Entegre Saha Lysimetry ve gözenek suyu Örnekleme Topraklarda Kimyasal Hareketlilik Değerlendirilmesi ve kurulan Bitki Örtüsü

Özet

Saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme araştırmacılar topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların kaderi değerlendirmek için izin. Bu protokolün amacı gerekli aletleri yüklemek ve entegre saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme deneyleri sırasında kimyasal analizler için numune toplamak için nasıl göstermektir.

Özet

Potansiyel toksik kimyasallar rutin atık yönetimi ve gıda üretimi üzerinde artan taleplerini karşılamak için arazi uygulanan, ancak bu kimyasalların kaderi genellikle iyi anlaşılmış değildir. Burada toprak ve bitki örtüsü kurulmuş uygulanan kimyasalların mobiliteyi değerlendirmek için bir entegre alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yöntemi göstermektedir. Lizimetreler, metal veya plastikten yapılmış açık sütunlar, bareground veya bitkili toprağa sürülür. Ticari olarak mevcuttur ve toprak sızıntı suyu toplamak için vakum kullanmak gözenek suyu numune, lizimetrelerden içinde önceden belirlenmiş derinliklerde yüklenir. Deneysel araziler kimyasal uygulama aşağıdaki danışıklı zamanlarda, gözenek suyu toplanır ve lizimetreler, toprağı ve bitki örtüsünü içeren, mezardan vardır. Lizimetre toprak, bitki örtüsü, ve gözenek suyu, aşağı liç oranları, toprak tutma kapasiteleri ve ilgi kimyasal bitki alımında kimyasal konsantrasyonlarını analiz edilerek belirlenir olabilir.Alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme doğal çevre şartlarında ve minimum toprak rahatsızlık ile gerçekleştirildiği için, elde edilen sonuçlar gerçek vaka senaryoları proje ve kimyasal yönetimi için değerli bilgiler sağlamaktadır. Kimyasallar giderek dünya çapında arazi uygulanır gibi, anlatılan teknikleri uygulanabilir kimyasalların insan sağlığına veya çevreye olumsuz etkileri poz olmadığını belirlemek için kullanılabilir.

Giriş

Potansiyel toksik kimyasallar rutin gibi pestisitler, gübreler, kanalizasyon / biyosolidlerin, endüstriyel atıklar ve belediye atıkları ^1,2 gibi kaynaklardan arazi uygulanır. Bu kimyasalların kaderi -, besinleri içerir elemanları, organik ve bunların ilişkili metabolitleri iz olabilir - genellikle iyi ³ anlaşılmış değildir. Kimyasallar düzgün yönetilen değilse, bitkilerin, yüzey suları, yeraltı ve onların transfer ve birikimi ile insan ve çevre sağlığını tehdit potansiyeline sahip. 2050 yılında 10 milyar kişiye ulaşmak olabilecek bir küresel nüfus ile, orada atık yönetimi ve gıda üretimi ² büyüyen talepleri ve birçok kimyasal arazi uygulama ^3,4 artmaktadır. Buna göre, araştırma arazi bertaraf gerektiren veya ekin sağlığını geliştirmek için bağlı olduğu kimyasallar dönüşümleri, hareketlilik, yükleme sınırları ve genel çevresel riskleri rakamlarla ihtiyaç duyulmaktadırve verim.

Stratejilerinin bir dizi ortamında uygulanan kimyasal tehditlerin değerlendirmek için kullanılmıştır. Laboratuvar-tabanlı, model sistem çalışmaları topraklarda kimyasalların hareketliliğini kontrol temel mekanizmaları hakkında bilgi vermek için yapılmıştır. Bir laboratuvarda kimyasal kaderini analiz ederken, "çevre" ve girdilerin tam manipülasyon elde edilebilir, ancak bu nadiren gerçek dünya çevre koşulları ^5,6 maç. Böylece, alan ayarlara laboratuvar sonuçları extrapolating kimyasal tehditler hakkında yanlış tahminler yol açabilir. Bunun aksine, geniş alan ölçümleri ortamında kimyasal hareketini tanımlamak için kullanılmıştır. Ancak, bu ölçümlerden çevresel akıbeti hakkında sonuçlar nedeniyle sık sık uygulanan kimyasalların sık düşük kullanım oranları (örneğin, bir kaç gr A ^-1) yanı sıra, e hidrolojik ve biyokimyasal süreçler arasındaki karmaşık etkileşimler karmaşıktırKimyasal dağılımları düzenleyen nvironment.

Alan lysimetry dahil Lysimetry, tarihsel sistematik topraklarda ve kurulan bitki örtüsüne uygulanan kimyasalların aşağı doğru hareketliliği değerlendirmek için toprak ve bitki bilim adamları tarafından kullanılmıştır. A Lizimetre ilgi konusu bir toprak içine yerleştirilir ve kapalı bir alanda, bilinen miktarlarda uygulanan kimyasalların akıbetini belirlemek için kullanılan metal ya da plastikten yapılmış bir cihazdır. Lizimetrelerden toplanan toprak ve bitki örnekleri, zamanla kimyasal dağılımlarının gelişimini değerlendirmek için de kullanılabilir. Alan lysimetry doğal çevre koşulları altında gerçekleştirilir, sonuçları toprak sistemlere kimyasal uygulamalarda türetilmiş gerçek senaryoları tahmin etmek için kullanılabilmektedir. Erken Lizimetre çalışmalar terleme, nem akışını ve / veya besin hareketi ölçülür. Günümüz Lizimetre çalışmalar aforeme birlikte, pestisit ve besin dağılımı, pestisit hareketi, volatilite ve kütle dengesini ölçmekntioned ölçümler ^3.

Yeraltı suyu kirlenme potansiyelini etkileyebilecek kritik bir bileşeni - geleneksel alan lysimetry bir sınırlama daha az dikkat topraklarda süzülen suda çözünmüş kimyasal konsantrasyonları ödenir ise bir toprak profili içinde kimyasal hareketlilik büyük ölçüde, katı-faz ölçümleri ile tanımlanır olmasıdır kara uygulanan kimyasallardan. Lizimetrelerden altından bazen sızıntı analiz için toplanır, ancak tipik olarak bu yaklaşım sınırları derinlik gözenek suyu konsantrasyonlarının çözünürlüğü ve deney öncesinde önemli toprak kazı gerektirmektedir. Bunun yerine, toprak su içinde kimyasal konsantrasyonları hakkında bilgi elde etmek üzere, gözenek suyu numune alan ortamlarda kullanılabilir. Gözenek suyu numune ayrık, istenen derinliklerde su toplamak topraklarda yüklü ve sadece minimal toprak sistemini rahatsız edilir. Gözenek suyu numune lizimetrelerden, emme cu dahil olmak üzere birçok isim tarafından sevk edilmiştirp lizimetreler veya toprak çözeltisi numune, yukarıda tarif edilen geleneksel alan lizimetrelerden ile ayrım konvolüsyonlu. Bu yazıda karışıklığı hafifletmek için dönem "gözenek suyu sampler" kullanacaktır.

Burada, biz bitkili toprak veya bareground sistemlerine uygulanan kimyasalların aşağı liç potansiyeli değerlendirmek için saha lysimetry ve gözenek suyu örnekleme birleştiren deneysel bir yaklaşım göstermektedir. Seramik gözenek suyu örnekleme 1960'ların başında ⁸ beri kullanılmaktadır ise Lysimetry, 1700'lerin ⁷ beri kullanılan güçlü bir araç olmuştur. Bu sağlam tekniklerin entegrasyonu toprak bozulmasını minimize ederken katı ve çözünmüş-faz kimyasal konsantrasyon dağılımlarının belirlenmesi için alan sağlar. Bu yazıda yer seçimi, cihaz kurulum ve numune toplama dahil, bir deney tasarlarken dikkate faktörleri açıklar. Yaklaşım kaderi değerlendirilen bir deney ile gösterilmiştirorganik arsenik pestisit bir bareground ve kurulu bir çimenlik sistemine uygulanmıştır. Açıklanan teknikler böylece araştırmacılar ve arazi uygulanan kimyasalların çevre kaderi ve davranışlarını anlamak için aramak politika yapıcılar için çok değerli araçlar sağlayarak, kimyasalların geniş bir yelpazede kaderi incelemek için gerekli ayarlanabilir.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protokol

Alan örnekleme Bu deneyde yapılan ve Tarım ve Tüketici Hizmetleri North Carolina Bölümü yetki aşamasındadır.

1.. Saha Lizimetre Kurulum

1. Uygulanan kimyasalların yanal hareket mümkün olan bir deneysel sitesi seç (örn.. Çok az veya hiç bir eğimle siteleri). Ilgi toprak ve bitki özelliklerine göre siteleri seçin.
2. Araziler bitki örtüsü varsa, yükleme (Şekil 1A) Lizimetre önce bitki örtüsü fişlerini çekin.
3. ~ Uygulanan kimyasal içerir ve yanal kimyasal hareketini en aza indirmek için toprak yüzeyinden Lizimetre 1-2 cm bırakarak, bir ters sonrası sürücüsü kullanarak (ya da bitki örtüsü olmadan) istenen araziler içine aşağı lizimetrelerden sürün. Bunun için, kullanım haddelenmiş ve onsekiz göstergesi çelik levhalar (91 cm derinlik x 15 cm çap) (Şekil 1B) kaynaklı. Res uygun farklı malzeme ve boyutlarda lizimetrelerden kullanınearch hedefler.
4. Lizimetre yükleme aşağıdaki bitki fişleri değiştirin.
5. Deney için uygun olarak herhangi bir bitki örtüsü yönetmek. Araziler, çıplak kalır bitki örtüsünün serbest alanlarda tutmak Glifosatın nokta uygulamalarını kullanmak için ise.
6. Sulama, gübreleme, ve diğer yönetim uygulamaları bareground ve bitki örtüsü araziler özdeş olduğundan emin olun. Araştırma amaçları karşılamak için sulama önceden belirlemek.

2.. Gözenek suyu Numune Kurulum

1. Sızıntı gözenek suyu toplamak için lizimetrelerden ortasında PTFE / kuvars (% 50/50) gibi gözenek suyu numune, yükleyin.
2. Lizimetre merkezinde 2.5 cm paslanmaz çelik çubuk yerleştirin ve istenen örnekleyici derinlikte bir çekiç ile zemine yerleştirin.
   NOT: Bir burgu da bu aşama için kullanılabilir.
3. Sulama suyu 700 ml, kimyasal olarak inert silika unu için ~ 900 g ile, silika unu ve su harç hazırlayın. Bulamaç thoroug karıştırınHer bir numune karışımı yerleştirilir hly önce. Bir el veya pilli vakum pompası örnekleyiciye -50 -70 kPa arasındaki basınç uygulayın.
4. 10 dakika sonra, silika un bulamaçtan Örnekleyici çıkarın ve iyice tekrar silis bulamacı karıştırın. Deliğin altına bir 2.5 cm çaplı boruya bağlı bir huniden bulamacın 60 ml dökün.
5. , Bir plastik ya da metal boru ile arzu edilen örnekleme derinlikte deliğe Örnekleyici yerleştirin. Örnekleyicide o boru delikten dışarı uzanır olun. Kalan deliği doldurmak için tedavi edilmeyen, doğal toprak ve suyun bir bulamaç kullanın.
6. Yerleşmek için toprak için asfaltlanması sırasında zaman tanıyın; gerektiği gibi katma toprağı bastırıp sıkıştırmak için bir boru kullanın.
7. Orijinal seviyesine toprak dolgu. Uygun olduğu takdirde, deliğin üstünde bitki değiştirin.
8. Fluorinatlı etilen propilen (FEP) boru bir bölümü üzerinden bir vakum şişesi için örnekleyici boru takın. Bir plastik tüp kelepçe ile, dışarı ikinci bir boru hattı bağlayınBir vakum pompası, vakum şişesi.
9. Ilgi kimyasal (ler) fotodegradasyon (Şekil 1C) eğilimli ise siyah plastik veya bant ile boru ve toplama şişeleri örtün.
10. Doğru örnekleyici takılmasını sağlamak için deney önce birkaç gün boyunca tekrar tekrar numune için vakum şişesi ile yaklaşık -50 -70 kPa vakum basınç uygulayın.

Lizimetrelerden 3. Kimyasal Uygulama

1. Kimyasal uygulamalar yapılmadan önce aklimasyon için en az iki hafta bekleyin.
2. Ilgi konusu kimyasal (lar) arka plan konsantrasyonlarını ölçmek için Lizimetre tedaviden önce arka plan gözenek suyu örnekleri toplamak.
3. Bu tür bir el _CO2 basınçlı boom püskürtücü (Şekil 1D) ile ya da Lizimetre içeren arsa yüzeyine direkt olarak granül formülasyonu dağıtarak gibi tipik yöntemler ile toprağa ya da bitki örtüsü için, ilgi konusu kimyasal uygulanır. Birden fazla kimyasal uygulamalar etkinliği için gerekli ise, kullanım şekilleri veya etiket tarifi tipik başına bunları uygulayın. Bir kontrol olarak hizmet etmek işlenmemiş bazı lizimetrelerden bırakın.

4. Gözenek suyu Toplama ve Analizi

1. Gözenek suyu numune vakum şişeleri bir gün önce ya da örnekleme günü vakum yaklaşık -50 -70 kPa uygulayın. Örnekleyiciyi çevredeki su örneklenmiş kadar toplanan vakum şişe akan, tüp içine Örnekleyicideki yukarı çekilecektir. Gözenek suyu toplanır ve su toplama süresi, toprak tipi, toprak yapısı, toprak nem içeriği ve örnekleyici derinliği gibi faktörlere bağlı olabilir hangi toprak hacmi.
2. Araştırmacı tarafından önceden belirlenmiş olduğu gibi, kimyasal uygulama aşağıdaki belirtilen zaman aralıklarında numuneler toplamak.
3. Her gözenek suyu örnekleyici için dereceli silindirin içine toplanan su hacmini ölçmek. Filtrasyon gerekli ise, bir Luer-Lok sy su koyunringe (boyut su hacmine bağlı olacaktır) ve bir 25 mm 0.2 um naylon filtre yolu ile örnek geçmektedir.
4. Farklı numune saklama yöntemleri gereklidir ve yeterli numune toplanması halinde, benzersiz kaplara örnek bölün.
5. Non-asidifiye numunelerin pH değerinin belirlenmesi için bir el pH ölçer kullanın.
6. Örnek korunması için gerekirse uygun asidin uygun bir hacmi eklenerek pH ayarlayın.
   NOT: Konsantre asitler aşındırıcı olabilir ya da bunları kullanırken oksidanlar ve bakım alınmalıdır.
7. Burası bir soğutucuda buz üzerinde numune veya analize kadar buzdolabında koydu. Böyle indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi (ICP-MS), indüktif eşleşmiş plazma optik emisyon spektroskopisi (ICP-OES), atomik absorpsiyon spektroskopisi (AAS), ya da yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) gibi kimyasal ölçümü için analitik yöntemleri kullanın örnekleri analiz.

5.. Lizimetre Exhumation, Toprak / Bitki Koleksiyonund Analizi

1. Kimyasal uygulama aşağıdaki belirtilen zaman aralıklarında, toprağı ve bitki örtüsünü içeren, lizimetrelerden mezardan. Toprak ve bitki örtüsü içinde arka plan kimyasal konsantrasyonlarını belirlemek için her örnekleme zamanında tedavi edilmeyen lizimetrelerden mezardan.
2. Bir traktöre uygulamaya bağlı varil kelepçeler kullanılarak lizimetrelerden mezardan. Lizimetre en açık kenarı üzerine yerleştirilmesi için kelepçeler sağlayan bir konuma kova indirin.
3. Kaldırın kelepçeler toprağa (Şekil 1E) dışarı Lizimetre sütun çekerek, açıkta kalan kenarı kavramak neden uygulamak.
4. Cap lizimetrelerden çapına kesilmiş yalıtım levhalar ile Lizimetre biter çıkardılar. Galon boyutlu polietilen Lizimetre uçları üzerinde takılı çanta ve koli bandı ile güvenli çanta ile yerde kapakları tutun.
5. Toprak ve bitki örtüsü örnek bölümü için bir alan laboratuvara lizimetrelerden taşıyın. Kontaminasyon am önlemek için ilk Nontreated lizimetrelerden Süreçong lizimetreler.
6. Bir tarafta uzunlamasına Lizimetre kesmek için bir metal kesme bıçağı ile donatılmış bir pistonlu gördü kullanın. Derin derinliklerde toprak sığ derinliklerde toprak kirlenmiş değil emin olmak için (beklenen yüksek konsantrasyonlu bölge) Yukarıda alt (beklenen düşük konsantrasyonlu bölge) gelen sütunları kesti.
7. Lizimetre yarmak. Ayrı ayrı toprak ve bitki örtüsü bölümlerine metal bölme tabak kullanın. Lizimetre ve araştırma hedeflerinin uzunluğuna dayalı toprak derinliği artışlarla seçin.
8. Kesitli toprağı ve bitki örtüsünü kazmaya kaşık ya da spatula kullanın. Uygun bir şekilde etiketlenmiş bir polietilen torba içinde dondurucu her numunesi yerleştirin. Lizimetre ile doğrudan temas halinde toprak toplamak etmeyin.
9. İstediğiniz her numune derinliği için kazı protokolünü uygulayın. Buz dolu bir soğutucu örnek çanta yerleştirin ve bir laboratuara taşırlar. Analiz edilinceye kadar bir dondurucuda saklayın örnekleri.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Sonuçlar

Kimyasalların kaderi üzerinde veri birikimi ^5,10 bareground ve bitki örtüsü toprak sistemleri uygulanmaktadır Bu yöntem sağlar. Bu yaklaşım, ayrık için bitkilere, arsenik (As) aşağı liç, emme ve translokasyon değerlendirmek için kullanılan organik arsenik herbisit monosodyum metil arsenat (MSMA) uygulaması aşağıdaki gibidir (Cynodon dactylon) sistemleri ^9. 1960'lardan beri, MSMA olmayan ekili, Çim, ve pamuk üretiminde kullanılır olmuştur, ama gibi topraklar ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Tartışmalar

Entegre bir alan lysimetry ve gözenek suyu örnekleme yaklaşımı kullanan araştırmacılar arazi uygulanan kimyasalların çeşitli zamansal ve mekansal dağılımları değerlendirmenizi sağlar. Toprak ve bitki örtüsü sistemlerinde kimyasal kaderi gibi aşağı liçi, buharlaşma, hidroliz, photolysis, mikrobiyal transformasyon / bozulması, bitki alımı, toprak tipi ve toprağın pH ^16,17 gibi çevresel süreçleri ve nitelikleri, bir dizi kontrol edilebilir. Sera veya laboratuar tabanlı deneyler ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Prenart Super Quartz Samplers (PFTE/Quartz)	Prenart Equipment ApS	N/A	Any samplers for  trace metal analysis can be used (e.g. SoilMoisture Equipment Corp.)
Prenart installation kit	Prenart Equipment ApS	N/A	Contains all items necessary to install porewater samplers
2 L collecting bottles	Prenart Equipment ApS		Bottles can also be purchased from Fisher Scientific (02-923-2) or other laboratory supply companies, but fittings will need to be adjusted. Bottles can be covered with dark material if light sensitive
Portable vacuum pump	Prenart Equipment ApS	N/A	Vacuporter from Decagon Devices or other field battery-operated or hand vacuum pump may be used
1 oz HDPE Nalgene bottles	Fisher Scientific	03-313-4A	Sample bottle type will depend on analyte of interest and may be glass
Concentrated nitric acid	Fisher Scientific	A509-P212	Oxidizing and corrosive-other acids may be needed for preservation and should be used with caution
25 mm 0.2 µm nylon syringe filters	VWR	28145-487	Other filter types and pore sizes may be used, dependent on the analyte of interest and analytical instrumentation
60 ml Luer-Lok syringes	Fisher Scientific	13-689-8	Other sizes may be used depending on sample volume collected
Portable pH meter	VWR	248481-A01	Other pH meters can be used following calibration
Graduated cylinder	any	N/A
Field lysimeters (metal, plastic, etc.)	N/A	N/A	Often these are constructed based on the researchers specifications
Inverted post driver tractor	N/A	N/A	Any tractor can be used to install the lysimeters
Handheld boom sprayer	N/A	N/A	To apply the rate needed for application
Polyethylene bags	Johnson & Johnson	N/A	Other brands may be used for soil storage
Reciprocating saw	Black & Decker	N/A	Any reciprocating saw can be used with a metal cutting attachment