Куда попадают пестициды и продукты их разложения после попадания в почву? И сколько времени им нужно, чтобы добраться до грунтовых вод или дренажных систем? Это зависит от ряда факторов, но исследователи из Орхусского университета подошли на шаг ближе к поиску быстрых ответов. Впервые они использовали спектроскопию в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне для предсказания переноса растворенных химических веществ через неповрежденную почву.
Способность почв переносить растворенные химические вещества зависит от текстуры и структуры почвы. Отслеживание времени прохождения этих растворенных веществ обычно осуществляется в лаборатории путем измерения кривых проскока, где фиксируется нанесение растворенного вещества на поверхность почвы и его появление с течением времени на дне. Получение прорывных кривых из лабораторных исследований чрезвычайно дорого, а также отнимает много времени и труда, поэтому группа ученых из Орхусского и Ольборгского университетов решила мыслить нестандартно и использовать спектроскопию в видимом/ближнем инфракрасном диапазоне (vis-NIR) для прогнозировать кривые прорыва - впервые.
Применение технологий по-новому
Спектроскопия Vis-NIR хорошо известна благодаря скорости измерений и низкой стоимости сбора данных. Его можно использовать для количественной оценки основных свойств почвы, таких как глина и органическое вещество.
Группа ученых использовала спектроскопию видимого ближнего ИК-диапазона, чтобы предсказать кривые прорыва растворенных веществ в большом количестве колонок неповрежденной почвы из шести репрезентативных полей в Дании. Усредненные по отдельному месторождению, новая технология оценила кривые прорыва с высокой степенью точности.
Мы обнаружили, что можем достаточно точно измерить массоперенос растворенных химических веществ с помощью спектроскопии vis-NIR. Наши результаты могут проложить путь к следующему поколению измерений и мониторинга переноса растворенных химических веществ с помощью спектроскопии», - говорит профессор Лис Воллесен де Йонге, один из ученых в группе и соавтор их статьи в Nature’s Scientific Reports.
Понимание химического выщелачивания через почву важно
Интенсификация сельскохозяйственного производства для удовлетворения растущего спроса на сельскохозяйственные товары увеличивает использование химикатов. Широкое использование агрохимикатов приводит к загрязнению водных ресурсов. Это, в свою очередь, создает серьезные угрозы для водных экосистем, здоровья человека и окружающей среды. Появление агрохимикатов и продуктов их разложения выше допустимых пределов в колодцах с питьевой водой привело к закрытию многочисленных колодцев и введению жестких правил использования агрохимикатов в ЕС.
Понимание выщелачивания растворенных веществ в грунтовые воды и возможность измерения и моделирования времени их переноса, таким образом, важны для нашего здоровья и окружающей среды. Почва играет важную роль в этом отношении из-за ее многочисленных функций. Почва имеет основополагающее значение для сельскохозяйственного производства из-за ее способности фильтровать питательные вещества и загрязняющие вещества, а также для хранения и переработки органических материалов.
Почва также является наиболее важным путем переноса агрохимикатов в грунтовые воды. Способность почвы фильтровать растворенные агрохимикаты зависит от свойств почвы и взаимодействия между растворенными веществами и свойствами почвы, а также от того, как почва используется и обрабатывается.
Структура почвы является очень динамичным свойством, поскольку на нее влияют основные свойства почвы, такие как текстура, органическое вещество, карбонаты и оксиды металлов, климат, а также методы землепользования и управления. В зависимости от структуры почвы, при близком к насыщению, вода и растворенные химические вещества могут транспортироваться либо равномерно через почву, либо быстро по определенным путям в почве с различной степенью массообмена между почвенной матрицей и путями транспорта.
Пути будущих исследований
Разработаны различные модели переноса растворенных веществ для учета различных процессов переноса и облегчения прогнозирования переноса растворенных химических веществ через почву.
«Главные проблемы, когда дело доходит до оценки риска, заключаются в получении точной оценки ряда параметров, которые используются в качестве входных данных в моделях переноса растворенных веществ, и в учете пространственных различий в этих транспортных свойствах», - Лис Воллесен де Йонге. объясняет.
Несмотря на некоторую недооценку внутриполевых дисперсий с помощью спектроскопии vis-NIR, эффективность этой технологии с точки зрения стоимости и скорости измерения может перевешивать дорогостоящие и точные измерения с использованием традиционных методов свойств почвы, которые обычно имеют большую пространственную изменчивость.
Чтобы отточить технологию, следует изучить подходы к уменьшению ошибки оценки, возникающей из-за различий в структуре почвы, которые невозможно зафиксировать с помощью спектроскопии в видимом и ближнем ИК-диапазоне. Другим направлением исследований для повышения точности прогнозов может быть интеграция спектроскопии в видимом и ближнем ИК диапазонах с другой легко доступной информацией, такой как информация о структуре почвы, основанная на исследованиях почвы или быстрых полевых испытаниях..