Name: 연속 Instream 영양분과 농업 Watersheds에 앙금의 모니터링 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 50 s
Description: 학습하세요 농업 유역의 수질을 고해상도로 지속적으로 측정하는 방법을. 영양분과 퇴적물 데이터를 실시간으로 수집하여 오염 물질 동태와 수자원 관리에 필요한 정보를 제공합니다.

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연구 자금 절약 효과 평가 프로젝트 (CEAP)에서 때문에 가능 했다. 우리는 특히 감사 사이트 액세스 권한을 생산자에서 미국 농 무부-ARS-델타 물 관리 연구 단위, Ecotoxicology 연구 시설, 아칸소 주립 대학 직원에 의해 샘플 분석 위원에서 연구 지원에 대 한. 이 연구의 일부는 ARS 참여 프로그램, 미국 에너지 부와 농 무부 사이 부처간 합의 통해 과학 교육 (ORISE)에 대 한 오크 리 지 연구소에 의해 관리 하는 약속에 의해 지원 되었다. ORISE는 DOE 계약 번호 드-AC05-06OR23100에서 ORAU에 의해 관리 됩니다. 이 문서에 모든 의견 저자의 이며 반드시 정책 및 USDA, ARS, 미상, 또는 ORAU/ORISE을 반영 하지 않습니다.

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</ol>

저자는 공개 없다.

전반적으로, 양분 및 앙금의 지속적인 모니터링 잡아 샘플링 방법을 사용 하 여 모니터링 하는 여러 가지 장점이 있다. Hydrological와 물 품질 프로세스 시간의 아주 짧은 기간 동안 강우량에 의해 영향을 받습니다. 사용자는 영양분과 복잡 한 문제를 공부 하는 앙금에 높은 시간 해상도 데이터를 얻을 수 있습니다. 물 품질 같은 다른 매개 변수, 전도도, pH, 온도, 고 마, 동시에 그리고 질산염, 암모늄, 고 탁도 모니터링에 관해서는 동일한 비용에 얻어질 수 있다. 또한, 더 많은 수 질 매개 변수, 엽록소, 염 분, oxidation-reduction 잠재력, 양분 및 앙금 등의 측정을 허용 하는 제조 업체에서 다른 센서 있다.
이 프로토콜 연구;의 선택 하 신된 기간 동안 오염 물질의 시간적 변화를 식별 하는 데 수 있습니다. 분수령, 모니터링 하는 경우에 오염 물질의 공간 변화; 여러 방송국에서 실시 하는 그리고 오염 물질 모니터링의 단면 변화는 횡단면에 여러 지점에...

수 질 모니터링 분수령 음모 또는 필드에서 범위 수 있습니다 기여 영역의 크기에 따라 다양 한 공간 스케일에서 오염 물질의 농도에 정보를 제공 합니다. 이 모니터링 수행 시간, 단일 이벤트, 하루, 계절, 또는 1 년의 기간 동안 됩니다. (예: 질소와 인) 영양분과 침전 물, 주로 관련 된 수 질 모니터링에서 획득 정보를 사용할 수 있습니다: 1) hydrological 프로세스와 전송 스트림, 오염 물질의 변화를 이해 등 농업 배수도 랑; 2) 양분 및 앙금 부하 감소 및 증가 수 질; 분수령에 적용 하는 관리 관행의 효율성을 평가 3) 평가 하류; 물에 침전 물과 영양분의 배달 그리고 4) 영양분과 토사는 hydrological 이해 및 물 오염 물질 수송 및 역학의 시간적, 공간적 범위 결정 하는 품질 프로세스의 모델링 개선.
이 정보는 수생 생태계 복원, 지속 가능한 계획, 및 물 자원1의 관리에 매우 중요 합니다.
가장 일반적으로 사용 되는 방법은 영양소에 대 한 그리고 침전 물 분수령에 모니터링 잡아 샘플링. 잡아 샘플링 샘플링2시 스냅숏 농도를 정확 하 게 나타냅니다. 자주 샘플링 한다면 그것 또한 시간 오염 물질 농도의 변화를 묘사할 수 있다. 그러나, 자주 샘플링은 집중 하 고 비싼, 자주 허무2그것을 만드는 시간 이다. 또한, 잡아 샘플링 아래 수 있습니다-또는 샘플링 시간2,,34외부 실제 오염 물질 농도과 대 평가. 따라서, 이러한 농도 사용 하 여 계산 하는 중 정확 하지 않을 수 있습니다.
또는 지속적인 모니터링 제공 정확 하 고 시기 적절 한 정보를 수 질 분, 시간, 또는 하루 등 미리 정해진된 시간 간격으로. 사용자는 그들의 요구에 따라 적절 한 시간 간격을 선택할 수 있습니다. 연구원, 계획자 및 관리자 샘플 컬렉션을 최적화할 수 있습니다 지속적인 모니터링 개발 하 고 모니터 시간 통합 통계, 총 최대 매일 같은 로드 (TMDLs); 평가 물 몸;의 레크리에이션 사용 평가 기준 스트림 조건; 그리고 공간 및 일시적으로 평가 원인-효과 관계를 확인 하 고 개발 관리 계획5,6에 오염 물질의 변형. 양분과 앙금의 지속적인 모니터링 최근 수신 진보로 인해 증가 관심 컴퓨팅 및 센서 기술, 저장 장치, 향상 된 용량 및 더 복잡 한 과정을 공부 하는 데 필요한 증가 데이터 요구 사항 1 , 5 , 7. 700 물 전문가의 세계적인 조사에서 sondes 여러 매개 변수를 사용 하 여 26%에서 2012 년 2002에서 61%로 증가 하 고 2022566%에 도달할 것으로 예상 된다. 같은 조사에서 응답자의 72%는 그들의 데이터에 맞게 그들의 모니터링 네트워크의 확장에 대 한 필요5필요 표시. 2012 년에 역 당 모니터링 변수의 수와 모니터링 네트워크에서 방송국의 수 20225각각 53%, 64%로 증가 예상 된다.
그러나, 지속적인 수 질 및 수량 농업 watersheds에서 모니터링 도전 이다. 큰 강 우 이벤트 침전 물 및 macrophytes, 센서 및 sondes에 높은 퇴적 부하와 파편 형성에 기여 하 고 씻어. 초과 질소와 인 농업 분야에 적용의 결선 현미경과 거시적인 생물의 성장에 대 한 그리고 특히 여름에 instream 센서와 sondes, 파울에 대 한 이상적인 조건을 만듭니다. 오염 및 침전 물 형성 실패, 드리프트, 신뢰할 수 없는 데이터를 생산 하는 센서를 발생할 수 있습니다. 이러한 어려움에도 불구 하 고 미세한 (분 당 낮은)으로 일시적인 해상도 데이터는 필요한 결선 프로세스 및 포인트 소스 오염, 공부 하 유역 특성 (예: 크기, 토양, 경사면, 등에 의해 영향을 받습니다. ) 타이밍 및 강 우7의 강도. 주의 필드 관찰, 자주 교정, 그리고 적절 한 청소 및 유지 보수는 센서와 미세한 시간 해상도 에서도 sondes에서 좋은-품질 데이터를 보장할 수 있습니다.
여기, 우리는 제자리에서 연속 다중 매개 물 품질 sondes, 지역 속도 및 압력 트랜스듀서 센서, autosamplers;을 사용 하 여 두 개의 농업 watersheds의 모니터링 하는 방법 토론 그들의 교정 및 유지 보수 분야; 그리고 데이터 처리입니다. 프로토콜에는 지속적인 수 질 모니터링 수행 될 수 있는 방법을 보여 줍니다. 프로토콜은 일반적으로 지속적인 수 질과 수량 어떤 종류 또는 크기 분수령의 모니터링에 적용 됩니다.
프로토콜은 작은 랑 유역 (HUC 080202040803, 53.4 km2 지역)에 동북 아칸소 낮은 세인트 프랜시스 분 지 (HUC 080202030801, 23.4 km2 지역)에서 실시 됐다. 이 두 watersheds 미시시피 강의 속국으로 배수. 미시시피 강의 지류를 모니터링 하기 위한 필요 더 낮은 미시시피 강 보존 위원회, 멕시코 Hypoxia 태스크 포스의 걸프 유역 관리 계획을 개발 하 고 관리 작업의 진행 상황을 기록 하 여 확인 되었다 8 , 9. 또한, 이러한 watersheds 초점 watersheds 미국 농 무부의 자연 자원 보존 서비스 (NRCS 미국 농 무부)에 의해 양분과 앙금 오염 감소에 대 한 잠재력을 기반으로 특징 수 질10개선. 가장자리의 필드 모니터링 되 고 수행 됩니다 이러한 watersheds에11주 미시시피 강 분 지 건강 한 분수령 이니셔티브 (MRBI) 네트워크 일환으로. (즉, 사이트 위치, 유역 특성, 등) watersheds의 자세한 내용은 (2017)6Aryal Reba에 제공 됩니다. 즉, 작은 강 버렸다고 분 지는 주로 갯벌 명 개 토양, 하 고 면화, 콩은 주요 작물, 반면 낮은 세인트 프랜시스 분 지는 주로 Sharkey 점토 토양, 그리고 쌀과 콩은 주요 작물. 각 유역에서 제자리에서 지속적인 물 수량 및 품질 (즉, 방전 온도, pH, 할, 탁도, 전도도, 질산염, 및 암모늄) 모니터링 실시 되었다 3 개의 역이 프로토콜을 사용 하 여 주류에서 오염 부하와 hydrological 과정에서 공간과 일시적인 가변성을 이해 합니다. 또한, 주간 물 샘플 수집 되었고 부유 토사 co에 대 한 분석ncentration입니다.

<table><tbody><tr><td>다중 파라미터 sonde</td><td>Hach Hydrolab</td><td>DS5X</td><td>는 온도, pH, 전도도, 용존 산소, 질산염, 암모늄, 탁도를 측정합니다</td></tr><tr><td>면적 속도 유량 모듈 및 센서</td><td>Teledyne Isco</td><td>2150</td>은 <td>평균 유속과 유동 깊이를 측정하고 제공된 도랑의 단면적을 기반으로 유속과 총 유량을 계산합니다. 저장된 데이터는 컴퓨터에 직접 다운로드할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>자동 휴대용 물 샘플러</td><td>Teledyne Isco</td><td>ISCO 6712</td>는 <td>설정된 간격으로 또는 유량 모듈 및 센서와 함께 물을 자동으로 샘플링</td></tr>합니다<tr><td>. 압력 변환기</td><td>In-situ</td><td>Rugged Troll 100</td>은 <td>물의 온도, 수위 및 온도를 측정합니다. 저장된 데이터는 컴퓨터에 직접 다운로드 할 수 있습니다</td></tr><tr><td>휴대용 유량계</td><td>Flo-mate (Hach)</td> <td>Marsh-McBirney 2000</td><td>수동 방전 측정</td></tr><tr><td>용 배터리, 12 v, 충전식</td><td>UPG</td><td>UB 1270</td><td>sonde</td></tr><tr><td>배터리, 12 v, 충전식</td><td>주간 배터리</td><td>SRM 27</td><td>납축 배터리 자동 샘플러에 전원을 공급하는</td></tr> 태양 <tr><td>전지 패널</td><td>Alt E</td><td>ALT20-12P</td><td>현장에서 배터리를 충전하려면</td></tr><tr><td>C-8 배터리</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>교정 표준</td><td>Hach 또는 Fisher Scientific</td><td></td><td>다중 표준 pH (4,7,10), 전도도 (1412 uS/cm), 질산염 (5 및 50 mg/L), 암모늄 (5 및 50 mg/L) 및 탁도 (50,100,200 NTU)</td></tr> <tr><td>고 질산 표준</td><td>Hach</td><td>013810HY</td><td>50 mg / L</td></tr><tr><td>저 질산 표준</td><td>Hach</td><td>013800HY</td><td>5 mg/L</td></tr><tr><td>높은 암모늄 표준</td><td>Hach</td><td>002588HY</td><td>50 mg/L</td></tr><tr><td>낮은 암모늄 표준</td><td>Hach</td><td>002587HY</td><td>5 mg/L</td></tr><tr><td>탁도 표준</td><td>Fisher scientific</td><td>R8819050-500G</td><td>50 NTU</td></tr><tr><td>탁도 표준</td><td>Fisher scientific</td><td>88-061-6</td><td>100 NTU</td></tr><tr><td>탁도 표준</td><td>Fisher scientific</td><td>R8819200500 C</td><td>200 NTU</td></tr><tr><td>염화칼륨 염 펠릿</td><td>Hach</td><td>005376HY</td><td>pH 전극용 전해질 유지</td></tr> 표준 <tr><td></td><td>Fisher scientific</td><td>5890-16</td><td>1412 us/cm</td></tr><tr><td>버퍼 용액, pH 4</td> pH <td>센서 교정을 위한</td><td>Fisher scientific</td><td>SB99-1</td></tr><tr><td>버퍼 용액, pH 7</td><td>Fisher scientific</td><td>SB108-1</td><td>pH 센서 교정을 위한</td></tr><tr><td>버퍼 용액, pH 10</td><td>Fisher scientific</td><td>SB116-1</td><td>pH 센서 교정용</td></tr><tr><td>실리콘 실란트</td><td>Hach</td><td>00298HY</td><td>씰링 센서 배터리 커버 방수</td></tr><tr><td>다목적 클리너</td><td>Sunshine Makers Inc</td><td>심플 그린</td><td></td></tr><tr><td>와이프</td><td>Kimberly-Clark</td><td></td><td></td></tr><tr><td>L-bracket</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Telsbar 포스트</td><td>Unistrut Service Company</td><td></td><td>스트림에서 센서 및 존데 보안</td></tr><tr><td>스틸 와이어</td><td></td><td></td><td>supend sonde 및 PT 센서</td></tr><tr><td>Carabiner</td><td></td><td></td><td>supend sonde 및 PT 센서</td></tr><tr><td>Allen 렌치</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>구리 와이어 메쉬</td><td>Bird B Gone</td><td></td><td>설치류 및 조류 제어 구리 메쉬 롤</td></tr><tr><td>접착 테이프</td><td>Agri Drain Corporation</td><td></td><td>타일 테이프, 습하고 추운 날씨에서 작동</td></tr></tbody></table>

연속 instream 영양분과 농업 watersheds에 앙금의 모니터링

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

오염 물질 농도 및 watersheds 로드 시간과 공간으로 상당히 다릅니다. 수 자원 오염 물질의 크기에 대 한 정확 하 고 시기 적절 한 정보 및 결정 정보 물 자원 관리에 대 한 오염 부하의 드라이버를 이해 하기 위한 전제 조건입니다. 일반적으로 사용 되는 "샘플링 잡아" 방법 (즉, 스냅숏 농도) 샘플링 시간에 오염 물질의 농도 제공 하 고 아래 수 있습니다-또는 오염 물질 농도 및 로드 overpredict. 양분과 앙금의 지속적인 모니터링 최근 받았습니다 진보로 인해 더 많은 관심 컴퓨팅, 기술 및 저장 장치를 감지. 이 프로토콜에 센서, sondes, 계측 지속적으로 제자리에 질산염, 암모늄, 탁도, pH, 전도도, 온도 및 용 존된 산소 (DO)를 모니터링 하 고 두 개의 스트림 (도 랑)에서 부하 계산의 사용을 보여 줍니다. 2 농업 watersheds입니다. 적절 한 교정, 유지 보수, 및 센서 및 sondes 파울와 파편 형성 등 어려운 상황을 극복 하 여 좋은 수 질 데이터를 얻을 수 있습니다. 메서드 또한 다양 한 크기의 watersheds에서 사용 하 고 농업, 숲, 그리고/또한 도시 토지에 의해 특징 수 있습니다.

Aryal와 레바 (2017) 간행물에서이 프로토콜 전송 영양분과 두 개의 작은 농업 watersheds6에 앙금의 변화를 공부 하 고 사용 되었다. 이 프로토콜에서 추가 결과 아래 설명 되어 있습니다.
강 우 유출 수 질 관계:
지속적인 모니터링의 강도 15 분 데이터 (그림 2A)를 사용 하 여 하 게 되는 원인-효과 관계, 강우량, 결선, 탁도, 사이의 관계 등을 공부 하기 좋은 시간 해상도 사용자에 선택할 수 있습니다. 강 우 데이터 날씨 방송국 (www.weather.astate.edu), 하나는 작은 랑 유역과 낮은 세인트 프랜시스 분 지에서 다른 6.3 ...

기술 및 최종 사용자 기대에 상승의 발전 필요 및 오염 부하 추정에 대 한 더 높은 시간 해상도 데이터의 사용 증가 했다. 이 프로토콜 연속 제자리에 수 질 모니터링 데이터를 얻기 위해 더 높은 시간 해상도 정보 물에 대 한 리소스 관리 결정 하는 방법을 설명 합니다.

연속 Instream 영양분과 농업 Watersheds에 앙금의 모니터링

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

본 절차의 전반적인 목표는 선택한 시간 간격 내에서 높은 시간 해상도로 농업 유역의 수질을 현장에서 정확하게 측정하는 것입니다. 이 방법은 오염 부하의 시공간적 변화, 그 동인, 그리고 수문 및 수질 프로세스에 관한 수자원 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 본 프로토콜의 주요 장점은 사용자가 영양염류와 퇴적물에 대한 고해상도 시간 데이터를 얻어 복잡한 환경 문제를 연구할 수 있다는 점입니다.비점오염원은 유역의 특성과 강우 시기 및 강도에 영향을 받으므로, 정확하고 시기적절한 수질 정보는 정보에 기반한 수자원 관리 결정을 내리기 위한 필수 전제 조건입니다. 이 방법은 농경지 유역에 대한 통찰을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 도시, 산림 및 광산 영향 유역과 같은 다른 유형과 규모의 유역에도 적용할 수 있습니다. 먼저, 부드러운 브러시, 패드, 비누 또는 다목적 세정액을 사용하여 зонде 센서 표면을 철저히 세척하십시오.탈이온수로 센서를 헹굽니다. 탁도 센서 와이퍼와 센서 세척 브러시를 제거하여 세척하십시오. 그런 다음 pH 센서의 PTFE 기준 접합부 캡을 돌려 엽니다.전해질 용액을 버립니다. 센서에 염화칼륨(potassium chloride) 염 펠릿을 넣고 신선한 전해질 용액을 채웁니다. 기준 접합부의 캡을 돌려 조여 기밀을 유지하고, 밀려 나온 전해질 용액을 헹궈 냅니다.강철 와이어와 카라비너를 사용하여 센드(sonde)를 작업 표면에서 20~30 cm 높이에 매달아 고정합니다. 센드를 제어 컴퓨터에 연결합니다. 소프트웨어를 실행하고 교정할 센드를 선택합니다.Parameter Setup 탭에서 각 보정에 사용할 표준 물질의 수를 설정합니다. 각 센서를 보정하기 전에, 탈이온수로 센서를 충분히 헹구고 실험실용 와이프로 센서를 건조시키십시오. 전도도 센서 보정을 시작하려면, 먼저 타원형 센서 표면이 완전히 건조되었는지 확인하십시오.Calibration 탭에서 specific conductance 및 micro siemens per centimeter를 선택하십시오. 건조한 상태의 센서를 0으로 설정하십시오. 그다음 센서를 적절한 교정 표준액에 담그십시오.측정값이 안정되면, 센서를 1,412 µS/cm로 설정하십시오. 교정된 센서를 탈이온수로 헹굽니다. 다음으로, pH 센서를 pH 7 표준 용액에 담급니다.pH 탭을 선택하고 수치가 안정될 때까지 기다린 후, 센서를 7.0으로 설정하십시오.

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생태계 서비스 및 vernal 연못과 이러한 서비스를 제공 하는 그들의 능력에 anthropogenic 활동에의 영향에 의해 제공 하는 프로세스를 이해 집중 문학적 모니터링 필요 합니다. 현장 모니터링 장비를 사용 하 여이 샘플링 프로토콜 anthropogenic 활동 물 수준 및 품질에 미치는 영향을 이해 하기 개발 되었다.

지속적인 문학적 품질 모니터링 Vernal 연못의 물

여기에 제시된 것은 실제 현장 환경 온도 및 조명 조건에서 미생물 매트의 1차 생산성을 측정하기 위한 비용 효율적이고 운송 가능한 방법/시설입니다. 실험 설정은 널리 사용 가능한 재료를 기반으로하며 실험실 기반 모델의 장점을 제공하면서 다양한 조건에서 사용할 수 있습니다.

렌틱 해역의 페리피톤 군집의 현장 1차 생산성을 측정하는 저비용 방법

토양 수분 함량 측정은 많은 주 및 연방 기관의 중요한 임무 요구 사항입니다. 이 프로토콜은 매설 현장 센서를 사용하여 토양 수분 함량을 측정하기 위한 여러 기관의 노력을 종합 합니다 .

현장 방해받지 않는 토양의 토양 수분 센서

여기서는 질소 질량 균형 모델을 기반으로 로드 아일랜드주 내러갠섯 베이(Narragansett Bay)의 생물학적 생산성 구역을 시각화하는 것을 목표로 합니다. 결과는 저산소증과 부영양화를 줄이기 위해 해안 지역의 영양소 관리에 정보를 제공할 것입니다.

Visualization of Productivity Zones Based on Nitrogen Mass Balance Model in Narragansett Bay, Rhode Island

식물에서 영양소 및 독성 플럭스의 측정은 식물 영양 및 독성 연구에 필수적입니다. 여기에서는 칼륨(K+) 및 암모니아/암모늄(NH3/NH4+) 플럭스를 예로 사용하여 온전한 식물 뿌리의 유입 및 유출 측정을 위한 방사성 추적자 프로토콜을 다룹니다. 이러한 기술의 장점과 한계에 대해 설명합니다.

방사성 트레이서와 식물에 미네랄 영양 성분 및 독성 물질의 플럭스를 측정

학습하세요 농업 유역의 수질을 고해상도로 지속적으로 측정하는 방법을. 영양분과 퇴적물 데이터를 실시간으로 수집하여 오염 물질 동태와 수자원 관리에 필요한 정보를 제공합니다.

연속 Instream 영양분과 농업 Watersheds에 앙금의 모니터링

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