En regnsimulator ble brukt til å søke en konsistent hastighet på uniform nedbør til pakket jord bokser i en studie av skjebnen og transport av urea, en nonpoint kilde miljø forurensningen. Under uniform jord og regnforhold, utøvde forutgående jordfuktighet sterk kontroll over urea tap i overflateavrenning.
Nedbør er en pådriver for transport av miljøgifter fra jordbruksjord til surficial vannforekomster via overflateavrenning. Målet med denne studien var å karakterisere virkningene av forutgående jordfuktighetsinnhold på skjebne og transport av overflaten påføres kommersiell urea, en vanlig form for nitrogen (N) gjødsel, etter en regnskyll hendelse som inntreffer innen 24 timer etter at gjødslings. Selv om urea antas å være lett hydrolyseres til ammonium og derfor ikke ofte tilgjengelig for transport, nyere studier tyder på at urea kan transporteres fra jordbruksjord til kystnære farvann hvor det er innblandet i skadelige algeoppblomstringer. En regnsimulator ble brukt til å søke en jevn hastighet av uniform nedbør over pakket jord bokser som hadde blitt prefuktede til forskjellige jordfuktighet innholdet. Ved å kontrollere nedbør og jord fysiske egenskaper, effekter av forutgående jordfuktighet på urea tap var isolated. Våtere jord utstilt kortere tid fra nedbør initiering til avrenning initiering, større totalvolum av avrenning, høyere urea konsentrasjoner i avrenning, og større masse belastninger av urea i avrenning. Disse resultatene viser også viktigheten av å kontrollere for forutgående jordfuktighet i studier designet for å isolere andre variabler, som for eksempel jord fysiske eller kjemiske egenskaper, skråning, jorddekke, ledelse, eller regn egenskaper. Fordi regn simulatorer er designet for å levere regndråper i samme størrelse og hastighet som naturlig nedbør, kan studier gjennomført under en standardisert protokoll gi verdifulle data som i sin tur kan brukes til å utvikle modeller for å forutsi skjebnen og transport av miljøgifter i avrenning.
De miljømessige konsekvensene av landbruket er en global og raskt økende bekymring, spesielt i lys av usikkerheten i global endring. Nedbør er en pådriver for transport av miljøgifter fra jordbruksjord til surficial vannforekomster via overflateavrenning. En stor mengde forskning er fokusert på bedre å forstå samspillet mellom nedbør og grunnforhold som de bestemmer nonpoint kilder til sediment, næringsstoff og plantevernmiddel tap fra jordbruksjord. Målet med denne studien var å karakterisere virkningene av forutgående jordfuktighetsinnhold på skjebne og transport av overflaten påføres kommersiell urea, en vanlig form for nitrogen (N) gjødsel, etter en regnskyll hendelse som inntreffer innen 24 timer etter at gjødslings.
Det er få studier av skjebnen og transport av urea i jord, fordi urea er raskt hydrolysert til ammonium følgende gjødsling og therefore ikke ofte tilgjengelig for transport. Men nyere vannskille studier tyder på at urea kan transporteres fra jordbruksjord til kystnære farvann og forårsake forskyves mot bestander av organismer som produserer giftstoffer 1,2. Både laboratorie-og felteksperimenter har vist at når de domoisyre produserende diatom Pseudo-nitzschia australis (s. Australi s) ble dyrket i urea anriket sjøvann, mengden av domoisyre produsert var større enn når dyrket på nitrat-eller ammonium-anriket sjøvann tre. Denne studien benyttet simulert nedbør for å undersøke de prosessene som styrer potensialet for urea-N tap i avrenning følgende kunstgjødsel søknad.
På grunn av variasjonen av naturlige nedbør, har regn simulatorer blitt brukt til å søke uniform regn priser over land overflater eller pakket jord boksene for å vurdere avrenning under kontrollerte forhold. Nedbør simulatorer ble opprinnelig brukt til å studere jorderosjon fire. Men i løpet av årene de har blitt brukt til å måle andre bestanddeler i overflateavrenning og sigevann fra jordsmonn 5-7. Feltstudier ved hjelp av naturlig nedbør har også blitt utført for å vurdere tap av jord bestanddeler i avrenning. Trender mellom natur nedbør og nedbør simulerte data følger et lignende mønster, peker til en konsistens i prosesser. Derfor regn simulering kan brukes i undersøkelser for å forutsi den sannsynlige forekomst av hva som skjer i henhold til naturlige nedbør 8..
En rekke regn simulatorer har blitt utviklet, og vanligvis de bruker dyse sprøyter å bruke vann på ønskede kostnader og varighet. Når det gjelder størrelse, regn simulatorer variere fra en enkel, liten, bærbar infiltrometer med en 6 i diameter nedbørsområde 9 til komplekset Kentucky nedbøren simulator, som dekker en tomt 14,75 ft x 72 ft (4,5 mx 22 m) 10. En brist i kroppen av forskning som EMPloyed nedbør simulering er at det er ingen enkel standardisert design eller protokoll for gjennomføring av regn simuleringer 11. Faktisk, i 2011 "International Nedbør Simulator Workshop" i Trier universitetet i Tyskland, et samarbeids fellesskap av forskere fra 11 deltakerland konkluderte med at en standardisering av nedbør simulering og simulatorer er nødvendig for å sikre sammenlignbarhet av resultater og for å fremme videre tekniske utviklingen for å overvinne fysiske begrensninger og begrensninger 12. Denne studien søker å delvis løse dette behovet ved å presentere en detaljert beskrivelse av en standardisert protokoll for å gjennomføre regn simuleringer ved hjelp av en simulator som allerede er allment tatt i bruk i Nord-Amerika.
Dette eksperimentet er en del av en større studie designet for å vurdere kilden til urea i estuarine vannet i Chesapeake Bay hvor giftige algeoppblomstringer er kjent for å forekommer årlig. Den spesifikke objectiv e av forsøket var å bestemme effekten av forutgående jordfuktighet på urea tap i avrenning. Duplikat jevnt pakket jord boksene ble prefuktede til en av seks forskjellige fuktighetsinnhold som representerer 50, 60, 70, 80, 90, og 100% av feltkapasiteten. Urea ble anvendt i overflate prill formen med en hastighet på 150 kg N / ha. Innen 24 timers boksene ble utsatt for uniform nedbørsmengde på 40 min varighet med en hastighet på 3,17 cm / time, tilsvarende en naturlig nedbør hendelse som ofte oppstår på årsbasis på den østlige kysten av Chesapeake Bay i Maryland. Avrenning Prøver ble tatt ved 2 min intervaller, umiddelbart filtrert ved hjelp av et glassfilter (0,45 um), og lagret ved 4 ° C inntil de ble analysert i løpet av 24 timer etter innsamling. Urea-N konsentrasjonene ble bestemt av flyt injeksjon analyse kolorimetri 13. Data ble analysert ved hjelp av SAS v.9.1 14, og statistiske resultatene ble vurdert signifikant på P ≤ 0,05.
e_content "> Den bærbare nedbøren simulator som ble benyttet i denne studien oppfyller design spesifikasjoner 15 og protokoll som ble utviklet av National Fosfor Prosjekt 16. I USA og Canada, har denne simulatoren design og protokoll blitt mye vedtatt som standard metode for bruk i å bestemme både oppløst og partikkelformet-bundet fosfor tap avrenning. Selv avrenning Prøver ble analysert med hensyn på urea i stedet for fosfor, er metoden for å anvende en enhetlig og konsistent nedbør til pakket jord bokser den samme som den som er kort beskrevet i National Fosfor Prosjekt nedbøren simulering protokollen.Avrenning er i hovedsak generert av to mekanismer, infiltrasjon skytende avrenning og metning skytende avrenning 18 og er påvirket av jordegenskaper, forutgående jordfuktighet, topografi, og nedbørsmengdene. Regn-simulering kan anvendes for å løse regnintensitet variable og studere et eller flere av de gjenværende variabler. Regn intensitet og varighet kan også reguleres over et begrenset område for undersøkelse ved å endre størrelsen av dysen. De mest viktige skritt for å gjennomføre nedbøren simuleringsstudier på pakket jord boksene er: 1) å sikre ensartet pakking av jord bokser; 2) kontrollerende forutgående jordfuktighetsinnhold; 3) kalibrering strømningshastighet for den valgte dyse slik at dråpestørrelse og hastighet tilnærmet naturlige nedbør; og 4) justere dyse posisjon for å sikre ensartet nedbør på tvers av alle jord bokser.
Ved slutten av kalibreringsprosessen, blir en gang en CV på mindre enn 0,05 oppnådd for nedbøren ensartethet over hele jordbokser, bør 10 min kalibreringen gjentas flere ganger for å sikre at regnintensiteten på tvers av kjøringer er konsekvent. En CV kan også beregnes for enhetlig runs. Dersom CV for enhetlig kjører er mindre enn for ensartethet av nedbør på tvers av alle bokser, vurdere å gruppere replikere behandlinger innenfor enkelte går for å minimere variasjon over behandlinger. Ellers, for å redusere feil i forbindelse med boks-posisjonen og på tvers løper, randomize begge behandlingene og replikerer i henhold til boksen stilling, idet fremgangsmåten for å begrense plassere en behandling i en posisjon mer enn en gang.
Ved hjelp av denne nedbøren simulator design og en standard protokoll for skikkelig kalibrering simulatoren vil bedre sammenligninger av resultater på tvers av studier utført av ulike forskere. De data som er utledet på denne måten kan brukes til å forutsi hva som skjer i henhold til naturlige nedbør, og en bedre forståelse av de prosesser og faktorer som styrer tap til omgivelsene fra noennpoint kilder til miljøgifter. Slike studier kan gi verdifulle data til bruk i utviklingsmodeller for å forutsi skjebnen og transport av sediment og kjemiske forurensninger i avrenning under naturlige nedbørsforhold.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert delvis av en Capacity Building Grant tildelt til University of Maryland Eastern Shore (volumer) av National Institute of Food and Agriculture. Forfatterne ønsker å takke Don Mahan (volumer) for hans hjelp i å sette opp nedbøren simulator og i å gjennomføre regn simuleringer. Takket er også utvidet til Janice Donohoe (volumer) for å utføre laboratorieanalyser og studenter studenter (volumer) for deres hjelp i å gjennomføre nedbøren simulering eksperiment og bearbeiding av prøvene.
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 |