Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Projekt i budowa Zakładu Badań Spływów Miejskich

12.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/51540

⸱

8 sierpnia 2014

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Soil and Crop Sciences Department, Texas A&M University, 2The Scotts Miracle-Gro Company

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł opisuje projekt, budowę i funkcję obiektu o powierzchni 1 000m2 zawierającego 24 indywidualne działki polowe o powierzchni 33,6m2 wyposażone do pomiaru całkowitej objętości spływu z czasem i pobierania podpróbek spływu w wybranych odstępach czasu w celu ilościowego określenia składników chemicznych w wodzie spływającej z symulowanych trawników domowych.

Streszczenie

Wraz ze wzrostem populacji miejskiej rośnie obszar nawadnianego krajobrazu miejskiego. Letnie zużycie wody na obszarach miejskich może być 2-3 razy większe niż zimowe podstawowe zużycie wody ze względu na zwiększone zapotrzebowanie na nawadnianie krajobrazu. Niewłaściwe praktyki nawadniania i duże opady deszczu mogą powodować spływ z krajobrazów miejskich, który może przenosić składniki odżywcze i osady do lokalnych strumieni i jezior, gdzie mogą przyczyniać się do eutrofizacji. Zbudowano obiekt o powierzchni 1 000m2, który składa się z 24 pojedynczych działek terenowych o powierzchni 33,6m2, z których każda jest wyposażona w pomiar całkowitej objętości odpływu w czasie i pobieranie podpróbek spływu w wybranych odstępach czasu w celu ilościowego określenia składników chemicznych w wodzie odpływowej z symulowanych krajobrazów miejskich. Objętości spływu z pierwszej i drugiej próby miały wartości współczynnika zmienności (CV) odpowiednio 38,2 i 28,7%. Wartości CV dla spływającego pH, EC i stężenia Na w obu badaniach były poniżej 10%. Stężenia DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+ i Ca2+ miały wartości CV mniejsze niż 50% w obu badaniach. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badań przeprowadzonych po zainstalowaniu darni w obiekcie wykazały dobrą jednorodność między powierzchniami pod względem objętości spływu i składników chemicznych. Duży rozmiar działki jest wystarczający, aby uwzględnić dużą naturalną zmienność, a tym samym zapewnia lepszą symulację ekosystemów krajobrazu miejskiego.

Wprowadzenie

Cztery najszybciej rozwijające się, gęsto zaludnione obszary metropolitalne znajdują się na południu Stanów Zjednoczonych w klimacie subtropikalnym1. Ponadto największa procentowa zmiana w terenach zurbanizowanych w latach 1982-1997 miała miejsce w południowychStanach Zjednoczonych1. Wraz ze wzrostem obszarów miejskich pojawia się zapotrzebowanie na wodę pitną, z której znaczna część jest wykorzystywana do użytku na zewnątrz w miesiącach letnich2. W przypadku nowych konstrukcji często instalowane są programowalne systemy nawadniania w gruncie. Niestety, systemy te są często zaprogramowane tak, aby częściej nawadniać tereny miejskie i/lub w ilościach przekraczających wymagania ewapotranspiracji krajobrazu2. Powoduje to znaczną ilość spływu z miejskich terenów krajobrazowych do wód odbiorczych, co przyczynia się do tego, co zostało nazwane syndromem strumienia miejskiego3. Objawy syndromu strumienia miejskiego obejmują zwiększoną częstotliwość przepływu lądowego i erozyjnego, zwiększony poziom azotu (N), fosforu (P), substancji toksycznych i temperatury, a także zmiany w morfologii kanałów, biologii słodkowodnej i procesach ekosystemowych3.

Straty N i P z ekosystemów rolniczych zostały dogłębnie zbadane i stwierdzono, że zależą głównie od czterech czynników: źródła składników odżywczych, dawki aplikacji, czasu aplikacji i rozmieszczenia składników odżywczych4. Chociaż obecnie istnieje mniej opublikowanych danych na temat przemieszczania składników odżywczych z krajobrazów miejskich poza teren zakładu, zasady te można bezpośrednio zastosować do uprawy trawy darniowej, czy to na trawnikach przydomowych, farmach darniowych, parkach czy innych terenach zielonych. Ponadto niewłaściwe praktyki nawadniania, które skutkują spływem z krajobrazu, mogą pogłębić te straty.

Straty składników odżywczych mogą być dodatkowo zmienione przez jakość wody do nawadniania. Obszary w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych często wykorzystują więcej słonej lub sodowej wody do nawadniania przydomowych trawników i krajobrazów miejskich5,6. Skład chemiczny wody do nawadniania może znacząco zmienić skład chemiczny gleby, powodując uwalnianie węgla, azotu, wapnia i innych kationów do spływu wody. Niedawne prace wykazały, że zwiększony współczynnik absorpcji sodu (SAR) w wodzie ekstrakcyjnej znacznie zwiększył ilość węgla (C) i azotu (N) wypłukiwanych ze ścinków trawy św. Augustyna, ścinków życicy i innych materiałów organicznych7. Co więcej, straty C, N i P w glebie do ekstrakcji z rekreacyjnych gleb trawiastych były istotnie skorelowane ze składnikami chemicznymi wody do nawadniania6.

Washbusch i in. badali spływy miejskie w Madison, WI i stwierdzili, że trawniki były największym źródłem fosforuogółem 8. Ponadto odkryli również, że 25% całkowitego fosforu w "ulicznym brudzie" pochodzi z liści i ścinków trawy. W typowym środowisku wiejskim ściółka z liści spada na ziemię, a następnie rozkłada się powoli, uwalniając składniki odżywcze z powrotem do środowiska glebowego. Jednak w środowiskach miejskich znaczne ilości bogatych w składniki odżywcze liści i ścinków trawy mogą spaść, zostać zmyte lub zdmuchnięte na utwardzone tereny, takie jak podjazdy, chodniki i jezdnie, a następnie przedostać się na ulice, gdzie przyczyniają się do "brudu ulicznego", z którego większość jest zmywana bezpośrednio do dróg wodnych.

Gleby krajobrazu miejskiego są często zaburzone i mocno zagęszczone podczas budowy, co może również zwiększyć ilość spływu z powodu zmniejszonego współczynnika infiltracji9. Kelling i Peterson stwierdzili, że zarówno całkowita objętość odpływu, jak i stężenie składników odżywczych w spływie z trawników przydomowych są zwiększone z trawników, które są zagęszczone lub mają poważnie zaburzone profile glebowe z powodu wcześniejszych prac budowlanych10. Edmondson i wsp. z drugiej strony stwierdzono, że gleby miejskie były mniej zagęszczone w porównaniu z otaczającymi je glebami rolnymi w regionie miejskim i podmiejskim Leicester w Wielkiej Brytanii11. Przypisali to używanym ciężkim maszynom rolniczym, ale zauważyli również, że trawniki miały większą gęstość nasypową gleby niż gleba pod drzewami i krzewami, co przypisywano koszeniu trawy i większemu deptaniu przez człowieka.

Wygląda na to, że w wielu sytuacjach, syndromy miejskich i podmiejskich strumieni są znacząco dotknięte przez spływy i zrzuty punktowe3,12. Podczas gdy źródłami punktowymi można manipulować poprzez zezwolenia i recykling, potrzebne są dodatkowe badania, aby opracować i przetestować najlepsze procedury zarządzania zakładaniem i zarządzaniem trawnikami przydomowymi w celu zminimalizowania strat składników odżywczych do spływu. Wcześniejsze wysiłki badawcze w tym zakresie często koncentrowały się na obszarach przybrzeżnych, na których występują gleby o wysokiej zawartości piasku, ze względu na obawy związane ze skutkami wymywania i spływu składników odżywczych do wód przybrzeżnych. Jednak podczas pracy na glebach bardzo piaszczystych trzeba mieć strome zbocza i duże opady, aby móc wygenerować jakikolwiek spływ13,14. W przeciwieństwie do tego, wiele gleb w środkowych Stanach Zjednoczonych ma drobną teksturę i niskie wskaźniki infiltracji, co powoduje znaczne ilości spływu nawet z niewielkich opadów deszczu. W związku z tym zaczęto zaprojektować i wykonać stację odpływową na rodzimym gruncie i nachyleniu typowym dla tych, które mogą występować w krajobrazach mieszkalnych.

Ten artykuł opisuje projekt, budowę i funkcję obiektu o powierzchni 1 000m2 zawierającego 24 indywidualne działki polowe o powierzchni 33,6m2 do pomiaru całkowitej objętości odpływu przy stosunkowo małych rozdzielczościach czasowych i jednoczesnego pobierania podpróbek wody odpływowej w wybranych przedziałach objętościowych lub czasowych w celu pomiaru i kwantyfikacji składników chemicznych wody spływającej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Wybór miejsca

  1. Zlokalizuj odpowiednio duży obszar nienaruszonej gleby o równomiernym nachyleniu 3-4%.
  2. Przeprowadzić pomiary topograficzne i wyznaczyć obszar o wymiarach około 10 m x 100 m o średnim nachyleniu 3,7±0,5%.
  3. Podziel obszar o wymiarach 10 m x 100 m na trzy bloki, każdy o wymiarach około 10 m x 33,3 m (rysunek 1).
  4. Podziel każdy blok na 8 działek polowych, każda o szerokości 4,1 m i długości 8,2 m.
  5. Zidentyfikuj i udokumentuj serie gleb obecne na badanym obszarze. Uwaga: w tym miejscu znajdowała się drobna glina piaszczysta z serii Booneville, ale można użyć innych serii i tekstur gleby.

2. Budowa muru oporowego

  1. Wytnij rów o szerokości 30 cm i głębokości 30 cm na dolnym końcu działek.
  2. Wytnij rów o szerokości 20 cm i głębokości 1,2 m w odległości 10 cm od krawędzi działki, aby uzyskać gładką pionową krawędź, która rozciąga się w gliniastym podłożu.
  3. Zbuduj i zainstaluj tymczasowe drewniane formy w wykopie, aby utrzymać go otwartym.
  4. Usunąć ziemię przylegającą do zbocza formy na głębokość 76 cm poniżej powierzchni gleby w dolnej części działek. Zapewnij minimalne nachylenie 0,5% od działek na odległość około 30 m, aby zapewnić odpowiedni drenaż.
  5. Usuń tymczasowe formy i zbuduj stalowy żelbetowy mur oporowy.
    1. Zbuduj drewniane formy na zewnątrz ściany i wykorzystaj nienaruszoną glebę poniżej obszarów działki jako ścianę wewnętrzną.
    2. Upewnij się, że ściana rozciąga się w nienaruszonym podłożu, aby zapobiec przyszłym ruchom.
    3. Zamontuj dwie sekcje odpływu kanałowego dla każdej działki z zaślepkami na każdym końcu i dolnym odpływem wylotowym na dolnym końcu. Uszczelnij wszystkie połączenia silikonem, a następnie skręć połączenia zgodnie z zaleceniami producenta.
    4. Przyklej i przykręć rurę odprowadzającą z PVC o średnicy 10 cm i długości 60 cm i 60 cm długości do wylotu. Umieść zmontowany odpływ w formie i przymocuj go tak, aby górna krawędź była wypoziomowana w obu kierunkach i 1,27 cm poniżej powierzchni gleby w dolnej części działki (rysunek 2). Przykryj odpływ tymczasową plastikową osłoną, aby chronić przed mokrym.
    5. Wlej 4,000 funtów testowego gotowego betonu do form, używając odpowiednich ilości wibracji, aby usunąć puste przestrzenie.
      1. Gdy formy są pełne, zacieraj górną powierzchnię, aby uzyskać gładkie wykończenie z zaokrąglonymi krawędziami. Tymczasowe plastikowe osłony odpływów należy zdjąć, aby umożliwić ostateczne przygotowanie powierzchni.
      2. Upewnij się, że gotowa powierzchnia jest równa z powierzchnią gleby w dolnej części działki i ma nachylenie 1,27 cm do odpływu.
      3. Upewnij się, że po stronie odpływu ma nachylenie 1.27 cm od odpływu, aby zapobiec cofaniu się wody do odpływów.
  6. Uformuj i zalej stalowe podkładki żelbetowe (1,2 m szerokości, 1,8 m długości i 15 cm grubości) poniżej każdego odpływu. Podkładki muszą mieć nachylenie 0,5% od ściany, a górna część podkładki musi znajdować się 30 cm poniżej dna odpływu.
  7. Zapewnij odporne na warunki atmosferyczne gniazdko elektryczne (110/120 V) z boku ściany oporowej nad każdą podkładką w celu przygotowania do oprzyrządowania.

3. Instalacja oprzyrządowania

  1. Przeciąć rury odprowadzające równo z ścianą.
  2. Zamontuj koryto H o długości 1,2 m bezpośrednio pod odpływem odpływu.
    1. Przymocuj kanał do ściany za pomocą odpowiednich kotew i, upewniając się, że kanał jest wypoziomowany z boku na bok.
    2. Podeprzyj przód koryta za pomocą regulowanego stojaka ze stali nierdzewnej i użyj regulacji, aby wypoziomować urządzenie zarówno z boku na bok, jak i od przodu do tyłu. Uszczelnij połączenia między kanałami a za pomocą uszczelniacza do wanien i płytek.
  3. Zainstaluj przepływomierz na każdej podkładce. Umieść przepływomierz w pobliżu końca koryta, aby zminimalizować potrzebną długość przewodów.
  4. Zainstaluj przenośny sampler na każdym padzie. W razie potrzeby zlokalizuj próbnik, aby zminimalizować ilość przewodów potrzebnych do dotarcia do probówki do pobierania próbek. Uwaga: Może być konieczne umieszczenie próbnika na stojaku, aby zapobiec powstawaniu wgłębień, które mogą zatrzymywać wodę w rurkach do pobierania próbek.
  5. Zaprojektuj, wyprodukuj i zainstaluj osłony ze stali nierdzewnej na ścianie i kanałach, aby zapobiec przedostawaniu się opadów atmosferycznych do odpływów wykopów lub kanałów.

4. Przygotowanie obszaru działki

  1. Wypełnij i ubij wszelkie drobne puste przestrzenie po stronie ściany na zboczu, używając rodzimej wierzchniej warstwy gleby z sąsiednich obszarów pola.
  2. Użyj małego chodnika za rowem, aby wyciąć rów o szerokości 10 cm i głębokości 30 cm z pozostałych 3 stron wszystkich działek.
    1. W wykopach należy umieścić pionowo paski przezroczystego tworzywa sztucznego o szerokości 40 cm o grubości 0,10 mm, aby zapobiec bocznemu przemieszczaniu się wody między działkami.
    2. Zainstaluj rurę irygacyjną i głowice. Zamontuj sześć głowic w rozstawie 4,1 m2 na każdą działkę.
    3. Zasyp i lekko ubij ręcznie wszystkie rowy. Nad obszarem wykopu należy usypać ziemię w nasyp o wysokości 5 cm i szerokości 30 cm, aby zapobiec bocznemu przemieszczaniu się wód powierzchniowych między działkami.
    4. Dostosuj głowice nawadniające do górnej wysokości gleby w obszarach nasypów.
  3. Zbuduj rów przekierowujący, aby zapobiec przedostawaniu się wody z góry zbocza na działki
    1. Użyj ostrza pudełkowego, aby wyciąć kanał w kształcie litery V o głębokości około 20 cm pośrodku i średnicy 2 m. Uwaga: Środek kanału powinien znajdować się około 1,25 m powyżej wysokiego boku obszaru działki i powinien rozciągać się w poprzek górnej strony wszystkich działek.
    2. Wytnij nachylony rów na dnie kanału. Uwaga: Aby zapewnić dobry drenaż, dno wykopu powinno znajdować się 30 cm poniżej dna kanału w najwyższym punkcie w punkcie środkowym nad każdym blokiem i mieć minimalne nachylenie 0,5% na każdym końcu każdego bloku. Dna wykopów muszą być ręcznie wygładzone i w razie potrzeby zbadane, aby zapewnić równomierne nachylenie.
    3. Na dno rowów dodać 5 cm umytego żwiru grochowego o grubości 6-9 mm.
    4. Umieść szczelinowy przewód odpływowy o średnicy 15 cm na powierzchni żwiru i wypełnij wykop większą ilością żwiru o średnicy 6-9 mm.
    5. W razie potrzeby wytnij rowy na końcach i między blokami działek, aby skierować wodę drenażową do miejsc zrzutu poniżej muru oporowego. Użyj gładkiej falistej linii odpływowej o średnicy 15 cm i zasyp te rowy wykopaną ziemią. Przykryj obszar rowu i kanału warstwą dużej skały byka o średnicy 5-15 cm.

5. Sadzenie i początkowy spływ

  1. Ręcznie grabić poletka, aby zapewnić gładkie łoże siewne o równomiernym nachyleniu, przygotowując się do montażu darni.
  2. Zmierz i udokumentuj nachylenie każdej działki za pomocą standardowego sprzętu pomiarowego, wykonując pomiary wysokości w odległościach 0, 1,5, 3,0, 4,6, 6,1 i 7,6 m od ściany wzdłuż linii środkowej każdej powierzchni.
  3. Zmierz głębokość wierzchniej warstwy gleby w 4 miejscach na każdej działce, wkładając sondę glebową o średnicy 2,54 cm do gleby, aż napotkasz podłoże o teksturze gliniastej.
  4. Roślina darń uprawiana na glebie o podobnej teksturze. Uwaga: W przypadku tego obiektu dojrzała 'Raleigh' St. Augustinegrass (Stenotaphrum secundatum [Walt.] Kuntze). Jednak inne trawy mogą być używane w zależności od lokalizacji, pogody i względów projektu eksperymentalnego. Wszystkie działki mogą być obsiane jednocześnie lub, jak w niniejszej sprawie, 12 działek (po 4 działki w każdym bloku) zostało obsadzonych w dniu 08 sierpnia 2012 r., a pozostałe 12 działek obsadzono w dniu 12 września 2012 r.
  5. Tworzenie wydarzenia Runoff
    1. Wykonaj wstępne odczyty wodomierzy i zmierz wilgotność gleby na wszystkich działkach.
      1. Zdjąć pokrywy ze skrzynek zaworowych znajdujących się na początku każdej działki i zapisać początkowy odczyt wodomierza dla każdej z 24 działek.
      2. Za pomocą przenośnej ręcznej sondy wilgotności zmierz i zapisz wilgotność gleby na każdej działce. Uwaga: W celu wstępnej charakterystyki wykonano 4 pomiary na powierzchnię (1 pomiar w każdym kwadrancie każdej wykresu) przy użyciu sond o długości 7,5 cm. Jednak liczba pomiarów, długość sond i rodzaj używanego instrumentu mogą się różnić w zależności od konkretnych celów badania.
    2. Zaprogramuj przepływomierze i próbniki, aby mierzyć przepływ i pobierać próbki zgodnie z potrzebami. Uwaga: 750 ml próbek pobiera się po każdych 20 litrach przepływu, ale w stosownych przypadkach można stosować inne objętości i odstępy czasu.
    3. Uruchom system nawadniający na określony czas, aby zastosować wystarczającą ilość wody, aby spowodować spływ. Uwaga: 20-21 mm opadów zastosowanych w tempie 4,04 cm/h było wystarczające dla tego obiektu, jednak ilość ta może się różnić w zależności od warunków panujących na miejscu.
    4. Zapisz końcowe odczyty wodomierza dla każdej z 24 powierzchni. Pobieraj próbki wody do nawadniania z głowic natryskowych podczas pracy. Oznakowanie i transport próbek spływających do laboratorium w celu analizy.

6. Przykładowa analiza

  1. Zmierz przewodność elektryczną i pH próbek wody, zanurzając sondy bezpośrednio w próbkach. Następnie przefiltruj 50 ml podpróbki każdej próbki wody przez filtr z mikrowłókna szklanego o wielkości 0,7 μm w celu przygotowania do analizy chemicznej.
  2. Zmierzyć rozpuszczony węgiel organiczny (DOC) i całkowity rozpuszczony azot (TDN) przy użyciu metody USEPA 415.115.
    1. Przygotować roztwór wzorcowy o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 2,125 g suszonego ftalanu kwasu potasowego (1-KOCOC6H 4-2-COOH) do kolby miarowej o pojemności 1 l. Dodać około 500 ml wody destylowanej, zamieszać do rozpuszczenia substancji chemicznej i uzupełnić do objętości wodą destylowaną. Roztwór przechowywać w lodówce w brązowej butelce.
    2. Przygotować roztwór wzorcowy o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 6,0677 g suszonego azotanu sodu do kolby miarowej o pojemności 1 l. Dodaj około 500 ml wody destylowanej, zamieszaj, aby rozpuścić substancję chemiczną i uzupełnij do objętości wodą destylowaną.
    3. Sporządzić pośrednie wzorce C i N, które obejmują przewidywany zakres stężeń w próbkach, które mają być badane, rozcieńczając podpróbki roztworów wzorcowych z etapów 6.3.1-6.3.2.
    4. Wlać około 16 ml próbek wody do analizy do 24 ml fiolek z próbkami i przykryć każdą z nich przegrodą i nakrętką.
    5. Umieść napełnione fiolki na tacy automatycznego podajnika próbek, rejestrując, jaka próbka znajduje się w jakiej pozycji. Uwaga: w celu zapewnienia jakości ślepa próba, dwa wzorce i dwa certyfikowane wzorce odniesienia powinny być uruchamiane po każdych 12nieznanych miesiącach.
    6. Umieść tacę automatycznego podajnika próbek w urządzeniu i uruchom automatyczny analizator zgodnie z instrukcjami producenta.
  3. Zmierz fosfor, azotany i amoniak przy użyciu metod USEPA odpowiednio 365.1, 353.2 i 350.1 w ciągu 48 godzin od pobrania próbki16-18.
    1. Przygotować następujące odczynniki i wzorce do analizy fosforu:
      1. Przygotować 5 N roztwór podstawowy kwasu siarkowego, powoli dodając 70 ml stężonego kwasu siarkowego do 400 ml wody destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 500 ml. Schłodzić roztwór do temperatury pokojowej i rozcieńczyć do kreski za pomocą wody destylowanej.
      2. Przygotować 0,3% roztwór podstawowy antymonylowinianu potasu. Odważyć 0,5 g winianu antymonowo-potasowego, trójwodzianu C8H4K2O12Sb2•3H2O i rozpuścić w około 50 ml wody destylowanej w 100 ml kolbie miarowej. Po rozpuszczeniu rozcieńczyć do kreski wodą destylowaną i przechowywać w temperaturze 4 °C w brązowej butelce ze szklanym korkiem.
      3. Przygotować 4% roztwór molibdenianu amonu, rozpuszczając 4 g tetrahydratu molibdenianu amonu (NH4)6Mo7O24•4H2O w 100 ml wody z odczynnikiem. Przechowywać w plastikowej butelce mytej kwasem w temperaturze 4 °C.
      4. Przygotować 15% w/w roztwór podstawowy dodecylosiarczanu sodu (SDS). Rozpuścić 15 g SDS CH3(CH2)11OSO3Na w 85 ml wody destylowanej. Uwaga: Może to wymagać delikatnego wymieszania i podgrzania, aby całkowicie się rozpuściło.
      5. Przygotować rozcieńczony roztwór SDS (ODCZYNNIK 1), dodając 2 ml 15% roztworu podstawowego SDS do 98 ml wody destylowanej. Zakręć kolbę i wymieszaj, odwracając 5-6 razy.
      6. Uzupełnić 100 ml odczynnika barwnego (ODCZYNNIKA 2), mieszając powyższe odczynniki w następujący sposób: Do 20 ml wody destylowanej dodać 50 ml 5 NH2SO4 i wymieszać. Dodać 5 ml 0,3% roztworu winianu antymonu potasu i wymieszać. Dodać 15 ml 4% roztworu molibdenianu amonu i wymieszać. Dodać 10 ml 15% w/w roztworu SDS i wymieszać. Uwaga: Roztwór ten można przechowywać w butelce z myciem kwasem w temperaturze pokojowej nie dłużej niż tydzień.
      7. Przygotować roztwór kwasu askorbinowego (ODCZYNNIK 3), rozpuszczając 0,88 g kwasu askorbinowego C, 6H, 8O6 w 50 ml wody destylowanej. Dodaj 0,5 ml 15% SDS i delikatnie zamieszaj. Uwaga: Ten roztwór należy codziennie przygotowywać na świeżo.
      8. Przygotować roztwór wzorcowy 100 mg P/L, dodając 0,4393 g suszonego KH2PO4 do kolby miarowej o pojemności 1 l. Dodać około 500 ml wody destylowanej, zamieszać do rozpuszczenia substancji chemicznej i uzupełnić do objętości wodą destylowaną.
    2. Sporządzić następujące odczynniki i wzorce do analizy azotanów
      1. Dodać 25 ml stężonego kwasu fosforowego (H3PO4) do 150 ml wody destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 250 ml. Schłodzić do temperatury suchej i dodać 10,0 g sulfanilamidu (4-NH2C6H4 SO2NH2) i rozpuścić. Dodać 0,5 g dichlorowodorku etylenodiaminy N-(1-naptylo) (C, 10H,7, NHCH, 2CH,NH2•2HCl) i rozpuścić. Dodać 2 ml stężonego roztworu do płukania (od producenta urządzenia) i rozcieńczyć do kreski wodą destylowaną. Uwaga: Roztwór można przechowywać w brązowej butelce do kilku tygodni.
      2. Rozpuścić 85 g chlorku amonu (NH4Cl) i 0,1 g disodowego tetraoctanu etylenodiaminy (C, 10, H, 14, N, 2Na2O, 8•2H2O) w około 900 ml wody destylowanej w kolbie miarowej o pojemności 1 l. Doprowadzić pH do 8,5 przez dodanie stężonego wodorotlenku amonu (NH4OH) i rozcieńczyć do kreski wodą destylowaną.
      3. Umieścić 200 ml roztworu z ppkt 6.4.2.2 w objętości 1 l i rozcieńczyć do kreski wodą destylowaną. Dostosować pH do 8,5 przez dodanie stężonego wodorotlenku amonu (NH4OH).
      4. Rozpuścić 7,218 g azotanu potasu (KNO3) w wodzie destylowanej i rozcieńczyć do 1 l. Dodać 1 ml chloroformu (CHCl 3) jako środek konserwujący.
    3. Przygotuj następujące odczynniki i wzorce do analizy amoniaku:
      1. Rozpuścić 8 g wodorotlenku sodu (NaOH) w 125 ml wody destylowanej w kolbie pomiarowej o pojemności 250 ml. Schłodzić do RT, dodać 20,75 g fenolu (C6H5OH) i rozpuścić. Rozcieńczyć do objętości wodą destylowaną i przechowywać do 2 tygodni w brązowej butelce w ciemności.
      2. Dodać 25 ml roztworu wybielacza zawierającego 5,25% NaOCl oraz 0,5 ml stężonego roztworu do płukania sondy do kolby miarowej o pojemności 50 ml. Rozcieńczyć do objętości wodą destylowaną i wymieszać.
      3. Rozpuścić 25 g dwuwodnej soli disodowej EDTA (C, 10, H, 14, N, 2, Na, 2O,8•2H2O) i 2,75 g wodorotlenku sodu (NaOH) w około 450 ml wody destylowanej w kolbie pomiarowej o pojemności 500 ml. Dodać 3 ml stężonego roztworu do płukania sondy, wymieszać i uzupełnić do objętości wodą destylowaną.
      4. Rozpuścić 0,075 g diwodzianu nitroprusydku sodu (Na2Fe(CN)5NO•2H2O) w 100 ml wody destylowanej. Dodaj 0,5 ml stężonego roztworu do płukania sondy, wymieszaj i przechowuj w brązowej butelce do 1 tygodnia.
      5. Przygotować roztwór podstawowy amoniaku o stężeniu 1 000 mg/l, rozpuszczając 3,819 g suszonego bezwodnego chlorku amonu (NH4Cl) w 500 ml wody destylowanej i rozcieńczając do 1 l.
    4. Umieścić próbki w fiolkach na próbki o pojemności 4 ml i przykryć każdą z nich przegrodą i nakrętką.
    5. Umieścić napełnione fiolki w analizatorze, rejestrując, jaka próbka znajduje się w jakiej pozycji. Uwaga: w celu zapewnienia jakości certyfikowany wzorzec odniesienia powinien być uruchamiany po co 12nieznanej części.
    6. Analizator należy obsługiwać zgodnie z instrukcjami producenta dotyczącymi wybranego analitu.
  4. Zmierz kationy (sód, wapń, magnez i potas) za pomocą chromatografii jonowej.
    1. Przygotować roztwór podstawowy Na o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 2,542 g NaCl do kolby miarowej o pojemności 1 l i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    2. Przygotować roztwór podstawowy K o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 1,9070 g KCl do kolby miarowej o pojemności 1 l i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    3. Przygotować roztwór podstawowy Mg o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 8,3608 g MgCl2•6H2O do kolby miarowej o pojemności 1 l i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    4. Przygotować roztwór podstawowy Ca o stężeniu 1 000 mg/l, dodając 3,6674 g CaCl•2H2O do kolby miarowej o pojemności 1 l i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    5. Przygotować roztwór roboczy Na o stężeniu 350 mg/l, dodając 35 ml roztworu podstawowego do kolby miarowej o pojemności 100 ml i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    6. Przygotować roztwór roboczy K o stężeniu 25 mg/l, dodając 2,5 ml roztworu podstawowego do kolby miarowej o pojemności 100 ml i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    7. Przygotować roztwór roboczy o stężeniu 25 mg/l, dodając 2,5 ml roztworu podstawowego do kolby miarowej o pojemności 100 ml i uzupełnić objętość wodą destylowaną.
    8. Przygotować roztwór roboczy Ca o stężeniu 75 mg/l, dodając 7,5 ml roztworu podstawowego do kolby miarowej o pojemności 100 ml i dopełnić do swojej objętości wodą destylowaną.
    9. Ponownie przefiltruj próbki spływającej wody przez filtr z mikrowłókna szklanego o grubości 0,2 μm.
    10. Napełnij fiolkę z próbką, aby napełnić linię próbką lub wzorcem i zamknąć przegrodą i nakrętką.
    11. Umieść fiolki z próbkami w analizatorze, śledząc lokalizacje próbek. Uwaga: w celu zapewnienia jakości ślepą i certyfikowaną normę odniesienia należy przeprowadzać po co 12nieznanej części.
    12. Obsługuj automatyczny analizator zgodnie z instrukcjami producenta.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Charakterystyka poletek
Średnie nachylenie dla wszystkich 24 poletek wynosiło 3,7% i wahało się od 3,2% dla poletka 17 do 4,1% dla poletka 2 (Tabela 1). Średnia grubość wierzchniej warstwy gleby wynosiła 36 cm i wahała się od 25,0 cm dla poletka 24 do 51,5 cm dla poletka 10 (Tabela 1).

Objętości spływu
Objętości spływu z pierwszej próby przeprowadzonej 09 sierpnia 2012 r. miały średnią wartość 213,5 L i wahały się od minimum 95,6 L do maksimum 391 L, p...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Przepływ wody przez, do i przez gleby jest w dużym stopniu uzależniony od topografii, pokrywy roślinnej i właściwości fizycznych gleby. Gleby nadmiernie zagęszczone i gleby o dużej zawartości gliny będą charakteryzować się zmniejszonymi szybkościami infiltracji i zwiększonymi ilościami spływu. Dlatego przy budowie obiektu o takim charakterze należy dołożyć wszelkich starań, aby w trakcie budowy wykorzystać grunty rodzime o jednolitych spadkach oraz zminimalizować zagęszczenie od wszelkiego rodzaju ruchu na terenach doświ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Z wyjątkiem tego, że S. Kelly jest pracownikiem The Scotts Miracle-Gro Company, autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Podziękowania

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe od The Scotts Miracle-Gro Company dla tego obiektu. Jesteśmy również wdzięczni firmie Toro Co. za pomoc w dostarczeniu sterownika nawadniania. Wizja i planowanie nieżyjącego już dr Chrisa Steiglera na wczesnych etapach tego projektu są również z wdzięcznością. Autorzy chcieliby również podziękować Pani N. Stanley za jej pomoc techniczną w przygotowaniu i analizie próbki.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
PrzepływomierzTeledyne IscoModel 4230Przepływomierz bulgoczący, który mierzy i rejestruje przepływ wody przez kanał
Przenośny próbnikTeledyne IscoModel 6712Działa w połączeniu z przepływomierzem w celu pobierania próbek wody w określonych odstępach czasu.
Oprogramowanie Flow Link do zbierania danychTeledyne IscoVer 5.0Umożliwia komunikację między przepływomierzem a komputerem
Wstępnie nachylony odpływ kanałowyZurn Industries, LLCZ-886
Sterownik nawadnianiaToro CompanyVP SatelliteSteruje nawadnianiem do każdej działki indywidualnie
Zawory elektryczneHunter2,5 cm PGVOtwiera lub zamyka przepływ wody do poszczególnych działek na podstawie sygnału ze sterownika nawadniania Głowice
nawadniająceHunterPro Spray 44-calowe wysuwane głowice natryskowe
6-calowa szczelinowa rura odpływowaZaawansowane systemy odwadniające6410100Jednościenna falista HDPE - szczelinowa
6 cali Gładka rura odpływowaZaawansowane systemy drenażowe6400100Jednościenna tektura falista HDPE - gładka
bibuła filtracyjnaWhatman GF/F1825-047Średnica 47 mm, bez spoiwa, filtr z mikrowłókna szklanego
Miernik pHFisherAccumet XL20
Kombinowana sonda pHFisher13-620-130
Automatyczna sonda kompensująca temperaturęFisher13-602-19
Sonda przewodności elektrycznejFisher13-620-100Stała celi 1,0
TOC-VCSH z jednostką azotu ogólnego TMN-1Shimadzu CorpTOC-VCSH z TMN-1Analizator rozpuszczonych C i N
Smartchem 200Unity Scientific200do pomiaru P
ICS 1000DionexICS 1000do pomiaru Ca, Mg, K i Na
Przenośny miernik wilgotności glebyWidmo Sondy FieldScout TDR 300długości 7,5 cm
Liczniki sumujące WodomierzeBadger3/4 calaStandardowe wodomierze dla właścicieli domów
Chromatografia jonowa o

Bibliografia

  1. Fulton, W., Pendall, R., Nguyen, M., Harrison, A. Who sprawls most? How growth patterns differ across the U.S. The Brookings Institution Survey Series. http://www.brookings.edu/~/media/research/files/reports/2001/7/metropolitanpolicy%20fulton/fulton. , (2001).
  2. White, R. H., et al. How much water is 'enough'? Using PET to develop water budgets for residential landscapes. Proc. Texas Sec. Amer. Water Works Assoc. 7, Texas Water Resources Institute. Arlington, TX. 7(2004).
  3. Walsh, C. J., Roy, A. H., Feminella, J. W., Cottingham, P. D., Groffman, P. M., Morgan, R. P. The urban stream syndrome: current knowledge and the search for a cure. J. North Am. Benthol. Soc. 24, 706-723 (2005).
  4. 4R Plant Nutrition: A Manual for Improving the Management of Plant Nutrition. International Plant Nutrition Institute. , International Plant Nutrition Institute. Norcross, GA. (2012).
  5. Miyomoto, S., Chacon, A. Soil salinity of urban turf area irrigated with saline water II. Soil factors. Landsc. Urban Plan. 77, 28-38 (2006).
  6. Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Urban soils of Texas: Relating irrigation sodicity to water-extractable carbon and nutrients. Soil Sci. Soc. Am. J. 76, 972-982 (2012).
  7. Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Salt impacts on organic carbon and nitrogen leaching from senesced vegetation. Biogeochem. 112, 245-259 (2013).
  8. Washbusch, R. J., Selbig, W. R., Bannerman, R. T. Sources of phosphorus in stormwater and street dirt from two urban residential basins. National Conference on Tools for Urban Water Resource Management and Protection Proceedings. , Madison, Wisconsin. (2000).
  9. Pitt, R., Chen, S., Clark, S. E., Swenson, J., Ong, C. K. Compaction's impacts on urban storm-water infiltration. J. Irrigation Drainage Eng. 134, 652-658 (2008).
  10. Kelling, K. A., Peterson, A. E. Urban lawn infiltration rates and fertilizer runoff losses under simulated rainfall. Soil Sci. Soc. Am. J. 39, 349-352 (1975).
  11. Edmondson, J. L., Davies, Z. G., McCormack, S. A., Gaston, K. J., Leake, J. R. Are soils in urban ecosystems compacted? A citywide analysis. Biol. Lett. 7, 771-774 (2011).
  12. Cunningham, M. A., et al. The suburban stream syndrome: Evaluating land use and stream impairments in the suburbs. Phys. Geogr. 30, 269-284 (2009).
  13. Erickson, J. E., Cisar, J. L., Volin, J. C., Snyder, G. H. Comparing nitrogen runoff and leaching between newly established St. Augustinegrass turf and an alternative residential landscape. Crop Sci. 41, 1889-1895 (2001).
  14. Morton, T. G., Gold, A. J., Sullivan, W. M. Influence of overwatering and fertilization on nitrogen losses from home lawns. J. Environ. Qual. 17, 124-130 (1988).
  15. Method 415.1 Organic carbon, total (combustion or oxidation). Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes. O'Dell, J. W. , 415.1-415.3 (1983).
  16. Determination of phosphorus by semi automated colorimetry. Environmental monitoring systems laboratory, Office of research and development. U.S. Environmental Protection Agency. O'Dell, J. W. , Cincinnati, OH. Available at: http://water.epa.gov/scitech/methods/cwa/bioindicators/upload/2007_07_10_methods_method_365_1.pdf (1993).
  17. O'Dell, J. W. Determination of nitrate nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O'Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , Cincinnati, OH. Available at: http://water.epa.gov/scitech/methods/cwa/bioindicators/upload/2007_07_10_methods_method_353_2.pdf (1993).
  18. O'Dell, J. W. Determination of ammonia nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O'Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , Cincinnati, OH. Available at: http://water.epa.gov/scitech/methods/cwa/bioindicators/upload/2007_07_10_methods_method_350_1.pdf (1993).
  19. Gobel, P., Dierkes, C., Coldewey, W. G. Storm water runoff concentration matrix for urban areas. J. Contam. Hydrol. 91, 26-42 (2007).
  20. Vietor, D. M., Provin, T. L., White, R. H., Munster, C. L. Runoff losses of phosphorus and nitrogen imported in sod or composted manure for turf establishment. J. Env. Qual. 33, 358-366 (2004).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

Symulowane trawniki miejskiepomiar objętości spływuanaliza składników chemicznychbudowa muru oporowegoinstalacja przepływomierzakonfiguracja przenośnego próbnikadarń trawy St Augustineanaliza spływu składników odżywczychnajlepsze praktyki zarządcze
Projekt i budowa Zakładu Badań Spływów Miejskich
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.