43
Soil Best Management Practices Project 2010 Report Bonnie Cherner, Elizabeth Goodwin, and Emma Landau

Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

 Soil Best Management Practices Project 2010 Report 

Bonnie Cherner, Elizabeth Goodwin, and Emma Landau 

Page 2: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

2

TableofContentsAbstract........................................................................................................................................4

Introduction...............................................................................................................................4

Background.................................................................................................................................4

BMPBookClub..........................................................................................................................5

ProjectMaterials.......................................................................................................................6

Methodology...............................................................................................................................6Pre‐barrierSoilSampling................................................................................................................7BedDesign.............................................................................................................................................7DeFeliceBedDesignGuidelines,2008..................................................................................................7BMPProjectBedDesignGuidelines,2010..........................................................................................7

BedBuilding.........................................................................................................................................8Cropdecisions......................................................................................................................................9Planting..................................................................................................................................................9Cultivation..........................................................................................................................................10Harvest&Post‐Harvest.................................................................................................................10TissueSampling&Analysis.........................................................................................................11

Results.......................................................................................................................................11

Discussion................................................................................................................................15

Outreach...................................................................................................................................16BMP/HSHCFieldDay......................................................................................................................16HORT101:IntroductiontoHorticulturelab.........................................................................17HORT220:SustainableLandCarelab......................................................................................18GardensforHumanity(G4H)trainingsession......................................................................18Additionaloutreach........................................................................................................................19FarmManagementStructure......................................................................................................20

Conclusion................................................................................................................................21

Acknowledgments.................................................................................................................22

Contacts.....................................................................................................................................23

LiteratureReview..................................................................................................................24

Appendices...............................................................................................................................25AppendixA.SoilSampleResults................................................................................................25AppendixB.WholeFarmMap.....................................................................................................26AppendixC.HotSpotMaps...........................................................................................................27Block3HotSpotMaps..............................................................................................................................27Block1HotSpotMaps..............................................................................................................................28WholeFarmHotSpotMaps....................................................................................................................29TortillaFlatsHotSpotMaps...................................................................................................................30BarnWestHotSpotMaps........................................................................................................................31StreetSideHotSpotMaps.......................................................................................................................32

AppendixD.Block3ExperimentalDesignMapandKey..................................................33AppendixE.CompleteBlock3TissueTestResults.............................................................35

Page 3: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

3

AppendixF.HistoricAerialPicturesofDilmunHill............................................................36AppendixG.DilmunHillStudentFarmSABapplication...................................................38AppendixH.DilmunHillStudentFarmFSABapplication................................................40AppendixI.SummaryBudget2010...........................................................................................42AppendixJ:ManagementandWorkerSafety........................................................................43

Page 4: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

4

Abstract  Dilmun Hill is located on old orchard land where lead arsenate based insecticides were used to control pests in the early part of the 19th century. The Best Management Practices (BMP) Project exists to expand land‐use possibilities at Dilmun Hill Student Organic Farm for the safe production of saleable crops. The goal of our BMP is to prevent human exposure to heavy metal contaminants through mitigating exposure to airborne dust and preventing direct contact of fruits and vegetables with contaminated soil. There are three aspects of our BMP: ground cover, crop selection, and raised beds. Our project investigates the efficacy of different raised‐bed barriers at preventing heavy metal contamination of vegetables. Our raised‐bed barriers are cardboard, geotextile (landscape fabric), incorporated compost, and a native soil control. The vegetables that we tested are a rooting crop (carrot), fruiting crop (peppers) and leafy greens (mustard greens). We found that in all cases, levels of lead and arsenic in vegetable tissue were below levels of concern. We recommend another year of raised‐bed testing before allowing sale of produce grown in raised beds. 

Introduction  Dilmun Hill Student Farm was founded in 1996 by a group of students who wanted to create a place for experiential learning in the field of agriculture.  Dilmun Hill is located on thirteen acres of land adjacent to the Cornell Orchards on Rt. 366.  Much of the site is located on land that was previously a part of the Cornell Orchards. Until approximately 1960 it was common practice to spray lead arsenate on apples as an insecticide.  Inorganic pesticides such as lead arsenate are extremely persistent in the soil, and cannot be degraded to less harmful substances because of their elemental form. In 2008, Dilmun Hill became a part of the Cornell University Agricultural Experiment Station (CUAES).  Under CUAES, Dilmun Hill students and staff took a renewed look at the implications this long‐term contamination has on student‐led agriculture. Since 2008, there have been several different research projects focused on the issue of arsenic and lead contamination at Dilmun Hill. This report will provide a summary of activities during the 2010 season, including fieldwork, laboratory work, and on and off‐site outreach.  It also includes data characterizing levels of metals in crops grown in raised beds, and a discussion of what these results mean for the future of the farm. 

Background  The current student‐led research at Dilmun Hill was started in 2008 by Melissa Madden, CUAES Organic Farm Coordinator, and Angela DeFelice, a staff member with a particular interest in the student farm. Angela mapped levels of lead and arsenic in Blocks 1 and 3 of the farm (See Appendix C – Hot Spot Maps). As a part of her report, Angela included 

Page 5: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

5

recommendations for best management practices, which are currently being implemented. Angela’s best management practices include: building raised beds to limit human and vegetable exposure to metals, using mulch and groundcover to reduce exposure through inhalation of dust, and selecting low‐risk crops. The best management practices from Angela’s report are discussed in greater detail on p. 6 under Bed Design.   Leigh Kalbacker, an undergraduate and staff member at Cornell University, conducted the “Whole Farm Sampling” project in 2009, where she continued mapping the soils at Dilmun Hill, completing maps of the lead and arsenic levels across Dilmun Hill, and including the McDaniels Nut Grove and a portion of the Cornell Orchards (see Appendix C – Hot Spot Maps). Also in 2009, Bonnie Cherner conducted a field trial on Block 1 (see Appendix B – Whole Farm Map) looking at levels of lead and arsenic in vegetable tissue grown in contaminated soil.  Bonnie’s field trials became the Best Management Practices (BMP) project, which aims to investigate and implement low cost and low tech solutions for agriculture in contaminated soils (Cherner, 2009; contact Melissa Madden). The BMP project goal is to prevent human exposure to heavy metal contaminants through exposure to airborne dust and direct contact of fruits and vegetables with contaminated soil. By building permanent, imported soil raised beds, carefully selecting our crops, and using ground cover wherever possible, student managers facilitate safe research and low‐tech simple solutions for gardeners and farmers alike.  The 2010 growing season brought changes and expansion to Dilmun Hill.   The student BMP project grew to two managers with the addition of Emma Landau.  Dilmun Hill also began  collaboration  with  the  “Healthy  Soils,  Healthy  Communities”  (HSHC)  project funded  by  the  National  Institutes  of  Health  and  National  Institute  of  Environmental Health  Sciences.    The HSHC project  is  a partnership with urban  gardeners  across  the state  that  addresses  issues of  soil  contamination  through  research  and education.    It includes Crop and Soil Sciences (CSS) professors Murray McBride and Jonathan Russell‐Anelli,  and  Extension  Associate  Hannah  Shayler.  Their  research  at  Dilmun  Hill investigates  levels  of  heavy metals  in  vegetables  grown  in  contaminated  soil  under different  management  techniques.  The  HSHC  project  added  sophomore  Elizabeth Goodwin  to  the  team  of  student  managers,  faculty  and  staff  researching  soil contamination at Dilmun Hill.  For more information on the HSHC project, please see the Cornell Waste Management Institute’s (CWMI) website: (http://cwmi.css.cornell.edu/healthysoils.htm).  

BMP Book Club   One of the goals of the BMP project is to increase student managers’ understanding of soil  contamination  in  order  to make more  informed  decisions.  To  facilitate  this  goal, students met weekly with the whole project team. The topic of the meeting alternates, with  every other week  dedicated  to  discussing  papers,  i.e.  “Book Club.” On  opposite 

Page 6: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

6

weeks,  students  set  the agenda  to  communicate progress, make decisions on project issues, and plan for future events.   Recent  Book  Club  topics  include  background  levels  of  lead  in  US  food,  arsenic contamination  of  groundwater  in  Bangladesh,  phytoremediation  of  pesticide  residue, and acceptable standards of arsenic in food. This literature review informs the direction of  the  BMP  project.  For  example,  multiple  papers  debated  the  efficacy  of phytoremediation of lead, but the inconclusiveness of these papers led us to decide not to pursue phytoremediation (Adriaensen et al., 2009).  Students also use these meetings to interact with experts on relevant topics. Professors Murray McBride and Jonathan Russell‐Anelli are a regular part of Book Club, and their knowledge of soil contamination issues has been invaluable. Other advisors include John Duxbury, CSS  professor who  discussed  arsenic  contamination  in  Bangladesh  and  safe levels of arsenic in food. Jean Bonhotal of the CWMI helped design Dilmun raised beds, which ultimately consist of 50% compost and 50% topsoil.   For details on the management structure of Dilmun Hill as a whole, see p. 16.  

Project Materials  Bed‐building  amendments  (Farm  Services  topsoil  and  compost);  Limbwalker  Treecare hardwood mulch; ground staples; cover crop seeds;  irrigation  (drip tape, hose clamps, hose  connectors);  vegetable  seeds;  row  cover;  potting  soil;  raised  bed  barriers (compost,  cardboard,  geotextile);  sampling  equipment  (sharpies,  ziplock  bags,  soil corers). 

Methodology  Preparations for the 2010 growing season began in January 2010, and the season ended in November 2010. Starting in January, BMP team members met at regularly scheduled Book  Club meetings  and made  decisions  pertaining  to  bed  design,  crop  choices,  and analysis  of plant  tissue  data.  The methods  for  the BMP project,  listed  below, will  be explained as they occurred chronologically:   

Pre‐barrier Soil Sampling 

Bed Design 

Bed Building  

Crop Decisions 

Planting 

Cultivation 

Harvesting and Tissue Sampling & Analysis 

Wrap‐up 

Page 7: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

7

Pre‐barrier Soil Sampling  Composite  samples  of  native  soil  in  each  of  the  four  Block  3  beds  and  raised  bed amendments (compost and topsoil) were collected and sent to Cornell Nutrient Analysis Lab  (CNAL)  for  testing  (for  sampling  procedures,  see  Cherner,  2009;  DeFelice,  2008; Peryea, 1999.) In addition, Block 1 soil was re‐sampled on May 24 (for information about Block 1 testing, see Cherner 2009). These samples were taken to assess levels of heavy metals  ‐  particularly  arsenic  (As)  and  lead  (Pb)  ‐  in  the  native  soil  and  raised‐bed amendments. All samples were dried in the Guterman greenhouse and taken to Murray McBride’s  lab  where  they  were  ground  with  a mortar  and  pestle  and  then  passed through a 2mm sieve. The prepared samples were sent to CNAL for a full‐metal analysis using  ICP  Mass  Spectrometry  (for  details  on  ICP  Mass  Spectrometry  (ICP‐MS),  see DeFelice, 2008).  

Bed Design  The design of the four raised beds in Block 3 (see Appendix B – Whole Farm Map) was a combination of recommendations from Angela DeFelice, as outlined in her 2008 report, and  design  plans  created  by  the  BMP  project  team  in  2010.  DeFelice’s  proposed guidelines, and the adjusted design plan for the BMP project are listed below. 

DeFelice Bed Design Guidelines, 2008  

● Raised beds, 2’  in height, will be built between tree rows and used for growing edible and non‐edible plants; 

● The beds will be constructed of compost  from an off‐site source, with  levels of Pb and As below natural background levels; 

● Compost/mulch  from  off‐site  sources  will  be  dumped  on  non‐contaminated areas (verified through soil testing) or on a large tarp/piece of plastic; 

● All farmed areas and non‐farmed pathways will be covered with an overlapping layer of cardboard and mulch. 

BMP Project Bed Design Guidelines, 2010  

● The beds will be constructed of a 50/50 mix of off‐site compost and top soil;  ● The compost/topsoil amendments  in three of the raised beds will be separated 

from native soil by one of three barriers: ○ Pure compost  ○ Sheet mulch ○ Geotextile (landscape fabric) 

● The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil amendments and the native soil.   

DeFelice’s  2008  report  recommends  a  pure  compost  mix  for  the  raised  beds.  The decision  to  instead construct  the  raised beds out of a 50/50 compost and  topsoil mix 

Page 8: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

8

came out of Book Club meetings in Spring ‘10. As discussed previously (see “Book Club,” 4), McBride, Russell‐Anelli and Bonhotal warned that a pure compost mix would retain too much water due  to  its physical properties, and would burn crop  roots due  to  the high nitrogen content of organic matter.   The decision to use compost, sheet mulch, and geotextile barriers was also made during Book  Club meetings  in  Fall  ‘09.  Our  project  builds  on  DeFelice’s  recommendations, seeking  to  test  the  efficacy  of  different  raised  bed  barriers  at  preventing  tissue contamination by Pb  and As heavy metals. The  reasons  for  a barrier  are  twofold:  (1) weed suppression, and (2) preventing contaminants from the native soil from migrating upward into the raised‐bed amendments. The decision to investigate raised bed barriers stemmed  from  concern over  this upward migration of  contaminants via bioturbation, capillary action, and penetration of plant roots  into the native soil (Peryea, 1999). The raised  bed  barriers  chosen  by  the  BMP  team  are  common  and  easily  accessible gardening  tools,  though  they  vary  significantly  in  price  and  durability. Our  project  is chiefly interested in determining effective, low‐cost mitigation strategies for gardeners.  The beds vary in size. The dimension of each crop repetition within each bed is 8 ft. x 8 ft. Each beds has a 1.5 ft. wide aisle running length‐wise through the center to create an easy access path for planting and weeding (see Appendix D: Block 3 Experimental Design Map and Key) 

Bed Building  The compost barrier was prepared during Spring 2010. In April, student volunteers and BMP project managers double‐dug a layer of Farm Services compost into the designated bed space (see Appendix D: Block 3 Experimental Design Map and Key).   The rest of the bed preparation work took place during the week of May 24th. The initial labor consisted of collecting  large pieces of cardboard  from  local  furniture  stores, car dealerships,  and  home  appliance  centers.  In  the  next  phase  of  bed  preparation,  the geotextile and cardboard barriers were laid on top of the native soil. The geotextile was secured  to  the ground with wire  landscape staples. The cardboard covered  the native soil  in overlapping  layers  in order  to prevent contact between  the native  soil and  the raised bed amendments.   Prior to laying down the bed amendments, composite samples of topsoil and compost were sent to CNAL for a full metal analysis, to ensure that the amendments themselves were not contaminated (see Appendix E: Complete Block 3 Tissue Test Results). Applying the bed amendments was a complicated and time‐intensive process. In order to create the 50/50 mix of compost and topsoil, Madden borrowed a manure spreader from Cornell University Agricultural Experiment Station (CUAES) Campus Area Farms and distributed the mix across the four plots (see Appendix D: Block 3 Experimental Design 

Page 9: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

9

Map and Key).  After that process was completed, the student managers evened out the beds with rakes and dug the center aisles with shovels.    Some  of  the  labor  associated with  setting  up  drip  irrigation  occurred  simultaneously with cardboard collection, however the system was not assembled until after the beds were completed.   

Crop decisions  The  BMP  project  seeks  to  test  the  efficacy  of  different  barriers  at  preventing contamination  of  crops  by  Pb  and  As  heavy metals.  It  is  also  designed  to  test  the tendency of different crops to accumulate Pb and As when grown in contaminated soils. In order to understand differences in Pb and As accumulation between rooting, fruiting, and  leafy vegetables, we selected one crop of each category  for evaluation: “Mokum” carrots, red bell peppers, and mustard greens.  Direct  inhalation and  ingestion of Pb‐contaminated soil particles  likely poses a greater human health  risk  than  ingestion of crops grown  in Pb‐contaminated soil, as  research indicates that crops have a  limited ability to  incorporate Pb  into their tissue (DeFelice, 2008; Peryea, 1999). Arsenic is also unlikely to concentrate in plant tissue, however it is more mobile  in  the soil  that Pb and plants have been shown  to  take up As when  it  is available (DeFelice, 2008).   Fruiting crops are suspected to be a relatively safe for growth in contaminated soil due to their elevation above the topsoil, posing little risk for surface contamination of crops (DeFelice, 2008; Environmental Agency, 2002). Growing rooting crops  in contaminated sites is thought to be risky, as the edible portion of the crop has direct contact with the soil  throughout  the  growing  season. Members  of  the mustard  family  are  thought  to bioaccumulate  heavy metals  (particularly  Pb),  and  the  leaves  have  a  rough  texture prone  to  trapping  soil  particles  (Butcher  et.  al.,  2003;  Xiong,  1997).  This  suggests mustard greens may also be poorly suited for growth in contaminated sites.   Expected  results  from our  raised bed  trials would show  the  lowest  level of As and Pb accumulation in the pepper samples, and the highest level of As and Pb in the carrot and mustard green samples.  

Planting   There were  three plots of each crop variety  in each bed. The repetitions of each crop were  arranged  randomly  in order  to  account  for  slight  variations  in Pb  and As  levels throughout the Block 3 native soil.   The peppers were  seeded with  the help of  volunteers on May 16th  in  the Guterman Greenhouse, approximately 6 weeks before transplanting. Before planting, the peppers 

Page 10: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

10

were watered with fish emulsion to provide nutrients they been lacking in the small tray cells. The peppers were planted into the raised beds on June 16th.   The carrots were seeded directly  into  the  raised beds  twice during  the season, as  the first germination was very poor. The first seeding occurred on June 16th and the second seeding occurred in mid‐July.   The mustard greens were seeded along with the peppers in the Guterman Greenhouse on May 16th. Like the peppers, the greens were watered with fish emulsion in order to provide additional nutrients to the crop. The peppers were planted into the raised beds on June 22nd.  

Cultivation  The beds were weeded constantly throughout the season. There was weed variability in the beds; variation was  likely due to the multiple compost and topsoil deliveries which sat out for a period of weeks, allowing rhizomious grasses blown from around the farm to establish.   A geotextile border covered with a layer of mulch lined the perimeter of each raised bed as a form of weed control. Pumpkins and acorn squash were planted in bare areas at the end of the beds to stabilize the amendments and out‐compete weeds.   The peppers grew very well,  though  some exhibited circular burns on  their  flesh. The carrots  germinated  poorly  after  the  first  planting,  but  grew  extremely well  after  the second planting. Many carrots with ample space within a plot grew to nearly a foot  in length.  The  greens were  very  successful within  each  bed, with  the  exception  of  the cardboard bed  (see Appendix D: Block 3 Experimental Design Map and Key). McBride and Russell‐Anelli tested the pH of all the beds but did not find a significant difference between the pH of the cardboard bed and the other three. It remains unclear why the greens in this bed exhibited stunted growth and slight discoloration.  

Harvest & Post‐Harvest   The peppers were harvested on August 8th, the carrots were harvested on September 6th, and  the mustard greens were harvested  twice –  first on  July 20th, and again on August 1st.   In October‐November, after all tissue sampling was completed, the mustard greens and the peppers were cut down and all carrots were pulled out of the raised beds. This was done  in  order  to  prevent  the  spread  of  disease  in  our  plot,  and  allow  for  easier management of the beds for next season.  

Page 11: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

11

 

Tissue Sampling & Analysis  All crop samples were washed, dried and ground in Murray McBride’s lab. Research methods of other studies entail washing vegetables multiple times with distilled water or detergent before the samples are dried and ground (Kachenko, 2005). The BMP project seeks to understand actual human health risks rather than precise amounts of Pb and As accumulation in plant tissue. Therefore, all harvested vegetables were washed thoroughly with tap water, as a typical consumer would wash them, in order to determine the amount of Pb and As a consumer would likely ingest. After washing, the vegetables were dried for several days at 60‐70°C in a drying oven. Once dried, the vegetable samples were ground in a coffee grinder. Finally, all samples were sent to H2M Labs in Brooklyn, New York for a full‐metal analysis using ICP Mass‐Spectrometry (ICP‐MS) (see Appendix E: Complete Block 3 Tissue Test Results). Vegetable samples were sent to H2M, as machines at CNAL were not capable of reaching the testing limit of concern for our vegetable tissues (see Appendix E: Complete Block 3 Tissue Test Results). 

Results Tissue test results for Pb and As by ICP‐MS were received from H2M Labs in August and November. For all vegetable samples, the Pb and As levels were below our determined level of concern of 0.1 mg/kg Pb and 0.25 mg/kg As.  The range of Pb in vegetable tissue was from 0.0028 mg/kg in peppers grown in the first repetition of the incorporated compost treatment to 0.035 mg/kg in mustard greens grown in the first repetition of the cardboard treatment. Arsenic in the pepper and the carrots was below detection using ICP‐Mass Spectrometry. In the mustard greens, As levels ranged from 0.022 mg/kg in greens grown in the first repetition of the cardboard treatment to 0.046 mg/kg in greens grown in the first repetition of the control (no barrier) bed. A table of all Pb and As levels found in vegetable tissue is included in Appendix E. Complete Block 3 Tissue Test Results. All values are recorded in mg/kg fresh weight.  Overall, the greens had the highest levels of Pb and As, followed by the peppers and the carrots  (see Figure 4). While Figure 1 shows elevated  levels of Pb  in peppers grown  in the  incorporated  compost  treatment,  the  Pb  levels  in  the  pepper  tissues  were  not significantly  different  across  treatments  (p>.05).  Carrots  grown  in  the  incorporated compost  treatment  showed  significantly  higher  Pb  levels  in  their  tissue  (p<.05)  (see Figure  2).  In  the  greens,  the  Pb  levels  were  significantly  lower  in  the  incorporate compost treatment (p<.05) (see Figure 3). Arsenic levels in the greens were significantly higher in the no barrier (control) treatment (p>.05) (see Figure 3).  

 

Page 12: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

12

 

 

 

Figure1. Figure2.

Figure3. Figure4.

Page 13: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

13

Figure5. Figure6.

Figure7. Figure8.

Page 14: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

14

Table 2. provides  a  summary of  the data,  showing  the  range  and mean of Pb  and As values. Table 2 also  includes  the European Union/World Health Organization/Food and Agriculture Organization of the United Nations (EU/WHO/FAO) standard for safe levels of Pb  in  food  (0.1 mg/kg  fresh weight).  There  is  currently  no  established  EU/WHO/FAO standard  for  safe  levels  of  As  in  vegetables,  however  the  Chilean  standard  for  As  in vegetables  is  .5 mg/kg, assuming a “normal” diet  (Queirolo et al.). The BMP project  is using a provisional standard of 0.25 mg/kg. This value is based on the Chilean standard, but adjusted to account for a diet with higher vegetable consumption.  

Table 2. Heavy Metal Contaminant Levels in Block 3 Carrots, Peppers and Greens 

  Level of Concern (mg/kg, fresh weight) 

Mean and Range of Metal Levels in Dilmun Hill Block 3 Vegetables (mg/kg, fresh weight) 

    Carrots Peppers Greens 

Mean (Range) Pb 

0.1*  0.0100  (.00702‐0.0195)

0.00505 (0.00280‐0.0176)

0.0287  (0.0224‐0.0352) 

Mean (Range) As 

0.25**  Below detection Below detection 0.0290 

(0.0224‐0.0464) 

*   EU/WHO/FAO (“Legal Standards for Selected Heavy Metals…”) ** Provisional working guideline for Dilmun Hill  We also  tested plant  tissue  from  the Growing Mosaic Garden  (GMG), a permaculture garden located on Block 3.  We found that the mean level of lead in strawberries grown in  raised beds was 0.044 mg/kg and  the mean arsenic  level was 0.017 mg/kg. Of  the three  samples  taken,  the  range  of  lead was  from  0.0128‐0.08 mg/kg  Pb  and  0.0128‐0.0192 mg/kg As. All Pb and As values were calculated according to fresh weight.    

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

Strawberries

mg/kg

GrowingMosaicGardenStrawberriesMeanPbandAsLevels

Pb

As

Page 15: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

15

  

Discussion  The levels of lead found in vegetables grown in Block 3 raised beds across all treatments fall below  the  level of  concern determined by  the  FAO/WHO.  This  shows  that  raised beds  show  promise  as  an  effective method  for  growing  vegetables  on  contaminated sites. Because this  is the first year of raised bed trials, we recommend another year of testing to confirm the efficacy of raised beds.  There was no significant difference between the barrier treatments  in terms of Pb and As  levels  in  peppers  (p>.05).  Figure  4  shows  elevated mean  levels  of  Pb  in  peppers grown in the incorporated compost treatment due to an outlier in the data set.   Carrots  grown  in  the  incorporated  compost  treatment  show mean  high  levels  of  Pb (p<.05). One possible explanation  for  the higher Pb  levels  in  the carrots grown  in  the incorporated  compost  treatment  (p<.05)  is  that  the  carrots  in  this bed  grew  into  the incorporated  compost  layer,  where  there  were  likely  higher  levels  of  metal contamination. This would most likely occur in carrots growing along the sloping sides of the bed, where the height of bed amendments above the barrier is relatively low, thus making root penetration into the barrier treatment more likely.   Mustard greens grown in the incorporated compost treatment show mean low levels of Pb contamination. It is possible that the rooting structure of mustard greens is shallower than that of the carrots, and therefore root penetration  into the barrier treatment  is a nonissue. Mean  levels  of As  in  the mustard  greens  are  significantly  higher  in  the  no barrier  treatment  (p<.05). One  possible  explanation  for  this  is  that  bioturbation  and capillary  action  brought  contaminants  from  the  native  soil  into  the  raised  bed amendments,  making  them  more  available  for  uptake.  This  explanation  does  not address why  Pb  levels  in  the  greens  grown  in  the  no  barrier  treatment  are  not  also elevated, nor why Pb and As  levels  in the peppers and carrots grown  in the no barrier treatment are not elevated.   It  is  interesting to note the ratio of Pb to As  in the mustard green tissue, as  it did not follow the same pattern as the peppers or carrots. It is possible that the physiology and growth pattern of mustard plants causes them to have higher  levels of Pb. The crinkly‐texture  of  the  leaves  creates more  surface  area where  dust  from  contaminated  soil could settle. However, this does not explain why the  levels of As found  in the mustard greens were all above the detection  limit, and  in some cases, greater than the amount of Pb. This could possibly indicate that the mustard greens have a different mechanism for  As  uptake  than  the  peppers  and  the  carrots.  It  could  also  be  explained  by inconsistencies in analytical techniques. 

Page 16: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

16

Outreach  The aim of our research is to determine the efficacy of low‐cost mitigation strategies for contaminated soils, for the purpose of assuring safe and affordable solutions for farmers and gardeners. In keeping with the goals of our project,  it  is necessary that we engage the public so that we can be sure that our research methods are actually practical on a wide scale. We also seek  to educate  the public about strategies  for evaluating soil  for contamination, so that farmers and gardeners can make informed decisions about their farm  or  garden  design. With  that  being  said,  one  of  our  top  priorities  for  the  BMP project  is  to  create  opportunities  for  outreach  events. While  our  goals  for  particular outreach  events  vary based on  intended  audience, our  general  intentions with  these events are to:  

Educate  interested people who may have  limited experience with  farming and gardening 

Increase awareness about soil contamination issues as they relate to farming and gardening, and to promote low‐cost best management practices that emphasize health and safety 

Empower  student managers  by  enabling  us  to  share  our  research  experience with peers 

Integrate  Dilmun  Hill  into  the  Cornell  community  by  providing  a  hands‐on classroom space and facilitating the contextualization of practical knowledge.  

 Overall,  we  strive  to  create  a  dialogue  between  ourselves  and  our  student  peers, farmers  and  gardeners,  Cornell  University  faculty  and  staff,  and  other  interested persons  in  order  to  share  our  accumulated  knowledge  and  to  get  feedback  on  our research questions and goals.   Since  the  start  of  the  new  season  in May, we  have  organized  four  formal  outreach events focused specifically on the BMP/HSHC projects. Specific curricula for all outreach events are kept in the Organic Farm Coordinator’s office.  

BMP/HSHC Field Day (August 10, 2010) 

HORT 101: Introduction to Horticulture lab (September 10, 2010) 

HORT 220: Sustainable Land Care lab (September 23, 2010) 

Gardens for Humanity (G4H) Training Session (October 23, 2010) 

BMP/HSHC Field Day The BMP/HSHC Field Day was our first formal event of the season, scheduled for August 10th,  9AM‐5PM.  For  this  event,  we  sent  out  invitations  to  targeted  individuals  and organizations  from  the Cornell,  Ithaca, and greater NYS community. We had a diverse pool of attendants: an affiliate of Shale Shock, Groundswell affiliates, Cornell and Ithaca College  students,  and  Cornell  professors.  A  total  of  20  people  attended,  though  our 

Page 17: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

17

attendance was lower than projected. We did not find that this had a negative effect on the quality of the event; rather, the small group size was conducive to organizing hands‐on activities, such as raised‐bed building, and created a more  intimate atmosphere for discussion.   Our overall goal  for this event was to empower gardeners and  farmers to assess their soils for contaminants and to explore best management options for contaminated soils. Towards  this  end,  we  scheduled  activities  that  we  hoped  would  be  both  physically engaging and informative. The day was divided into five main parts:  

Raised bed‐building; 

Instruction regarding basic soil sampling techniques; 

Assessing soil health characteristics; 

Practice analyzing soil test results; 

Collaboration with researchers and growers at a round table discussion  Overall,  we  were  able  to  achieve  many  of  our  outreach  goals  through  this  event. Attendees  varied  in  terms of  their experience with  gardening/farming, which  created opportunities for interesting discussion. Many of the attendees had not been to Dilmun before, so this event helped to increase our exposure in the Ithaca community. This was the first large outreach event for the BMP/HSHC projects at Dilmun, and we gained a lot through  its planning and execution.  It was useful  for developing curriculum  for  future events, and for the experience of teaching others. It was extremely rewarding for us to be  able  to  communicate  our  research  progress  with  interested  members  of  the community, as it gave the project more relevance. In the future, we would recommend that  these events not  last  all day,  and  that  they occur on  a weekend  to  ensure  that everyone who would like to participate is able to.  

HORT 101: Introduction to Horticulture lab   In the first month of the fall semester, we  led two on‐site  lab classes. The first  lab was for HORT 101: Introduction to Horticulture taught by Dr. Frank Rossi, held on September 10th  from  1:25‐4:25  pm.  The  HORT  101  class  was  taught  by  Dilmun  Hill  managers Elizabeth  Goodwin,  Liz  Burritcher  and  Hanna  Broback.  The  curriculum  for  this  lab contained  less  technical  information  about  the  BMP  project,  and was  generally  less focused  on  soil  contamination  issues  than  our  other  3 major  outreach  events  of  the semester (listed above). The main objective of this class was for students to participate in hands‐on work. During the  lab, the class was given a tour of the entire farm, and  in addition to building raised beds for the BMP project, students harvested Market Garden vegetables  and  weeded  yarrow  for  the  Growing  Mosaics  Garden  beneficial  insects study.  Overall, we were able to achieve many of our outreach goals through this lab. As Dilmun Hill Student Organic Farm is particularly interested in experiential education, offering up 

Page 18: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

18

the farm as a learning facility for classes is congruent with the farm’s mission regarding its  commitment  to  outreach. Offering  classes  at  the  farm  helps  integrate  it  into  the Cornell  community, and establishes Dilmun as a  classroom  site  in addition  to being a “business” and social endeavor. Dr. Frank Rossi spoke on behalf of himself and the class when providing us with his feedback on the lab:  

“The students and I were so thoroughly impressed with your engaging style and dedication  to  the  facility..it was  contagious!  Also  for me  as  an  educator  you created  the  perfect  learning  environment  that  allowed  them  to  inquire  and sometimes finding there are many "right" answers...”  

HORT 220: Sustainable Land Care lab   The second  lab class was  for HORT 220: Sustainable Land Care  taught by Dr.  Jane Mt. Pleasant, held on September 23rd from 1:25‐4:25 pm. The HORT 220 lab required more advanced planning and included the involvement of the entire BMP/HSHC team and Dr. Jane Mt. Pleasant.  In addition  to providing general background  information about  the BMP  project,  we  discussed  concerns  related  to  heavy  metal  contamination  in agricultural  soils,  introduced  basic  soil  science  topics,  demonstrated  soil  sampling techniques  and  Dr.  Murray  McBride’s  colorimetric  test  (“quick  test”)  for  lead concentration in soils, and discussed what we have learned so far from our research.   Overall, we were able to achieve many of our goals for outreach during this event. It was a great learning experience for the students (many of whom had little to no experience with  farms or  gardens whatsoever)  and  for  the BMP  student managers. Dr.  Jane Mt. Pleasant spoke on behalf of herself and the class when providing us with his feedback on the lab:  

“The Hort 2200  lab at Dilmun Hill  farm on September 23 was a great  learning exercise  for  students.  This  is  third  time  the  class  has  visited  the  farm  this semester and each time I have been so impressed with the willingness of Dilmun student managers  (and  their  staff  and  faculty  advisors)  to  take  on  significant roles  in teaching other students. You have generously and graciously welcomed students to the farm and shared much of your expertise.” 

Gardens for Humanity (G4H) training session On  October  23rd  from  1PM  –  4PM,  students,  faculty  and  staff  involved  with  the BMP/HSHC projects and Cornell Cooperative Extension agents working with the Gardens for  Humanity  (G4H)  training  program  organized  a  community  outreach  event  at  the Greater  Ithaca Activities Center. The  idea  for  this event came about after  Josh Dolan, Community Food Gardens Educator with Cornell Cooperative Extension, attended  the BMP/HSHC Field Day  (see above)  in August. This event was  targeted towards Gardens for  Humanity  volunteer  trainees,  who  were  enrolled  in  a  class  about  garden‐based 

Page 19: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

19

learning through Cornell Cooperative Extension, taught by CCE agents Liz Falk and Josh Dolan. The goal for this event was essentially to “train the trainer” – we hope that what participants  gained  from  the  session  at GIAC will  be  useful  to  them  as  they  educate others.   The BMP/HSHC teams worked closely with Liz Falk and Josh Dolan in the planning of this event; we met with Liz and  Josh  twice at  the CCE building  to discuss  target audience, content,  logistics, etc. The BMP  team  separately  spent  several of  its weekly meetings towards planning the event and fine‐tuning content. The content of this event was very similar to that of the BMP outreach event  in August. The 3‐hour event (which actually became a 4‐hour event) included a long discussion, generally focused on key soil testing questions  from a gardener’s perspective, demonstrated  tools  to determine soil health (soil sampling techniques, pH test, colorimetric test (“quick test”) for lead concentration in soils), and raised bed‐building at the GIAC site.   We were able to achieve many of our goals for outreach through this event. Many of the attendees  had  no  prior  knowledge  of  or  experience with  Dilmun  Hill,  as  they were largely members  of  the  Ithaca  community  and  not  Cornell  students,  and  in  this way were  able  to  increase  visibility  of  Dilmun  Hill  in  Ithaca.  This  event  was  particularly exciting as we created something permanent and extremely visible for the community; the raised beds at the GIAC site do not directly promote Dilmun Hill or the BMP/HSHC projects in particular, however they will help integrate safe gardening initiatives into the Ithaca  community,  and  will  be  beneficial  to  Cornell  Cooperative  Extension  in  their garden‐based  learning  programs. We  received  the  following  feedback  for  the  event from Kristen Loria, a resident of Ithaca and an undergraduate at Cornell University:  

“I  found  the  G4H  training  session  to  be  very  helpful  and  engaging  ‐  the pervasiveness  of  soil  contamination,  especially  in  urban  environments,  was something  I  hadn't  thought  of  before,  and  it  is  such  an  important  issue  for community gardens.  I found the workshop to be a good balance of caution and optimism ‐  it gave us a good overview of the problem, but also told us how we can  adapt  to  contamination  issues.   I  thought  it was  very well  run,  and  even though  there were  a  fair  number  of  people  leading  it,  the workshop  did  not seem disjointed at all.” 

Additional outreach  In  addition  to outreach events  focused  specifically on BMP/HSHC  research,  there  are events held at Dilmun Hill throughout the summer and fall that draw people out to the farm; though these events are not targeted specifically at the BMP project, they are a key avenue through which people (students especially) come to learn about the project, and  even  about  soil  contamination  issues  in  general.  Examples  include work  parties (held  twice a week during  the  fall  semester),  the Dilmun Hill whole  farm Field Day  in September, tours for specific organizations (i.e. summer camps, 4H groups, prospective 

Page 20: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

20

students),  presentations  at  university‐related  functions,  etc.  Events  such  as  these, though not  focused  specifically on  the BMP project,  are  still  a  very  important means through which we have generated interest in our project among the Cornell and greater Ithaca communities.  

Farm Management Structure  There are currently 4 student projects at  the  farm, each with  its own manager(s):  the Market Garden,  the Best Management Practices  (BMP) project,  the Growing Mosaics Garden  (GMG),  and  the  Streetside  Landscaping  project. Dilmun  is  also  a  site  for  the Healthy Soils, Healthy Communities (HSHC) research project; this project is not student run, but it is student‐supported.   A  Steering  Committee  ‐  composed  of  student  project managers,  student  volunteers, faculty advisor Dr. Kenneth Mudge, and the Organic Farm Coordinator, Melissa Madden ‐  serves  as  the  governing  body  of  the  farm.  Historically,  and  throughout  the  2010‐growing  season,  the  committee  has  had  a  horizontal  power  structure  and  has made decisions on a consensus basis. The committee generally  functions  to make  long‐term decisions for the farm, and to coordinate all‐farm outreach events. During the summer, the  Steering  Committee meets  two  hours  per  week,  and members  of  the  Steering Committee who are on campus attend meetings. During the academic year, the Steering Committee meets biweekly for two hours.   The Steering Committee has been working  towards  restructuring  since October 2010. The restructure was proposed in order to address issues of accountability and continuity of information. The Steering Committee deemed it was necessary to restructure for the sake  of  creating  a more  stable  community.  The Committee  has made  two  important changes  that  will  effect  the  future  governance  of  Dilmun  Hill:  (1) members  of  the Committee  have  agreed  upon  a  new, more  efficient model  for  consensus  decision‐making, and (2) the Committee is in the final stages of forming a Student Advisory Board (SAB)  and  a  Faculty  and  Staff  Advisory  Board  (FSAB).  The  SAB  and  FSAB  will  work together  to  support  students  and  others  involved  in  the  operation  of Dilmun Hill  to better  fulfill Dilmun Hill’s  goals  as  laid out  in  the  farm mission  statement.  Interested students,  faculty  and  staff  will  be  chosen  for  board  membership  by  the  Steering Committee through an application process  (see Appendix G & H  for applications). The FAB and FSAB will strengthen the student farm by:  

1.  Utilizing  student  and  faculty/staff  experience  for  forming  strategic  policy design in cooperation with Faculty Advising Committee. 

 2. Fostering open communication between farm participants and Cornell Faculty and Administration. 

 

Page 21: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

21

3. Improving continuity on the farm by retaining a resilient pool of stakeholders in the management structure. 

 These boards will be formally established in Spring 2011.  

Conclusion  Our results show that the beds, as they are now, are a safe medium for growing rooting, fruiting and leafy crops at Dilmun, and hold promise for other sites. However, the beds are  dynamic  and  are  likely  to  change  overtime,  which  precludes  us  from  making conclusions about their  long‐term usability. We see three main ways that the beds will change in the future:   

1) The organic matter in the beds will break down, reducing the 1:1 compost to 

topsoil ratio. In a few years, the percent compost in the beds could go down 

to 5% from the current 50%. 

2) The  cardboard  and  geotextile  barriers  will  break  down  over  time,  which 

could  allow  for  mixing  between  the  native  soil  and  the  raised  bed 

amendments. The cardboard will likely break down completely in the next 3‐

5 years. The geotextile is more durable and will likely break down completely 

in the next 15‐20 years.  

3) Native soil could get  into  the beds,  through wind deposition and/or mixing 

with the native soil underneath the beds. We have mitigated wind deposition 

by keeping the contaminated soil in a constant sod cover.  

The uncertainty surrounding future management of the beds complicates our ability to pose sound recommendations for the kinds of crops that can be grown  in them. While we can be comfortable about allowing for the production of fruiting crops, our research has informed us that leafy greens and rooting crops are more susceptible to heavy metal contamination. The texture and surface area of mustard greens (and other leafy greens, such as spinach and leaf lettuce) is problematic because the likelihood of trapping small soil  and  dust  particles  on  the  surface  of  the  produce  is  increased.  Furthermore, mustards  are  thought  to  be  high  bioaccumulators  of  heavy  metals,  particularly  Pb (Butcher et. al., 2003; Xiong, 1997). Rooting crops are also problematic for the obvious reason that they are  in contact with the soil for their entire growing season. For these reasons, future contamination of the beds due to lack of management (ie. failure to add bed amendments annually) could compromise the safe consumption of leafy greens and rooting crops.   We aim to address the issues described as we continue with our research. Our concerns over  future  bed management  are more  broadly  related  to  the  issue  of  continuity  at Dilmun Hill. We expect that the SAB and FSAB will help resolve many of the continuity 

Page 22: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

22

issues,  so  that we  can  be more  confident  in  our  recommendations  to  future Market Garden managers. With  proper management,  the  beds  could  continue  to  serve  their function  as  a BMP  in  the  future.  Towards  this  goal, we must develop  a plan  for bed maintenance  over  the  long‐term,  recognizing  that  (1)  limited  funding  may  restrict intensive  management  of  the  beds,  and  (2)  high‐turnover  among  Market  Garden managers necessitates an effective plan for continuity between seasons.   BMP project research goals for the 2011 season are to: 

Continue raised‐bed trials in Block 3; 

Same crops, different randomized design; 

Test  how  As  and  Pb  are  accumulated  in  vegetables  grown  on  the  slope  of  a raised bed vs. the crest of a raised bed; 

Continue cover cropping in Block 1; 

Continue outreach. 

Acknowledgments  

Many  people  have  supported  Dilmun  Hill  as  we  have  investigated  management  of contaminated soils. We would especially like to thank Melissa Madden, Hannah Shayler, Jonathan  Russell‐Anneli,  Murray  McBride  and  Leigh  Kalbacker  for  their  incredible devotion of time, energy and knowledge to this project since its conception. We would also like to thank Drew Lewis, Jane Mt. Pleasant and Frank Rossi for their support of our BMP research. We would especially like to acknowledge Mike Hoffman for his continued support.  

We  would  also  like  to  thank  the  Cornell Waste Management  Institute  (CWMI),  the Cornell Department of Horticulture,  the Cornell Department of Crop and Soil Science, the Cornell University Agricultural Experiment Station (CUAES), the National Institutes of Health, and Dilmun Hill Student Organic Farm for their show of support for our project.  

The dedication of these  individuals and organizations, as well as the many others who helped with  this project, ensures  that Dilmun Hill will  continue  to be a  safe place  for student learning.  

 

 

Page 23: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

23

 

Contacts Betsy Leonard, Organic Farm Coordinator (as of May 2011), [email protected]  Bonnie Cherner, BMP project manager, [email protected]  Glenn Evans, Director of Agricultural Operations, [email protected]  Emma Landau, BMP project manager, [email protected]  Eric Harrington, CU Environmental Health and Safety, [email protected] Hannah Shayler, Cornell Waste Management Inst, NIH Grant Collaborator,  [email protected]  Janet Myrick, Guterman Greenhouse, [email protected]  Jonathan Russell‐Anelli, Soil Science Professor, NIH Grant Collaborator,  [email protected]  Kristin Ramsay '88, RCPRS Program Coordinator, [email protected]   Mike Hoffman, Director, Cornell University Agricultural Experiment Station,  [email protected]  Mike Rutzke, USDA Lab, [email protected]  Melissa Madden, Organic Farm Coordinator (2008‐2011), [email protected]  Murray McBride, Cornell Waste Management Inst., Soil Chemistry Professor, NIH Grant Collaborator, Research Adviser, [email protected]           

Page 24: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

24

Literature Review  Butcher, D., & Pendergrass, A. 2006. Uptake of lead and arsenic in food plants grown in contaminated soil from Barder Orchard, NC. Microchemical Journal, 83(1), 14‐16.  DeFelice, A. 2008. Best management plan for soils containing lead‐arsenate pesticide residues. Cornell University. Ithaca, NY.  Duxbury, J.M., & Zavala, Y.J. What are safe levels of arsenic in foods and soils? Cornell University. Ithaca, NY.   Martin, I, De Burca, R., Morgan, H. 2009. Soil guideline Values for Arsenic Contamination. Department for the Environment, Food and Rural Affairs. The Environmental Agency.   Fields, Tessie. 1999. Findings and Recommendations for the Remediation of Historic Pesticide Contamination. New Jersey Department of Environmental Protection, Trenton NJ.   “Legal standards for selected heavy metals in food/vegetables in India, UK, EU, New Zealand, Australia, Poland, and China.” Various sources. Contact Hannah Shayler for this report.  Merwin, I., Pruyne, P.T., Ebel, J.G., Manzell, K.L., & Lisk, D.J. 1994. Persistence, phytotoxicity, and management of arsenic, lead and mercury. Chemosphere, 29(6), 1361‐1367.   Peryea, F. 1999. Gardening on Lead‐ and Arsenic‐Contaminated Soils. Washington State University. Pullman, WA.   Schoof, R., Yost, L., Eickhoff, J., Crecelius, E., Cragin, D., Meacher, D., & Mensel, D. 1999. A market basket survey of inorganic arsenic in food. Food Chemical Toxicology, 37(8), 839‐46.    Queirolo, F., Stegen, S., Restovic, M., Paz, M., Ostapczuk, P., Schwuger, M.J., and Munoz, L. 2000. Total arsenic, lead and cadmium levels in vegetables cultivated at the Andean villages of Northern Chile. The Science of the Total Environment, 255(1‐3), 74‐84.  

Page 25: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

25

1(NewYorkStateDepartmentofEnvironmentalConservation[NYSDEC],2008)2(Ahmed,Z.,2008)3(NYSDEC,2006;USEPA,2001;USEPA,2004),SeeAppendixCformoreinformation.

Appendices  

Appendix A. Soil Sample Results  

 

 

 TABLE 1. Dilmun Hill Block 3 Soil Sample Results, NYS and Dilmun Hill Background Levels of soil Pb and As, Range of U.S. Residential Cleanup Guidelines/Soil Screening Levels.  

 

 Block 3 (mg/kg) 

NYS Background1 

(mg/kg) 

Dilmun Hill Background2

(mg/kg) 

Range of U.S. Residential 

Cleanup Guidelines and Soil Screening Levels3  

(mg/kg) 

Lead (Pb) 60.4 ‐ 498.9 

4 ‐ 61  12.2  40 ‐ 400 

Mean Pb  258.78  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

%  Samples above NYS background Pb levels 

99%  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

%  Samples above Dilmun background Pb levels 

100%  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

Arsenic (As) 17.92 – 127.10 

3 ‐ 12  7.01  13‐22 

Mean As  69.24  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

%  Samples above NYS background As levels 

100%  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

%  Samples above Dilmun background As levels 

100%  ‐‐‐  ‐‐‐  ‐‐‐ 

Page 26: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

26

Appendix B. Whole Farm Map  

 

 

Page 27: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

27

Figure 1. Block 3 Soil Arsenic 

Appendix C. Hot Spot Maps  

Block 3 Hot Spot Maps  

               

   

          

379383 m379373 m379363 m379353 m

379383 m379373 m379363 m379353 m

4699

775

m46

9976

5 m

4699

755

m69

9 745

m

4699

775

m46

9976

5 m

4699

755

m69

9745

m

Soil As (mg/kg)<2020- 4040-60

60- 8080-100

>100

379383 m379373 m379363 m379353 m

379383 m379373 m379363 m379353 m

4699

775

m46

9976

5 m

4699

755

m69

9745

m

4699

775

m46

9976

5 m

4699

755

m69

9745

m

Soil Pb (mg/kg)<100100-150150-200

200-250250-300

>300

Figure 2. Block 3 Soil Lead 

Page 28: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

28

Block 1 Hot Spot Maps   

   

Figure 3. Hot Spot Map for Pb in Block 1

Figure 4. Hot Spot Map for Pb in Block 1

Page 29: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

29

Whole Farm Hot Spot Maps               

Figure 5. Hot Spot Map for Pb, Whole Farm

Figure 6. Hot Spot Map for Pb, Whole Farm

Page 30: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

30

Tortilla Flats Hot Spot Maps   

                 

Figure 7. Hot Spot Map for Pb and As, Tortilla Flats

Page 31: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

31

  

Barn West Hot Spot Maps                  

Figure 8. Hot Spot Map for As, Barn West

Figure 9. Hot Spot Map for Pb, Barn West

Page 32: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

32

Street Side Hot Spot Maps   

                   

Figure 10. Hot Spot Map for Pb, Street Side

Figure 11. Hot Spot Map for As, Street Side

Page 33: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

33

Appendix D. Block 3 Experimental Design Map and Key  

   

Page 34: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

34

 

Block 3 Sample I.D. Key 

Bed I.D.  Sample Name 

NG1  No barrier greens R1 

NG2  No barrier greens R2 

NG3  No barrier greens R3 

NC1  No barrier carrots R1 

NC2  No barrier carrots R2 

NC3  No barrier carrots R3 

NP1  No barrier peppers R1 

NP2  No barrier peppers R2 

NP3  No barrier peppers R3 

IG1  Incorporated compost greens R1 

IG2  Incorporated compost greens R2 

IG3  Incorporated compost greens R3 

IC1  Incorporated compost carrots R1 

IC2  Incorporated compost carrots R2 

IC3  Incorporated compost carrots R3 

IP1  Incorporated compost peppers R1

IP2  Incorporated compost peppers R2

IP3  Incorporated compost peppers R3

PG1  Plastic greens R1 

PG2  Plastic greens R2 

PG3  Plastic greens R3 

PC1  Plastic carrots R1 

PC2  Plastic carrots R2 

PC3  Plastic carrots R3 

PP1  Plastic peppers R1 

PP2  Plastic peppers R2 

PP3  Plastic peppers R3 

CG1  Cardboard greens R1 

CG2  Cardboard greens R2 

CG3  Cardboard greens R3 

CC1  Cardboard carrots R1 

CC2  Cardboard carrots R2 

CC3  Cardboard carrots R3 

CP1  Cardboard peppers R1 

CP2  Cardboard peppers R2 

CP3  Cardboard peppers R3 

Page 35: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

35

 

Appendix E. Complete Block 3 Tissue Test Results  

Pepper Lead and Arsenic Levels 

Sample ID  Pb (mg/kg)  As (mg/kg)

PP1  0.00376  0.00088

PP2  0.00304  0.00088

PP3  0.00464  0.00088

IP1  0.0028  0.00088

IP2  0.0176  0.00088

IP3  0.00448  0.00088

CP1  0.00288  0.00088

CP2  0.004  0.00088

CP3  0.00448  0.00088

NP1  0.0032  0.00088

NP2  0.00592  0.00088

NP3  0.0048  0.00088  

Mustard Greens Lead and Arsenic Levels

Sample ID  Pb (mg/kg)  As (mg/kg) 

CG1  0.0352  0.0224

CG2  0.0336  0.0264

CG3  0.0296  0.024

IG1  0.0224  0.0232

IG2  0.0184  0.0312

IG3  0.024  0.0328

NG1  0.0312  0.0464

NG2  0.0272  0.0416

NG3  0.0328  0.0288

PG1  0.0312  0.0232

PG2  0.032  0.024

PG3  0.0272  0.024 

        

Carrot Lead and Arsenic Levels 

Sample ID Pb (mg/kg) As (mg/kg) 

CC1  0.01001 0.00143 

CC2  0.00702 0.00143 

CC3  0.00884 0.00143 

PC1  0.00702 0.00143 

PC2  0.00871 0.00143 

PC3  0.00728 0.00143 

NC1  0.01092 0.00143 

NC2  0.00715 0.00143 

NC3  0.00741 0.00143 

IC1  0.0143 0.00143 

IC2  0.0195 0.00143 

IC3  0.01235 0.00143 

Page 36: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

36

 

Appendix F. Historic Aerial Pictures of Dilmun Hill  

 

Figure 1. Dilmun Hill 1938 

Figure 2. Dilmun Hill 1954 

Page 37: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

37

                   

  

                 

  

   

Figure 3. Dilmun Hill 1996 

Figure 4. Dilmun Hill 1991 

Page 38: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

38

Appendix G. Dilmun Hill Student Farm Student Advisory Board application  Purpose of Advisory Board   The Advisory Board will support students and others involved in the operation of Dilmun Hill to better fulfill Dilmun Hill’s goals as laid out in the farm mission statement. The Board will strengthen the student farm by:   1. Utilizing student experience for forming strategic policy design in cooperation with Faculty Advising Committee.  2. Fostering open communication between farm participants and Cornell Faculty and Administration.  3. Improving continuity on the farm by retaining a resilient pool of stakeholders in the management structure.  Expectations of Advisory Board  Board members will meet regularly as needed to create policy recommendations based on requests from the Steering Committee, Organic Farm Coordinator and other Dilmun Hill stakeholders.  These meetings are separate from monthly Steering meetings, and the Steering Committee will vote on and implement these policies.    A member of the Steering Committee (“Steering Liasion”) will update the advisory boards after every Steering meeting through concise and pertinent emails. To ensure advisors are up to date on farm happenings they must read updates from the Steering committee.   Advisors are expected to attend the first hour of a designated Steering Committee meeting per month.  Advance notice will be given of the meeting and if advisors are unable to attend they should inform the Steering liaison.    Advisors are welcome to attend additional Steering meetings in order to participate more widely in Dilmun Hill, but will not have voting rights.   Advisors will be invited to teach a workshop at a work party each season. While not mandatory, Advisors should feel welcome to participate in any work parties throughout the season. This will provide an opportunity for open communication between farm participants and help build a community of investment.   Advisory boards will participate in one team building workshop per year alongside the Steering Committee on topics designed to strengthen communication and meet the farm mission statement.  One example is consensus decision process.  To provide support and continuity, Advisors are expected to mentor the Organic Farm Coordinator.  This entails meeting with the Coordinator and the CUAES Director of Ag 

Page 39: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

39

Operations and/or CUAES Director once a month outside of steering, and be available as needed to review financial, safety, training, and Human Resource Issues.    Structure of Advisory Board  The Student Advisory Board will consist of 4 former managers or Steering volunteers who apply and are selected by the Steering Committee and approved by the Organic Farm Coordinator and CUAES Director.  The Student advisors will be mirrored by a Faculty and Staff Advisory Board consisting of 4 staff or faculty, also approved via CUAES.  Both Boards will meet at Steering and outside of Steering to construct policy recommendations.    The term of advisory board members will be one year, after which the incumbent board members, the Steering Committee and CUAES administration will have an opportunity to re‐asses and decide to continue or not continue the advisory position.   In keeping with the spirit and mission of Dilmun Hill, the Advisory Boards will utilize a consensus decision making model.   

Page 40: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

40

Appendix H. Dilmun Hill Student Farm Faculty and Staff Advisory Board application  Purpose of Advisory Board  The Advisory Board will support students and others involved in the operation of Dilmun Hill to better fulfill Dilmun Hill’s goals as laid out in the farm mission statement. The Board will strengthen the student farm by:   1. Providing support in the form of strategic policy design in cooperation with the Student Advisory Board.   2. Fostering open communication between farm participants and Cornell Faculty and Administration.  3. Improving continuity on the farm by retaining a resilient pool of stakeholders in the management structure.  Expectations of Advisory Board  Board members will meet regularly as needed to create policy recommendations based on requests from the Steering Committee, Organic Farm Coordinator and other Dilmun Hill stakeholders.  These meetings are separate from monthly Steering meetings, and the Steering Committee will vote on and implement these policies.    A member of the Steering Committee (Steering liaison) will update the advisory boards after every Steering meeting through concise and pertinent emails. To ensure advisors are up to date on farm happenings they must read updates from the Steering committee.   Advisors are expected to attend the first hour of a designated Steering Committee meeting per month.  Advance notice will be given of the meeting and if advisors are unable to attend they should inform the Steering liaison.    Advisors are welcome to attend additional Steering meetings in order to participate more widely in Dilmun Hill, but will not have voting rights.   Advisors will be invited to teach a workshop at a work party each season. While not mandatory, Advisors should feel welcome to participate in any work parties throughout the season. This will provide an opportunity for open communication between farm participants and help build a community of investment.   Advisory boards will participate in one team building workshop per year alongside the Steering Committee on topics designed to strengthen communication and meet the farm mission statement.  One example is consensus decision process.  To provide support and continuity, Advisors are expected to mentor the Organic Farm Coordinator.  This entails meeting with the Coordinator and CUAES Director of Ag Operations and/or CUAES Director once a month outside of Steering, and be available as needed to review financial, safety, training, and Human Resource Issues.  

Page 41: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

41

  Structure of Advisory Board  The Faculty and Staff Advisory Board will consist of 4 members who apply and are selected by the Steering Committee, Organic Farm Coordinator and CUAES Director.  The Faculty and Staff advisors will be mirrored by a Student Advisory Board consisting of 4 Dilmun alumni (former managers and/or Steering volunteers).  Both Boards will meet at Steering and outside of Steering to construct policy recommendations.   The term of advisory board members will be two years, after which the incumbent board members, the Steering Committee, the Organic Coordinator and CUAES Director and Director of Ag Operationswill have an opportunity to re‐asses and decide to continue or not continue the advisory position.   In keeping with the spirit and mission of Dilmun Hill, the Advisory Boards will utilize a consensus decision making model.     

Page 42: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

42

Appendix I. Summary Budget 2010 

Dilmun Project Name Best Management Practices Research (BMP)

Operating Accout To May '10- 102 3701; to Sept '10- 125 8360-xxx-316-0000; to Dec. '10- 125 8360

2010 Operating

Year Notes

Forward beginning balance

IncomeHATCH funding- McBride 14000

Additional fundingCUAES Hatch Supplement for E. Goodwin, Nov. 10, 2010

Total Income 14000

Expenses

Student Salary 9800OY '10 estimated- no viewing access to 125…

Soil tests 2650Tissue tests 975Seeds 70Supplies 1050Fees 89Farm expenses 886Outreach and events 167

Total expenses 15687

Ending Balance -1687Amount asking CUAES to cover, 2011

Page 43: Goodwin, Emma Landau - Cornell University · 2016-07-29 · Sheet mulch Geotextile (landscape fabric) The fourth bed is a control and will have no barrier between the compost/topsoil

43

Appendix J: Management and Worker Safety  Melissa Madden, Leigh Kalbacker and Bonnie Cherner developed a manager and worker safety protocol for working in the contaminated soils.  All Dilmun managers and Steering Committee members as well as the Cornell University Environmental Health and Safety department have reviewed these procedures. Basic Worker Safety Procedures: for EVERYONE working on the farm: 

Closed toed shoes mandatory (Fully closed, no perforated shoes like Crocs) 

Only  trained managers  can  operate motorized  equipment  including  the  BCS, rototiller, weed‐whacker, etc 

Wash  stations will  be  provided  at  the  barn  and  in  the  field.    Those washing vegetables  are  expected  to wash  their  hands  prior  to  handling  vegetables  for sale.  Managers are responsible to keep wash stations clean and stocked. 

Additional Worker Safety Procedures regarding contaminated soils‐ FIELDS: 

Mowing  in  lane‐ways with high  lead/arsenic  content will be done  to minimize dust‐ i.e. when no one else in on the farm, during moist mornings etc 

Fieldwork  involving native  soils  in Blocks 1,2,3,4  is  restricted  to managers who have been trained. 

Fieldwork such as laying raised beds in Blocks 1,2,3,4 can be done by volunteers who are properly attired under the guidance of a trained manager 

Workers in contact with native soil in contaminated areas are expected to wash their hands after work and before eating 

Produce  from Blocks  1,2,3,4  is  not  for  consumption  under  any  circumstances.  We are growing this produce for tissue testing only. 

Additional Worker Safety Procedures for contaminated soils‐ LAB: 

All grinding should be done  in a  laboratory with a functioning fume hood, used properly. 

All soil drying will occur near exhaust fans to minimize exposure to greenhouse workers.