Name: Caudal continuo monitoreo de nutrientes y sedimentos en las cuencas agrícolas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 50 s
Description: Aprende el monitoreo continuo in situ de calidad del agua para obtener datos de alta resolución temporal sobre nutrientes y sedimentos en cuencas agrícolas. Este método facilita decisiones informadas en la gestión de recursos hídricos.

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La investigación fue posible gracias al financiamiento de la conservación de efectos evaluación de proyecto (CEAP). Estamos especialmente agradecidos por el permiso de acceso al sitio de los productores, asistencia de investigación de los miembros de la unidad de investigación de gestión de agua de USDA-ARS-Delta y análisis de la muestra por el personal en el centro de investigación de ecotoxicología, Universidad del estado de Arkansas. Parte de esta investigación fue apoyada por una cita para el programa de participación de ARS, administrado por el Instituto Oak Ridge para la ciencia y educación (ORISE) a través de un acuerdo interagencial entre el Departamento de energía de Estados Unidos y el USDA. ORISE es administrado por ORAU DOE contrato número DE-AC05-06OR23100. Todas las opiniones expresadas en este documento son del autor y no reflejan necesariamente las políticas y puntos de vista de USDA, ARS, DOE o ORAU/ORISE.

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Los autores no tienen nada que revelar.

En general, el monitoreo continuo de nutrientes y sedimento tiene varias ventajas sobre monitoreo utilizando el método de muestreo de grab. Procesos hidrológicos y de agua de calidad son afectados por lluvias en un lapso muy corto de tiempo. Los usuarios pueden obtener datos de alta resolución temporal de nutrientes y sedimentos para el estudio de problemas complejos. Otros parámetros de calidad de agua, tales como conductividad, pH, temperatura y hacer, se pueden obtener simultáneamente y con el mismo costo en cuanto a ...

Monitoreo de la calidad del agua proporciona información sobre las concentraciones de contaminantes en diferentes escalas espaciales, dependiendo del tamaño del área que contribuyen, que puede ir desde un campo o una parcela hasta una cuenca. Este control tiene lugar durante un período de tiempo, como un solo evento, un día, una temporada o un año. La información de monitoreo de calidad del agua, principalmente relativos a los nutrientes (por ejemplo, nitrógeno y fósforo) y el sedimento, puede utilizarse para: 1) entender los procesos hidrológicos y el transporte y la transformación de contaminantes en corrientes, tales como zanjas de drenaje agrícola; 2) evaluar la eficiencia de las prácticas de gestión aplicada a la cuenca para reducir la carga de nutrientes y sedimentos y a aumentar la calidad del agua; 3) evaluar la entrega de los sedimentos y nutrientes a las aguas río abajo; y 4) mejorar el modelado de nutrientes y sedimentos para entender el hidrológico y procesos de calidad que determinan el transporte de contaminantes y dinámica sobre la gama de escalas temporales y espaciales del agua.
Esta información es crucial para la restauración de ecosistemas acuáticos, planificación sostenible y la gestión de los recursos de agua1.
El más de uso general método de nutrientes y control de sedimentos en una cuenca hidrográfica es muestra del gancho agarrador. Gancho agarrador muestreo representa exactamente una concentración instantánea en el momento de muestreo2. También puede representar a una variación de las concentraciones de contaminantes con el tiempo si se realiza el muestreo frecuente. Sin embargo, el muestreo frecuente es tiempo intensivo y costoso, a menudo haciéndolo práctico2. Además, puede agarrar muestreo bajo- o sobreestimar las concentraciones de contaminante real fuera el tiempo de muestreo2,3,4. En consecuencia, calculadas tales concentraciones de cargas pueden no ser precisas.
Por otra parte, monitoreo continuo proporciona información precisa y oportuna sobre la calidad del agua en un intervalo de tiempo predeterminado, como un minuto, una hora o un día. Los usuarios pueden seleccionar los intervalos de tiempo apropiados en función de sus necesidades. Monitoreo continuo permite a los investigadores, planificadores y gerentes optimizar la recogida de la muestra; desarrollar y monitorear métricas integrado de tiempo, tales como cargas diarias máximas totales (TMDLs); evaluar el uso recreativo de lo cuerpo de agua; evaluar las condiciones de corriente de línea de base; y espacial y temporal evaluar la variación de contaminantes para determinar relaciones de causa-efecto y desarrollar un plan de manejo5,6. Monitoreo continuo de nutrientes y sedimentos ha recibido recientemente mayor atención debido a los avances en tecnología informática y el sensor, la capacidad mejorada de dispositivos de almacenamiento y las crecientes necesidades de datos necesarias para el estudio de procesos más complejos 1 , 5 , 7. en una encuesta global de más de 700 profesionales del agua, el uso de sondas multiparámetro de aumentó del 26% al 61% de 2002 a 2012 y se espera que alcance el 66% por 20225. En la misma encuesta, el 72% de los encuestados indicó la necesidad de la expansión de su red de vigilancia para conocer sus datos necesita5. Se espera que el número de estaciones en una red de monitoreo y el número de variables monitoreadas por estación en 2012 aumentar en 53% y 64%, respectivamente, en 20225.
Sin embargo, continua calidad y cantidad de monitoreo en cuencas agrícolas es un reto. Eventos de lluvia grandes lavan sedimento y macrófitas, contribuyendo a la acumulación de carga y residuos de sedimentos alta en los sensores y sondas. El escurrimiento del exceso de nitrógeno y el fósforo aplicado a campos agrícolas crea condiciones ideales para el crecimiento de organismos microscópicos y macroscópicos y el sucio de instream sensores y sondas, especialmente durante el verano. La acumulación de suciedad y sedimentos puede causar sensores fallan, deriva y producir datos poco fiables. A pesar de estos desafíos, más datos de resolución temporal (como baja según minutos) están obligados a estudiar los procesos de escorrentía y contaminación no puntual, como se ven afectados por las características de la cuenca (por ejemplo, tamaño, suelo, pendiente, etcetera. ) y el tiempo y la intensidad de lluvia7. Observación cuidadosa del campo, calibración frecuente, correcta limpieza y mantenimiento pueden asegurar datos de calidad de los sensores y sondas, incluso en el tiempo de resolución más fina.
Aquí, discutimos un método para la en situ continua monitoreo de dos cuencas agrícolas utilizando sondas de calidad de agua del multiparámetro, área de velocidad y sensores del transductor de presión y muestreadores automáticos; su calibración y mantenimiento de campo; y procesamiento de datos. El protocolo muestra una forma en que puede realizarse el monitoreo de la calidad del agua. El protocolo es generalmente aplicable a agua continua calidad y cantidad de monitoreo en cualquier tipo o tamaño de cuenca.
El protocolo se llevó a cabo en Arkansas nordestal en pequeñas zanjas cuenca (HUC 080202040803, área de 53,4 km2 ) y Lower St. Francis Basin (HUC 080202030801, área de2 km 23,4). Estas dos cuencas drenan en afluentes del río de Mississippi. Una necesidad de control de afluentes del río de Mississippi fue identificada por el Comité de conservación menor de Río de Mississippi y el Golfo de México hipoxia de tareas para desarrollar un plan de manejo de cuencas hidrográficas y para registrar el progreso de las actividades de gestión 8 , 9. por otra parte, estas cuencas se caracterizan como foco las cuencas hidrográficas por el servicio de conservación de recursos de naturales del Departamento de agricultura de Estados Unidos (USDA-NRCS), basadas en el potencial para reducir la contaminación de nutrientes y sedimento y para mejorar la calidad de agua10. Borde de campo supervisión lleva a cabo en estas cuencas como parte de la estatal de red de río Mississippi Cuenca Cuenca saludable iniciativa (MRBI)11. Más detalles de las cuencas hidrográficas (es decir, lugares del sitio, características de la cuenca, etc.) son proporcionados en Aryal y Reba (2017)6. En Resumen, la cuenca zanjas poco predominante tiene suelos de Marga de cieno, y algodón y la soja son los cultivos principales, mientras que Lower St. Francis Basin tiene predominante arcillosa Sharkey, y arroz y la soja son los cultivos principales. En cada cuenca, en situ continua agua cantidad y calidad (es decir, alta temperatura, pH,, turbidez, conductividad, nitrato y amonio) se llevó a cabo en tres estaciones en la corriente principal usando este protocolo para entender la variabilidad espacial y temporal en las cargas de contaminantes y los procesos hidrológicos. Además, se colectaron muestras de agua semanal y analizadas para sedimento suspendido concentration.

<table><tbody><tr><td>Sonda multiparamétrica</td><td>Hach Hydrolab</td><td>DS5X</td><td>mide la temperatura, el pH, la conductividad, el oxígeno disuelto, el nitrato, el amonio, la turbidez Velocidad</td></tr> del <tr><td>área Módulo de flujo y sensor</td><td>Teledyne Isco</td><td>2150</td><td>mide la velocidad media del flujo y la profundidad del flujo, y calcula el caudal y el caudal total en función del área de la sección transversal proporcionada de la zanja. Los datos almacenados se pueden descargar directamente a la computadora.</td></tr><tr><td>El muestreador de agua portátil automático</td><td>Teledyne Isco</td><td>ISCO 6712</td><td>toma muestras automáticamente del agua en el intervalo establecido o junto con el módulo de caudal y el sensor</td></tr><tr><td>El transductor de presión</td><td>In-situ</td><td>Rugged Troll 100</td><td>mide la presión, el nivel y la temperatura en el agua. Los datos almacenados se pueden descargar directamente al ordenador</td></tr><tr><td>Caudalímetro portátil</td><td>Flo-mate (Hach)</td><td>Marsh-McBirney 2000</td><td>Para la medición manual de descargas</td></tr><tr><td>Batería, 12 v, recargable</td><td>UPG</td><td>UB 1270</td><td>Para alimentar la sonda</td></tr><tr><td>Batería, 12 v, recargable</td><td>Baterías Interstate</td><td>SRM 27</td><td>Batería de plomo-ácido para alimentar el muestreador automático</td></tr><tr><td>Panel solar</td><td>Alt E</td><td>ALT20-12P</td><td>Para recargar la batería en el sitio</td></tr><tr>Baterías <td></td><td></td><td></td><td>C-8</td></tr><tr><td>Estándares de calibración</td><td>Hach o Fisher Scientific</td><td>Estándares</td><td>múltiples de pH (4,7,10), conductividad (1412 uS/cm), nitrato (5 y 50 mg/L), amonio (5 y 50 mg/L) y turbidez (50,100,200 NTU)</td></tr><tr><td>Estándar de nitrato alto</td><td>Hach</td><td>013810HY</td><td>50 mg/L</td></tr><tr><td>Estándar de nitrato bajo</td><td>Hach</td><td>013800HY</td><td>5 mg/L Estándar</td></tr><tr><td>de amonio alto</td><td>Hach</td><td>002588HY</td><td>50 mg/L</td></tr><tr><td>Estándar de amonio bajo</td><td>Hach</td><td>002587HY</td><td>5 mg/L</td></tr><tr><td>Estándar de turbidez</td><td>Fisher scientific</td><td>R8819050-500G</td><td>50 NTU</td></tr><tr><td>Estándar de turbidez</td><td>Fisher scientific</td><td>88-061-6</td><td>100 NTU</td></tr><tr><td>Estándar de turbidez</td><td>Fisher scientific R8819200500</td><td>C</td><td>200 NTU</td></tr><tr><td>Pellets de sal de cloruro de potasio</td><td>Hach</td><td>005376HY</td><td>para mantener el electrolito para el electrodo de pH</td></tr><tr><td>Estándar de cloruro de potasio</td><td>Fisher scientific</td><td>5890-16</td><td>1412 us/cm</td></tr><tr><td>Solución tampón, pH 4</td><td>Fisher scientific</td><td>SB99-1</td><td>para la calibración del sensor de pH</td></tr><tr><td>Solución tampón, pH 7</td><td>Fisher scientific</td><td>SB108-1</td><td>para la calibración del sensor de pH</td></tr><tr><td>Solución tampón, pH 10</td><td>Fisher scientific</td><td>SB116-1</td><td>para la calibración del sensor</td>de</tr><tr><td>pH Sellador de silicona</td><td>Hach</td><td>00298HY</td><td>Para sellar la tapa de la batería del sensor hermético</td></tr><tr><td>Limpiador multiusos</td><td>Sunshine Makers Inc</td><td>Toallitas verdes</td><td></td></tr><tr><td></td><td>simples Kimberly-Clark</td><td></td><td></td></tr><tr><td>L-bracket</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poste Telsbar</td>Empresa <td></td> de <td>servicios Unistrut</td><td>Sensores y sondas seguros en el arroyo</td></tr><tr><td>Sonda supend de</td><td>alambre</td><td></td><td></td> de acero y sensor PT</tr><tr><td>Mosquetón</td><td></td><td></td><td>sonda supend y sensor PT</td></tr><tr><td>Llave</td><td></td><td></td><td></td>Allen</tr><tr><td>Malla de alambre de cobre</td><td>Bird B Gone Rollo</td><td></td> de <td>malla de cobre para control de roedores y aves</td></tr><tr><td>Cinta adhesiva</td><td>Agri Drain Corporation</td><td></td><td>Cinta para baldosas, funciona en climas húmedos y fríos</td></tr></tbody></table>

caudal continuo monitoreo de nutrientes y sedimentos en las cuencas agrícolas

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Las concentraciones de contaminantes y cargas en cuencas varían considerablemente con el tiempo y el espacio. Información precisa y oportuna sobre la magnitud de los contaminantes en los recursos hídricos es un prerrequisito para la comprensión de los conductores de las cargas contaminantes y para hacer agua informada decisiones de gestión de recursos. El método comúnmente utilizado para "tomar muestras" proporciona las concentraciones de contaminantes en el momento de muestreo (es decir, una concentración instantánea) y puede debajo- o overpredict las concentraciones de contaminantes y cargas. Monitoreo continuo de nutrientes y sedimentos ha recibido recientemente más atención debido a los avances en informática, tecnología de detección, dispositivos de almacenamiento. Este protocolo muestra el uso de sensores, sondas e instrumental para monitorear en situ nitratos, amonio, turbidez, pH, conductividad, temperatura y oxígeno disuelto (OD) y para calcular las cargas de dos arroyos (zanjas) en dos cuencas agrícolas. Con la calibración adecuada, mantenimiento y operación de sensores y sondas, pueden obtenerse datos de calidad de agua buena por superar condiciones difíciles tales como la acumulación de suciedad y escombros. El método también puede utilizado en las cuencas de varios tamaños y caracterizado por terrenos agrícolas, forestales o urbanas.

En la publicación Aryal y Reba (2017), este protocolo fue utilizado para estudiar el transporte y la transformación de nutrientes y sedimentos en dos pequeñas cuencas agrícolas6. A continuación se describen los resultados adicionales del presente Protocolo.
Relaciones de calidad de agua de lluvia-escurrimiento:
La fuerza de monitoreo continuo es qu...

Con el avance de la tecnología y el aumento de las expectativas del usuario final, la necesidad y uso de datos de resolución temporal más alta para la estimación de la carga de contaminantes ha aumentado. Este protocolo describe un método para continua en situ agua monitoreo de la calidad para obtener mayores datos de resolución temporal para agua informado las decisiones de gestión de recursos.

Caudal continuo monitoreo de nutrientes y sedimentos en las cuencas agrícolas

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

El objetivo general de este procedimiento es medir con precisión la calidad del agua en cuencas agrícolas in situ, en un intervalo de tiempo elegido y con alta resolución temporal. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de los recursos hídricos sobre las variaciones espaciales y temporales en las cargas de contaminantes, sus factores impulsores, y los procesos hidrológicos y de calidad del agua. La principal ventaja de este protocolo es que los usuarios pueden obtener datos con alta resolución temporal sobre nutrientes y sedimentos para estudiar problemas ambientales complejos.Información precisa y oportuna sobre la calidad del agua es un requisito previo para tomar decisiones informadas de gestión del agua, ya que la contaminación por fuentes difusas se ve afectada por las características de la cuenca hidrográfica y por el momento, la intensidad y la frecuencia de las precipitaciones. Aunque este método puede ofrecer información sobre cuencas hidrográficas agrícolas, también puede aplicarse a otros tipos y tamaños de cuencas, como cuencas urbanas, forestales y afectadas por minería. Primero, limpie minuciosamente las superficies del sensor sonda con cepil

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Aprende el monitoreo continuo in situ de calidad del agua para obtener datos de alta resolución temporal sobre nutrientes y sedimentos en cuencas agrícolas. Este método facilita decisiones informadas en la gestión de recursos hídricos.

Caudal continuo monitoreo de nutrientes y sedimentos en las cuencas agrícolas

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