Summary
Besin partikül formunda mevcut tarımsal drenaj sularda genel yük önemli ölçüde katkıda bulunabilir. Bu çalışmada su akışı ağırlıklı ve çiftlik kanal drenaj dan asılı parçacıklar drenaj olay tüm süresi boyunca yakalamak için yeni bir yöntem açıklanır.
Abstract
Bu çalışmada su akışı ağırlıklı yakalamak için kullanılan yöntemleri tarif etmektir ve drenaj sırasında çiftlik kanallar üzerinden askıya alınan parçacık olaylar deşarj. Çiftlik Kanallar taşıma için duyarlı besinler fosfor (P) gibi zenginleştirilmiş. Fosfor askıya alınan parçacıklar şeklinde önemli ölçüde genel P yükler drenaj su katkıda bulunabilir. Bir yerleşim tankı ayrık drenaj olaylar sırasında askıya alınmış parçacıkları yakalamak için yapılan. Çiftlik kanal deşarj su iki 200 L dispersiyon tank bir dizi bir bileşik subsample taburcu su temsil böylece drenaj olay, tüm süresi boyunca toplanmıştır. Imhoff dispersiyon koniler en sonunda asılı parçacıklar yerleşmek için kullanılır. Bu konik yoluyla halledilmesi tankları suyu su tarafından sağlanır. Parçacıklar sonra FİZİKO-kimyasal analizler için toplanır.
Introduction
Kader ve askıya alınan parçacık taşımacılığının ötrofikasyon, özellikle tarım sistemleri1,2' deki rolü nedeniyle çok sayıda çalışma konusu olmuştur. Partiküler madde bir su sistemi içinde yer alan besinlerin kapsamlı bir değerlendirme gibi iç besin Bisiklete binme çok sayıda çevresel sorunlarını araştırmak ve üstteki su sütun3için serbest bırakmak gereklidir, substrat istikrar, su sütunu ve sonunda su kalite endişeleri aşağı akım ekosistemler4içinde ışık durumu. Partikül formunda (organik madde veya çökeller) depolanan fosfor (P) genellikle su sütun5' den büyük miktarıdır. Kenney ve arktarafından yürütülen bir çalışma. 6 Lake Lochloosa, Florida'da tevdi son çökeller 1900 yaş aralığı ve 2006 yılları arasında olduğunu gösterdi. Genç bu çökeller içinde su sütunu mevcut yaklaşık 55 kat daha fazla P daha içeriyordu. Parçacıklar belirli bir sistemde olabilir potansiyel etkisi karakterize etmek için bir drenaj olaylar sırasında taburcu tortu depolanan fosfor nicel bir envanter yapmak yaklaşımdır. Toplama ve bu taburcu tanecikleri analiz hassas ekosistemler üzerindeki aşağı akım besin zenginleştirme etkileri tahmin yardımcı olabilir.
Fırtına olaylar genellikle zaman küçük bir kısmını temsil henüz çiftlik drenaj P yük deşarj çoğunluğu katkıda bulunabilir. Bunun nedeni su büyük miktarda sel gelen alanları önlemek için kısa bir süre içinde süzülmüş. Yağış yoğunluğu ve akış oranları hayati karayolu ile yapılan ikinci tur7askıya alınmış çökeller konsantrasyonu kontrol edebilirsiniz faktörler sürüş. Bileşik su akışı ağırlıklı örnekleri yakalar yöntemleri izleme tasarımı karmaşık, yüksek yoğunluk yağmur olaylar ile ilişkili hataları önlemeye yardımcı olur. Fırtınalar gibi yüksek deşarj olaylar sırasında konsantrasyonları hızlı ve köklü değişimler artımlı birim için ortalama kirletici konsantrasyon temsilcisi olabilir. Bu nedenle, su akışı ağırlıklı örnekleri çok daha doğru gösteren bir deşarj olay konsantrasyonu yüklerin özetlemesi zaman8' in bir dönemde olduğu gibi. En yaygın akışı ağırlıklı örnekleri otomatik olarak toplanan ayrı veya bileşik örnekleri vardır. Dışa aktarılan askıya alınan parçacık tarladan yakalayarak deşarj sırasında drenaj P yükleme olayda şiddetini ölçmek için bize izin verir. Yöntem bu çalışmada yardımcı olur yakalamada daha sonra çeşitli fiziksel ve kimyasal özelliklerini karakterize edilebilir tanecikleri nitelendirdi. Drenaj deşarj Kepçe örnekleme karşı sürekli kompozit akış yöntemi kullanarak örnekleme yenilik saha durumuna bir daha iyi temsil drenaj olay süresi üzerinde olmasıdır. Oysa kapmak örnekleme bir "zaman içinde anlık görüntü görüntü görüntüsünü" olduğunu ve tamamen olmayabilir, tüm olay etkisini gösterir.
Güney Florida, ABD Everglades tarımsal alan (EAA) kanallı ve tarım için ticari ve konut geliştirme süzülmüş özgün Everglades büyük bir genişlik var. Yaklaşık 1.100 milyon m3 su her yıl gelen ve EAA Güney ve Güneydoğu9aracılığıyla serbesttir. EAA topraklarda çoğu genelde içerir Histosols % 35 mineral içerik10az % 85 organik önemli ağırlık tarafından ve sahip bitti. Kanal çökeller genellikle düşük toplu yoğunluğu (arasında 0.14 g cm-3 0.35 g cm-3için), sahip yüksek organik madde içeriği (arasında 31-%35) ve 726-1,089 mg kg-1 11arasında değişen toplam P (TP) değerleri.
Bu tanıtım amacıyla bir grubu içinde EAA seçildi. Nasıl su içinde EAA akar hydroscape pompaları ve yerçekimi bağlıdır. EAA her grupta en az bir ana kanal üzerinde oluşur ve birden çok alan hendek. Alan için ana kanal çalışma dik bırakıp giden. Pompalar genellikle ikili bir amaca hizmet; Onlar sulama su çiftliğe teslim ve ayrıca akıntı drenaj su site dıında. Alanları drene gerektiğinde, ana kanal suya indirilir ve hidrolik eğim tarafından tahrik hendek, içine su alanından boşalmasına neden olur. Transit toprak profil alanları akıyor alana oluşur yağış yüzey çoğunda yalnızca hafif bir eğim nedeniyle hendek. Sulama sırasında sistem tersine çevrilir. EAA fayans drenaj bir ağdır. Su tablası topraklar kireç taşı ana kaya alt tabaka kısıtlayıcı bir tabaka nedeniyle belirli bir yükseklikte tutulur. Su ana Kanallar getirilir; alan çukur dolu ve su alanları su tablası seviyelerini yükseltmek için toprak profili içine sızmak için izin verilir. Genellikle, EAA sulama suyu için talepler Mart, Nisan ve Mayıs (kuru sezon), sırasında çok az drenaj akıntı ile oluşur. Buna ek olarak, Haziran ve Ekim (ıslak mevsim) arasında taburcu su hacmi önemli ölçüde daha yüksektir. 12P yükleme çiftlik içine potansiyel bir kaynak Kanallar olarak kanal banka berms ve hendek varlığı için en az yüzey akış sağlar.
Görsel bu deneyde, biz daha sonra toplu yoğunluğu, organik madde içeriği ve P ayırma13 gibi FİZİKO-KİMYA karakterizasyonu için kullanılabilecek drenaj olaylar sırasında askıya alınan parçacık akışı ağırlıklı yakalama bir roman yöntemi mevcut ,14.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Datalogger yükleme ve çalışma
- bir çalışma grubu tanımlamak ve kanal düzeyleri izleme gerektiren bir akış orantılı olarak, bileşik akış örnekleri toplamak için bir Otomatik Örnekleyici tetikleyen bir datalogger yüklemek pompa baş devrimler ve pompa kalibrasyon Denklem.
Resim 1: program auto-örnekleme için kullanılan ÇİFLEŞME örnekleyici yordamlar için kompozit drenaj su ve parçacıklar su örnekleme. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
- basınç güç çeviriciler için pompa istasyonu bitişik giriş ve çıkış kanallarında yüklü kullanarak çiftlik kanal düzeyleri izlemek.
- Monitör Pompa hızı pompa başlarına yüklü olan yakınlık anahtarları kullanma; hız devir / dakika (devir/dakika) içinde datalogger tarafından kaydedilen.
Not: Yakınlık anahtarları adettir metalden hangi zaman üst üste sayısı RPM'ler sayısını geçti. Pompa başları kaynaklı. - Bir devrilme kullanarak ölçü yağış kova için datalogger bağlı yağmur ölçer.
Not: Radyo telemetri UF/IFAS Everglades araştırma ve eğitim merkezi bulunan bir temel radyo istasyonu tarafından datalogger iletişim kurar. Telemetri örnek toplama kontrol etmek için yalnızca veri toplama ve depolama için gerekli değildir.
2. Drenaj su örnekleme akışı ağırlıklı
- bir datalogger ve pompa kalibrasyon denklem için her pompa kullanarak hesaplama drenaj akışı. Drenaj örnekleme akışı ağırlıklı bir tetikleyici drenaj hacim elde edilir sonra bu datalogger tarafından uyarılır bir Otomatik Örnekleyici tarafından elde.
Not: 24 h üzerinden Pompa hızı ve akış oranları farklılık göstermektedir. ÇİFLEŞME örnekleme taburcu, su oranı birim tarafından tetiklenir. Otomatik Örnekleyici su sabit bir hacim boşaltma sonra alt örnek toplamak için programlanmıştır. Su hacmi pompa RPM'ler sayısına göre kalibre edilmiş. - Pompa istasyonunda bulunan bir in situ otomatik örnekleyici kullanarak bileşik su örneği (en az 500 mL) toplamak ve günlük bileşik su örneği drenaj olayları sırasında yakalamak için program.
Not: ÇİFLEŞME örnekleyici için 400 kadar her 2 dakikada bir 2 L örnek alır bir datalogger aracılığıyla yönlendirilir boru kullanarak toplama tankları benekli L. - Programı örnek tetikleyici birimler için en fazla 24 saat başına 30 örnek izin vermek için deşarj dönemi.
- Yanında tabi bunlar merdiven bileşik akış örnekleri toplamak için program datalogger: girin Program → Program → akış tabanlı örnekleme → örnek her 1 bakliyat → 30 bileşik örnekleri → 130 ml numune hacmi → ayarla Örnek birim [Hayır] → başlangıç saati [Hayır] girin → Program sırası tamamlandı.
- Kadar toplama ve taşıma laboratuvar analizleri buz dolu bir soğutucu içinde geri akışı ağırlıklı kompozit örnekleri 4 ° C'de bir yerinde buzdolabında saklamak.
- Su örnekleri örnek koleksiyon andan itibaren 24 saat içinde çözünür reaktif P için analiz. Acidified ve 28 gün 15 4 ° C'de depolanan toplam P (TP) çözümlemesi için kullanılan örnekleri.
3. Askıya partikülleri yakalama
- yakalamak ve askıya alınan parçacık karakterize için drenaj dönemi süresince çiftlik kanal deşarj su toplamak için iki 200 L PVC dispersiyon tank bir dizi yerleştirin.
- Asılı parçacıkları toplamak için datalogger örnekleri aşağıdaki adımları izleyerek programı: Program → zaman örnekleme dayalı → her 2 dk örnek → bileşik örnekleri [200] → kalibre numune hacmi [NO] → başlangıç saati [Hayır] girin → Sıra tam → örnekleme düğmeye bas.
- Toplamak akışı ağırlıklı drenaj su su hacmi üzerinde bir 24 saat koleksiyonu dönemdeki tabanlı ayarı tankları (2 L her 2 dk).
Resim 2: drenaj su toplamak için kullanılan iki 200 L tankları. Askıya alınan parçacıklar dışarı tank dibinde yerleşmek ve beş litrelik kova içinde aktarılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
- fazla su tanecikleri tanklarda yerleşmek Başlarken hortumlar kullanarak kapalı sifon.
- Tanecikleri Beş litrelik kova içine aktarmak, onları laboratuvara geri taşıma ve 4'te bir buzdolabına koyup ° C.
- Sifon için 24 h yerleşme sonra fazla suyu kapalı ve partiküller koniler yerleşme Imhoff transfer.
- En az 1 h yerleşme sonra aşırı su sifon kapatılan tanecikleri önceden ağırlığını 500 mL vida üst kavanoz için depolama içine 4'te aktarılmadan önce son bir kez ° C.
- Tartmak kavanoz partikül örnekleri ile.
- Hedley ve Stewart 14 tarafından açıklandığı gibi fosfor ayırma analizleri ile devam edin.
şekil 3: toplamak için kullanılan koniler yerleşme Imhoff askıya alınmış tanecikleri dispersiyon depoda ele geçirdi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu çalışmada açıklanan yöntemi su ve olaylar çiftlikleri Kanallar pompalama sırasında taburcu oluyor Partiküler madde yakalamak için bize izin verir. Su ve toplanan parçacıklar hangi pompa olay ve sadece tek seferlik bir anlık görüntüsünü sürenizin tamamını temsilcisi oldukları anlamına gelir akışı ağırlıklı; taburcu malzeme tipi yüksek temsilcisi yapma. Su ve askıya alınan parçacıklar için çeşitli fiziksel ve kimyasal parametreler çözümlenmesi için saklanır. Bu makalede, biz EAA içinde üç çiftlikleri kanallar üzerinden askıya alınan parçacık özelliklerinden bazıları özetlenebilir. Bazı parçacıklar FİZİKO-kimyasal analizler onlar son derece düşük toplu yoğunluğu ile organik ve P 11gibi besin bakımından zengin olan öneririz. 0,08 g cm-3 için 0,11 g cm-3arasında değişen parçacıklar toplu yoğunluğu. Organik madde kompozisyon % 55-77 ve 2,173 mg kg-1 2,548 mg kg-1 (şekil 4) arasında değişmekteydi TP konsantrasyonu arasında değişiyordu. Su ve çiftlik kanallarında askıya alınmış çökeller kalitesini yüksek toprak tipi temsilcisi ve çevresindeki arazi kullanım uygulamaları. EAA içinde toprak son derece organik > % 50 organik madde (OM), ve askıya alınan parçacık yüksek OM içeren şaşırtıcı değil bu yüzden Parçacıklar da yüksek P konsantrasyon16içerdiği bilinen ölü sucul bitki meselesi (koyaklar) oluşur. Askıya alınan parçacık gözlenen düşük toplu yoğunluğu yüksek OM içeriği doğrudan ilgilidir.
Şekil 4: Toplu yoğunluk (g cm-3), organik madde (%) ve toplam fosfor konsantrasyon (mg kg-1), çiftlik Kanallar toplanan parçacıklar. Hata çubukları için standart sapma karşılık gelir. Bhadha ve ark. güncelleme 16 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Partikül koleksiyonu çıkmadan yakınındaki yerleştirildi drenaj su için autosamplers pompa istasyonu dataloggers. Güç güneş panelleri tarafından kullanılıyorsa 12 V pil tarafından sağlandı. Autosamplers autosamplers ne zaman çıkış pompalar koştu ve onları ne zaman pompa engel açık açık yerinde dataloggers tarafından kontrol. Açıklıklar örnekleyici alımı satırlarının Kanal alt ve upflow üzerinde 0,5 m pompa istasyonu konumlandırılmış. Alımı satırları yerine Kanal alt ve inşaat demiri alımı hattına bağlayan zip içine metal inşaat demiri yükleyerek yapıldı. 2 L örnekleri her 3 dk. günlük örnekleri toplanmıştır tankları yerleşme 200 L toplanmıştır. Alanında örneklenen su çoğunluğu taşınabilir bir emme pompası ile davul gelen kaldırıldı. İkamet su/tortu sonra 26 L kova kapakları ile yerleştirilen ve nerede buzdolabı yerleştirildi araştırma istasyonu'na döndü. Ertesi gün, ek su Laboratuvar emme pompaları kullanarak kaldırıldı.
Önemli olan bu otelde kaldırma önlemek için parçacık Sifonlama askıya parçacıklar mümkün olduğu kadar. Bunu yapmak için bir pipet ucu hortum sonunda ekleyin ve su yüzeye yakın bahşiş için dikkatli olun. Aşırı su saklarken örnek yaptı olması normaldir. Nem oranı bilerek örnek Kuru Ağırlık eşdeğer tahmini için izin verir ve tüm kapsayıcılara ve örnek ve extractants olmayan ölçümleri tutmak deneysel işlemin doğruluğunu izlemek yardımcı olur.
Drenaj su toplamak için bu yordamı kullanarak yenilik bu bir akış ağırlıklı deşarj su kapmak örnekleme karşı yakalamak sağlanmıştır. Zaman içinde çok sayıda alt örnekleri bileşik bir örneği olduğu için su akışı ağırlıklı örneği daha fazla bir olay temsilcisidir; Oysa bir kapmak örnek tüm drenaj olay temsilcisi olmayabilir sadece bir tek örnek. Bu çalışmada akışı ağırlıklı örnekleme yöntemi bir istenen hedeflerine uygun olarak otomatik örnekleyici programlayabilirsiniz çünkü ayrık drenaj olayları toplamak için çalışıyor. Örneğin, Otomatik Örnekleyici 30 mL alt örnek su pompa çalışıyor her saat için toplamak için programlı. Veya su akışı ağırlıklı örneği deşarj sürekli artan hacmi örnekleyiciyi geçtikten sonra 30 mL su alt örnek toplamak için programlı. Her akış ağırlıklı örnek için karşılık gelen su tüm artımlı hacmi ortalama kirletici konsantrasyon temsil etmek için kabul edilir. Bu yöntem konsantrasyonları düzensiz değiştirmek için olsa bile doğru kirletici konsantrasyonu ölçmek için bize izin verir. Akış ağırlıklı örnekleri bu toplamı hesaplamalar Basitleştirilmiş ve deşarj birim temsilcisi her örnek için sabit olduğundan daha doğru olduğu tahmin yüklerin avantajdır. Başka bir günlük su akışı ağırlıklı örneği 4 ° c soğuk hava koşullarında korur bu yöntemin yararı olduğunu ekledi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Bu çalışma ile ilişkili hiçbir açıklamalar vardır.
Acknowledgments
Pablo Vital ve Johnny Mosley alan örnekleme ile ilgili yardım ve Viviana Nadal ve Irina Ognevich laboratuvar analizleri ile yardım için teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Datalogger | Campbell Scientific | model CR1000 | |
| Auto-sampler | ISCO | model 3700 | |
| Pressure transducer | KPSI | model 700 | |
| Tipping bucket rain guage | Texas Electronics | model TR-525 | |
| Potassium Chloride | Fisher | 7447-40-7 | |
| Sodium Hydroxide | Fisher | 1310-73-2 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher | 7647-01-0 | |
| Sulfuric Acid | Fisher | 7664-93-9 | |
| Potassium Persulfate | Fisher | 7727-21-1 | |
| Ammonium Molybdate Tetrahydrate | Fisher | 12054-85-2 | |
| L-Ascorbic Acid | Fisher | 50-81-7 | |
| 100 mg/L Anhydrous Phosphate Standard | ERA | 061 | |
| Antimony Potassium Tartrate Trihydrate | Fisher | 28300-74-5 | |
| Durapore Membrane Filters | Millipore | HVLP04700 | |
| Whatman #41 Filter Paper | Whatman | 1441-150 | |
| Fixed Speed Reciprocal Shaker E6010 | Eberbach Corporation | E6010.00 | |
| Disposable Culture Tubes | Fisher | 14-961-29 | |
| Allegra 25R Centrifuge | Becker Coulter | U.S. 605168-AC | |
| Parafilm | Bemis Company Inc PM 999 | 13-374-12 | |
| Oak Ridge Centrifuge Tubes | Nalgene | 3119-0050 | |
| Fisherbrand 20mL HDPE Scintillation Vials with Urea Cap | Fisher | 03-337-23C | |
| Fisherbrand Natural Polypropylene Jars with White Polypropylene Unlined Cap | Fisher | 02-912-024A | |
| 0.45 membrane filters | Cole-Parmer | Item # UX-15945-25 | |
| 100 ml digestion tubes | Fisher | TC1000-0735 | |
| Glass funnels | Fisher | 03-865 | |
| Spectronic 20 Genesys | Thermo-Fisher | 4001-000 | |
| QuikChem | Latchat | 8500 |
References
- Sims, J. T., et al. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).
- Van Esbroeck, C. J., et al. Surface and subsurface phosphorus export from agricultural fields during peak flow events over the non-growing season in regions with cool, temperate climates. J. Soil Water Conserv. 72, 65-76 (2017).
- Bhadha, J. H., et al. Phosphorus mass balance and internal load in an impacted subtropical isolated wetland. Water Air Soil Pollut. 218, 619-632 (2011).
- Eyre, B. D., McConchie, D. The implications of sedimentological studies for environmental pollution assessment and management: Examples from fluvial system in north Queensland and western Australia. Sediment. Geol. 85, 235-252 (1993).
- Bhadha, J. H., et al. Soil phosphorus release and storage capacity from an impacted subtropical wetland. Soil Sci. Soc. Amer. J. , 74 (2010).
- Kenney, W. F., et al. Whole-basin, mass-balance approach for identifying critical phosphorus-loading thresholds in shallow lakes. Journal of Paleolim. 51, 515-528 (2014).
- Freebairn, D. N., Wockner, G. H. A study of soil erosion on vertisols of the Eastern Darling Downs, Queensland. Effects of surface conditions on soil movement within contour bay catchments. Aust. J.Soil Res. 24, 135-158 (1986).
- Erickson, A. J., et al. Optimizing stormwater treatment practices: a handbook of assessment and maintenance. , Springer. New York. (2013).
- Abtew, W., Obeysekera, J. Drainage Generation and Water Use in the Everglades Agricultural Area Basin. J. Amer. Water Res. Asso. 32, 1147-1158 (1996).
- Daroub, S. H., et al. Best management practices and long-term water quality trends in the Everglades Agricultural Area. Cri. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 608-632 (2011).
- Bhadha, J. H., et al. Influence of suspended particulates on phosphorus loading exported from farm drainage during a storm event in the Everglades Agricultural Area. J. Soil Sed. 17, 240-252 (2017).
- Diaz, O. A., et al. Sediment inventory and phosphorus fractions for water conservation area canals in the Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 70, 863-871 (2006).
- Reddy, K. R., et al. Forms of soil phosphorus in selected hydrologic units of Florida Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 62, 1134-1147 (1998).
- Hedley, M. J., Stewart, J. W. Method to measure microbial phosphate in soils. Soil Biol. Biochem. 14, 377-385 (1982).
- EPA. Method 365.1, Revision 2.0: Determination of Phosphorus by Semi-Automated Colorimetry. O'Dell, J. W. , (1993).
- Bhadha, J. H., et al. Effect of aquatic vegetation on phosphorus loads in the Everglades Agricultural Area. J. Aqu. Pla. Man. 53, 44-53 (2015).
