Summary
Comprensión de los procesos de estanques vernales y los impactos de las actividades antropogénicas en su capacidad para proveer estos servicios y servicios de los ecosistemas requiere Monitoreo Hidrológico intensivo. Este protocolo de muestreo utilizando in situ equipo de monitoreo fue desarrollado para evaluar el impacto de actividades antropogénicas sobre los niveles de agua y la calidad.
Abstract
Estanques de vernales, también conocidos como piscinas vernales, proporcionan servicios de los ecosistemas críticos y hábitat para una variedad de especies amenazadas y en peligro de extinción. Sin embargo, son partes vulnerables de los paisajes que son a menudo mal entendidos y documentadas. Uso de la tierra y las prácticas de manejo, así como el cambio climático se cree que son una contribución a la disminución mundial de anfibios. Sin embargo, se necesita más investigación para entender el alcance de estos impactos. Aquí, presentamos la metodología para la caracterización morfología de una charca vernal y el detalle de una estación de monitoreo que puede utilizarse para recopilar datos de cantidad y calidad de agua sobre la duración del hidroperiodo de una charca vernal. Ofrecemos metodología de cómo llevar a cabo estudios de campo para caracterizar la morfología y curvas de la etapa de almacenamiento para un estanque vernal. Además, ofrecemos metodología para control de nivel del agua, temperatura, pH, oxígeno disuelto, potencial de oxidación-reducción y conductividad eléctrica del agua en una charca vernal, así como datos de precipitación. Esta información puede utilizarse para cuantificar mejor los servicios ecosistémicos que proporcionan estanques vernales y los impactos de las actividades antropogénicas en su capacidad para proveer estos servicios.
Introduction
Vernal son humedales temporales y poco profundos que normalmente contienen agua de otoño a la primavera y a menudo están secos durante los meses de verano. El período de inundación de estanques vernales, comúnmente conocida como el hidroperíodo, es controlado principalmente por precipitación y evapotranspiración1.
Estanques vernales pueden también denominarse piscinas vernales, charcas efímeras, charcas temporales, estanques estacionales y humedales geográficamente aislado2. En el noreste de los Estados Unidos, vernales estanques más a menudo se caracterizan por el hábitat crítico que proporcionan para los anfibios, como los criaderos y de prestar apoyo durante etapas tempranas de la vida (es decir, los renacuajos) y metamorfosis. En California, estanques vernales se caracterizan por la vegetación única y en peligro de extinción especies que soportan2.
Estos hábitats son cada vez más amenazados debido al uso y el cambio climático de la tierra, y las poblaciones de anfibios están sufriendo una disminución global significativa en gran parte debido a actividades antropogénicas3,4. Preocupaciones de calidad de agua debido a la contaminación son, también, pensamiento a ser factores que contribuyen a anfibios reciente disminuye a nivel mundial5. Además, estudios recientes han revelado una ocurrencia creciente de características de intersexualidad en ranas que habitan estanques vernales afectados por aguas residuales humanas6. Por lo tanto es necesario realizar seguimiento más intenso de estanques vernales impactados y naturales para comprender mejor a los contribuyentes a la disminución mundial de anfibios.
Los parámetros físicos del vernales lagunas que deben ser medidos y monitoreados incluyen la morfología de la charca y el nivel de agua. La morfología es la geometría del estanque y se desarrolla mediante la realización de una encuesta para determinar los cambios en elevación del otro lado del Charco. La encuesta de datos entonces se utilizan para establecer una curva de la etapa de almacenamiento, que permite el volumen del estanque para estimar basados en mediciones de nivel de agua. Porque el nivel del agua en una charca vernal es influenciado por la precipitación, las mediciones deben hacerse con una alta resolución temporal para entender mejor corto (es decir, del orden de minutos a horas) y las fluctuaciones a largo plazo (es decir, del orden de meses a años) en nivel del agua.
Parámetros de calidad de agua de interés que afectan la función de estanques vernales son temperatura, pH, conductividad eléctrica, niveles de oxígeno disuelto y potencial de oxidación-reducción. Estos parámetros pueden ser medido en situ con redes de sensores y tecnologías relativamente baratos. Algunos parámetros de calidad de interés, como algunas especies nutrientes (es decir, nitrógeno total Kjeldahl) y otros contaminantes (es decir, contaminantes emergentes) del agua requieren muestras para ser recogido y llevado a un laboratorio para el procesamiento y Análisis.
Los parámetros críticos que afectan la capacidad de estanques vernales para funcionar como adecuado hábitat para los anfibios de la cría y las primeras etapas del desarrollo de los renacuajos son agua de nivel, pH y disolvieron la concentración de oxígeno. Comparado con vernales estanques ubicados en paisajes relativamente prístinos, niveles elevados de conductividad eléctrica, pH más alto, reducido disuelven las concentraciones de oxígeno y altas concentraciones de nutrientes se han registrado en vernales estanques afectados por antropogénicos actividades2,7. Condiciones reductoras o anaerobias pueden ocurrir en estos hábitats, especialmente los que se ven afectados por las actividades antropogénicas. Esto puede causar un cambio en la comunidad microbiológica, alterando el alimento ciclismo dentro de la charca y potencialmente reducir la degradación de compuestos disruptores endocrinos y otros contaminantes8,9.
El objetivo de este documento es proporcionar información sobre cómo establecer una estación de monitoreo de la cantidad de agua y la calidad de una charca vernal. Este método puede ser aplicado a cualquier charca vernal, pero requiere acceso al sitio (es decir, el sitio debe en la propiedad pública o tener permiso del dueño de tierra instalación de equipos).
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Protocol
1. realización de una encuesta de una morfología de la charca Vernal
- seleccionar una ubicación para designar como punto de referencia y marca con una pequeña encuesta o bandera de la marca.
Nota: La ubicación debe ser una elevación más alta que el estanque y tener línea de visión desde todas las ubicaciones a través de la charca. - Asignar el punto de referencia una elevación de referencia, el número exacto no importa, simplemente es una referencia a la que pueden compararse con otras elevaciones.
- Usando una cinta métrica y marca banderas, hacer transectos en un intervalo de 3 m sobre el área del estanque, resultando en una cuadrícula de 3 x 3 m (ver ejemplo en figura 1). Intervalos de
- Determine la elevación de la parte inferior del estanque (es decir, la tierra) a 3 m a lo largo de cada transecto mediante la medición de la altura de una barra de nivelación con un nivel automático. Asegurar que los perfiles se extienden a las elevaciones más altas en cada lado de la charca.
- Al final de cada transecto, un acimuth al punto de referencia y registrar la altura.
- Determinar el error de la encuesta como la diferencia entre el punto de referencia ' elevación s asignada (es decir, el valor de referencia asignado en el paso 1.2) y la altura medida desde el lugar más distante del perfil transecto.
- Calcular el error permisible (AE) de cierre para el perfil que AE = K (2 * M) 0.5, donde K es una constante entre 0.001 y 1 y M es la distancia (en millas) entre el punto de referencia y la ubicación más distante en el perfil de.
Nota: El valor de K depende de la exactitud requerida de la encuesta, que en este caso puede tomarse como 0.1 10. - Compara el error de encuesta calculado en el paso 1,6 a la AE calcula en paso 1.7. Si el error de la encuesta es mayor que el AE y luego rehacer el perfil de nivelación (los pasos 1.3 y 1.4) para que los transectos. Si el error de la encuesta es menor que el AE, a continuación, el perfil de nivelación para que los transectos es completar, llevar a cabo el perfil de nivelación para el transecto siguiente.
- Repetir pasos 1.4 a 1.8 para realizar Perfil de nivelación a intervalos de 3 m a través de la charca en la otra dirección para crear una rejilla de elevaciones conocidas (ver un ejemplo del perfil de transectos en la figura 1).
- Elaborar una curva de la etapa de almacenamiento para el estanque una vez que las elevaciones (con respecto a la referencia) son conocidas a través de la red de 3 m x 3 m encuestada a otro lado del Charco.
Nota: Se pueden utilizar intervalos más grandes, pero puede incrementar el error en la determinación de la relación entre el nivel del agua y el volumen del estanque.
2. Determinación de la charca Vernal ' s etapa almacenamiento curva
Nota: cada charca vernal tendrá una relación única entre el nivel de agua y volumen de agua en el estanque. Esta relación se denomina la curva de la etapa de almacenamiento de información.
- Con los datos de elevación se reunieron en la sección 1, determinar las altitudes más y mínima en el estanque.
- Determinar la diferencia entre la elevación más alta y más baja y seleccione un intervalo para que dibujar las curvas de nivel; un contorno intervalo de 0.1 a 0.2 m se recomienda 11.
- Calcular la superficie de cada contorno (un yo). Esto puede hacerse ya sea a mano usando un planímetro o electrónicamente usando software de información geográfica (SIG).
- Utilizar el método de promedio final de área para calcular el volumen entre cada intervalo de contorno (V ):
donde E es la elevación del contorneada . - Calcular el volumen total (V P) de la charca vernal como la suma del volumen entre cada intervalo de contorno:
Nota: aquí H es la profundidad del estanque. Un ejemplo es dado en la tabla 1. - Determinar la relación de la etapa de almacenamiento para el estanque graficando el volumen acumulado del estanque en función de la profundidad.
- Después de instalar el sensor de nivel de agua, utilizar el nivel del agua como el " etapa " y estimar el volumen de agua, o almacenamiento, en el estanque.
Nota: En la figura 2 se muestra un ejemplo de una curva de la etapa de almacenamiento. Si el sensor de nivel de agua está instalado por encima del punto más bajo en la charca vernal, se necesitará un desvío para convertir el nivel de agua medido en la curva de la etapa de almacenamiento (añadir el desplazamiento en el paso 3.3 para el nivel de agua registrado por los sensores de nivel de agua para determinar el st edad).
- Después de instalar el sensor de nivel de agua, utilizar el nivel del agua como el " etapa " y estimar el volumen de agua, o almacenamiento, en el estanque.
3. Instalación de una estación de monitoreo
Nota: sensores de parámetros de interés para este estudio incluyó un transductor de presión (medidas de nivel de agua y temperatura), disuelven concentración de oxígeno, oxidación-reducción conductividad eléctrica, potencial, pH y un pluviómetro de cubo que inclina. La sonda de oxidación-reducción, sonda de pH y sensor de oxígeno disuelto deben calibrarse en el laboratorio antes del despliegue por el sensor de ' s manual de usuario. Aquí, se selecciona un datalogger central (programado para registrar datos a intervalos de 15 min), a la cual están conectados todos los sensores durante la implementación. Un escenario alternativo viable sería que cada uno de los sensores es autónoma y no no necesidad de un datalogger central, ya que cada sensor registraría sus propios datos.
- Acople de los sensores (con la excepción de la galga de la lluvia) a un bloque o una estaca de madera ( figura 3). Utilice abrazaderas o zip lazos para asegurar que los sensores en la parte inferior de la charca vernal (o de la profundidad de interés).
- Fijar el sensor de oxígeno disuelto que está en un ángulo (siguiendo las instrucciones del fabricante), que permita que el oxígeno difunda a través de la membrana. Instale el montante de transductor de presión, como la presión que mide es la columna de agua por encima de él, y el nivel de agua se deben registrar en forma vertical.
- Instalar los sensores montados en una ubicación hacia el centro de la charca que se seca durante el período de estudio.
- Determinar la distancia vertical entre los sensores y el punto más bajo en el estanque utilizando una regla o el equipo de topografía. Anote esta distancia para el uso en el desarrollo de la curva de la etapa de almacenamiento tal como se describe en el paso 2.6 (es decir, un desplazamiento puede ser necesarios cuando la relación con la profundidad medida usando los transductores de presión a la profundidad total del agua en el estanque).
- Mientras que puede ser sumergidos en el agua, los cables del sensor son vulnerables a los ratones u otros animales que pueden masticar en ellos cuando el nivel del agua es bajo en el estanque, para evitar esto utilizan cloruro de apolyvinyl de la pipa para proteger los cables del sensor (opcional, pero recomendado). Ejecutar los cables del sensor hasta el borde de la charca vernal a través de un tubo de PVC (3 m largo, 6,35 cm de diámetro), como se muestra en la figura 4.
Nota: para instalación temporal (e.g., unas pocas semanas a unos meses) el tubo de PVC puede considerarse innecesario. - Conjunto encima de un trípode y montaje en el suelo introduciendo estacas en cada uno de viajeOD patas.
Nota: Algunos trípodes altos pueden tener un pararrayos que requiere instalación, también.- Colocar el trípode cerca del borde de la charca vernal para que sea accesible incluso cuando el estanque está lleno de agua.
- Fije la caja del recinto para el datalogger y la batería (12 V) en el trípode, salir de la habitación sobre el trípode para el panel solar ser montado sobre la caja de la caja ( figura 4).
- Una panel solar 10 W en la parte superior del trípode y ángulo hacia el sol. Un ángulo solar calculadora 12 puede utilizarse, si se desea, para determinar el ángulo óptimo en el que se instale el panel de.
- Monte el medidor de lluvia para el trípode si hay espacio. De lo contrario, lo conecte a una estaca de madera o barra de metal cerca del borde de la charca y el trípode ( figura 4). Asegurar (si es posible) que el pluviómetro tiene cobertura arbórea que representa aproximadamente la cobertura arbórea del estanque (si existe).
- Trae todos los cables de panel solar y sensor en la caja del recinto a través del orificio en la parte inferior de la caja.
- Conectar todos los sensores con el datalogger ' panel de cableado s según los sensores ' instrucciones o datalogger ' diagrama de cableado de s. Ver ejemplo en la figura 5A.
- Conecte los cables del panel solar a la batería de 12V para recargar la batería ( figura 5B).
Nota: Seleccionar una batería que también tiene un regulador de voltaje (recomendado) para asegurar que la batería no reciba demasiada energía eléctrica del panel solar de. - Conectar la batería al panel de entrada de energía en el datalogger ( figura 5B) para proporcionar energía a los sensores y el datalogger.
- Coloque un paquete de desecante dentro de la caja de la caja para reducir la probabilidad de daños por humedad a datalogger.
- Recomendado pero opcional: conectar un ordenador portátil de campo con el software de comunicación de datalogger para el datalogger usando un cable serial ( figura 5B) para asegurar que la red de sensor está funcionando correctamente.
- Cierra la caja y coloque la arcilla alrededor del agujero en la parte inferior de la caja del recinto donde entran los cables para evitar insectos y agua fuera de la caja. Si la seguridad de los equipos es una preocupación, asegurar la caja de la caja con un candado.
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Representative Results
Estanques de vernales pueden exhibir una amplia gama de morfología, con perfiles que van desde convexa de pendiente recta a cóncava. Morfología de ejemplo para un estanque vernal en Pennsylvania Central se muestra en la figura 1, junto con los resultados de la curva de la etapa de almacenamiento de este estanque (figura 2, tabla 1). Profundidad máxima del estanque no es un fuerte indicador de superficie, gradiente tiene sólo una débil correlación con estanque morfología12. Por lo tanto, comprender los aportes de precipitación, evapotranspiración y flujo de aguas subterráneas (en o fuera del estanque) son factores importantes en la determinación de la hidrología de lagunas vernales.
Dada la importancia de vernales estanques para cría de anfibios, el estudio de seguimiento que se describe en este protocolo se llevó a cabo desde mediados de abril a mediados de junio, durante la reproducción y metamorfosis de madera ranas (Rana sylvatica) en los Estados Unidos de noreste Estados. Los tres estanques vernales seleccionados para el análisis se encuentran en el filtro de viven de la Universidad Estatal de Pennsylvania, que es un sitio de2 km de ~2.4 que es spray-regados con aguas residuales tratadas de la Universidad. El equipo de estación monitoreo instalado se muestra en la figura 4. Por lo tanto, cambios de nivel de agua medición en el aumento del estanque debido a la lluvia natural y eventos de riego de aguas residuales (figura 6). Para más estanques vernales, se espera que el nivel del agua fluctúa menos, en función principalmente del flujo de aguas subterráneas, evapotranspiración y precipitación. Por lo tanto, los resultados que se muestran en la figura 6 pueden no ser típicos de los sitios menos afectados por entradas de agua antropogénicos.
Los datos recogidos para temperatura, pH, concentración de oxígeno disuelto, potencial de oxidación-reducción y conductividad eléctrica para cada uno de los sitios de tres estudio aparecen en figura 7. Es importante tener en cuenta que varios sensores requieren una calibración semanal para asegurar que los datos son correctos. Recomendaciones en los manuales de usuario para los sensores se deben seguir, con pH, oxígeno disuelto y que por lo general necesitan mantenimiento semanal o calibración ORP. En general, la temperatura de los estanques aumentó durante el período de estudio (desde mediados de abril hasta mediados de junio), con temperaturas generalmente disminuye en respuesta a los eventos de riego de efluentes. El pH era relativamente constante para la mayoría del período de estudio, entre 6 y 8, que es similar a la del pH en estanques naturales y vernales afectados por aguas residuales de las actividades de riego13. La conductividad eléctrica de los estanques aumentó a lo largo del período de estudio, probablemente debido a la mayor conductividad de las aguas residuales (aproximadamente 1 mS/cm) en comparación con el agua de lluvia14.
Concentraciones de oxígeno disuelto y potencial oxidación-reducción seguido generalmente una tendencia similar, como se esperaba, con valores más altos al inicio del período de estudio y disminuyendo a valores bajos relativamente constantes desde principios de mayo hasta el final de la período de estudio. Oxígeno disuelto se sabe para ser relacionado inversamente con la temperatura, y gruesas esteras de lenteja de agua se observaron creciendo en la superficie de los estanques a lo largo del período de estudio (primavera a principios del verano), probablemente limitando la compartimentación del oxígeno de la atmósfera en los estanques. Además, las mediciones se realizaron cerca del fondo del estanque, y por lo tanto las condiciones pueden haber sido diferentes cerca de la superficie del estanque. Para este estudio, la exposición de los renacuajos a condiciones cerca del fondo del estanque era de interés. La ubicación de los sensores en el estanque puede influir en las mediciones de calidad de agua, y por lo tanto, los sensores deben instalarse en el estanque de manera que representa las condiciones de interés.
Figura 1 : Morfología de charca vernal ejemplo. Determinado mediante la realización de un perfil de estudio de una charca vernal en Pennsylvania Central de nivelación. Líneas de contorno se dan en un intervalo de 0.1 m. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Curva de etapa-almacenamiento de ejemplo para un estanque vernal en Pennsylvania Central, USA. Nivel de agua del estanque se utiliza para estimar el volumen acumulado de agua en una charca vernal en Pennsylvania Central. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Montaje de sensores para la implementación de. Sensores se muestra en las vistas (A) y (B) incluyen (a) sensor de oxígeno disuelto, sonda de conductividad eléctrica (b), (c) transductor de presión, sonda de pH (d) y punta de prueba de oxidación-reducción (e). Transductor de presión debe instalarse vertical para exactamente medir nivel de agua. Sensor de oxígeno disuelto debe instalarse en un ángulo para permitir la correcta difusión del oxígeno a través de la membrana del sensor y para evitar que las burbujas formando dentro del sensor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : En estanques vernales en Pennsylvania Central, Estados Unidos estaciones de control. (A) vista lateral, mostrando (a) calibrador de lluvia, (b) adquisición caja caja (c) el panel solar y (d) trípode y (e) sensor de los cables en el estanque. (B) vista frontal con la caja de caja datalogger abierta, mostrando los sensores (e) conectados con el datalogger (f), con la batería (g) dentro de la caja y una (h) automatizado de muestras cerca de la charca. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Esquema de ejemplo (A) y (B) sensor de hilos conectados a datalogger. Los sensores se muestra en el esquema de ejemplo son: (a) pluviómetro (b) transductor, sensor de oxígeno (c) disuelto, sonda de oxidación-reducción (d), sonda (e) pH, sensor de conductividad (f) eléctrica. Dentro de la caja de la caja, los cables del sensor se muestran conectados con el datalogger (g). Los paneles solares están conectados al regulador de voltaje (h) (i) en la batería, que entonces está conectada desde la salida de energía (j) de la batería a la entrada de alimentación (k) en el datalogger. Un ordenador puede conectarse a la adquisición mediante un cable serie (l). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6 : Datos hidrológicos recopilaron en los tres estanques vernales (A, B, C) en Pennsylvania Central, USA. La suma de lluvia y aguas residuales tha de riego (entrada)alcanza t que cada charca vernal se muestra en la parte superior de cada gráfico (eje secundario). Los cambios correspondientes en el nivel del agua se muestran en el eje primario. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7 : Propiedades físicas y químicas de tres estanques vernales (1 VP, VP 2 y 3 VP) miden en tiempo real en Pennsylvania Central, USA. Los parámetros medidos en tiempo real fueron temperatura, pH, conductividad eléctrica, concentración de oxígeno disuelto y potencial de oxidación-reducción. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Profundidad del estanque (m) | Área (m2) | Promedio área (m2) | Intervalo de contorno (m) | Cambio en volumen (m3) | Volumen acumulado (m3) |
| 0.00 | 0.00 | 0.00 | |||
| 6.10 | 0.10 | 0,61 | |||
| 0.10 | 12.19 | 0,61 | |||
| 24,91 | 0.10 | 2.49 | |||
| 0.20 | 37,62 | 3.10 | |||
| 58.60 | 0.10 | 5.86 | |||
| 0.30 | 79.58 | 8,96 | |||
| 72.39 | 0.10 | 7.24 | |||
| 0.40 | 65.20 | 16.20 | |||
| 75,65 | 0.10 | 7.57 | |||
| 0.50 | 86.11 | 23.76 | |||
| 118.91 | 0.10 | 11,89 | |||
| 0.60 | 151.71 | 35.65 |
Tabla 1: promedio final zona método cálculo de desarrollo de la curva de fase de almacenamiento. Se realizaron cálculos para intervalos de contornos de 0.1 m. La morfología se muestra en la figura 1 y la curva de la etapa de almacenamiento se muestra en la figura 2.
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Discussion
Importancia con respecto a los métodos existentes
Mientras que control de flujos de metodologías bien establecidos desarrollados por United States Geological Survey (USGS), no hay tal programa de monitoreo generalizado existe para dinámica de comprensión charca vernal. Este protocolo pretende proporcionar orientación de cómo empezar a enfoque hidrológico e investigación en un sitio de la charca vernal, con el objetivo de comprender factores como físicos y químicos de control de la calidad de agua puede estar cambiando con el tiempo en un sitio determinado.
Limitaciones de la técnica
Como se ha descrito, los datos de vigilancia recogidos pueden no ser representante del estanque todo. Agua parámetros de calidad, particularmente el oxígeno disuelto y potencial de oxidación-reducción es poco probable ser homogénea dentro del estanque. Múltiples sensores distribuidos a través de la charca y en varias profundidades pueden ser necesaria para caracterizar completamente a parámetros físicos y químicos de interés que pueden variar en función de la profundidad.
In situ de seguimiento datos están probable que sean insuficientes para la comprensión de datos de calidad de agua en estanques de vernales. Recoger muestras de agarre ya sea a mano o con aparatos de muestreo automáticos pueden proporcionar información valiosa con respecto a una gama más amplia de la calidad del agua. Estas muestras se trajeron a un laboratorio analítico para analizar un conjunto de parámetros de calidad de agua, incluyendo nutrientes, pesticidas, productos farmacéuticos y otros contaminantes de preocupación ambiental emergente. Dependiendo de la ubicación de la charca vernal, sales y agentes descongelante pueden ser un motivo de preocupación si el estanque recibe el escurrimiento de una cercana carretera15. Sin embargo, las muestras recolectadas utilizando la metodología de muestreo grab proporcionan datos para solamente un punto específico en el tiempo, y las concentraciones son capaces de cambiar con el tiempo, particularmente en respuesta a eventos de derretimiento de la nieve o la lluvia que provocan el escurrimiento superficial. Por lo tanto, se debe realizar muestreo diseñada para capturar eventos que pueden resultar en cambios en la concentración para comprender más a fondo las variaciones temporales de parámetros de calidad de agua.
Modificaciones al Protocolo
Existen varias opciones para diseñar estaciones de hidrología y calidad de agua de control. Los sensores descritos en la sección 3 del Protocolo no son autónomos, lo que significa que debe estar conectados a un datalogger externo para datos ser registrado y descargado. Existen diferentes sensores autónomos, particularmente para el nivel de agua y temperatura del agua. El sensor de nivel de agua específico que fue seleccionado para esta aplicación tiene un tubo de ventilación que permite el sensor compensar la presión de aire, y por lo tanto, no requiere de un sensor adicional fuera del agua. Algunos sensores de bajo costo en situ también están disponibles para una amplia gama de parámetros físicos y químicos más allá de las descritas aquí, incluyendo una variedad de iones disueltos (p. ej., nitrato, nitrito, amoníaco, sodio).
Además, puede ser conveniente recoger mediciones a diferentes profundidades dentro de la charca vernal o en varios lugares del otro lado del Charco. Algunos de los parámetros que pueden variar de profundidad son temperatura, oxígeno disuelto y potencial de oxidación-reducción. Este protocolo podría modificarse mediante la adición de sensores de replicar a la red de vigilancia para examinar la variabilidad entre espacial transectos (p. ej., cada pocos metros al otro lado del Charco) o verticalmente dentro de la columna de agua (por ejemplo, cada pocos cientos cm dentro del perfil de agua). Para estas aplicaciones, con una grabación de datalogger todos datan de la red de sensor sería deseable sobre muchos sensores autónomos que requieren la descarga de cada sensor individual en lugar de una ubicación central en la charca vernal.
Futuras aplicaciones
La ventaja de la configuración que se describe en este protocolo es que cualquier variable de interés puede utilizarse para accionar un muestreador automático al conectar un cable de comunicación que puede ir desde el datalogger a un Muestreador automatizado (por ejemplo, CIUO). Los registradores de datos utilizan un lenguaje de programación similar a C que permite técnicas de muestreo nuevo a emplearse. Por ejemplo, rozadura et al. 16 , 17 usada flujo de datos recogidos en tiempo real para predecir los hidrogramas de tormenta y espacio apropiadamente ritmo de flujo de muestras en el hidrograma, resultando en un protocolo de muestreo específico de tormenta novela que adecuadamente espaciadas las muestras más pequeñas y grandes hidrogramas. Ejemplos de aprovechamiento de los datos recogidos en este protocolo de muestreo podría estar utilizando las mediciones de nivel de agua para recoger las muestras después de un evento de lluvia que resultó en un aumento significativo en el nivel del agua, o en el otro extremo, ha disparado las muestras durante un período de sequía cuando la charca vernal puede perder rápidamente el agua.
Otra aplicación en el futuro podría desarrollar una red de monitoreo en tiempo real de charcas vernales dentro de un área de estudio de interés. Por ejemplo, podrían seleccionarse estanques vernales a través de un gradiente de impacto humano, con cada estanque equipado con los mismos sensores de cantidad y calidad de agua. Estas estaciones podrían entonces comunicarse entre sí vía módems celulares o redes de radio, datos ser accesibles remotamente y a disposición de los datos a los investigadores en tiempo real.
Dada la declinación global de anfibios y la importancia de las charcas vernales como hábitat de reproducción y metamorfosis, este protocolo pretende abordar la escasez de datos de vigilancia continuadas para estanques vernales a través de un gradiente de impacto humano. Anfibios que utilizan estos estanques vernales pueden exhibir sitio fidelidad18,19,20, lo que significa que regresan para criar en el mismo sitio (o a una distancia relativamente pequeña) cada año. Por lo tanto, entender la dinámica de estos hábitats de cría críticos y utilizar este conocimiento para informar políticas relacionadas con los humedales efímeros es vital para su supervivencia. Es fundamental para entender la hidrología y el ciclo biogeoquímico de estanques vernales para desarrollan políticas que restauración el hábitat degradada y protegen el hábitat existente.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean agradecer la Pensilvania estado Universidad Oficina de física planta (OPP) para la financiación de esta investigación. Además, nos gustaría agradecer a los Drs. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller y Tracy Langkilde en The Pennsylvania State University por su apoyo colaboración de este proyecto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CR1000 | Campbell Scientific | 16130-23 | Measurement and Control Datalogger |
| ENC12/14-SC-MM | Campbell Scientific | 30707-88 | Weatherproof Enclosure Box (12" x 14") |
| CS451-L | Campbell Scientific | 28790-82 | Pressure Transducer |
| CM305-PS | Campbell Scientific | 20570-3 | 47" Mounting Pole (Tripod) |
| TE525-L | Texas Electronics | 7085-111 | Tipping Bucket Rain Gauage (0.01 inch) |
| CS511-L | Campbell Scientific | 26995-41 | Dissolved Oxygen Sensor |
| SP10 | Campbell Scientific | 5278 | 10 W Solar Panel |
| PS150-SW | Campbell Scientific | 29293-1 | 12 V Power Supply with Voltage Regulator & 7 Ah Rechargeable Battery |
| CSIM11-ORP | Wedgewood Analytical | 22120-72 | Oxidation-reduction potential probe |
| CSIM11-L | Wedgewood Analytical | 22119-151 | pH probe |
| CS547A-L | Campbell Scientific | 16725-229 | Water conductivity probe |
| A547 | Campbell Scientific | 12323 | CS547(A) Conductivity Interface |
| CST/berger SAL 'N' Series Automatic Level Package | CST/berger | 55-SLVP32D | Automatic Survey Level, Tripod, and 8' survey rod |
References
- Korfel, C. A., Mitsch, W. J., Hetherington, T. E., Mack, J. J. Hydrology physiochemistry, and amphibians in natural and created vernal pool wetlands. Restor. Ecol. 18 (6), 843-854 (2010).
- Colburn, E. A. Vernal Pools: Natural History and Conservation. , The McDonald & Woodward Publishing Company. (2004).
- Collins, J. P. Amphibian decline and extinction: What we know and what we need to learn. Dis Aquat Org. 92, 93-99 (2013).
- Wake, D. B., Vredenburg, V. T. Are we in the midst of the sixth mass extinction? A view from the world of amphibians. Proc Nat Acad Sci USA. 105, 11466-11473 (2008).
- IUCN. Conservation International and Nature Conservancy. , http://www.globalamphibians.org (2004).
- Smits, A. P., Skelly, D. K., Bolden, S. R. Amphibian intersex in suburban landscapes. Ecosphere. 5 (1), 11 (2014).
- Brooks, R. T., Miller, S. D., Newsted, J. The impact of urbanization on water and sediment chemistry of ephemeral forest pools. J. Freshwater Ecol. 17 (3), (2002).
- Czajka, C. P., Londry, K. L. Anaerobic transformation of estrogens. Environ. Sci. Technol. 367, 932-941 (2006).
- Dytczak, M. A., Londry, K. L., Oleszkiewicz, J. A. Biotransformation of estrogens in nitrifying activated sludge under aerobic and alternating anoxic/aerobic conditions. Water Environ. Res. 80 (1), 47-52 (2008).
- Field, H. L. Landscape Surveying. , 2nd, Delmar Cengage Learning. (2012).
- Solar Angle Calculator. Solar Electricity Handbook. , Greenstream Publishing. Available from: http://solarelectricityhandbook.com/solar-angle-calculator.html (2017).
- Brooks, R. T., Hayashi, M. Depth-area-volume and hydroperiod relationships of ephemeral (vernal) forest pools in southern New England. Wetlands. 22 (2), 247-255 (2002).
- Laposata, M. M., Dunson, W. A. Effects of spray-irrigated wastewater effluent on temporary pond-breeding amphibians. Ecotox. Environ. Safe. 46 (2), 192-201 (2000).
- Qian, Y. L., Mecham, B. Long-term effects of recycled wastewater irrigation on soil chemical properties on golf course fairways. Agron. J. 97 (3), 717-721 (2005).
- Karraker, N. E., Gibbs, J. P., Vonesh, J. R. Impacts of road deicing salt on the demography of vernal pool-breeding amphibians. Ecol. Appl. 18 (3), (2008).
- Gall, H. E., Jafvert, C. T., Jenkinson, B. Integrating hydrograph modeling with real-time monitoring to generate hydrograph-specific sampling schemes. J. Hydrol. 393, 331-340 (2010).
- Gall, H. E., Sassman, S. A., Lee, L. S., Jafvert, C. T. Hormone discharges from a Midwest tile-drained agroecosystem receiving animal wastes. Environ. Sci. Technol. 45, 8755-8764 (2011).
- Pittman, S. E., Jendrek, A. L., Price, S. J., Dorcas, M. E. Habitat selection and site fidelity of Cope's Gray Treefrog (Hyla chrysoscelis) at the aquatic-terrestrial ecotone. J. Hepatol. 42 (2), 378-385 (2008).
- Vandewege, M. W., Swannack, T. M., Greuter, K. L., Brown, D. J., Forstner, M. R. J. Breeding site fidelity and terrestrial movement of an endangered amphibian, the Houston Toad (Bufo Houstonensis). Herpet. Conserv. Bio. 8 (2), 435-446 (2013).
- Homan, R. N., Atwood, M. A., Dunkle, A. J., Karr, S. B. Movement orientation by adult and juvenile wood frogs (Rana Sylvatica) and american toads (Bufo Americanus) over Multiple Years. Herpet. Conserv. Bio. 5 (1), 64-72 (2010).
