Følger kemikaliernes vej gennem jorden

Hvor bliver pesticider og deres nedbrydningsprodukter af, når de kommer i jorden? Og hvor lang tid tager det dem at komme til grundvand eller afløbssystemer? Det afhænger af en række faktorer, men forskere ved Aarhus Universitet er kommet et skridt nærmere at finde hurtige svar. For første gang nogensinde, de har brugt synlig/nær-infrarød spektroskopi til at forudsige transporten af ​​opløste kemikalier gennem intakt jord.

Jordens evne til at transportere opløste kemikalier afhænger af jordens tekstur og struktur. Sporing af rejsetiden for disse opløste stoffer udføres normalt i laboratoriet ved at måle gennembrudskurver, hvor anvendelsen af ​​et opløst stof ved jordoverfladen og dets udseende over tid i bunden registreres. At opnå gennembrudskurver fra laboratorieundersøgelser er ekstremt dyrt samt tidskrævende og arbejdskrævende, så holdet af forskere fra Aarhus Universitet og Aalborg Universitet besluttede at tænke ud af boksen og bruge synlig/nær-infrarød (vis–NIR) spektroskopi til at forudsige gennembrudskurver – for første gang nogensinde.

Anvendelse af teknologi på en ny måde

Vis-NIR-spektroskopi er velkendt for sin målehastighed og dens lave dataindsamlingsomkostninger. Det kan bruges til kvantitativ estimering af grundlæggende jordegenskaber som ler og organisk stof.

Holdet af forskere brugte vis-NIR-spektroskopi til at forudsige gennembrudskurverne for de opløste stoffer på en lang række intakte jordsøjler fra seks repræsentative marker i Danmark. Gennemsnit på tværs af det enkelte felt, den nye teknologi estimerede gennembrudskurverne med en høj grad af nøjagtighed.

"Vi fandt ud af, at vi kunne måle massetransporten af ​​opløste kemikalier ret præcist med vis-NIR-spektroskopi. Vores resultater kan bane vejen for næste generations målinger og overvågning af opløst kemikalietransport ved spektroskopi, " siger professor Lis Wollesen de Jonge, en af ​​forskerne på holdet og medforfatter til deres artikel i Videnskabelige rapporter .

Det er vigtigt at forstå kemisk udvaskning gennem jorden

Intensiveringen af ​​landbrugsproduktionen for at imødekomme den stigende efterspørgsel efter landbrugsvarer øger brugen af ​​kemikalier. Den omfattende brug af landbrugskemikalier forårsager forurening af vandressourcerne. Det her, på tur, udgør en alvorlig trussel mod akvatiske økosystemer, menneskets sundhed, og miljøet. Forekomsten af ​​landbrugskemikalier og deres nedbrydningsprodukter over de tilladte grænseværdier i drikkevandsboringer har tvunget adskillige brønde til at blive lukket ned og implementering af strenge regler for brugen af ​​landbrugskemikalier i EU.

At forstå udvaskningen af ​​opløste stoffer til grundvandet og at kunne måle og modellere deres transporttider er derfor vigtigt for vores sundhed og miljøet. Jord spiller en vigtig rolle i denne henseende på grund af dens mange funktioner. Jord er grundlæggende for landbrugsproduktion, for dets evne til at filtrere næringsstoffer og forurenende stoffer, og til opbevaring og genanvendelse af organisk materiale.

Jord er også den vigtigste transportvej for landbrugskemikalier til grundvandet. Jordens evne til at filtrere opløste landbrugskemikalier er afhængig af jordens egenskaber og samspillet mellem de opløste stoffer og jordens egenskaber, og er påvirket af, hvordan jorden bruges og forvaltes.

Jordstrukturen er en meget dynamisk egenskab, da den påvirkes af grundlæggende jordegenskaber såsom tekstur, organisk stof, carbonater og metaloxider, klima, og arealanvendelse og forvaltningspraksis. Afhængig af jordstrukturen, tæt på mætning, vand og opløste kemikalier kan enten transporteres jævnt gennem jorden, eller hurtigt gennem specifikke veje i jorden med forskellige grader af masseudveksling mellem jordmatricen og transportvejene.

Fremtidige muligheder for udforskning

Forskellige transportmodeller for opløste stoffer er blevet udviklet til at tage højde for forskellige transportprocesser og lette forudsigelsen af ​​transporten af ​​opløste kemikalier gennem jord.

"Større udfordringer, når det kommer til risikovurdering, er at opnå et nøjagtigt estimat af en række parametre, der bruges som input i opløste transportmodeller og til at tage højde for de rumlige forskelle i disse transportegenskaber, " forklarer Lis Wollesen de Jonge.

Selvom der er en lille undervurdering af variationerne inden for felt med vis-NIR spektroskopi, effektiviteten af ​​denne teknologi med hensyn til omkostninger og målehastighed kan opveje dyre og præcise målinger ved brug af konventionelle metoder til jordegenskaber, der normalt har stor rumlig variation.

For at finpudse teknologien, tilgange til at reducere estimeringsfejlen som følge af forskelle i jordstruktur, som ikke kan fanges ved vis-NIR-spektroskopi, bør undersøges. En anden udforskningsvej for at forbedre forudsigelsesnøjagtigheden kunne være integration af vis-NIR-spektroskopi med anden let tilgængelig information, såsom jordstrukturoplysninger baseret på jordbundsundersøgelser eller hurtige felttest.