uma área impermeável que drena para um swale, que consiste em 4.683 metros quadrados de paisagismo. Para acomodar o escoamento a partir desta área de superfície, um canal com forma de semi-V de fundo plano, de 215 pés de comprimento, compreende o swale com um declive lateral inferior a 50% e uma inclinação longitudinal de 1% ( Figura 1 ). Este swale compreende três camadas que incluem a grama nativa do grupo plantada em 6 polegadas de topsoil, layeVermelho sobre 2.5 pés de subgrado compactado. Fluxos de águas pluviais das áreas de estacionamento para vários pontos de entrada ao longo do swale. A água infiltra a área de vegetação, depois permeia o subgrado e drena em um dreno perfurado de 4 polegadas. Este sistema drena a água através de um sistema encanado para uma área húmida adjacente que eventualmente drena para um riacho local.

<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

A água de chuva urbana e o escoamento da irrigação agrícola contêm uma mistura complexa de contaminantes que são frequentemente tóxicos para as águas receptoras adjacentes. A escorrência pode ser tratada com sistemas simples projetados para promover sorção de contaminantes para a vegetação e solos e promover a infiltração. Dois sistemas de exemplo são descritos: um sistema de tratamento de bioswale para tratamento de águas pluviais urbanas, e uma vala de drenagem de vegetação para o tratamento de escoamento de irrigação agrícola. Ambos têm atributos semelhantes que reduzem a carga de contaminantes no escoamento: vegetação que resulta na sorção dos contaminantes para o solo e superfícies das plantas e infiltração de água. Estes sistemas podem também incluir a integração de carvão ativado granulado como um passo de polimento para remover contaminantes residuais. A implementação desses sistemas na agricultura e nas bacias hidrográficas urbanas exige o monitoramento do sistema para verificar a eficácia do tratamento. Isso inclui monitoramento químico de contaminantes específicos responsáveis ​​pela toxicidade.O papel atual enfatiza o monitoramento de pesticidas de uso atual, uma vez que estes são responsáveis ​​pela toxicidade de água de superfície para invertebrados aquáticos.

Eficácia do Bioswale Urbano Durante as 18,5 h da tempestade, 1,52 &quot;de chuva foi registrada pelo pluviômetro, o que resultou em 50,490 galões de água fluindo dos estacionamentos para o bioswale, sendo que, deste volume total, foram registrados 5,248 galões pelo medidor de vazão de saída , Resultando em uma infiltração total de 90% das águas pluviais que fluíram para a bioswale.A bioswale reduziu todos os produtos q...

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

Este artigo sintetiza os atributos de projeto e a eficácia dos sistemas de tratamento que tratam a água de chuva urbana ea irrigação agrícola para eliminar os pesticidas e outros contaminantes associados à toxicidade aquática.

Vegetated Sistemas de Tratamento para Remoção de Contaminantes Associados à Toxicidade de Águas Superfícies na Agricultura e Escorrências Urbanas

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

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Research

JoVE Journal

Environment

10.5K visualizações.  University of California, Davis.  Este artigo sintetiza os atributos de projeto e a eficácia dos sistemas de tratamento que tratam a água de chuva urbana ea irrigação agrícola para eliminar os pesticidas e outros contaminantes associados à toxicidade aquática. 

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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.

Projeto e Construção de um Mecanismo de Pesquisa escoamento urbano

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 ...

Ambiente

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.

Um protocolo para Realização Chuvas Simulação para o Estudo de Escoamento do Solo

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.

Uma Abordagem Bioreporter celular todo avalie Transportes e biodisponibilidade de contaminantes orgânicos em água insaturadas Sistemas

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.

Preparação e Teste de impedância baseado em Biochips fluídicas com células RTgill-W1 para avaliação rápida das amostras de água para a toxicidade

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.

Um ensaio de PCR Duplex Digital para a simultânea Quantificação da<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; Ea Human Fecal-associado HF183 marcador no Waters

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.

Protocolo para Microplásticos Amostragem na superfície do mar e análise de amostras

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.

Método Ecotoxicológico com Bactérias Marinhas<em&gt; Vibrio anguillarum</em&gt; Avaliar a Toxicidade Aguda dos Contaminantes Ambientais

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.

Monitoramento Contínuo de Nutrientes e Sedimentos em Bacias Agrícolas

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.

O teste de infecção da planta: Spray e inoculação mediada por ferimento com o de patógeno vegetal Magnaporthe Grisea

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.

Construção de uma incubadora móvel de baixo custo para o campo e uso em laboratório

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

Vegetated Sistemas de Tratamento para Remoção de Contaminantes Associados à Toxicidade de Águas Superfícies na Agricultura e Escorrências Urbanas

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