En regn simulator blev brugt til at anvende en ensartet sats på ensartet regn til pakkede jord bokse i en undersøgelse af skæbne og transport af urinstof, et nonpoint kilde miljøforurening. Under ensartede jordbundsforhold og nedbørsmønstre betingelser, forgængeren vandindhold jord udøvede stærk kontrol over urea tab i overfladeafstrømning.
Nedbøren er en drivende kraft til transport af miljøbelastende stoffer fra landbrugsjorde til surficial vandområder via overfladeafstrømning. Formålet med denne undersøgelse var at karakterisere effekten af forgængeren vandindhold jord på skæbne og transport af overfladeudbragt kommerciel urinstof, en almindelig form for kvælstof (N) gødning, efter en nedbør begivenhed, der finder sted inden 24 timer efter gødskning. Selvom urea antages at være let hydrolyseres til ammonium og derfor ikke ofte tilgængelige for transport, de seneste undersøgelser tyder på, at urinstof kan transporteres fra landbrugsjorde til kystvande, hvor det er impliceret i skadelige algeopblomstringer. En regnfald simulator anvendes til at påføre en ensartet hastighed på ensartet regnfald tværs pakket jord kasser, der var blevet befugtet til forskellige jord fugtindhold. Ved at styre nedbør og jordens fysiske egenskaber, virkningerne af forgængeren jordfugtighed på urea tab var isolaTed. Wetter jorde udstillet kortere tid fra regn initiering til afstrømning indvielse, større samlede volumen af afstrømning, højere koncentrationer af urinstof i afstrømning, og større massebelastninger af urinstof i afstrømning. Disse resultater viser også vigtigheden af at kontrollere for forgængeren jord fugtindhold i studier designet til at isolere andre variabler, såsom jord fysiske eller kemiske egenskaber, hældning, jorddække, ledelse eller nedbørsmængden egenskaber. Fordi spredningseffekt simulatorer er designet til at levere regndråber af samme størrelse og hastighed som naturlig nedbør, kan undersøgelser under en standardiseret protokol give værdifulde data, som til gengæld kan bruges til at udvikle modeller til at forudsige skæbne og transport af forurenende stoffer i afstrømning.
De miljømæssige konsekvenser af landbrugets er en global og hastigt voksende bekymring, især i lyset af usikkerheden i den globale forandring. Nedbøren er en drivende kraft til transport af miljøbelastende stoffer fra landbrugsjorde til surficial vandområder via overfladeafstrømning. En stor mængde forskning er fokuseret på en bedre forståelse af samspillet mellem nedbør og jordbundsforhold, da de bestemmer Nonpoint kilder til sediment, næringsstoffer, og tab af pesticider fra landbrugsjord. Formålet med denne undersøgelse var at karakterisere effekten af forgængeren vandindhold jord på skæbne og transport af overfladeudbragt kommerciel urinstof, en almindelig form for kvælstof (N) gødning, efter en nedbør begivenhed, der finder sted inden 24 timer efter gødskning.
Der er få undersøgelser af skæbne og transport af urinstof i jord, fordi urinstof hurtigt hydrolyseres til ammonium efter gødningstilførsel og therefore ikke ofte til rådighed for transport. De seneste skelsættende undersøgelser tyder, at urinstof kan transporteres fra landbrugsjorde til kystvande og forårsage forskydninger mod populationer af organismer, der producerer skadelige giftstoffer 1,2. Både laboratorie-og markforsøg har vist, at når de domoinsyre-producerende diatoméarter Pseudo-Nitzschia australis (P. Australi r) blev dyrket i urea beriget havvand, mængden af domoinsyre producerede var større, end når der dyrkes på nitrat-eller ammonium-berigede havvand 3. Denne undersøgelse bruges simuleret nedbør til at undersøge de processer, der styrer potentialet for urea-N-tab i afstrømning efter handelsgødning ansøgning.
På grund af variabilitet af naturlige nedbør, er nedbørsmængden simulatorer blevet brugt til at anvende ensartede nedbørsmængder satser over landområder overflader eller pakket jord kasser til at evaluere afstrømning under kontrollerede forhold. Nedbør simulatorer blev oprindeligt brugt til at studere jorderosion 4. Men i de år, de har været brugt til at måle andre indholdsstoffer i overfladevand og perkolat fra jord 5-7. Feltundersøgelser ved hjælp af naturlige nedbør er også blevet udført for at vurdere tab af jord bestanddele i afstrømning. Tendenser mellem naturlige nedbør og nedbør simuleringsdata følger et lignende mønster, der peger på en sammenhæng i processer. Derfor nedbør simulation kan bruges i undersøgelser for at forudsige den sandsynlige forekomst af, hvad der sker under naturlige nedbør 8.
En række af regnmængde simulatorer er blevet udviklet, og typisk de bruger dyse sprøjter til at anvende vand på ønskede satser og varigheder. Størrelsesmæssigt, nedbør simulatorer spænder fra en enkel, lille, transportabel Infiltrometer med en 6 i diameter nedbør område 9 til komplekse Kentucky nedbør simulator, der dækker et plot 14,75 ft x 72 ft (4,5 mx 22 m) 10. En mangel i kroppen af forskning, der employed nedbør simulation er, at der ikke er nogen enkelt standardiseret design eller protokol for udførelse nedbørsmønstre simuleringer 11.. Faktisk ved 2011 "International Rainfall Simulator Workshop" på Trier Universitet, Tyskland, et samarbejde samfund af videnskabsfolk fra 11 deltagerlande konkluderet, at der er behov for en standardisering af nedbør simulering og simulatorer for at sikre sammenlignelighed af resultater og at fremme yderligere tekniske udvikling for at overvinde fysiske begrænsninger og begrænsninger 12. Denne undersøgelse søger at delvis løse dette behov ved at præsentere en detaljeret beskrivelse af en standardiseret protokol for udførelse nedbørsmønstre simuleringer ved hjælp af en simulator, der allerede er udbredt til brug i Nordamerika.
Dette eksperiment er en del af en større undersøgelse designet til at vurdere kilden til urinstof i kystvande af Chesapeake Bay, hvor vides giftige alger forekommer årligt. Den specifikke objectiv e med forsøget var at bestemme virkningen af forgængeren fugtindhold jord på urinstof tab i afstrømning. Duplicate ensartet pakket jord Kasserne blev befugtet med en af seks forskellige fugtighedsindhold, der repræsenterer 50, 60, 70, 80, 90 og 100% af feltet kapacitet. Urea var overfladeudbragt i pilleform med en hastighed på 150 kg N / ha. Inden for 24 timer kasserne blev udsat for ensartet nedbør på 40 min varighed med en hastighed på 3,17 cm / time, svarende til en naturlig nedbør begivenhed, der almindeligvis opstår på årsbasis på den østlige bred af Chesapeake Bay i Maryland. Afstrømning prøver blev opsamlet ved 2 min intervaller straks filtreret under anvendelse af et glasfilter (0,45 um) og opbevaret ved 4 ° C indtil de blev analyseret inden for 24 timer efter prøvetagning. Urea-N-koncentrationer blev bestemt ved flow injection analyse kolorimetrisk 13. Data blev analyseret ved hjælp af SAS V.9.1 14, og de statistiske resultater blev anset for signifikante på P ≤ 0,05.
e_content "> Den bærbare nedbør simulator, der blev brugt i denne undersøgelse opfylder design specifikationer 15 og protokol, der blev udviklet af National Fosfor Project 16. I USA og Canada, har denne simulator design og protokol blevet bredt vedtaget som standard metode til bruge både ved opgørelsen af opløst og partikulært bundet fosfor tab i afstrømning. Selvom afstrømning prøver blev analyseret for urea snarere end fosfor, metoden til at anvende en ensartet og konsekvent regn til pakket jord kasser er den samme, som er kort beskrevet i National Fosfor Projekt nedbør simulation protokol.Afstrømning er primært genereret af to mekanismer, infiltration overskydende afstrømning og mætning overskydende afstrømning 18 og er påvirket af jordens egenskaber, antecedent jordens fugtighed, topografi, og regn intensitet. Nedbøren simulering kan anvendes til at fastsætte den regn intensitet variable og studere et eller flere af de resterende variable. Regnfald intensitet og varighed kan også styres over et begrænset område for undersøgelsen ved at ændre dysestørrelse. De mest kritiske trin for udførelse nedbør simulation undersøgelser af pakket jord bokse er: 1) at sikre en ensartet pakning af jord kasser; 2) kontrollerer forgænger fugtindhold jord; 3) kalibrering flow for den valgte dyse, så drop størrelse og hastighed tilnærmer naturlige nedbør; og 4) at justere dyse position til at sikre ensartet regn på tværs af alle jord bokse.
Ved slutningen af kalibreringsprocessen er en gang et CV på mindre end 0,05 opnået for nedbør ensartethed på tværs af alle jordkasser bør 10 min kalibrering gentages flere gange for at sikre, at regn-intensiteten på tværs kørsler er konsistent. Et CV kan også beregnes for ensartethed på tværs af kørsler. Hvis CV for ensartethed på tværs af kørsler er mindre end for ensartethed af nedbør på tværs af alle bokse, overveje at gruppere replikate behandlinger inden for de enkelte kørsler for at minimere variation på tværs af behandlinger. Ellers, for at mindske fejl i forbindelse med box position og på tværs af kørsler, randomisere begge behandlinger og replikater efter kasse position, tage skridt til at begrænse placere en behandling i en position mere end én gang.
Ved hjælp af denne nedbør simulator design og en standardprotokol for korrekt kalibrering simulatoren vil forbedre sammenligninger af resultater på tværs af undersøgelser foretaget af forskellige forskere. De data, der stammer denne måde kan bruges til at forudsige, hvad der sker under naturlige nedbør og bedre forstå de processer og faktorer, der styrer tab til miljøet fra nogennpoint forureningskilder. Sådanne undersøgelser kan give værdifulde data til brug i udviklingslandene modeller til at forudsige skæbne og transport af forurenende stoffer sediment og kemiske i afstrømningen under naturlige nedbør forhold.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret delvist af en Capacity Building Grant tildelt University of Maryland Eastern Shore (mængderne,) af National Institute of Food and Agriculture. Forfatterne vil gerne takke Don Mahan (mængderne,) for hans hjælp i etableringen af nedbør simulator og i at gennemføre nedbørsmønstre simuleringer. Tak er også udvidet til Janice Donohoe (mængderne,) til udførelse af laboratorieanalyser og bachelorer elever (mængderne,) for deres hjælp i at gennemføre den nedbør simulation eksperiment og behandling af prøver.
Rainfall Simulator | Joern's Inc. | TLALOC 3000 | Size 1.5m x 2.0m (size optional) |
Rainfall Simulator | Joern's Inc. | TLALOC 4000 | Size 2.0m x 2.0m (size optional) |
Rainfall Nozzle | Spraying Systems Inc. | 3/8HH-SS17WSQ | Size 17 nozzle |
Rainfall Nozzle | Spraying Systems Inc. | 3/8HH-SS24WSQ | Size 24 nozzle |
Rainfall Nozzle | Spraying Systems Inc. | 1/2HH-SS30WSQ | Size 30 nozzle |
Rainfall Nozzle | Spraying Systems Inc. | 3/8HH-SS50WSQ | Size 50 nozzle |