Forskere følger sporene af kemiske stoffer i jord

Forskere ved Aarhus Universitet har udviklet en ny og hurtigere metode til at forudsige transporten af kemiske stoffer gennem jord.

27.09.2018 | Janne Hansen

Forskere fra Aarhus Universitet har udviklet en bedre metode til at følge transporten af kemiske stoffer gennem jorden. Foto: Janne Hansen

Hvor forsvinder pesticider og deres nedbrydningsprodukter, når de først er kommet i jorden? Og hvor længe tager det stofferne at nå grundvandet eller drænsystemer? Det afhænger af en række faktorer, men forskere fra Aarhus Universitet er kommet et skridt nærmere til at finde hurtige svar. Som de første nogensinde har de anvendt synlig/nær-infrarød spektroskopi til at forudsige transporten af opløste kemiske stoffer gennem intakt jord.  

Jordens evne til at transportere opløste kemikalier afhænger af jordens tekstur og struktur. Sporing af disse opløste stoffer udføres normalt i laboratoriet ved at måle gennembrudskurver. Disse kurver laver forskerne ved at påføre et opløst stof til jordens overflade og derefter registrere, hvornår stoffet dukker op i bunden af jordprøven over tid.  

Udarbejdelsen af gennembrudskurver fra laboratorieundersøgelser er ekstremt dyrt samt meget tids- og arbejdskrævende, så holdet bestående af forskere fra Aarhus Universitet og Aalborg Universitet besluttede sig for 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 høje målehastighed og lave omkostninger til fremskaffelse af data. Teknologien kan anvendes til kvantitativ estimering af basale jordegenskaber såsom ler og organisk materiale.   

Forskerholdet anvendte vis–NIR spektroskopi til at forudsige gennembrudskurverne af opløste stoffer på en række forskellige intakte jordsøjler fra seks forskellige repræsentative marker i Danmark. Den nye teknologi estimerede gennembrudskurverne med en høj grad af nøjagtighed, når der blev set på gennemsnittet på tværs af den enkelte mark.  

- Vi fandt, at vi kunne måle massetransporten af opløste kemikalier ret præcist med vis–NIR spektroskopi. Vores resultater kan bane vejen for næste-generationsmålinger og overvågning af transport af opløste kemiske stoffer ved hjælp af spektroskopi, siger professor Lis Wollesen de Jonge, en af forskerne på holdet og medforfatter til artiklen i Scientific Reports udgivet af Nature. 

Forståelse af udvaskning af kemiske stoffer gennem jorden er vigtigt

Intensivering af jordbrugets for at imødekomme det stigende behov for landbrugsprodukter fører til et stigende forbrug af kemi. Det udbredte brug af agrokemiske produkter fører til forurening af vandressourcer. Det medfører alvorlige trusler til vandøkosystemer, human sundhed og miljøet. Forekomsten af landbrugskemikalier og deres nedbrydningsprodukter over det tilladte niveau i drikkevandsboringer har fremtvunget lukningen af flere boringer og indførelse af stramme regler vedrørende anvendelse af agrokemikalier i EU.  

Forståelse af udvaskning af opløste stoffer til grundvandet samt evnen til at måle og modellere stoffernes transporttider er derfor vigtige for vores sundhed og miljø. Jord spiller en vigtig rolle på grund af dens mange funktioner. Jord er fundamental for jordbrugsproduktion, for sin evne til at filtrere næringsstoffer og forurenende stoffer samt for at lagre og genbruge organisk materiale.  

Endvidere er jord den væsentligste transportvej for agrokemikalier til grundvandet. Jordens evne til at filtrere opløste stoffer fra landbruget er afhængig af jordens egenskaber samt interaktionen mellem de opløste stoffer og jordens egenskaber, og er påvirket af hvordan jorden anvendes og dyrkes.  

Jordstruktur er en meget dynamisk egenskab, da den er påvirket af grundlæggende jordegenskaber såsom tekstur, organisk materiale, carbonater og metaloxider, klima, arealanvendelse samt dyrkningssystemer. Afhængig af jordstrukturen, og når jorden er tæt på mætning, kan vand og opløste kemikalier enten blive transporteret jævnt gennem jorden eller hurtigt via specifikke veje i jorden med forskellige grader af udveksling af masse mellem jordmatricen og transportvejene.  

Fremtidige muligheder for undersøgelser

Der er udviklet forskellige modeller for transport af opløste stoffer der redegør for de forskellige transportprocesser og letter forudsigelsen af transporten af opløste stoffer gennem jorde.   

- I forbindelse med risikovurdering er der store udfordringer med at opnå præcis estimering af parametre, der bruges som input til transportmodellerne for opløste stoffer, og med at tage højde for de rumlige forskelle i disse transportegenskaber, forklarer Lis Wollesen de Jonge.  

Selvom der er en vis undervurdering af varianserne inden for markerne med vis–NIR spektroskopi, kan effektiviteten af denne teknologi hvad angår omkostninger og målehastighed opveje dyre og præcise målinger med konventionelle metoder, der ofte har store rumlige variabilitet.  

For at kunne finpudse teknologien bør metoder til at reducere estimeringsfejlen, der skyldes forskelle i jordstruktur, der ikke kan spores af vis–NIR spektroskopi, undersøges. Med henblik på at forbedre nøjagtigheden af forudsigelserne kunne en anden mulighed være at integrere vis–NIR spektroskopi med andre lettilgængelige oplysninger, såsom information om jordstruktur baseret på jordundersøgelser eller hurtige undersøgelser i marken. 


Yderligere oplysninger 

Kontakt

Postdoct Sheela Katuwal
Institut for Agroøkologi, AU
Email: Sheela.Katuwal@agro.au.dk
Telefon: 8715 7434 

Forsker Maria Knadel
Institut for Agroøkologi, AU
Email: maria.knadel@agro.au.dk
Telefon: 8715 7736 

Professor Lis Wollesen de Jonge
Institut for Agroøkologi, AU
Email: lis.w.de.jonge@agro.au.dk
Telefon: 8715 7737
Mobil: 2494 0550

Agro, DCA