Design og bygging av en Urban Avrenning Research Facility

Summary

Dette paperet design, konstruksjon og funksjon av en 1000 m ² anlegget inneholder 24 individuelle 33,6 m ² felt tomter utstyrt for måling av total avrenning volumer med tid og innsamling av avrenning underutvalg på utvalgte intervaller for kvantifisering av kjemiske bestanddeler i overvann fra simulerte hjem plener.

Abstract

Som den urbane befolkningen øker, øker også arealet av vanningsanlegg urbane landskapet. Summer bruk av vann i urbane områder kan være 2-3 x vinter grunnlinjen vann bruk på grunn av økt etterspørsel etter landskapet vanning. Uriktig vanningspraksis og store nedbørshendelser kan føre til avrenning fra urbane landskaper som har potensial til å bære næringsstoffer og sedimenter i lokale bekker og innsjøer der de kan bidra til overgjødsling. En 1000 m ² anlegget ble bygget som består av 24 individuelle 33,6 m ² felt tomter, hver utstyrt for måling av total avrenning volumer med tid og innsamling av avrenning underutvalg på utvalgte intervaller for kvantifisering av kjemiske bestanddeler i overvann fra simulerte urbane landskap. Avrenning mengdene fra de første og andre forsøk hadde koeffisient av variabilitet (CV) verdier på 38,2 og 28,7%, respektivt. CV verdier for avrenning pH, EC, og Na konsentrasjon for begge studiene var alle under 10%. -Konsentrasjonenns av DOC, TDN, DON, PO ₄ -P, K ^+, Mg ^{2 +,} og Ca ^{2 +} hadde CV verdier som er mindre enn 50% i begge studiene. Totalt sett resultatene av testingen utført etter torv installasjon på anlegget indikerte god ensartethet mellom tomter for avrenning volumer og kjemiske bestanddeler. Den store tomten størrelse er tilstrekkelig til å inkludere mye av det naturlige variabilitet og gir derfor bedre simulering av urbane landskap økosystemer.

Introduction

Fire av de raskest voksende, tett befolkede byområder er lokalisert i den sørlige USA i subtropiske klima ^en. I tillegg oppstod det største prosentvise endring i urbaniserte land mellom 1982 og 1997 i det sørlige USA ^1. Med økt byområder kommer en samtidig behov for drikkevann, hvorav mye er brukt for utendørs bruk i sommermånedene ^to. Med nye bygg, er programmerbare i bakken vanningsanlegg ofte installert. Dessverre er disse systemene ofte programmert til å levere vanning til urban landskaps oftere og / eller i volumer som overstiger evapotranspirasjon krav landskapet ^to. Dette resulterer i et betydelig volum av avrenning fra urban landskaps til resipienten, noe som bidrar til det som har blitt betegnet urban strømmen syndrom ^3. Symptomer på urban stream syndrom inkluderer økt hyppighet av overland flyt og erosiv flyt, økt nitrogen-n (N), fosfor (P), giftstoffer, og temperaturen i tillegg til endringer i kanal morfologi, ferskvannsbiologi, og økosystemprosesser ^3.

Tap av N og P fra landbruket økosystemer har blitt grundig studert og funnet å være først og fremst avhengig av fire faktorer: næringskilde, søknad rente, applikasjons timing, og næringsplassering ^fire. Mens færre publiserte data finnes i dag på off site bevegelse av næringsstoffer fra urbane landskap, kan disse prinsippene bli brukt direkte til turfgrass kultur, enten i hjemmet plener, torv gårder, parker, eller andre grøntområder. I tillegg kan feilaktig vanningspraksis som resulterer i avrenning fra landskapet forverre disse tapene.

Næringstap kan bli ytterligere endret av vanning vannkvalitet. Områdene i sørvest USA ofte bruke mer saltvann eller soda vann til vanning av hjemme plener og urbane landskap ^5,6. Den kjemiske sammensetningvanningsvannet kan vesentlig endre jordkjemi forårsaker en frigjøring av karbon, nitrogen, kalsium, og andre kationer til overvann. Nyere arbeider har vist at økte natrium absorpsjonsforhold (SAR) av ekstrahere vann økte mengdene av karbon (C) og nitrogen (N) utlutet fra St. Augustinegrass utklipp, raigress avklippet gress og annet organisk materiale ⁷ i betydelig grad. Videre ble vannekstraherbare jord C, N og P tap fra fritids turfgrass jord signifikant korrelert med vanning vann kjemiske bestanddeler ^seks.

Washbusch et al. studert urban avrenning i Madison, WI og fant at plener var de største bidragsyterne av total fosfor ^åtte. I tillegg har de også funnet ut at 25% av den totale P i «Street Dirt" stammer fra blader og gresset. I en typisk landlige omgivelser, faller blad søppel på bakken og deretter brytes sakte frigjør næringsstoffer tilbake til solje-miljø. Men i urbane miljøer, kan betydelige mengder næringsrike blader og gress utklipp falle på eller få vasket eller blåst inn hardscapes som oppkjørsler, fortau og veier, deretter på vei ut i gatene der de bidrar til "street skitt" , mye av dette blir vasket direkte inn mottar vassdrag.

Urbane landskap jord er ofte forstyrret og svært komprimert under bygging, som også kan øke mengder avrenning som følge av reduserte infiltrasjons priser ^ni. Kelling og Peterson rapportert at både total avrenning volum og nærings konsentrasjoner i avrenning fra hjemme plener er økt fra plener som er komprimert eller har alvorlige forstyrrelser i jordprofiler på grunn av tidligere anleggsvirksomhet ^10. Edmondson et al. på den annen side funnet at tett jordsmonn var mindre komprimert i forhold til omgivende landbruksjord i by-og forstads regionen Leicester, UK ^11. De tilskrives dette tunge landbruks brukt, men de har også bemerket at plener hadde et større jord bulk tetthet enn jorden under trær og busker som ble tilskrevet gress klipping og større menneskelig tråkk.

Det kan virke som i mange situasjoner, er urbane og forstads stream syndromer betydelig påvirket av avrenning og punkt-kilde utslipp ^3,12. Mens punkt-kilder kan manipuleres gjennom tillatelser og gjenvinning, er ytterligere forskning er nødvendig for å utvikle og teste beste forvaltningsprosedyrer for hjem plen etablering og styring for å redusere næringstap til avrenning. Tidligere forskningsinnsatsen på dette området har ofte vært sentrert langs kystområdene der det stilles høye sandinnhold jord, på grunn av bekymringer knyttet til effektene av utlekking og avrenning tap av næringsstoffer til kystnære farvann. Men når du arbeider med svært sandholdig jord, må man ha bratte bakker og høye regn priser for å være i stand til å generate noen avrenning ^13,14. I kontrast til mange av jordsmonn i det sentrale USA er fin strukturert og har lave infiltrasjons priser som resulterer i betydelige mengder avrenning fra selv små nedbørshendelser. Dermed ble det ønsket å designe og konstruere en avrenning anlegget på stedlige masser og skråningen typisk for de som kan oppstå på bolig landskap.

Dette paperet design, konstruksjon og funksjon av en 1000 m ² anlegget inneholder 24 individuelle 33.6 m ² felt tomter for måling av total avrenning volumer ved relativt små timelige resolusjoner og samtidig samling av overvann underutvalg på utvalgte volumet eller tidsmessige intervaller for måling og kvantifisering av kjemiske bestanddeler av overvann.

Protocol

1. Nett Selection

1. Finn et egnet størrelse område i uforstyrret jord ha en ensartet 3-4% skråning.
2. Gjennomføre en topografisk undersøkelse og avgrense et område ca 10 mx 100 m med en gjennomsnittlig 3,7 ± 0,5% helling.
3. Fordel 10 x100 m området i tre blokker, hver ca 10 mx 33,3 m (figur 1).
4. Dele hver blokk i 8 felt tomter, hver 4,1 m bred og 8,2 m lang.
5. Identifisere og dokumentere jord serie tilstede i undersøkelsesområdet. Merk: dette stedet hadde en Boone serie fin sandholdig leirjord, men annet jord-serien og teksturer kan brukes.

2. Beholde Wall Construction

1. Skjær en 30 cm bred og 30 cm dyp grøft på den lave enden av flatene.
2. Skjær en 20 cm bred og 1,2 m dyp grøft 10 cm fra tomten kanten for å gi en jevn vertikal kant som strekker seg inn i leire undergrunnen.
3. Konstruere og installere midlertidig tre skjemas i grøften for å holde den åpen.
4. Fjern jord som er tilstøtende til den nedoversiden av formen til en dybde av 76 cm under jordoverflaten ved den lave enden av flatene. Sikre en minimums helling på 0,5% unna tomter for en avstand på ca 30 m for å gi tilstrekkelig drenering.
5. Fjern de midlertidige skjemaer og konstruere en stål armert betong støttemur.
   1. Konstruer tre former for utsiden av veggen og bruke den uforstyrrede jord nedenfor plottet områder som innerveggen.
   2. Pass på at veggen strekker seg inn uforstyrret undergrunnen for å hindre fremtidig bevegelse.
   3. Sett sammen to deler av grøft avløp for hver tomt med endestykker i hver ende og en bunn utslipp avløp i den lave enden. Forsegle alle skjøter med silikon og deretter skru leddene sammen i henhold til produsentens anbefalinger.
   4. Lim og skru en 10 cm diameter PVC 90 ° ell og 60 cm lengde på trykkledning til stikkontakten. Plasser montert avløp ikonkret form og fest den slik at den øverste kanten er nivået i begge retninger og 1,27 cm under jordoverflaten på den lave enden av tomten (figur 2). Dekk til avløp med en midlertidig plastdeksel for å holde ut våt betong.
   5. Hell £ 4000 test klar blanding av betong inn i formene ved hjelp av hensiktsmessige mengder av vibrasjon for å fjerne hulrom.
      1. Når formene er fulle, sparkel den øvre overflaten for å danne en glatt overflate med avrundede kanter. Midlertidige plast dekker på avløp bør fjernes for å tillate endelige forbehandling.
      2. Sikre at den ferdige betongoverflate er plan med jordoverflaten på bunnen av tomten og har en 1,27 cm skråningen til avløpet.
      3. Sørg for at, på nedoverbakke siden av sluket, har betongen en 1,27 cm fall fra avløpet for å hindre vann fra sikkerhetskopiering i avløp.
6. Form og hell stål armert betong pads (1,2 m bred, 1,8 m lang, og 15 cm tykk) below hver avløp avløp. Elektroder må ha 0,5% helling bort fra veggen og toppen av puten må være 30 cm under bunnen av dreneringsutløpet.
7. Gi en værbestandig stikkontakt (110/120 V) på den side av støtteveggen over hver pute i forberedelse for instrumentering.

3. Installasjon av Instrumentation

1. Skjær utløpsrør flush med betongveggen.
2. Installer en 1,2 m lang H renne rett under sluket strøm.
   1. Forankre prøvetank til veggen ved hjelp av egnede betongankere og skruer og påse at det Flume er nivået fra side til side.
   2. Støtt foran renne med en justerbar stativ i rustfritt stål og bruke justeringene til nivå enheten både side til side og front til bak. Forsegle skjøtene mellom sklie og betong med badekar og fliser fugemasse.
3. Installer en strømningsmåler på hver pad. Finn strømningsmåleren nær slutten av prøvetank for å minimalisereslangelengde er nødvendig.
4. Installer en bærbar sampler på hver pad. Lokaliser-sampler som er nødvendig for å minimere den nødvendige mengde av slangen for å nå prøvetakingsrøret. Merk: Det kan være nødvendig å sette sampler på et stativ for å hindre depresjoner som kan beholde vann i prøvetaking slangen.
5. Design, dikte, og installere rustfritt stål dekker over muren og flumes å hindre inngangen av nedbør i grøften avløp eller sklie.

4. Plot området Forberedelse

1. Fyll og tamp noen mindre hulrom på upslope siden av veggen ved hjelp av innfødte matjord fra nærliggende feltområder.
2. Bruk en liten spasertur bak fjøl å kutte en 10 cm bred, 30 cm dyp grøft på de resterende 3 sider av alle plott.
   1. Sett 40 cm brede strimler av 0,10 mm tykk klar plast vertikalt i grøftene for å forhindre siderettet bevegelse av vann mellom plott.
   2. Installer vanning rør og hoder. Installer seks hoder på 4,1 m ²avstanden for hver tomt.
   3. Tilbakefylling og lett tamp alle grøfter for hånd. Haugen jord i en 5 cm høy med 30 cm bredt berm over grøft området for å hindre sideveis bevegelse av overflatevann mellom tomter.
   4. Juster vannings hodene til toppen av jordsmonnet høyden i BERM områder.
3. Konstruer en avledning grøft for å hindre upslope vann fra å komme på tomter
   1. Bruk en boks kniv for å skjære en V-formet kanal ca 20 cm dypt i sentrum og 2 m over. Merk: midten av kanalen bør være omtrent 1,25 m over den høye siden av plottet området og skal strekke seg tvers over oversiden av hele materialet.
   2. Skjær en skrå renne i bunnen av kanalen. Bemerk: For å sikre god drenering, må grøften bunnen være 30 cm under den nedre kanal ved det høye punkt midt punkt over hver blokk og har en helling på minst 0,5% ved inngangen til hver ende av hver blokk. Trench bunner må hånd glattet og kartlagt som nødvendigfor å sikre ensartet skråningen.
   3. Tilsett 5 cm av vasket 6-9 mm ert grus til bunnen av skyttergravene.
   4. Plasser en 15 cm diameter med spor dreneringslinje på grus overflate og fylle grøften med mer 6-9 mm grus.
   5. Cut grøfter som trengs i endene og mellom blokkene av tomter til rutedrensvann til utslipp steder under støttemur. Bruk 15 cm diameter vanlig bølge avløp linje og etterfylle disse skyttergravene med gravemasser. Dekker grøften og kanalområde med et lag av stort 5-15 cm diameter bull skjær.

5. Planting og Initial Avrenning begivenhet

1. Hånd rake tomter for å sikre en jevn såbed med uniform skråningen i forberedelse for torv installasjon.
2. Måle og dokumentere skråningen av hver tomt med standard undersøkelse utstyr ved å ta høydemålinger i en avstand på 0, 1.5, 3.0, 4.6, 6.1, og 7.6 m fra veggen langs midtlinjen av hver tomt.
3. Mål depth av matjord på fire steder i hver tomt ved å sette inn en 2.54 cm diameter jord sonde ned i jorda til leire teksturert undergrunnen er oppstått.
4. Plant sod dyrket på en lignende struktur jord. Merk: For dette anlegget, ble modne "Raleigh 'St. Augustinegrass (Stenotaphrum secundatum [. Walt] Kuntze) brukes. Imidlertid kan andre gressarter brukes basert på plassering, vær og eksperimentelle design hensyn. Alle tomter kan sodded på en gang eller som i denne saken, ble 12 tomter (4 tomter i hver blokk) plantet på 08 juli 2012, med de resterende 12 tomter plantet på 12 september 2012.
5. Lag en Avrenning begivenhet
   1. Ta innledende avlesninger av vannmålere og måle jordfuktighet av alle plott.
      1. Fjern lokkene fra ventil kasser plassert på hodet av hver tomt og registrere den første vannmåleravlesning for hver av de 24 tomter.
      2. Ved hjelp av en bærbar håndholdt fuktighetsføler, måle og registrere jord moisture innholdet på hver tomt. Merk: For det første karakterisering, ble fire målinger tatt per tomten (1 måling i hver kvadrant av hver tomt) med 7,5 cm lange sonder. Imidlertid kan antallet av målinger, lengden av prober, og type av instrument som brukes varieres basert på de spesifikke studie mål.
   2. Program strømningsmålere og samplere å måle flyt og samle inn prøver som ønsket. Merk: 750 ml prøver ble oppsamlet etter hver 20 ml flyt, men andre prøvevolumer og intervaller kan brukes etter behov.
   3. Betjen vanningssystem for en forutbestemt tid for å anvende tilstrekkelig vann til å bevirke avrenning. Merk: 20-21 mm nedbør påføres med en hastighet på 4,04 cm / t var tilstrekkelig for dette anlegget, kan imidlertid dette beløpet varierer basert på stedsspesifikke forhold.
   4. Registrer de slutter vann måleravlesninger for hver av de 24 tomter. Samle vanning vannprøver fra spray hoder under drift. Etikett og transport avrenningprøvene til laboratoriet for analyse.

6. Sample Analysis

1. Måle den elektriske ledningsevnen og pH i vannprøver ved å dyppe probene direkte i prøvene. Deretter filtrere en 50 ml subsample av hver vannprøve gjennom et 0,7 mikrometer glass microfiber filter i forberedelsene til kjemisk analyse.
2. Måle oppløst organisk karbon (DOC) og totalt oppløst nitrogen (TDN) ved hjelp av USEPA metode 415.1 ^15.
   1. Gjør en 1,000 mg / L standardløsning ved å tilsette 2,125 g tørket kaliumsyreftalat (1-KOCOC ₆ H ₄ -2-COOH) til en 1 L målekolbe. Tilsett ca 500 ml destillert vann, for å oppløse virvel den kjemiske og bringe til volum med destillert vann. Oppbevar løsningen under nedkjøling i en brun flaske.
   2. Gjør en 1,000 mg / L standardløsning ved å tilsette 6,0677 g tørket natriumnitrat til en 1 L målekolbe. Tilsett ca 500 ml destillert vann, swirl å oppløse den kjemiske og føre til volum med destillert vann.
   3. Gjør middels C og N standarder som omfatter forventet spekter av konsentrasjoner i prøvene som skal kjøres ved å fortynne underutvalg av standardløsningene fra trinn 6.3.1-6.3.2.
   4. Hell omtrent 16 ml av vannprøvene som skal analyseres inn i en 24 ml prøvehetteglass og dekker hver med en septa og lokket.
   5. Stedet fylt ampuller i autosampler skuffen holde en oversikt over hva prøven er i hvilken posisjon. Merk: for kvalitetssikring en blank, to standarder og to sertifiserte referanse standarder skal kjøres etter hver ^12. ukjent.
   6. Plasser autosampler skuffen inn i maskinen og bruke auto analysator etter produsentens anvisninger.
3. Mål fosfor, nitrat og ammoniakk ved hjelp av USEPA metoder 365,1, 353,2 og 350,1, henholdsvis innen 48 timer fra prøvetaking ^16-18.
   1. GjørFølgende reagenser og standarder for fosfor analyse:
      1. Gjør en 5 N svovelsyre stamløsning ved sakte tilsette 70 ml konsentrert svovelsyre til 400 ml destillert vann i en 500 ml målekolbe. Avkjøl oppløsningen til romtemperatur og fortynn til volum med destillert vann.
      2. Lag en 0,3% kalium antimonyltartrate stamløsning. Vei 0,5 g antimon kalium tartrate, trihydrate C ₈ H ₄ K ₂ O ₁₂ Sb ₂ • 3 H ₂ O og oppløse den i ca 50 ml destillert vann i 100 ml målekolbe. Etter at den er oppløst, fortynn til volum med destillert vann og oppbevares ved 4 ° C i en brun, glasspropp flaske.
      3. Foreta en 4% løsning av ammonium-molybdat ved å oppløse 4 g ammoniummolybdat-tetrahydrat, (NH _{4) 6} Mo ₇ O _{24 2} • 4H O, i 100 ml reagens vann. Lagres i en syre vasket plastflaske ved 4 ° C.
      4. Gjør en 15% w / w stamløsning av natrium-dodecyl-sulfat (SDS). Oppløs 15 g SDS CH ₃ (CH _{2) 11} OSO ₃ Na i 85 ml destillert vann. Merk: Dette kan kreve forsiktig omrøring og varme til fullt oppløse.
      5. Gjør en fortynning SDS Løsning (reagens 1) ved tilsetning av 2 ml av 15% SDS-stamoppløsning til 98 ml destillert vann. Cap kolbe og Bland ved å snu 5-6x.
      6. Lag 100 ml farge-reagens (reagens 2) ved å blande de ovennevnte reagenser som følger: Til 20 ml destillert vann, tilsett 50 ml av 5 NH ₂ SO ₄ og bland. Tilsett 5 ml av 0,3% kalium-antimon-tartrat-løsning, og bland. Tilsett 15 ml av 4% ammonium-molybdat-løsning og bland. Tilsett 10 ml av 15% vekt / vekt SDS-løsning og blanding. Merk: Denne løsningen kan oppbevares i et syre vasket flasken ved RT i ikke mer enn en uke.
      7. Gjør et askorbinsyre-løsning (reagens 3) ved å løse opp 0,88 g av askorbinsyre C ₆ H ₈ O₆ i 50 ml destillert vann. Tilsett 0,5 ml av 15% SDS og virvle forsiktig. Merk: Denne løsningen må være forberedt fersk daglig.
      8. Lag en 100 mg P / L standardløsning ved å legge til 0,4393 g tørket KH ₂ PO ₄ til en 1 L målekolbe. Tilsett ca 500 ml destillert vann, for å oppløse virvel den kjemiske og bringe til volum med destillert vann.
   2. Gjør følgende reagenser og standarder for nitrat analyse
      1. Tilsett 25 ml konsentrert fosforsyre (H ₃ PO ₄₎ til 150 ml destillert vann i en 250 ml målekolbe. Kult å RT og legge til 10,0 g Sulfanilamide (4-NH ₂ C ₆ H ₄ SO ₂ NH ₂₎ og oppløse. Tilsett 0,5 g N-(1-naftyl) etylendiamin-dihydroklorid (C ₁₀ H ₇ NHCH ₂ CH ₂ NH _2-2HCl •) og oppløses. Tilsett 2 ml konsentrert skylleløsning (fra instrument manufacturer) og fortynn til riktig volum med destillert vann. Merk: oppløsningen kan lagres i en brun flaske for opptil flere uker.
      2. Oppløs 85 g ammoniumklorid _(NH4Cl) og 0,1 g dinatrium-etylendiamin-tetraacetat (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O ₈ • 2 H ₂ O) i omtrent 900 ml destillert vann i en 1 L målekolbe. Juster pH-verdien til 8,5 ved tilsetning av konsentrert ammonium-hydroksid (NH ₄ OH) og fortynn til volum med destillert vann.
      3. Sett 200 ml av oppløsningen fra 6.4.2.2 i en 1 l volumetrisk og fortynn til volum med destillert vann. Juster pH-verdien til 8,5 ved tilsetning av konsentrert ammonium-hydroksid (NH ₄ OH).
      4. Oppløs 7,218 g kaliumnitrat (KNO ₃₎ i destillert vann og fortynnet til 1 L. Tilsett 1 ml kloroform (CHCl ₃₎ som konserveringsmiddel.
   3. Gjør følgende reagenser og standarder for ammoniakk analyser:
      1. Oppløs 8 g natriumhydroksyd (NaOH) i 125 ml destillert vann i en 250 ml målekolbe. Kult å RT, legge til 20.75 g fenol (C ₆ H ₅ OH) og oppløse. Fortynn til volum med destillert vann og lagre inntil 2 uker i en brun flaske i mørket.
      2. Legg 25 ml blekeløsning inneholdende 5,25% NaOCl pluss 0,5 ml konsentrert Probe skylleløsning til en 50 ml målekolbe. Fortynn til riktig volum med destillert vann og mix.
      3. Oppløs 25 g EDTA dinatriumsalt-dihydrat (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O _{8 2} O • 2H) og 2,75 g natrium-hydroksyd (NaOH) i omkring 450 ml destillert vann i en 500 ml målekolbe. Tilsett 3 ml konsentrert Probe Rinse Solution, mix, og bringe til merket med destillert vann.
      4. Oppløs 0,075 g natrium-nitroprussid-dihydrat (Na ₂ Fe (CN) 5NO • 2H _to O) i 100 ml destillert vann. Add 0,5 ml konsentrert Probe Rinse Solution, bland og oppbevar i en brun flaske i opptil 1 uke.
      5. Gjør en 1,000 mg / L ammoniakk stamløsning ved å oppløse 3,819 g tørket vannfritt ammoniumklorid _(NH4Cl) i 500 ml destillert vann og fortynne til 1 L.
   4. Plasser prøver i 4 ml prøve ampuller og dekke hver med en septa og cap.
   5. Stedet fylt ampuller i analysatoren holde en oversikt over hva prøven er i hvilken posisjon. Merk: for kvalitetssikring en sertifisert referansestandard skal kjøres etter hver 12 ^th ukjente.
   6. Betjene analysatoren følgende produsentens instruksjoner for analytten av valget.
4. Takt kationer (natrium, kalsium, magnesium og kalium) ved hjelp av ionekromatografi.
   1. Tilbered en 1 000 mg / L stamløsning av Na ved å tilsette 2,542 g NaCl til en 1 l volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   2. Forbered en 1000 mg / L stamløsningfor K ved å tilsette 1,9070 g KCl til en 1 l volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   3. Tilbered en 1 000 mg / L stamløsning av Mg ved tilsetning av 8,3608 g MgCl ₂ • 6 H ₂ O til en 1 l volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   4. Forbered en 1000 mg / L stamløsning av Ca ved å legge til 3,6674 g CaCl • 2H ₂ O til en 1 L målekolbe og bringe til merket med destillert vann.
   5. Tilbered en 350 mg / l løsning av Na arbeider ved å tilsette 35 ml av stamoppløsning til en 100 ml volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   6. Tilbered en 25 mg / L arbeids oppløsning av K ved å tilsette 2,5 ml av lagerløsningen til en 100 ml volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   7. Tilbered en 25 mg / L arbeids oppløsning av Mg ved å tilsette 2,5 ml av lagerløsningen til en 100 ml volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   8. Forbered en 75 mg / L arbeids løsning av Ca ettertilsette 7,5 ml av lagerløsningen til en 100 ml volumetrisk kolbe og bringe til volum med destillert vann.
   9. Refilter avrenning vannprøver gjennom et 0,2 mikrometer glass microfiber filter.
   10. Fyll prøven hetteglasset for å fylle tråd med prøve eller standard og forsegle med septa og cap.
   11. Plasser prøve ampuller i analysatoren holde styr på eksempel steder. Merk: for kvalitetssikring en blank og sertifisert referansestandard skal kjøres etter hver 12 ^th ukjente.
   12. Betjene auto analysator etter produsentens anvisninger.

Representative Results

Plot egenskaper
Den gjennomsnittelige hellingen for alle 24 plott var 3,7%, og varierte fra en lav verdi på 3,2% for plott 17 til en topp på 4,1% for tomt 2 (tabell 1). Gjennomsnittlig matjord tykkelse var 36 cm og varierte fra et lavt på 25,0 cm for tomt 24 til en topp på 51,5 cm for tomt 10 (tabell 1).

Avrenning volumer
Avrenning volumer fra den første rettssaken på 9 august 2012 hadde et gjennomsnitt på 213,5 L og varierte fra et lavt på 95,6 L til en topp på 391 L med en koeffisient av variasjon (CV) på 38,2% (tabell 2). Det skal bemerkes at før sodding disse plottene hadde vært godt vannes for å sikre god funksjon av vanning og avrenning innsamlingssystemer, måle vanning fordeling og lignende virksomhet. Således mye av den påførte vanning ble oppsamlet som avrenning.

I motsetning til dette var den jord mye tørrere før 13.09.2012 avrenning arrangement som resulterte i nedregjennomsnittlig avrenning volum på 52,6 L. Volumene varierte fra et lavt på 27,5 L til en topp på 70,8 L med en CV på 28,7%. I dette tilfellet, er mye av det tilførte vann infiltrert inn i jorden under torv som resulterer i lavere mengder av total avrenning.

Kjemiske konsentrasjoner
Vanning ble gjort ved hjelp av den lokale drikkevann. En sammensatt prøve av vanningsvann ble oppsamlet fra vanningshodene under vanning arrangementet og ble analysert med hensyn til dens kjemiske sammensetning. Vannet hadde en pH på 8,5, en elektrisk ledningsevne (EC) av 1030 DS / cm og inneholdt 0,19 mg / l NO _3-N, 0 mg / l NH4-N, 3,26 mg / l DOC, 0,38 mg / l TDN, 0,19 mg / l oppløst organisk nitrogen (DON), 0,14 mg / l ortofosfat-P, 220,9 mg / l Na, 2,0 mg / LK, 0,87 mg / l Mg og 4,27 mg / L Ca

PH-verdiene for alle 49 vannprøver samlet inn etter den første avrenning hendelsen morgenen 9 august 2012 etter legging torv gårsdagen i gjennomsnitt 8,4 standard enhetermed et minimum på 8,1, og et maksimum på 8,9 enheter (tabell 3), noe som resulterer i en svært lav CV på 1,5%. Den EF og Na ⁺ konsentrasjon av avrenning prøver hadde ganske store midler og CV-verdier på under 10% (tabell 3). Konsentrasjoner av DOC, TDN, DON, PO ₄ -P, K ^+, Mg ^{2 +,} og Ca ^{2 +} hadde CV verdier i størrelsesorden 10,3 til 32,9%. Konsentrasjonene av NO og _3-N NH-N ₄ hadde hjelp av 0,58 mg / l og 0,12 mg / L. Imidlertid, disse to parametre var de mest variable og hadde de høyeste CV verdier av 85,0% og 63,5%, respektivt.

PH-verdiene for de 40 vannprøver innsamlet den 13. september 2012 fra den andre gruppen av tomter i gjennomsnitt 8,5 standard enheter med en CV på 2,9% (Tabell 4). Som med den første rettssaken, pH, elektrisk ledningsevne (EC), og Na ⁺ målinger for første avrenning arrangement etter legging torv på 12 september 2013 hadde de høyeste kvalitett anordning og laveste CV-verdier på 2,9, 4,9, og 6,5% henholdsvis. Konsentrasjoner av NO _3-N, DOC, TDN, DON, PO ₄ -P, K ^+, Mg ^{2 +,} og Ca ^{2 +} hadde CV verdier i størrelsesorden 33,0 til 49,7%. Ammonium-nitrogen hadde den laveste midlere verdi på 0,39 mg / L, men var de mest variable med høyest CV på 107,5%.

Ovennevnte data for første avrenning hendelsen fra nylig sodded tomter vil fungere som en basis for fremtidige målinger. Vi forventer at CV verdier mellom tomter reduseres når turfgrass blir bedre etablert og det er mindre mulighet for kanal vannføring mellom torvblokker og mer uniform overland vannstrømmen gjennom gresset kalesjen. Tomt er tilstrekkelig for å tillate jord-vann-kjemiske interaksjoner å skje før avrenning når oppsamlingsenheter og dermed bør kjemiske konsentrasjoner i avrenning være representativt for hva som ville bli funnet i en lignende urbane landskapet. Vi forventer anlegget til være til nytte i utviklingen av vitenskap basert beste forvaltningsprosedyrer for befruktning og vanning av urbane landskap.

Figur 1. Contour kartet over åssiden viser plasseringen for de tre blokker av avrenning tomter. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2. Skjematisk fremstilling av støttemur som viser plassering av samlingen trau og pads for måleutstyr.vr fokus = "_blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Plot Number	Matjord Dybde (cm)	Overflate Slope (%)	pH (Std. Units)	NO 3-N (mg / kg)	P (mg / kg)	K (mg / kg)
1	34.8	4.0	4.7	43	215	334
2	35,3	4.1	5.0	40	204	273
3	39.5	4.0	5.1	44	190	302
4	35,3	3.8	5.0	59	184	300
5 30.5	3.7	4.9	56	205	325
6	31.5	3.6	5.0	26	223	271
7	33.5	3.8	5.1	30	224	243
8	40.5	3.9	4.8	13	218	208
9	36,0	3.4	5.1	26	263	343
10	51.5	3.6	5.4	49	229	348
11	32,5	3.5	5.6	34	262	352
12	50.5	3.6	5.4	32	235	339
13	48,5	4.0	5.0	54	261	318
14	26,0	3.3	5.6	23	252	322
15	36.5	3.4	5.1	37	247	292
16	28,0	3.6	5.4	20	279	291
17	38.1	3.2	5.5	13	319	256
18	36,4	3.3	5.3	15	316	220
19	40.8	3.9	5.3	31	329	223
20	33.5	4.0	5.1	40	321	271
21	39,0	3.6	5.0	24	283	269
22	31,0	3.3	5.0	30	311	314
23	31,0	3.4	5.0	30	287	259
24	25,0	3.8	5.2	13	301	292

Tabell 1. Gjennomsnittlig dybde på matjord, overflate skråningen, jord pH, nitrat-N, P, og K for 24 avrenning tomter Verdier for pH, NO _3-N, P, og K rapportert av Texas AgriLife Extension -. Jord, Vann og fôrutstyr Testing Laboratory. Jord pH-verdien ble målt på en 2: 1-jord: vann-ekstrakt, NO _3-N Cd ved reduksjon, P og K ved Mehlich 3-ekstraksjon etterfulgt av ICP-analyse.

Dato	Enheter	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
9-Aug	L	213,5	95,6	391,6	38.2
13-Sep	L	52.6	27.5	70.8	28.7

Tabell 2. Mean, minimum, maksimum, og variasjonskoeffisient (CV) for avrenning volumer samlet på 9 august 2012 og 13. september 2012 fra 12 avrenning plotter én dag etter legging torv.

Parameter	Enheter	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
pH	Std. Enheter	8.4	8.1	8.9	1.5
EC	μ; S / cm	1137	1080	1220	3.7
NO 3-N	mg / L	0.58	0,08	2.93	85
NH 4 -N	mg / L	0,12	0,04	0,37	63,5
DOC	mg / L	22	16.3	30.1	13.4
TDN	mg / L	1.89	1.16	4.42	32.9
DON	mg / L	1.2	0.8	2.26	23.3
PO 4 -P	mg / L	1.05	0,59	1.76	31.9
Na	mg / L	213	201	222	2.3
K	mg / L	11.9	6.4	19.1	29,3
Mg	mg / L	4.65	2.64	5.69	13.2
Ca	mg / L	18.4	13	22.1	10.3

Tabell 3. Mean, minimum, maksimum, og variasjonskoeffisient (CV) for 49 målinger hver av 12 parametre av vannprøver samlet på 9 august 2012 fra 12 avrenning plotter én dag etter legging torv uten gjødsel tilsetninger.

Parameter	Enheter	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
pH	Std. Enheter	8.5	8.1	9	2.9
EC	mS / cm	1514	1310	1630 4.9
NO 3-N	mg / L	1.68	0,28	3.95	49,7
NH 4 -N	mg / L	0.39	0,08	2.59	107,5
DOC	mg / L	27.6	7.08	54.6	33.7
TDN	mg / L	3.73	0.81	6.6	33,0
DON	mg / L	1.67	0	4,97	48.0
PO 4 -P	mg / L	1,34	0,33	2.32	40.5
Na	mg / L	206	188	241	6.5
K	mg / L	10.4	3.58	21.8	35,9
Mg	mg / L	3.17	1.02	5.02	41.3
Ca	mg / L	12.7	3.72	21	40.1

Tabell 4. Mean, minimum, maksimum, og variasjonskoeffisient (CV) for 40 målinger hver av 12 parametre av vannprøver innsamlet den 13. september 2012 fra 12 avrenning plotter én dag etter legging torv uten gjødsel tilsetninger.

Discussion

Vann flyte over, inn, og gjennom jord er sterkt påvirket av topografien, vegetative cover, og jorda fysiske egenskaper. Overdrevet komprimerte jord og jord med høyt innhold av leire vil vise reduserte infiltrasjonsrater og økte mengder avrenning. Derfor, når du bygger et anlegg av denne art, alle anstrengelser bør gjøres for å bruke stedlige masser med ensartede bakker og minimere komprimering fra alle typer trafikk på de eksperimentelle områder under bygging. I tillegg bør komprimering fra innlegget byggevedlikeholdsaktiviteter minimeres. Disse faktorene må også tas i betraktning når man tolker data fra et gitt eksperiment og sammenligne dem med data fra andre nettsteder der stedet kan være svært forskjellige.

Alle naturlige jordsmonn har en høy mengde av iboende romlige variabiliteten. Dette kan være et resultat av biologisk aktivitet som orm hull, insekt aktiviteter, etc. eller basis jord riktigbånd som tekstur og krympe-swell potensialet i leire. Den store tomt størrelse brukt i denne innretning er valgt til å omfatte så mye av dette romlige variasjon som mulig, og derved redusere den totale variabilitet mellom plott.

De vanning spraydyser i dette anlegget ble valgt til bruk for å gi en høy nedbør hastighet med forbedret drift reduksjon. En vanning revisjon resulterte i en gjennomsnittlig ventet rate på 4,04 cm / time og en jevnhet på 79,5%. Andre munnstykker kan brukes hvis nedre nedbørs priser er ønskelig, men dette kan føre til en mindre jevn vannfordeling og økt sprøytedrift på grunn av vind. Tvunget avrenning arrangementer hvor vanningssystemet ble brukt som vannkilden ble utført mellom 7-9 pm for å minimalisere vind effekter.

Bruk og drift av anlegget så langt har vist et behov for nøye observasjon av spyledyser og utskifting av skadet seg. Skadede dyser endre enmontere og fordeling av vann som kan diagonal data. Selv om det ikke er et problem i dette innledende arbeid, er det åpenbart at periodisk rengjøring av kanal avløp og H renner vil være nødvendig for å fjerne akkumulerte organiske og uorganiske sedimenter. Slike sedimenter kan påvirke strømningshastighetsmålinger spesielt ved lave strømmer, samt bidra kjemiske bestanddeler til avrenning vannprøver.

De mener ingen ₃ -N konsentrasjoner av 0,58 og 1,68 mg / L for august og september studier er høy sammenlignet med 0.0-0.4 mg / L rapportert av Kelling og Peterson for ubefruktede kontroll plener som fungerte som sjekk tomter i sin WI studie ¹⁰ . En stor del av denne økning kan skyldes det faktum at vår studie ble utført på fersk plantet torv. Dette tillot vannet å komme i direkte kontakt med jord i skjøtene mellom torvblokker og sannsynlig økt både jorderosjon og N fjerning fra den fruktbare jorda. Effekter av flyt langs sømmer vil bli redusert i fremtiden experiments som gresstorv modnes og strikker sammen inn i et stramt, tett torv baldakin. Videre forstyrrelse av jorda under bygging og raking før torv installasjon gjorde effektivt lufte jorda som ga optimale forhold for nitrifisering i jordsmonnet. De målte NO _3-N konsentrasjonene er lik gjennomsnittet av 1,54 mg / L rapportert av Gobel for nedbør avrenning fra hager, gresskledde områder og dyrket mark ^19.

Fosfor tap fra ubefruktede turfgrass vanligvis varierer 0,5 til 5,5 mg / L ^10,17,18. Bety fosfor tapene var 1,05 og 1,34 mg / l for de august og september forsøk, henholdsvis, og var innen området fra 0,5 til 1,7 mg / L rapportert av Kelling og Peterson ¹⁰ og innenfor området fra 0,5 til 5,5 mg / L rapportert Vietor ^20. Høyere P tap fra ubefruktede tomter rapportert av Vietor var sannsynligvis på grunn av høyere skråningen på 8,5% og ulike grasarter brukes i sin studie ²⁰ 19. En stor del av P tap fra denne studien var sannsynligvis på grunn av jorderosjon fra første avrenning hendelse på en nylig plantet nettstedet. Det er også sannsynlig at det høye natriuminnhold av irrigasjons-vann som brukes i den foreliggende undersøkelsen kan ha påvirket de konsentrasjoner av P i overvann ^7.

I forhold til den første rettssaken, de målte konsentrasjoner av parametrene i den andre rettssaken var mer variabel. Denne økte variabilitet ble tilskrevet den tørrere innledende jordfuktighetsinnhold før planting som resulterte i færre prøver. De ekstra 30 dager med varmt, tørt vær tillatt mer nitrifikasjon å skje. I tillegg var det mer støv ved planting tid som kan ha vært på vegetasjonen, og deretter vasket av i avrenning event. Detogså mulig at noe av økt variasjon kan skyldes forskjeller i næringsinnholdet i den kjøpte torv, selv om hver innsats ble gjort for å minimalisere denne feilkilden.

Samlet har avrenning anlegget mange fordeler for fremtidig forskning om avrenning fra Turf dekket områder som hjemme plener, idrettsbaner, parker og lignende grønne områder. Primær blant disse er at innretningen er stort nok til å bli opprettholdt på en langsiktig basis ved hjelp av full størrelse utstyr felles for torv industrien. Klipping kan gjøres enten ved hjelp av gå bak eller ridere. Befruktning kan gjøres ved hjelp av kommersielt tilgjengelige slipp spredere. Den store størrelsen på de enkelte tomter skal hjelpe inkluderer tilsvarende mengder naturlig variabilitet og mikroklima effekter i hver. Innretningen ble bygget på relativt uforstyrret lige masser slik at resultatene ikke er partisk av menneskeskapte effekter. Anlegget har individuelle plott kontroll over vanning bruke utstyr somer typisk for hus vanningsanlegg. Dermed er behovet for en regn simulator eliminert for derved å tillate opp til alle 24 plott som skal kjøres samtidig om så ønskes. Avrenning måling og prøvetaking er automatisert slik at data og prøvetaking fra planlagte storm hendelser.

Fremtidige studier som undersøker effekten av vannings volumer, bunndekkende, næringskilder, bruksmengder og søknad timing er planlagt. Som urban Greens areal fortsetter å øke, anlegg av denne art har potensial for intensive studier av vanning og nærings bevegelse fra urbane landskap. Data denne type kan brukes til utvikling av vitenskapelig-baserte beste fremgangsmåter som minimerer utenfor området bevegelse av vann og næringsstoffer under ulike klimatiske regimer.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Flow Meter	Teledyne Isco	Model 4230	Bubbling flow meter that measures and records water flow through flume
Portable Sampler	Teledyne Isco	Model 6712	Works in conjunction with the flow meter to collect water samples at predetermined intervals.
Flow Link Software to collect data	Teledyne Isco	Ver 5.0	Allows communication between flow meter and computer
Presloped trench drain	Zurn Industries, LLC	Z-886
Irrigation Controller	Toro Company	VP Satellite	Controls irrigation to each plot individually
Electric Valves	Hunter	2.5 cm PGV	Opens or closes water flow to individual plots based on signal from irrigation controller
Irrigation heads	Hunter	Pro Spray 4	4 in pop up spray heads
6 in Slotted Drain Pipe	Advanced Drainage Systems	6410100	Single wall corrugated HDPE - slotted
6 in Plain Drain Pipe	Advanced Drainage Systems	6400100	Single wall corrugated HDPE - plain
Filter Paper	Whatman GF/F	1825-047	47 mm diameter, binder-free, glass microfiber filter
pH Meter	Fisher	Accumet XL20
Combination pH Probe	Fisher	13-620-130
Automatic Temperature Compensating Probe	Fisher	13-602-19
Electrical Conductivity Probe	Fisher	13-620-100	Cell constant of 1.0
TOC-VCSH with total nitrogen unit TMN-1	Shimadzu Corp	TOC-VCSH with TMN-1	Dissolved C and N analyzer
Smartchem 200	Unity Scientific	200	Discrete Analyzer for P measurement
ICS 1000	Dionex	ICS 1000	Ion Chromatography for Ca, Mg, K, and Na measurement
Portable Soil Moisture Meter	Spectrum	FieldScout TDR 300	7.5 cm long probes
Totallizing Water Meters	Badger	3/4 inch water meters	Standard homeowner water meters