Name: wastewater irrigation impacts on soil hydraulic conductivity: coupled field sampling and laboratory determination of saturated hydraulic conductivity
Uploaded: 2018-08-19T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity at JoVE.

著者は、ペンシルバニア状態大学事務所の物的設備資金の一部を提供するためこのプロジェクトをサポートするために感謝したいと思います。一部の資金は、米国農務省-地域研究プロジェクト W-3170 によって提供されたも。分析作業の彼の援助にエフライム Govere に感謝したいと思います。深い感謝の意は、チャールズ ・ ウォーカー、その工学設計と建設のスキルがこの作業を行うことが可能です。

土壌の採取場所を選択します。
<ol><li>空中写真を特定し、サイト visit(s) 灌漑排水していない持っているものを受けている場所。</li>
	<li>水、土壌と植物の相互作用があります可能な風景の違い (特に風景場所、サミット、斜面、つま先の斜面、うつ病など) に細心の注意を払って、サンプリングを行ういくつかの代表的なサイトを選択します。異なる。</li>
	<li>サミット、斜面、つま先傾斜?...

<ol>
	<li>Kolpin, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pharmaceuticals,+hormones,+and+other+organic+wastewater+contaminants+in+U.S.+streams,+1999-2000:+a+national+reconnaissance.">Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance.</a> Environmental Science &amp; Technology. 36 (6), 1202-1211 (2002).</li><li>Duan, R., Sheppard, C. D., Fedler, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-term+effects+of+wastewater+land+application+on+soil+chemical+properties.">Short-term effects of wastewater land application on soil chemical properties.</a> Water, Air, &amp; Soil Pollution. 211 (1-4), 165-176 (2010).</li><li>Frenkel, H., Goertzen, J. O., Rhoades, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+clay+type+and+content+exchangeable+sodium+percentage,+and+electrolyte+concentration+on+clay+dispersion+and+soil+hydraulic+conductivity.">Effects of clay type and content exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity.</a> Soil Science Society of America Journal. 42 (1), 32-39 (1978).</li><li>Goncalves, R. A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+conductivity+of+a+soil+irrigated+with+treated+sewage+effluent.">Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent.</a> Geoderma. 139 (1-2), 241-248 (2007).</li><li>Halliwell, D. J., Barlow, K. M., Nash, D. M. <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+the+effects+of+wastewater+sodium+on+soil+physical+properties+and+their+implications+for+irrigation+systems.">A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems.</a> Australian Journal of Soil Research. 39 (6), 1259-1267 (2001).</li><li>Franklin, A. M., Williams, C. F., Andrews, D. M., Woodward, E. E., Watson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uptake+of+Three+Antibiotics+and+an+Antiepileptic+Drug+by+Wheat+Crops+Spray+Irrigated+with+Wastewater+Treatment+Plant+Effluent.">Uptake of Three Antibiotics and an Antiepileptic Drug by Wheat Crops Spray Irrigated with Wastewater Treatment Plant Effluent.</a> Journal of Environmental Quality. 45 (2), 546-554 (2016).</li><li>Franklin, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antibiotics+in+agroecosystems:+introduction+to+the+special+section.">Antibiotics in agroecosystems: introduction to the special section.</a> Journal of Environmental Quality. 45 (2), 377-393 (2016).</li><li>Wolf, A. M., Beegle, D. B., Sims, J. T., Wolf, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recommended+soil+tests+for+macronutrients.">Recommended soil tests for macronutrients.</a> Recommended Soil Testing Procedures for the Northeastern United States. , 39-47 (2011).</li><li>Klute, A., Dirksen, C., Klute, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydraulic+conductivity+and+diffusivity:+laboratory+methods.">Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods.</a> Methods of Soil Analysis: Part 1-Physical and Mineralogical Methods. , 687-743 (1986).</li><li>Walker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Enhanced techniques for determining changes to soils receiving wastewater irrigation for over forty years. , (2006).</li><li>Perroux, K. M., White, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designs+for+disc+permeameters.">Designs for disc permeameters.</a> Soil Science Society of America Journal. 52 (5), 1205-1215 (1988).</li><li>Clothier, B. E., White, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+sorptivity+and+soil+water+diffusivity+in+the+field.">Measurement of sorptivity and soil water diffusivity in the field.</a> Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 241-245 (1981).</li><li>Ankeny, M. D., Ahmed, M., Kaspar, T. C., Horton, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+field+method+for+determining+unsaturated+hydraulic+conductivity.">Simple field method for determining unsaturated hydraulic conductivity.</a> Soil Science Society of America Journal. 55 (2), 467-470 (1991).</li><li>Larson, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Long-term treated wastewater irrigation effects on hydraulic conductivity and soil quality at Penn State's Living Filter. , (2010).</li></ol>

フィールド ベース、不撹乱土壌サンプルの収集し、透水係数値を取得する機能は、サイトの代表的なデータの取得で重要です。圃場条件に合った、フィールドの環境の物理的な状態の代表に残る土のサンプルを使用することが重要です。サブサンプリングするまたはたとえば誘導圧縮を処理し、迷惑をかけられる、飽和透水係数に影響を与える構造変化を体験する現場から土壌を採取しまし...

ストリームへの自治体からの下水の排出は、数十年の標準的な方法をされています。このような排水は、排水排水の結果として、受信側の海域での微生物による生物学的酸素消費の可能性を減らす目的のため主に扱われます。微生物による酸素消費量は、魚など、害水生生物廃液の排出に、それによって水の体の酸素レベルを減らす排水中の有機物を低下します。
最近十年間の懸念を無機栄養素、いくつかの金属および害を作成排水内で他の化学物質に関連する開発しました。Kolpinらによって公表された研究のため1、考慮されていない化学物質の範囲に大きな焦点が進化しています。アメリカ合衆国の地質社会によって出版されるこの調査は、排水処理施設から排出するため全米個人的な心配プロダクトの広い範囲および他の化学物質の河川およびその流域に関する意識を発生します。
1960 年代初頭以来、ペンシルベニア州立大学の研究者が調査し、湿気のある地域でややユニークな代替排水放電練習を開発しました。もむしろストリームに下水処理水を排出、これにより、直接影響を与えるストリーム品質、廃液が、森林や大学によって管理されるトリミングの土地に適用されます。愛称は「生活フィルター」、この分野は現在キャンパスに加え、自治体からのいくつかから生成されたすべての下水排水を受け入れます。これは入力ストリーム チェサピーク湾に水を提供する余分な栄養素の可能性を低減、魚に有害であるし、他の化学物質の配信を防止する暖かい排水の排出からローカル冷水漁業を保護水生生物の生態系を直接接触からの排水に含まれています。
しかし、常に動作の変更の結果、この代替利用施設がそのような物に免疫がないです。質問は、排水廃液のアプリケーションは土壌表面2, 3,4,5に潜入するために水を許可する土壌の能力に悪影響かどうか、大きい流出の原因を生じています。化学物質 (栄養素、抗生物質やその他の医薬品、パーソナルケア製品) 排水排水に含まれているローカル井戸の可能な汚染があるかどうか、これらの化学物質は負を作成するかどうか環境への影響、化学物質の植物6サイト、またはの抗生の抵抗の開発の成長への吸収を通じて土壌生物7サイトなど。
これらの懸念のいくつかの結果としては飽和土の透水係数に関する排水排水の灌漑の影響を決定するために本研究は実施します。使用するアプローチには、選択したサイト内または灌漑区域外から土壌を収集し、研究室のセットアップで土壌サンプル コンテナーのサイズに一致するが含まれます。実験室の装置に合わせて土のサンプル容器、水の土と土のサンプル容器の下方移動水から分離するサンプルの土のマトリックスを通して下方移動が重要です。プロトコルでは、これが発生を確認する実験室の装置を構築する方法について説明します。
土壌試料は、トラクターに付す油圧コア サンプラーを使用して収集されます。土壌コアは起伏のある風景で選択した地域から収集され、土壌試料採取装置に取り付けるプラスチック製のスリーブで保持されます。これらのコアは、頂上の景色の位置または depressional 地域に存在するヘイガースタウン沈泥ロームから収集されます。6 代表的なサミットと六つの depressional サイトは、灌漑地域 (12 灌漑サンプリング サイトの合計) からサンプリングされます。さらに、3 つのサミットと 3 つの depressional サイトが隣接する、非灌漑地域 (合計六つの非灌漑のサイト) からサンプリングされます。6 コアの最大、約 1,200 mm の最大深さに各サイトで各コアのサンプル約 150 mm 長い (100 mm プラスチック製スリーブと金属のサンプラーのカッティング ヘッドに含まれている 50 の mm に含まれているサンプルの収集します。).金属のサンプラーから取り出した後、収集した土壌コアを含むプラスチック製のスリーブ エンド キャップが装備されて、運ばれ技工所に直立、飽和透水係数を決定するため使用されるまで直立を格納します。カルシウム (Ca) ・ マグネシウム (Mg)、ナトリウム (Na) 土壌濃度8と純水の見積もりの Mehlich 3 の抽出法を用いた土壌液濃度と土壌の決定するためそれぞれの深さに土壌サンプルを収集する同時に、土壌質量: 水の 1:2 の比率で抽出しマス。水抽出物の化学分析は誘導結合プラズマ発光分光分析 (ICP-AES) から得られた、ナトリウム吸着率 (SAR) の計算に使用されました。
飽和透水係数の決定主に一定頭部方法9を使用して実行されます。排水の電気伝導度 (EC) を模倣する塩の Ca や Na を含む溶液、土、水の品質変数フィールドで適用される排水のようにさらされるので、廃液の SAR が作成されます。この場合、EC が 1.3 dS/m、SAR は 3、サンプル期間前に近年 EC と流水の SAR を反映しました。【 技術的には、SAR の単位が (つきミリグラム当量/リットル)½と通常文献で記されていない 】
コールガールとダークセン9の一定頭部方法に変更は油圧の土壌の見積もりに含まれている土のマトリックスの外で起こった列流を防ぐためにウォーカー8で流れの分離装置の開発導電性。フロー区切り記号は、土壌サンプルのサイズに合わせて選択、加工、ポリ塩化ビニル (PVC) 管を使ってビルドされます。画面は、土のサンプルをサポートしているし、水サンプルの底を流れに土のマトリックスを移動ことができます。2 番目の出口から土のマトリックスを通過する水の量の見積もりにない含まれて正しくなくなりますいわゆる「壁の流れ」プラスチック製のスリーブの内側を流れてきた水を生成します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sampling equipment:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil Sampler Drill Rig</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td>#25-TS / Model HDGSRTS</td>
			<td>* NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kelly Bar</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td>#KB-208 8 Ft. Kelly Bar</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil Sample Collection Tube</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td>#ZC-180 4-3/4&#8221; X 7-1/4&#8221;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soil Collection Tube Bit</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td>#ZC-190 4-3/4&#8221; Standard Relief</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Liner for Soil Sample</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td>#ZC-208 3-5/8&#8221; x 6&#8221;</td>
			<td>Enough for the number of samples being collected</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black end caps a for bottom of sample liners</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td></td>
			<td>To retain samples in liners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red end caps a for top of sample liners</td>
			<td>Giddings Machine Co. Inc</td>
			<td></td>
			<td>To retain samples in liners</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooler Chest</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Store &#38; maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protective gear:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hardhats, googles, and gloves</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>other items as needed for personal protection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saw</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drill and bits</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Cement</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 to 8 - 19 mm x 184 mm x 2438 mm boards</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 &#8211; barbed fittings; 13 mm HB x MGHT</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 &#8211; barbed fitting</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3000 mm long - 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 &#8211; 85 mm diameter circular mesh pieces</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schedule 40 PVC pipe &#8211; 96 mm ID / 114 mm OD</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schedule 40 PVC pipe &#8211; 73 mm ID / 89 mm OD</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schedule 40 PVC pipe &#8211; 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 - 73 mm plastic shower drains</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schedule 40 PVC pipe &#8211; 25 mm ID</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 - 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can purchase 2 &#8211; 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 &#8211; 140 mm by 19 mm plastic funnels</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To direct water flowing from soil sample into collection beaker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive caulk</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 &#8211; length of 150 mm x 1200 mm wire mesh cloth</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>4 Mesh works well</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 &#8211; 120 mm x 1219 mm plastic gutter with end caps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 &#8211; gutter hangers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 - additional gutter end cap</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 &#8211; large plastic tub</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 &#8211; large plastic tub</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To serve for wetting up soil samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 &#8211; Submersible pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Container of Cheese Cloth</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber bands</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Large enough to fit around plastic sample liners tightly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scale which measures to at least 0.1 gram</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaker or other container to collect water from each sample</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium Chloride</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wastewater irrigation impacts on soil hydraulic conductivity: coupled field sampling and laboratory determination of saturated hydraulic conductivity

1960 年代初頭以来、ペンシルベニア州立大学で代替排水放電実践を研究されているし、その影響を監視します。もむしろストリームに下水処理水を排出しそれにより直接ストリームの品質に影響を与える、廃液に森林に覆われた適用され、トリミングされた土地は大学によって管理されます。土壌の透水係数の削減に関連する懸念事項は、排水の再利用を検討する際に発生します。本稿では, 実験室ベースの透水係数測定装置のサイズで土壌サンプル サイズに一致するで説明されている方法の利点を比較的急速なサンプル集の利点があります制御研究室境界条件。ある可能性がありますというサイトの depressional エリアの深い深さで水を送信する土壌の能力に排水再利用のいくつかの影響が示唆されました。サンプルが収集されたと推論、土壌の構造と組織の違いに関連付けられている深度に関連するくぼみの土の透水係数の削減のほとんどが表示されます。

生活フィルター サイト排水排水用のアプリケーションが水を送信する土壌の能力にどのように影響を与えているかどうかの質問を調べるためには、土壌の飽和透水係数を測定する実験を行った。これらのサイトの非灌漑地域のサイトの灌漑地域の土壌の透水係数を比較しました。土壌の透水係数に関する排水排水の影響は、(たとえば) 土壌中のナトリウムの蓄積の結...

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

土壌透水排水灌漑への影響: 結合フィールド サンプリングと飽和透水係数の実験室測定

土壌サンプル サイズと水の流量測定に誤って含まれている土壌コンテナーの内側に沿っていわゆる壁面流を防ぐために透水係数測定デバイスに一致する方法をご紹介します。その使用は、排水灌漑のサイトから収集されたサンプルで示されています。

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

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

連続の設計および動作<sup&gt; 13</sup&gt; Cと<sup&gt; 15</sup均一または差動、代謝および構造·&gt; N標識化会議所、工場同位体ラベル化

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

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

統合フィールドLysimetryと間隙水土壌中の化学物質の移動性の評価のためのサンプリングと設立植生

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

Soil Sampling and Isolation of Entomopathogenic Nematodes (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

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