En regnsimulator användes för att tillämpa en enhetlig hastighet av enhetliga regn till packade jord lådor i en studie av det öde och transport av urea, en nonpoint källa miljögifter. Under enhetliga mark-och regnförhållanden, gångare jord fukthalt utövade stark kontroll över urea förlust i ytavrinning.
Nederbörd är en drivkraft för transport av miljöföroreningar från jordbruksmark till surficial vattendragen via ytavrinning. Syftet med denna studie var att karakterisera effekterna av antecedent jord fukthalt på ödet och transport av ytan appliceras kommersiell urea, en vanlig form av kväve (N) gödsel, efter ett regn händelse som inträffar inom 24 timmar efter tillförsel av gödselmedel. Även urea antas vara lätt hydrolyseras till ammonium och därför inte ofta tillgängliga för transport, nya studier tyder på att urea kan transporteras från jordbruksmark till kustvatten där det blandas in i skadliga algblomningar. En regnsimulator användes för att tillämpa en enhetlig hastighet av enhetlig regn över packade markrutor som hade förvättes till olika jordfukthalter. Genom att styra nederbörd och markens fysikaliska egenskaper, effekter av antecedent markfuktighet på urea förlust var isolated. Wetter jordar uppvisade kortare tid från regn initiering till avrinning initiering, större total volym av avrinning, högre ureakoncentrationer i avrinning och större satsade massor av urea i avrinning. Dessa resultat visar också vikten av att kontrollera för antecedent jord fukthalt i studier som syftar till att isolera andra variabler, såsom jord fysiska eller kemiska egenskaper, lutning, jordtäcke, ledning, eller regnegenskaper. Eftersom regnsimulatorer är konstruerade för att leverera regndroppar av liknande storlek och hastighet som naturlig nederbörd, kan studier som utförts inom ramen för ett standardiserat protokoll ge värdefull information som i sin tur kan användas för att utveckla modeller för att förutsäga öde och transport av föroreningar i avrinning.
Miljökonsekvenserna av jordbruket är en global och snabbt ökande oro, särskilt i ljuset av osäkerheten i den globala förändringen. Nederbörd är en drivkraft för transport av miljöföroreningar från jordbruksmark till surficial vattendragen via ytavrinning. En stor mängd forskning är inriktad på att bättre förstå samspelet mellan nederbörd och markförhållanden som de bestämmer Nonpoint källor av sediment, näringsämnen, och förluster av bekämpningsmedel från jordbruksmark. Syftet med denna studie var att karakterisera effekterna av antecedent jord fukthalt på ödet och transport av ytan appliceras kommersiell urea, en vanlig form av kväve (N) gödsel, efter ett regn händelse som inträffar inom 24 timmar efter tillförsel av gödselmedel.
Det finns få studier av ödet och transport av urea i jordar, eftersom urea hydrolyseras snabbt till ammonium efter ansökan och th gödselerefore inte ofta tillgängliga för transport. Men senare avrinningsområden studier tyder på att urea kan transporteras från jordbruksmark till kustvatten och orsaka skiftar mot populationer av organismer som producerar skadliga gifter 1,2. Både laboratorie-och fältexperiment har visat att när de domorinsyra producerande kiselalgen Pseudo-nitzschia australis (P. Australi s) odlades i urea berikat havsvatten, mängden domorinsyra producerade var större än när den odlas på nitrat-och ammonium-berikad havsvatten 3. Denna studie använde simulerade regn för att undersöka de processer som styr möjligheterna till urea-N förluster i avrinningen efter kommersiell tillämpning gödsel.
På grund av variationen av naturliga regn, har regn simulatorer använts för att tillämpa enhetliga regn priser över landytor eller packade markboxar för att utvärdera avrinning under kontrollerade förhållanden. Regn simulatorer ursprungligen användes för att studera jordenerosion 4. Men under årens lopp har de använts för att mäta andra beståndsdelar i ytavrinning och lakvatten från jordar 5-7. Fältstudier med hjälp av naturliga nederbörden har också genomförts för att bedöma förluster av markkomponenter i avrinning. Trender mellan naturliga regn och regn simuleringsuppgifter följer ett liknande mönster som pekar till en konsistens i processer. Därför regn simulering kan användas i studier för att förutsäga den sannolika förekomsten av vad som händer under naturliga regn 8.
En mängd olika regn simulatorer har utvecklats, och oftast de använder munstycke sprutor för att tillämpa vatten vid önskade priser och löptider. I fråga om storlek, regn simulatorer allt från en enkel, liten, bärbar infiltrometer med en 6 diameter regn område 9 till den komplexa Kentucky regnsimulator, som omfattar en tomt 14.75 fot x 72 fot (4,5 mx 22 m) 10. En brist i kroppen av forskning som EMPlegerade regn simulering är att det inte finns en standardiserad utformning eller protokoll för att leda regnsimuleringar 11. Faktum är att på 2011 "International Nederbörd Simulator workshop" vid Trier Universitet, Tyskland, en kollaborativ gemenskap av forskare från 11 deltagande länder fram till att det behövs en standardisering av regn simulering och simulatorer för att säkerställa att resultaten blir jämförbara och att främja ytterligare tekniska utvecklingen för att övervinna fysiska begränsningar och begränsningar 12. Denna studie syftar till att delvis lösa detta behov genom att presentera en detaljerad beskrivning av ett standardiserat protokoll för att leda regnsimuleringar med hjälp av en simulator som redan är allmänt antas att användas i Nordamerika.
Detta experiment är en del av en större studie som syftar till att bedöma källan till urea i flodmynningar vattnet i Chesapeake Bay där är kända giftiga algblomningar förekomma årligen. Den specifika objectiv e med experimentet var att bestämma effekten av föregångaren markens fukthalt på ureaförluster i avrinning. Duplicera jämnt packade jordrutor var förvättes till en av sex olika fukthalter som representerar 50, 60, 70, 80, 90, och 100% av fältkapaciteten. Urea var ytan appliceras i prill formen med en hastighet av 150 kg N / ha. Inom 24 timmar rutorna utsattes för jämn nederbörd på 40 min varaktighet med en hastighet av 3,17 cm / tim, vilket motsvarar en naturlig nederbörd händelse som vanligen inträffar årligen på östra stranden av Chesapeake Bay i Maryland. Avrinning Prover uppsamlades vid 2 min intervall, omedelbart efter filtrering med ett glasfilter (0,45 | im) och lagrades vid 4 ° C tills de analyserades inom 24 h efter insamling. Urea-N-koncentrationerna bestämdes genom flödesinjektionsanalys kolorimetri 13. Data analyserades med användning av SAS v.9.1 14, och statistiska resultat betraktades som signifikanta vid P ≤ 0,05.
e_content "> Den bärbara regn simulator som användes i denna studie uppfyller konstruktionsspecifikationer 15 och protokoll som utvecklades av National Fosfor Project 16. I USA och Kanada, har denna simulator design och protokoll fått stor spridning som standardmetod för användning vid bestämning av både upplöst och partikelbunden fosfor förlust i avrinning. Även avrinning prover analyserades för urea snarare än fosfor, är densamma som den som kortfattat beskrivs i National Fosfor metoden för applicering av en enhetlig och konsekvent regn till packade jordrutor Projekt regn simuleringsprotokoll.Avrinning främst genereras av två mekanismer, infiltration skjutande avrinning och mättnad överskott avrinning 18 och påverkas av markens egenskaper, gångare markfuktighet, topografi, och regnintensitet. Nederbörd simulering kan användas för att fixera regnintensiteten variabel och studera ett eller flera av de övriga variablerna. Nederbörd intensitet och varaktighet kan även styras över ett begränsat område för studier genom att ändra munstyckets storlek. De mest kritiska stegen för att bedriva regn simuleringsstudier på packad jord lådor är: 1) säkerställa enhetlig packning av jordlådor; 2) kontrollerar gångare jord fukthalt; 3) kalibrering av flödeshastigheten för den valda munstycket så att droppstorlek och hastighet approximerar naturligt regn; och 4) att justera munstyckets position för att säkerställa en enhetlig regn i alla markrutor.
I slutet av kalibreringsprocessen, är en gång en CV på mindre än 0,05 uppnås för regn enhetlighet i alla jordboxar bör 10 min kalibreringen upprepas flera gånger för att se till att regnintensitet över körningar är konsekvent. Ett CV kan också beräknas för likformighet mellan körningar. Om CV för enhetlighet mellan körningar är mindre än för enhetlighet i regn i alla rutor, överväga att gruppera likadana behandlingar inom enskilda körningar för att minimera variationen mellan behandlingarna. Annars, för att minska felet i samband med box läge och över körningar, slumpa båda behandlingarna och replikerar enligt rutan läge, vidtar åtgärder för att begränsa placera en behandling i en position mer än en gång.
Med hjälp av denna regnsimulator design och ett standardprotokoll för korrekt kalibrering av simulatorn kommer att förbättra jämförelser av resultat över studier som utförts av olika forskare. De data som erhålls på detta sätt kan användas för att förutsäga vad som händer under naturliga nederbörd och bättre förstå de processer och faktorer som styr förluster till miljön från någonnpoint källor till föroreningar. Sådana studier kan ge värdefulla uppgifter för användning i utvecklingsmodeller för att förutsäga öde och transport av sediment och kemiska föroreningar i avrinning under naturliga nederbördsförhållanden.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete har finansierats delvis av en kapacitetsuppbyggnad Grant delas University of Maryland Eastern Shore (UMES) av det nationella institutet för livsmedel och jordbruk. Författarna vill tacka Don Mahan (UMES) för hans hjälp med att installera regnsimulator och bedriva regnsimuleringar. Tack också utvidgas till Janice Donohoe (UMES) för att utföra laboratorieanalyser och studenter studenter (UMES) för deras hjälp i utförandet av regnsimuleringsexperiment och bearbetning av prover.
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 |