Diseño y Construcción de un Centro de Investigación La escorrentía urbana

Summary

En este trabajo se describe el diseño, construcción y funcionamiento de una instalación de 1.000 m ² que contiene 24 parcelas de 33,6 m ² de campo individuales equipados para medir el volumen total de escorrentía con el tiempo y la recopilación de submuestras de escorrentía en los intervalos seleccionados para la cuantificación de componentes químicos en el agua de escorrentía de céspedes caseros simulados.

Abstract

A medida que el aumento de la población urbana, lo mismo ocurre con la zona de regadío paisaje urbano. El uso del agua del verano en las zonas urbanas puede ser el uso del agua de línea base de invierno 2-3x debido al aumento de la demanda de riego de jardines. Prácticas de riego inadecuadas y eventos de lluvia grandes pueden resultar en la escorrentía de los paisajes urbanos, que tiene el potencial de llevar los nutrientes y sedimentos en los arroyos locales y lagos en los que pueden contribuir a la eutrofización. Un espacio de 1.000 m ² fue construido que consta de 24 33.6 m ² parcelas individuales, cada una equipada para medir los volúmenes totales de escorrentía con el tiempo y la recopilación de submuestras de escorrentía en los intervalos seleccionados para la cuantificación de componentes químicos en el agua de escorrentía de los paisajes urbanos simulados. Volúmenes de escorrentía de la primera y segunda pruebas tenían coeficiente de variabilidad (CV) valores de 38,2 y 28,7%, respectivamente. Valores de CV para pH escorrentía, EC, y la concentración de Na para ambos ensayos fueron menos del 10%. Concentrations de DOC, TDN, DON, PO _4-P, K ^+, Mg ^{2 +} y Ca ^{2 +} tenían valores de CV inferior al 50% en ambos ensayos. En general, los resultados de las pruebas realizadas después de la instalación de césped en la instalación indicaron una buena uniformidad entre las parcelas de los volúmenes de escorrentía y componentes químicos. El gran tamaño de la parcela es suficiente para incluir la mayor parte de la variabilidad natural y por lo tanto proporciona una mejor simulación de los ecosistemas del paisaje urbano.

Introduction

Cuatro de los de más rápido crecimiento, áreas metropolitanas densamente pobladas se encuentran en el sur de Estados Unidos en los climas subtropicales ^1. Además, el mayor porcentaje de cambio en suelo urbanizado entre 1982 y 1997 se produjo en el sur de EE.UU. ^1. Con el aumento de las áreas urbanas viene una demanda concomitante para agua potable, gran parte del cual se utiliza para el uso al aire libre durante los meses de verano ^2. Con la nueva construcción, sistemas de riego programables tierra en-a menudo se instalan. Desafortunadamente, estos sistemas a menudo son programados para entregar riego para jardinería urbana con más frecuencia y / o en los volúmenes que exceden las demandas de evapotranspiración del paisaje ^2. Esto da lugar a un importante volumen de escorrentía de paisajismo urbano de las aguas receptoras, lo que contribuye a lo que se ha denominado síndrome de corriente urbana ^3. Los síntomas del síndrome de corriente urbana incluyen la frecuencia de flujo superficial y el flujo erosivo aumentaron, aumentaron nitrogen (N), fósforo (P), sustancias tóxicas, y la temperatura además de los cambios en la morfología del canal, la biología de agua dulce, y el ecosistema procesa ^3.

Las pérdidas de N y P de los ecosistemas agrícolas se han estudiado y se encontró que depende principalmente de cuatro factores ampliamente: fuente de nutrientes, la tasa de aplicación, tiempo de aplicación, y la colocación de nutrientes ^4. Aunque existen pocos datos publicados actualmente en movimiento fuera del sitio de los nutrientes de los paisajes urbanos, estos principios se pueden aplicar directamente a la cultura del césped, ya sea en jardines residenciales, granjas de césped, parques u otros espacios verdes. Además, las prácticas de riego inadecuadas que dan lugar a la escorrentía del paisaje pueden exacerbar estas pérdidas.

Las pérdidas de nutrientes se pueden alterar aún más por la calidad del agua de riego. Áreas en el suroeste de Estados Unidos a menudo utilizan más agua salina o sódica para el riego de jardines residenciales y paisajes urbanos ^5,6. La composición química de losel agua de riego puede alterar significativamente la química del suelo causando una liberación de carbono, nitrógeno, calcio y otros cationes para el agua de escorrentía. Un trabajo reciente mostró que el aumento de la relación de absorción de sodio (SAR) del agua de extracción aumentó significativamente las cantidades de carbono (C) y nitrógeno (N) lixiviado de recortes de San Agustín, recortes de raigrás y otros materiales orgánicos ^7. Además, las pérdidas de agua del suelo extraíble C, N y P de los suelos de céspedes recreativos se correlacionaron significativamente con los componentes químicos del agua de riego ^6.

Washbusch et al. estudiado la escorrentía urbana en Madison, Wisconsin, y encontraron que el césped fueron los mayores contribuyentes de fósforo total ^8. Además, también se encontró que el 25% del P total en "Dirt Street" se originó a partir de las hojas y la hierba cortada. En un entorno rural típico, hojarasca cae sobre el suelo y luego se descompone liberando nutrientes lentamente a la sentorno de aceite. Sin embargo, en los entornos urbanos, importantes cantidades de hojas ricas en nutrientes y recortes de césped pueden caer sobre o perder color o soplado sobre hardscapes tales como calzadas, aceras y calzadas, posteriormente haciendo su camino en las calles en las que contribuyen a la "suciedad de la calle" , mucha de la cual consigue lavados directamente en los cursos de agua que reciben.

Suelos de paisajes urbanos son a menudo perturbados y altamente compactada durante la construcción, que también pueden aumentar cantidades de escorrentía debido a la reducción de las tasas de infiltración ^9. Kelling y Peterson informó que tanto el volumen de escorrentía total y las concentraciones de nutrientes en el escurrimiento de jardines residenciales se incrementaron de césped que se compactan o tienen gravemente perfiles de suelo alterado debido a las actividades de construcción anteriores ^10. Edmondson et al. por el contrario, encontraron que los suelos urbanos eran menos compactada en comparación con los alrededores suelos agrícolas en la región urbana y suburbana de Leicéster, Reino Unido ^11. Ellos atribuyeron esto a la maquinaria agrícola pesada utilizada, pero también señaló que el césped tenían una mayor densidad aparente del suelo que el suelo bajo los árboles y arbustos que se atribuyó a la siega de hierba y una mayor pisoteo humano.

Al parecer, en muchas situaciones, síndromes corriente urbanas y suburbanas se ven afectados de manera significativa por la escorrentía y las descargas de fuentes puntuales ^3,12. Aunque fuentes puntuales pueden ser manipulados a través de permisos y el reciclaje, se necesita investigación adicional para desarrollar y probar los mejores procedimientos de gestión para el establecimiento y gestión de césped casa para minimizar las pérdidas de nutrientes a la escorrentía. Anteriores esfuerzos de investigación en este sentido a menudo se han centrado en las zonas costeras donde hay suelos de alto contenido de arena, debido a las preocupaciones relacionadas con los efectos de la lixiviación y la escorrentía pérdidas de nutrientes a las aguas costeras. Sin embargo, cuando se trabaja con suelos muy arenosos, uno debe tener fuertes pendientes y altas tasas de precipitación para poder génerosdel te de toda la escorrentía ^13,14. En contraste, muchos de los suelos en el centro de Estados Unidos son de textura fina y tienen bajas tasas de infiltración que dan lugar a cantidades significativas de escurrimiento de eventos de lluvia, incluso pequeñas. De esta manera, se deseaba para diseñar y construir una instalación de segunda vuelta el suelo nativo y la pendiente típica de los que pueden producirse en los paisajes residenciales.

En este trabajo se describe el diseño, construcción y funcionamiento de una instalación de 1.000 m ² que contiene 24 33.6 m ² parcelas individuales para la medición de los volúmenes totales de escorrentía en relativamente pequeñas resoluciones temporales y recolección simultánea de submuestras de agua de escorrentía a volumétrica seleccionada o intervalos temporales para la medición y cuantificación de los constituyentes químicos del agua de escorrentía.

Protocol

1. Selección del Sitio

1. Busque un área de dimensiones adecuadas de suelo no alterado con un 3-4% de pendiente uniforme.
2. Llevar a cabo un levantamiento topográfico y delimitar un área de aproximadamente 10 mx 100 m con un 3,7 ± 0,5% de pendiente media.
3. Divida el 10 mx 100 m en tres bloques, cada uno de aproximadamente 10 mx 33,3 m (Figura 1).
4. Subdividir cada bloque en 8 parcelas de campo, cada 4,1 m de ancho por 8,2 m de largo.
5. Identificar y documentar las series de suelos presentes en el área de estudio. Nota: este lugar tenía una serie Booneville franco arenoso fino, pero otras series de suelos y texturas se pueden utilizar.

2. construcción de muros

1. Cortar unos 30 cm de ancho por 30 cm zanja profunda en el extremo inferior de las parcelas.
2. Cortar unos 20 cm de ancho por 1,2 m de profundidad zanja de 10 cm desde el borde complot para proporcionar un borde vertical lisa que se extiende en el subsuelo de arcilla.
3. Construir e instalar forma provisional de maderas en la zanja para mantenerla abierta.
4. Retire suelo adyacente a la parte descendente de la forma a una profundidad de 76 cm debajo de la superficie del suelo en la parte baja de las parcelas. Asegure una pendiente mínima del 0,5% de distancia de las parcelas para una distancia aproximada de 30 m para proporcionar un drenaje adecuado.
5. Retire las formas temporales y construir un muro de contención de concreto reforzado con acero.
   1. Construir formas de madera para el exterior de la pared y utilizar el suelo no perturbado por debajo de las áreas de la trama como la pared interior.
   2. Asegúrese de que la pared se extiende en el subsuelo sin molestias para ayudar a prevenir el movimiento futuro.
   3. Ensamblar dos secciones de trinchera para cada parcela con tapas en cada extremo y un drenaje de descarga inferior en el extremo inferior. Sellar todas las juntas con silicona y luego atornille las articulaciones entre sí según las recomendaciones del fabricante.
   4. Pegue y atornille un diámetro de 10 cm de PVC 90 ° y ell 60 cm de longitud de tubería de descarga a la salida. Coloque el desagüe montada en elforma concreta y adjuntarlo modo que el borde superior es el nivel en ambas direcciones y 1.27 cm por debajo de la superficie del suelo en el extremo inferior de la parcela (Figura 2). Cubra el desagüe con una cubierta de plástico que debe permitir que el concreto mojado.
   5. Vierta 4,000 libras de prueba concreto premezclado en los formularios utilizando cantidades apropiadas de vibración para eliminar vacíos.
      1. Cuando las formas están llenos, Paleta la superficie superior para formar un acabado liso con bordes redondeados. Cubiertas de plástico temporales en los drenajes deben ser removidos para permitir la preparación final de la superficie.
      2. Asegúrese de que la superficie del hormigón acabado está a nivel con la superficie del suelo en la parte inferior de la trama y tiene una pendiente de 1,27 cm al desagüe.
      3. Velar por que, en la parte descendente de la fuga, el hormigón tiene una pendiente de 1,27 cm de distancia del desagüe para evitar que el agua se regrese en el alcantarillado.
6. Forma y verter el acero reforzadas plataformas de concreto (1,2 m de ancho, 1,8 m de largo y 15 cm de espesor) below cada salida de drenaje. Almohadillas deben tener 0,5% de pendiente de la pared y la parte superior de la almohadilla debe ser 30 cm por debajo de la parte inferior de la salida de drenaje.
7. Proporcione una toma de corriente eléctrica a la intemperie (110/120 V) en el lado del muro de contención por encima de cada pad en la preparación para la instrumentación.

3. Instalación de Instrumentación

1. Cortar las tuberías de descarga al ras de la pared de hormigón.
2. Instale un canal de 1,2 m de largo H inmediatamente por debajo de la salida de drenaje.
   1. Anclar el canal a la pared con anclajes y tornillos concretas apropiadas estar seguro de que el canal esté nivelada de lado a lado.
   2. Apoyar la parte delantera de la canal con un soporte de acero inoxidable ajustable y utilizar los ajustes para nivelar la unidad tanto de lado a lado y de adelante hacia atrás. Selle las uniones entre los canales y el hormigón con baños y azulejos sellador.
3. Instalar un medidor de flujo en cada pad. Ubicar el medidor de flujo cerca del final de la canal para minimizar ellongitud de la tubería necesaria.
4. Instale un muestreador portátil en cada pad. Ubicar el muestreador según sea necesario para reducir al mínimo la cantidad necesaria de tubos para alcanzar el tubo de muestreo. Nota: Puede ser necesario poner el sampler en un soporte para evitar depresiones que puedan retener agua en el tubo de muestreo.
5. Diseñar, fabricar e instalar cubiertas de acero inoxidable sobre la pared y las canaletas para evitar la entrada de la precipitación en los drenajes de zanjas o canaletas.

4. Terreno Zona de preparación

1. Rellenar y apisonar los huecos de menor importancia en el lado cuesta arriba de la pared con la tierra vegetal nativa procedente de las áreas adyacentes.
2. Use un pequeño paseo detrás zanjadora para cortar una de 10 cm de ancho, 30 cm de profundidad zanja en los 3 lados restantes de todas las parcelas.
   1. Inserte 40 cm de ancho tiras de 0,10 mm de espesor de plástico transparente verticalmente en las trincheras para evitar el movimiento lateral del agua entre las parcelas.
   2. Instale el tubo de riego y cabezas. Instale seis cabezas en 4,1 m ²espaciado para cada parcela.
   3. Rellene y ligeramente apisonar todas las zanjas a mano. Montículo del suelo en un 5 cm de alto por 30 cm de ancho berma sobre el área de la zanja para evitar el movimiento lateral de las aguas superficiales entre parcelas.
   4. Ajuste cabezales de riego a la parte superior de la altura del suelo en las zonas berma.
3. Construir una zanja de desvío para evitar que el agua cuesta arriba de conseguir en las parcelas
   1. Use una hoja de caja para cortar un canal en forma de V-aproximadamente 20 cm de profundidad en el centro y 2 m de diámetro. Nota: El centro del canal debe ser de aproximadamente 1,25 m por encima de la parte alta del área de trazado y debe extenderse a través de la parte superior de todas las parcelas.
   2. Cortar una zanja inclinada en la parte inferior del canal. Nota: Para asegurar un buen drenaje, el fondo de la zanja debe ser de 30 cm por debajo del fondo del canal en el punto alto en el punto central por encima de cada bloque y tener una pendiente mínima del 0,5% va a cada extremo de cada bloque. Fondo de zanja deben ser suavizadas y encuestaron a como sea necesario manopara asegurar pendiente uniforme.
   3. Añadir 5 cm de lavado 6-9 mm de gravilla en el fondo de las trincheras.
   4. Coloque un diámetro ranurada línea de drenaje de 15 cm en la superficie de grava y rellenar la zanja con más de 6-9 mm de grava.
   5. Cortar trincheras según sea necesario en los extremos y entre los bloques de parcelas a las aguas de drenaje ruta para descargar ubicaciones por debajo del muro de contención. Utilice la línea de drenaje de 15 cm de diámetro llanura ondulada y rellenar estas trincheras con la tierra excavada. Cubra el área de la zanja y el canal con una capa de 5-15 cm gran roca toro diámetro.

5. Plantación y escorrentía Evento Inicial

1. Mano rastrillo las parcelas para garantizar un semillero suave con pendiente uniforme en la preparación para la instalación de césped.
2. Medir y documentar la pendiente de cada parcela utilizando equipo topográfico estándar mediante la adopción de medidas de elevación a distancias de 0, 1.5, 3.0, 4.6, 6.1, y 7.6 m de la pared a lo largo de la línea media de cada parcela.
3. Mida el depª de la capa superficial del suelo en 4 puntos en cada parcela por la inserción de una sonda de suelo diámetro de 2,54 cm en el suelo hasta que se encuentra la arcilla de textura del subsuelo.
4. Césped Planta cultivada en un suelo de textura similar. Nota: Para esta instalación, se utilizó madura 'Raleigh' San Agustín (Stenotaphrum secundatum [Walt.] Kuntze). Sin embargo, otras hierbas se pueden utilizar según la ubicación, el clima, y ​​las consideraciones de diseño experimental. Todas las parcelas pueden ser cubiertas de césped a la vez o, como en el presente caso, 12 parcelas (4 parcelas de cada bloque) se plantaron 08 de agosto de 2012, con las 12 parcelas restantes plantados el 12 de septiembre de 2012.
5. Crear un evento de escorrentía
   1. Tome las lecturas iniciales de contadores de agua y medir el contenido de humedad del suelo de todas las parcelas.
      1. Retire las tapas de las arquetas situadas en la cabecera de cada parcela y registre la lectura inicial del medidor de agua para cada una de las 24 parcelas.
      2. El uso de una sonda de humedad de mano portátil, medir y registrar la mo suelocontenido isture de cada parcela. Nota: Para la caracterización inicial, 4 medidas fueron tomadas por parcela (1 de medición en cada cuadrante de cada parcela) utilizando 7,5 cm sondas largas. Sin embargo, el número de mediciones, la longitud de las sondas, y el tipo de instrumento utilizado puede variar en base a los objetivos específicos de estudio.
   2. Medidores de flujo de programa y samplers para medir el flujo y recoger muestras si lo deseas. Nota: se recogieron muestras de 750 ml después de cada 20 L de flujo, pero otros volúmenes de muestra y los intervalos se puede utilizar según sea apropiado.
   3. Operar el sistema de riego durante un tiempo predeterminado para aplicar suficiente agua para causar la escorrentía. Nota: 20-21 mm de precipitación aplicado a razón de 4,04 cm / hr era suficiente para esta instalación, sin embargo, esta cantidad puede variar en función de las condiciones específicas del sitio.
   4. Registre las lecturas de los medidores de agua que terminan para cada una de las 24 parcelas. Recoger muestras de agua de riego de las cabezas de pulverización durante el funcionamiento. Etiqueta y transporte escorrentíamuestras al laboratorio para su análisis.

Análisis 6. Muestra

1. Medir la conductividad eléctrica y el pH de las muestras de agua por inmersión de sondas directamente en las muestras. Luego filtrar una submuestra de cada muestra de agua 50 ml a través de un filtro de microfibra de vidrio de 0,7 micras en preparación para análisis químico.
2. Medida de carbono orgánico disuelto (DOC) y nitrógeno total disuelto (TDN) usando el método USEPA 415.1 ^15.
   1. Hacer una solución estándar de 1000 mg / L mediante la adición de 2,125 g de ftalato ácido de potasio se secaron (1-KOCOC ₆ H ₄ -2-COOH) a un matraz aforado de 1 L. Añadir aproximadamente 500 ml de agua destilada, agitar para disolver la sustancia química y llevar a volumen con agua destilada. Guarde la solución en refrigeración en una botella marrón.
   2. Hacer una solución estándar de 1000 mg / L mediante la adición de 6,0677 g secó nitrato de sodio a un matraz volumétrico de 1 L. Añadir aproximadamente 500 ml de agua destilada, swIRL para disolver la sustancia química, y llevar a volumen con agua destilada.
   3. Hacer C intermedio y normas N que abarcan la gama prevista de concentraciones en las muestras que se ejecute mediante la dilución de submuestras de las soluciones estándar de pasos 6.3.1-6.3.2.
   4. Vierta aproximadamente 16 ml de las muestras de agua para analizar en un 24 ml viales de muestra y cubren cada uno con un septum y la tapa.
   5. Coloque viales llenos en la bandeja del inyector automático de llevar un registro de lo que muestra es en qué posición. Nota: para fines de aseguramiento de la calidad de un espacio en blanco, dos estándares y dos patrones de referencia certificados se deben ejecutar después de cada ¹² de desconocido.
   6. Coloque la bandeja inyector automático en la máquina y operar el analizador automático siguiendo las instrucciones del fabricante.
3. Mida el fósforo, nitrato y amoníaco utilizando los métodos USEPA 365.1, 353.2 y 350.1, respectivamente, dentro de las 48 horas de la recogida de muestras ^16-18.
   1. Haga lasiguientes reactivos y estándares para el análisis de fósforo:
      1. Hacer una solución de ácido sulfúrico 5 N de stock por adición lenta de 70 ml de ácido sulfúrico concentrado a 400 ml de agua destilada en un matraz aforado de 500 ml. Se enfría la solución a temperatura ambiente y diluir a volumen con agua destilada.
      2. Prepare una solución de potasio antimonyltartrate de stock 0,3%. Pesar 0,5 g de tartrato de antimonio y potasio, trihidrato de C ₈ H ₄ K ₂ O ₁₂ Sb ₂ • 3H ₂ O y se disuelven en unos 50 ml de agua destilada en 100 ml matraz aforado. Después de que se disuelva, diluir a volumen con agua destilada y se almacena a 4 º C en una botella marrón, con tapón de vidrio.
      3. Hacer una solución 4% de molibdato de amonio disolviendo 4 g de tetrahidrato de molibdato de amonio, (NH _{4) 6} Mo ₇ O ₂₄ • 4H ₂ O, en 100 ml de agua reactivo. Almacenar en un lavado con ácido botella de plástico a 4 ° C.
      4. Hacer un 15% w / w solución madre de sulfato de dodecil de sodio (SDS). Disolver 15 g de SDS CH ₃ (CH _{2) 11} OSO ₃ Na en 85 ml de agua destilada. Nota: Esto puede requerir agitación suave y se calienta hasta disolver completamente.
      5. Haga una solución de SDS dilución (Reactivo 1) mediante la adición de 2 ml de solución al 15% de stock SDS a 98 ml de agua destilada. Frasco de tapa y mezcle invirtiendo 5-6 veces.
      6. Hacer 100 ml de reactivo de color (reactivo 2) mediante la mezcla de los reactivos anteriores de la siguiente manera: A 20 ml de agua destilada, añadir 50 ml de 5 NH ₂ SO ₄ y se mezcla. Añadir 5 ml de solución de tartrato de antimonio y potasio 0,3% y mezclar. Añadir 15 ml de solución de molibdato de amonio al 4% y mezclar. Añadir 10 ml de 15% w / w SDS solución y mezcla. Nota: Esta solución se puede almacenar en una botella de lavado con ácido a temperatura ambiente durante no más de una semana.
      7. Hacer una solución de ácido ascórbico (reactivo 3) disolviendo 0,88 g de ácido ascórbico C ₆ H ₈ O₆ en 50 ml de agua destilada. Añadir 0,5 ml de SDS al 15% y agitar suavemente. Nota: Esta solución debe prepararse fresca diariamente.
      8. Hacer una solución estándar de P / L 100 mg mediante la adición de 0,4393 g secó KH ₂ PO ₄ a un matraz aforado de 1 L. Añadir aproximadamente 500 ml de agua destilada, agitar para disolver la sustancia química y llevar a volumen con agua destilada.
   2. Realice los siguientes reactivos y estándares para análisis de nitratos
      1. Añadir 25 ml de ácido fosfórico concentrado (H ₃ PO ₄₎ a 150 ml de agua destilada en un matraz aforado de 250 ml. Enfriar a temperatura ambiente y añadir 10,0 g de sulfanilamida (4-NH ₂ C ₆ H ₄ SO ₂ NH ₂₎ y disolver. Añadir 0,5 g N-(1-naftil) etilendiamina dihidrocloruro de (C ₁₀ H ₇ NHCH ₂ CH ₂ NH ₂ • 2HCl) y disolver. Añadir 2 ml de solución de lavado concentrada (de manufact instrumentourer) y diluir a volumen con agua destilada. Nota: La solución puede ser almacenada en una botella marrón para hasta varias semanas.
      2. Disolver 85 g de cloruro de amonio _(NH4Cl) y 0,1 g de etilendiamina tetraacetato disódico (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O ₈ • 2H ₂ O) en aproximadamente 900 ml de agua destilada en un matraz aforado de 1 L. Ajustar el pH a 8,5 por adición de hidróxido de amonio concentrado _(NH4OH) y diluir a volumen con agua destilada.
      3. Poner 200 ml de la solución de 6.4.2.2 en un aforado de 1 L y diluir a volumen con agua destilada. Ajustar el pH a 8,5 por adición de hidróxido de amonio concentrado _(NH4OH).
      4. Disolver 7,218 g de nitrato de potasio _(KNO3) en agua destilada y diluir a 1 L. Añadir 1 ml de cloroformo _(CHCl3) como conservante.
   3. Realice los siguientes reactivos y estándares para analys amoníacoes:
      1. Disolver 8 g de hidróxido de sodio (NaOH) en 125 ml de agua destilada en un matraz aforado de 250 ml. Enfriar a temperatura ambiente, añadir 20,75 g de fenol (C ₆ H ₅ OH) y disolver. Diluir a volumen con agua destilada y almacenar hasta 2 semanas en una botella de color marrón en la oscuridad.
      2. Añadir 25 ml de solución de cloro que contiene 5,25% NaOCl más 0,5 ml de concentrado de solución de enjuague de la sonda a un matraz aforado de 50 ml. Diluir a volumen con agua destilada y se mezcla.
      3. Disolver 25 g de dihidrato de sal disódica de EDTA (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O ₈ • 2H ₂ O) y 2,75 g de hidróxido de sodio (NaOH) en aproximadamente 450 ml de agua destilada en un matraz aforado de 500 ml. Añadir 3 ml de solución concentrada de Enjuague la sonda, mezclar y llevar al volumen con agua destilada.
      4. Disolver 0,075 g nitroprusiato de sodio dihidratado (Na ₂ Fe (CN) 5NO • 2H ₂ O) en 100 ml de agua destilada. Ladd 0,5 ml concentran Sonda solución de enjuague, mezclar y almacenar en una botella marrón hasta por 1 semana.
      5. Hacer un / L solución de amoniaco 1,000 mg de stock mediante la disolución de cloruro de 3.819 g se secó anhidro de amonio (NH ₄ Cl) en 500 ml de agua destilada y diluir a 1 L.
   4. Colocar las muestras en viales de 4 ml de muestra y cubren cada uno con un septum y la tapa.
   5. Coloque viales llenos en el analizador de mantener un registro de lo que muestra es en qué posición. Nota: para fines de aseguramiento de la calidad de un patrón de referencia certificado se debe ejecutar después de cada 12 ^º desconocidos.
   6. Opere el analizador siguiendo instrucciones del fabricante para el analito de elección.
4. Medida cationes (sodio, calcio, magnesio, y potasio) mediante cromatografía iónica.
   1. Prepare una solución de 1,000 mg / L de stock de Na añadiendo 2,542 g de NaCl en un matraz aforado de 1 L y llevar a volumen con agua destilada.
   2. Preparar una solución de reserva de 1.000 mg / Lde K añadiendo 1,9070 g KCl a un matraz aforado de 1 L y llevar a volumen con agua destilada.
   3. Preparar un / L solución madre 1000 mg de Mg añadiendo 8,3608 g de MgCl ₂ • 6H ₂ O a un matraz aforado de 1 L y llevar a volumen con agua destilada.
   4. Prepare una solución de 1,000 mg / L de stock de Ca añadiendo 3,6674 g CaCl • 2H ₂ O a un matraz aforado de 1 L y llevar a volumen con agua destilada.
   5. Prepare una solución de 350 mg / L de trabajo de Na añadiendo 35 ml de solución madre a un matraz aforado de 100 ml y llevar a volumen con agua destilada.
   6. Preparar una solución de trabajo de 25 mg / L de K mediante la adición de 2,5 ml de solución madre a un matraz aforado de 100 ml y llevar a volumen con agua destilada.
   7. Preparar una solución de trabajo de 25 mg / L de Mg añadiendo 2,5 ml de solución madre a un matraz aforado de 100 ml y llevar a volumen con agua destilada.
   8. Preparar una solución / L de trabajo 75 mg de Ca porañadiendo 7,5 ml de solución madre a un matraz aforado de 100 ml y llevar a volumen con agua destilada.
   9. Muestras de agua de escorrentía filtrar de nuevo a través de un filtro de microfibra de vidrio de 0,2 micras.
   10. Rellene vial de muestra para llenar la línea con la muestra o estándar y selle con septos y la tapa.
   11. Coloque los viales de muestra en la pista del analizador de mantenimiento de los sitios de muestreo. Nota: para fines de aseguramiento de la calidad estándar de referencia en blanco y certificado se debe ejecutar después de cada 12 ^º desconocidos.
   12. Opere el analizador automático siguiendo las instrucciones del fabricante.

Representative Results

Características de las parcelas
La pendiente media de los 24 las parcelas fue de 3,7% y osciló entre un mínimo de 3,2% para el gráfico 17 y un máximo de 4,1% para el gráfico 2 (Tabla 1). Espesor medio capa superior del suelo fue de 36 cm, y osciló entre un mínimo de 25,0 cm para las parcela 24 y una máxima de 51.5 cm para el gráfico 10 (Tabla 1).

Volúmenes de escorrentía
Volúmenes de escorrentía de la primera prueba el 09 agosto 2012 tenía un promedio de 213.5 L y osciló entre un mínimo de 95,6 L y una máxima de 391 L con un coeficiente de variabilidad (CV) del 38,2% (Tabla 2). Cabe señalar que, antes de sodding, estas parcelas habían sido bien irrigado para asegurar un buen funcionamiento de los sistemas de riego y de recogida de escurrimiento, medir la distribución de riego y actividades similares. Por lo tanto, gran parte del riego aplicada se recogió en forma de escorrentía.

En contraste, el suelo era mucho más seco antes de la escorrentía 2012 evento 13 de septiembre, que resultó en un menorvolumen promedio de escorrentía de 52,6 L. volúmenes osciló entre un mínimo de 27,5 L y una máxima de 70,8 L con un CV del 28,7%. En este caso, gran parte del agua aplicada se infiltraron en el suelo debajo de la SOD que resulta en menores cantidades de escorrentía total.

Concentraciones químicas
El riego se realiza utilizando el agua potable local. Una muestra compuesta del agua de riego se obtiene de los cabezales de riego durante el evento de riego y se analizó para determinar su composición química. El agua tenía un pH de 8,5, una conductividad eléctrica (CE) de 1030 dS / cm y contenía 0,19 mg / L _NO3-N, 0 mg / L NH4-N, 3,26 mg / L DOC, 0,38 mg / L TDN, 0.19 mg / L de nitrógeno orgánico disuelto (DON), 0,14 mg / L de ortofosfato-P, 220,9 mg / L de Na, 2,0 mg / LK, 0,87 mg / l de Mg y 4,27 mg / L Ca.

Los valores de pH de los 49 muestras de agua recogidas tras el primer evento de escorrentía de la mañana del 09 de agosto 2012 después de colocar tepes el día anterior un promedio de 8,4 unidades estándarcon un mínimo de 8,1 y un máximo de 8,9 unidades (Tabla 3), lo que resulta en un muy bajo CV de 1,5%. La concentración CE y Na ⁺ de las muestras de arrastre tuvo bastante grandes medios y valores de CV por debajo de 10% (Tabla 3). Las concentraciones de DOC, TDN, DON, PO _4-P, K ^+, Mg ^{2 +} y Ca ^{2 +} tenían valores de CV en el rango de 10,3 a 32,9%. Las concentraciones de NO y NH ₃ N ₄ N tenían medio de 0,58 mg / L y 0,12 mg / l. Sin embargo, estos dos parámetros fueron los más variable y tuvo los valores más altos de CV 85,0% y 63,5%, respectivamente.

Los valores de pH de las muestras de agua recogidas 40 el 13 de septiembre de 2012 de que el segundo grupo de parcelas de un promedio de 8,5 unidades estándar con un CV de 2,9% (Tabla 4). Al igual que en el primer ensayo, pH, conductividad eléctrica (CE), y mediciones de Na ⁺ para el primer evento de escorrentía después de colocar tepes en 12 de septiembre 2013 tuvo el mas altomedios camisetas y más bajos valores de CV de 2.9, 4.9 y 6.5%, respectivamente. Las concentraciones de _NO3-N, DOC, TDN, DON, PO _4-P, K ^+, Mg ^{2 +} y Ca ^{2 +} tenían valores de CV en el rango de 33,0 a 49,7%. Amonio-nitrógeno tenía el valor medio más bajo de 0,39 mg / L, pero era el más variable con el mayor CV de 107,5%.

Los datos anteriores para el primer evento de la escorrentía de las parcelas recién cubiertas de césped servirán de base para las mediciones futuras. Esperamos que los valores de CV entre las parcelas para disminuir como el césped se vuelve mejor establecido y hay menos oportunidad para que el flujo de canal de agua entre los bloques de césped y el flujo superficial más uniforme del agua a través del dosel hierba. Parcela es adecuada para permitir interacciones suelo-agua-químicos que se produzca antes de la escorrentía alcanza los dispositivos de captación y por lo tanto, las concentraciones químicas en la segunda vuelta debe ser representativo de lo que se encontraría en un paisaje urbano similar. Anticipamos la facilidad para ser de utilidad en el desarrollo de mejores procedimientos de gestión basadas en la ciencia para la fertilización y el riego de los paisajes urbanos.

Figura 1 Mapa de contornos de la ladera que muestra la ubicación de los tres bloques de parcelas de escorrentía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Diagrama esquemático de la pared de retención que muestra la colocación de los canales de recogida y similares para dispositivos de medición.rget = "_blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Número Terreno	Profundidad capa superior del suelo (cm)	Pendiente de superficie (%)	pH (estándar. unidades)	NO3-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

Tabla 1. profundidad de la tierra vegetal, pendiente de la superficie, el pH del suelo, nitrato-N, P, K y media de las parcelas de escorrentía 24 valores para pH, _NO3-N, P, K y reportado por la Extensión Cooperativa de Texas -. Del suelo, El agua y forraje Testing Laboratory. El pH del suelo se midió en un 2: suelo 1: extracto acuoso, _NO3-N por reducción Cd, P y K por Mehlich 3 extracción seguido por análisis ICP.

Fecha	Unidades	La media	Mínimo	Máxima	CV (%)
9-agosto	L	213.5	95.6	391.6	38.2
13-Sep	L	52.6	27.5	70.8	28.7

Tabla 2. media, mínimo, máximo, y el coeficiente de variación (CV) para los volúmenes de escorrentía recogidas el 09 agosto de 2012 y 13 de septiembre 2012 a partir de 12 parcelas de escorrentía un día después de colocar tepes.

Parámetro	Unidades	La media	Mínimo	Máxima	CV (%)
pH	Std.. Unidades	8.4	8.1	8.9	1.5
CE	μ; S / cm	1137	1080	1220	3.7
NO3-N	mg / L	0.58	0.08	2.93	85
NH4	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

Cuadro 3 Media, mínimo, máximo, y el coeficiente de variación (CV) para 49 mediciones cada una de 12 parámetros de las muestras de agua recogidas el 09 agosto 2012 de 12 parcelas de escorrentía un día después de colocar tepes sin adición de fertilizantes.

Parámetro	Unidades	La media	Mínimo	Máxima	CV (%)
pH	Std.. Unidades	8.5	8.1	9	2.9
CE	S / cm	1514	1310	1630 4.9
NO3-N	mg / L	1.68	0.28	3.95	49.7
NH4	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

Cuadro 4 Promedio, mínimo, máximo, y el coeficiente de variación (CV) para 40 mediciones cada una de 12 parámetros de las muestras de agua recogidas el 13 de septiembre de 2012 de 12 parcelas de escorrentía un día después de colocar tepes sin adición de fertilizantes.

Discussion

El flujo de agua en, en, ya través de los suelos se ve muy afectada por la topografía, cubierta vegetal, y las propiedades físicas del suelo. Suelos excesivamente compactados y suelos con alto contenido de arcilla exhibirán las tasas de infiltración reducidos y una mayor cantidad de la escorrentía. Por lo tanto, cuando la construcción de una instalación de estas características, se debe hacer todo lo posible para utilizar suelos naturales con pendientes uniformes y minimizar la compactación de todos los tipos de tráfico en las zonas experimentales durante la construcción. Además, la compactación de las actividades de mantenimiento posteriores a la construcción debe ser minimizado. Estos factores también deben tenerse en cuenta al interpretar los datos de un experimento dado y compararlos con los datos de otros sitios en los que las condiciones del lugar pueden ser muy diferentes.

Todos los suelos naturales tienen una alta cantidad de variabilidad espacial inherente. Esto puede ser el resultado de actividad biológica tales como agujeros de gusano, actividades de insectos, etc o el suelo básica apropiadalazos tales como la textura y el potencial contracción oleaje de las arcillas. La parcela de grandes dimensiones utilizados en esta instalación fue seleccionado para incluir la mayor cantidad de esta variabilidad espacial como sea posible y por lo tanto minimizar la variabilidad total entre las parcelas.

Las boquillas de riego en esta instalación fueron seleccionados para su uso para proporcionar una alta tasa de precipitación con una mejor reducción de la deriva. Una auditoría de riego resultó en una tasa de precipitación media de 4,04 cm / hr y una uniformidad del 79,5%. Otras boquillas pueden ser utilizados si se desean tasas de precipitación inferiores, sin embargo, esto puede resultar en la distribución de agua menos uniforme y una mayor deriva de la pulverización debido al viento. Eventos de escorrentía forzados en los que se utilizó el sistema de riego como la fuente de agua se realizaron entre 7-9 am para minimizar los efectos del viento.

Uso y explotación de la instalación hasta el momento ha demostrado la necesidad de una cuidadosa observación de las boquillas de aspersión y la sustitución de los dañados. Boquillas dañadas alteran la unamontaje y distribución de agua, que puede sesgar los datos. Aunque no es un problema en este trabajo inicial, es evidente que se requiere una limpieza periódica de los desagües de los canales y acequias H para eliminar los sedimentos orgánicos e inorgánicos acumulados. Estos sedimentos pueden afectar las mediciones de caudal en particular en los flujos bajos, así como contribuir constituyentes químicos de las muestras de agua de escorrentía.

La media de _NO3 concentraciones de 0,58 y 1,68 mg / l para los ensayos de agosto y septiembre son altos en comparación con el 0,0 hasta 0,4 mg / L reportado por Kelling y Peterson para céspedes de control sin fertilizar que sirvieron de parcelas testigos en su estudio WI ¹⁰ . Una gran parte de este incremento puede ser debido al hecho de que nuestro estudio se realizó sobre césped recién plantado. Esta agua que se permite entrar en contacto directo con el suelo en las costuras entre los bloques de césped y probablemente aumentado tanto la erosión del suelo y la eliminación de N del suelo fértil. Efectos del flujo a lo largo de las costuras se reducirán en el futuro experimentos A medida que avanza césped y tejidos juntos en un apretado, denso dosel césped. Además, la perturbación del suelo durante la construcción y rastrillar antes de la instalación de césped tenía efectivamente airear la tierra que proporciona las condiciones óptimas para la nitrificación en el suelo. Las medidas _NO3-N concentraciones son similares a la media de 1,54 mg / L reportado por Gobel para la escorrentía de jardines, zonas verdes y tierras de cultivo ^19.

Pérdidas de fósforo en los céspedes fertilizados suelen oscilar desde 0,5 hasta 5,5 mg / L ^10,17,18. La media de las pérdidas de fósforo fueron 1,05 y 1,34 mg / l para los ensayos de agosto y septiembre, respectivamente, y estuvieron dentro del rango de 0,5 a 1,7 mg / L reportado por Kelling y Peterson ¹⁰ y dentro del rango de 0,5 a 5,5 mg / L reportado por Vietor ^20. Pérdidas de P más altos de las parcelas no fertilizados reportados por Vietor probablemente debido a la mayor pendiente de 8,5% y diferentes especies de hierbas usada en su estudio ²⁰ 19. Una gran parte de la pérdida P de la actual estudio era probablemente debido a la erosión del suelo desde el primer evento de escorrentía en un sitio recién plantado. También es probable que el alto contenido de sodio del agua de riego utilizado en el presente estudio puede haber afectado a las concentraciones de P en el agua de escorrentía ^7.

En comparación con el primer ensayo, las concentraciones medidas de parámetros en el segundo ensayo fueron más variables. Este aumento de la variabilidad se atribuyó al contenido de humedad inicial del suelo seco antes de la siembra que se tradujo en un menor número de muestras. Los otros 30 días de clima caliente y seco permitió más de nitrificación que se produzca. Además, no había más polvo en el momento de la siembra que pueden haber estado en la vegetación y posteriormente lavada en caso de escorrentía. EsTambién es posible que parte de la mayor variabilidad puede deberse a diferencias en el contenido de nutrientes del césped comprado, aunque se hizo todo lo posible para minimizar esta fuente de error.

En general, las instalaciones de la escorrentía tiene numerosos beneficios para la investigación futura en relación con el escurrimiento de las áreas de césped cubierto como jardines residenciales, campos deportivos, parques y espacios verdes similares. El principal de ellos es que la instalación es lo suficientemente grande como para mantener a largo plazo el uso de equipos de tamaño completo común a la industria del césped. Siega se puede hacer usando caminar detrás o tractores cortacésped. La fertilización puede hacerse utilizando esparcidores de caída en el comercio. El gran tamaño de las parcelas individuales deben ayudar incluyen cantidades similares de variabilidad natural y los efectos del microclima en cada uno. La instalación fue construida en suelo nativo relativamente inalteradas por lo que los resultados no están sesgados por efectos antropogénicos. La instalación cuenta con control de parcela individual sobre el uso de equipos de riego quees típico de los sistemas de riego dueño de casa. Por lo tanto, la necesidad de un simulador de lluvia se elimina permitiendo de ese modo la altura de todas las parcelas 24 que se ejecutan de forma simultánea si así se desea. Medición de la escorrentía y la toma de muestras es automatizado lo que permite la recopilación de datos y la muestra de las tormentas no programadas.

Se planean estudios futuros que investiguen los efectos de los volúmenes de riego, la cobertura del suelo, las fuentes de nutrientes, tasas de aplicación, y el calendario de aplicación. Como superficie Greenscape urbana sigue aumentando, las instalaciones de esta naturaleza ofrecen la posibilidad de estudios intensivos de riego y movimiento de nutrientes de los paisajes urbanos. Los datos de este tipo se pueden utilizar para el desarrollo de mejores prácticas de gestión basadas en principios científicos que minimicen fuera de las instalaciones de movimiento de agua y nutrientes bajo diferentes regímenes climáticos.

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