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Environment

Contínua hidrológicos e monitoramento da qualidade do Vernal lagoas de água

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Noções básicas sobre os serviços de ecossistema e processos fornecidos por lagoas vernal e os impactos das actividades antropogénicas na sua capacidade de fornecer estes serviços requer monitoramento hidrológico intensivo. Este protocolo de amostragem usando in situ , equipamento de monitorização foi desenvolvido para entender o impacto das actividades antropogénicas sobre os níveis de água e de qualidade.

Abstract

Vernal lagoas, também conhecidas como piscinas vernal, prestação de serviços de ecossistema crítico e habitat para uma variedade de espécies ameaçadas e em perigo. No entanto, eles são partes vulneráveis das paisagens que são frequentemente mal compreendidas e Understudy. Uso da terra e práticas de gestão, bem como a mudança climática é pensada para ser uma contribuição para o declínio global de anfíbios. No entanto, é necessária mais investigação para compreender a extensão desses impactos. Aqui, apresentamos a metodologia para caracterizar de uma lagoa vernal morfologia e detalhe uma estação de monitoramento que pode ser usada para coletar dados de quantidade e qualidade de água ao longo da duração do hidroperíodo da lagoa um vernal. Nós fornecemos a metodologia de como conduzir pesquisas de campo para caracterizar a morfologia e desenvolver curvas de palco-armazenamento para uma lagoa vernal. Além disso, nós fornecemos metodologia para monitoramento do nível de água, temperatura, pH, oxigênio dissolvido, potencial de oxidação-redução e condutividade elétrica da água em uma lagoa vernal, bem como monitoramento de dados de precipitação. Esta informação pode ser usada para melhor quantificar os serviços de ecossistema que oferecem lagoas vernal e os impactos das actividades antropogénicas na sua capacidade de fornecer estes serviços.

Introduction

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Vernal lagoas são zonas húmidas temporárias, superficiais que normalmente contêm água de queda para a primavera e muitas vezes são seco durante os meses de verão. O período de inundação das lagoas vernal, geralmente referido como o hidroperíodo, é controlado principalmente pela precipitação e evapotranspiração1.

Vernal lagoas também podem ser referidas como piscinas vernal, efêmeras lagoas, lagoas temporárias, lagoas sazonais e zonas húmidas geograficamente isoladas2. Nos Estados Unidos do nordeste, vernal lagoas mais frequentemente são caracterizadas pelo habitat crítico que eles fornecem para os anfíbios, servindo como os criadouros e prestando apoio durante os primeiros estágios de vida (ou seja, os girinos) e metamorfose. Na Califórnia, lagoas vernal caracterizam-se pela vegetação original e espécies de plantas ameaçadas de extinção que eles suportam2.

Estes habitats são cada vez mais ameaçados devido à mudança de clima e uso da terra, e as populações de anfíbios estão experimentando um declínio global significativo, em grande parte devido a actividades antropogénicas3,4. As preocupações de qualidade de água devido à poluição são também pensado para estar contribuindo fatores em anfíbios recentes declínios globalmente5. Além disso, estudos recentes têm revelado uma maior ocorrência de características intersexo em rãs que habitam lagoas vernal impactadas pelo esgoto humano6. Portanto, há uma necessidade de efectuar o acompanhamento mais intensivo de naturais e impactadas lagoas vernal para entender melhor os que contribuem para o declínio global de anfíbios.

Os parâmetros físicos de vernal lagoas que precisam ser medidos e monitorados incluem a morfologia da lagoa e o nível de água. A morfologia é a geometria da lagoa e é desenvolvida através da realização de um inquérito para determinar as mudanças de altitude em toda a bacia. O levantamento de dados são usados para estabelecer uma curva de palco-armazenamento, que permite que o volume da lagoa para ser estimado com base em medições de nível de água. Porque o nível de água em uma lagoa vernal é fortemente influenciado pela precipitação, medições devem ser feitas em uma alta resolução temporal para melhor entender tanto curto (ou seja, da ordem de minutos a horas) e flutuações de longo prazo (ou seja, na ordem de meses a anos) no nível da água.

Parâmetros de qualidade de água de interesse que são conhecidos por afetar a função do vernal lagoas incluem temperatura, pH, condutividade elétrica, os níveis de oxigênio dissolvido e potencial de oxidação-redução. Esses parâmetros podem ser medidos em situ com tecnologias relativamente baratas e redes de sensores. Alguns parâmetros de qualidade de interesse, como algumas espécies de nutrientes (ou seja, azoto Kjeldahl total) e outros poluentes (ou seja, contaminantes emergentes) de água requerem amostras a recolher e trouxe para um laboratório para processamento e análise.

Parâmetros críticos que afetam a capacidade de lagoas vernal para funcionar como habitat apropriado para reprodução anfíbios e fases iniciais do desenvolvimento de girinos incluem água, nível, pH e dissolvida a concentração de oxigênio. Comparado às lagoas vernal localizadas em paisagens relativamente intocadas, níveis elevados de condutividade elétrica, pH mais elevado, reduzido dissolvido as concentrações de oxigênio, e altas concentrações de nutrientes foram registradas nas lagoas vernal impactadas por antropogénicas atividades de2,7. Condições anaeróbicas ou redução podem ocorrer nestes habitats, particularmente aqueles que são impactados por atividades antropogênicas. Isso pode causar uma mudança na Comunidade microbiológica, alterando o nutriente ciclismo dentro da lagoa e potencialmente reduzir a degradação de compostos desreguladoras endócrinos e outros poluentes8,9.

O objetivo deste trabalho é fornecer informações sobre como estabelecer uma estação de monitoramento da quantidade de água e qualidade de uma lagoa vernal. Esse método pode ser aplicado a qualquer lagoa vernal, mas requer acesso ao site (ou seja, o site deve ser em propriedade pública ou ter permissão do proprietário de terras para instalar o equipamento).

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Protocol

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1. realização de uma pesquisa de uma morfologia lagoa Vernal

  1. Selecione um local para designar como o benchmark e marcá-lo com um pequeno levantamento ou marcando bandeira.
    Nota: O local deve ser uma elevação maior do que a lagoa e ter linha de visão de todos os locais em toda a bacia.
  2. Atribuir o valor de referência, uma elevação de referência; o número exato não importa, ele simplesmente fornece uma referência ao qual todas as outras medições podem ser comparadas.
  3. Marcação bandeiras e usando uma fita métrica, faça transectos em um intervalo de 3 m sobre a área da lagoa, resultando em uma grade de 3 m x 3 m (Veja exemplo em Figura 1).
  4. Determine a elevação do fundo da lagoa (ou seja, o chão) a 3 m intervalos ao longo de cada transecto, medindo a altura em uma haste de nivelamento usando um nível automático. Certifique-se de que os perfis se estender para as maiores elevações de cada lado da lagoa.
  5. No final de cada transecto, fazer uma ré para o benchmark e gravar a elevação.
  6. Determinar o erro de pesquisa como a diferença entre o valor de referência ' elevação s atribuído (ou seja, o valor de referência atribuído na etapa 1.2) e a elevação medida a partir da localização mais distante no perfil transecto.
  7. Calcular o erro permissível (AE) de fechamento para o perfil como AE = K (2 * M) 0,5, onde K é uma constante entre 0,001 e 1 e M é a distância (em milhas) entre o valor de referência e a localização mais distante na o perfil de.
    Nota: O valor de K depende a precisão requerida da pesquisa, que neste caso pode ser tomada como 0,1 10.
  8. Compare o erro de levantamento calculado na etapa 1.6 para o AE calculado na etapa 1.7. Se o erro da pesquisa é maior do que o AE, então refazer o perfil de nivelamento (passos 1.3 e 1.4) para que o transecto. Se o erro da pesquisa é menor do que o AE e, em seguida, o perfil de nivelamento para que transecto é completo, realizar o perfil de nivelamento para o próxima transecto.
  9. Repetir passos 1.4 1.8 para conduzir através de perfil de nivelamento em intervalos de 3 m em toda a bacia na direção oposta para criar uma grade de elevações conhecidas (veja um exemplo de perfil transectos na Figura 1).
  10. Desenvolver uma curva de palco-armazenamento para a lagoa, uma vez que as elevações (em relação ao valor de referência) são conhecidas em toda a rede de 3 m x 3 m, pesquisada através da lagoa.
    Nota: Intervalos maiores podem ser usados, mas pode aumentar o erro na determinação da relação entre o nível de água e volume de lagoa.

2. Determinação da lagoa Vernal ' s curva de palco-armazenamento

Nota: cada lagoa vernal terá uma relação única entre o nível da água e do volume de água na lagoa. Esta relação é chamada curva de palco-armazenamento.

  1. Usando os dados de elevação, reuniram-se na secção 1, determinar as elevações mais altas e mais baixas na lagoa.
  2. Determinar a diferença entre a maior e menor elevação e selecione um intervalo para o qual desenhar linhas de contorno; um intervalo de contorno de 0.1 a 0.2 m recomenda-se 11.
  3. Calcular a área da superfície de cada contorno (um eu). Isso pode ser feito à mão usando um planímetro ou eletronicamente usando software de informação geográfica (GIS).
  4. Usar o método de área média-fim para calcular o volume entre cada intervalo de contorno (V eu):
    Equation 1
    onde E é a elevação de contorno .
  5. Calcular o volume total (V P) da lagoa vernal como a soma do volume entre cada intervalo de contorno:
    Equation 2
    Nota: aqui H é a profundidade máxima da lagoa. Um exemplo é dado na tabela 1.
  6. Determinar a relação de estágio-armazenamento para a lagoa, representando graficamente o volume acumulado da lagoa em função da profundidade.
    1. Depois de instalar o sensor de nível de água, use o nível de água, como o " fase " e estimar o volume de água, ou o armazenamento, na lagoa.
      Nota: Um exemplo de uma curva de palco-armazenamento é mostrado na Figura 2. Se o sensor de nível de água é instalado acima do ponto mais baixo na lagoa vernal, um deslocamento será necessário para converter o nível da água medido em curva de palco-armazenamento (Adicionar o deslocamento no passo 3.3 para o nível de água, gravado pelos sensores de nível de água para determinar a st idade).

3. Instalação de uma estação de monitoramento

Nota: sensores para parâmetros de interesse para este estudo incluiu um transdutor de pressão (mede o nível de água e a temperatura), dissolvido a concentração de oxigênio, oxidação-redução pH, condutividade elétrica, potencial e um inflexão balde pluviômetro. A sonda de pH, sensor de oxigênio dissolvido e sonda de oxidação-redução devem ser calibrados em laboratório antes da implantação pelo sensor ' manual do usuário s. Aqui, é selecionado um datalogger central (programado para gravar dados em intervalos de 15 min), para que todos os sensores estão conectados durante a implantação. Um cenário alternativo viável seria que cada um dos sensores é autónomo e fazer não necessidade um datalogger central, uma vez que cada sensor iria gravar seus próprios dados.

  1. Anexar cada dos sensores (com excepção do pluviômetro) para um bloco de concreto ou uma estaca de madeira ( Figura 3). Use braçadeiras de mangueira ou zip laços para garantir que os sensores permanecem na parte inferior da lagoa vernal (ou a profundidade de interesse).
    1. Anexar o sensor de oxigênio dissolvido, que é um ângulo (seguindo instruções do fabricante), para permitir que o oxigênio difunda através da membrana. Instale o adorno do transdutor de pressão, conforme a pressão que ele vai medir é a coluna de água acima dele, e o nível da água deve ser registado de forma vertical.
  2. Instalar os sensores montados em um local em direção ao centro da lagoa que é improvável que tornar-se seca durante o período de estudo.
  3. Determinar a distância vertical entre os sensores e o ponto mais baixo na lagoa usando uma régua ou o equipamento de levantamento. Gravar esta distância para uso no desenvolvimento da curva de palco-armazenamento, conforme descrito na etapa 2.6 (ou seja, um deslocamento pode ser necessária quando relativas a profundidade medida utilizando os transdutores de pressão para a profundidade total de água na lagoa).
  4. Enquanto eles podem ser submerso na água, os fios do sensor são vulneráveis aos ratos ou outros animais que podem mordê-las quando o nível da água é baixo na lagoa, para evitar isso usam cloreto de apolyvinyl da tubulação para proteger os fios do sensor (opcional, mas recomendado). Executar os fios do sensor até a borda da lagoa vernal através de um tubo de PVC (3 m comprimento, 6,35 cm de diâmetro), como mostrado na Figura 4.
    Nota: para a instalação temporária (por exemplo,, algumas semanas a alguns meses) o tubo de PVC pode ser consideradas como desnecessário.
  5. Conjunto para cima um tripé e montá-lo no chão, injetando estacas em cada da viagemuma overdose pernas.
    Nota: Alguns tripés altos podem ter um para-raios que requer instalação, também.
    1. Posicione o tripé perto da borda da lagoa vernal para garantir que é acessível mesmo quando o lago está cheio de água.
  6. Anexar a caixa do gabinete para o datalogger e bateria (12 V) sobre o tripé, deixando o quarto em cima do tripé para o painel solar ser montado acima da caixa do gabinete ( Figura 4).
  7. Anexar um painel de solar 10 W até o topo do tripé e direcione-a para o sol. Um ângulo solar calculadora 12 pode ser usado, se desejado, para determinar o ângulo ideal no qual deseja instalar o painel.
  8. Colocar o pluviômetro o tripé se houver espaço. Caso contrário, anexá-lo a uma estaca de madeira ou metal polo perto da borda da lagoa e o tripé ( Figura 4). Garantir (se possível) que o pluviômetro tem cobertura arbórea que representa aproximadamente a tampa da árvore da lagoa (se houver).
  9. Trazer todos os fios do sensor e painel solar na caixa do recinto através do orifício na parte inferior da caixa.
  10. Conectar todos os sensores para o datalogger ' painel de fiação s em conformidade com os sensores ' instruções ou o datalogger ' diagrama de fiação de s. Consulte o exemplo na Figura 5A.
  11. Ligue os fios do painel solar para a bateria de 12V para recarregar a bateria ( Figura 5B).
    Nota: Selecione uma bateria que também possui um regulador de tensão (recomendado) para garantir que a bateria não recebe demasiada electricidade do painel solar.
  12. Conectar a bateria para o painel de entrada de energia sobre o datalogger ( Figura 5B) para fornecer energia para os sensores e o datalogger.
  13. Colocar um pacote dessecante dentro da caixa do recinto para reduzir a probabilidade de danos por umidade para o datalogger.
  14. Opcional mas recomendado: conectar um laptop de campo com o software de comunicação do datalogger para o datalogger, usando um cabo serial ( Figura 5B) para garantir que a rede de sensores está funcionando corretamente.
  15. Fechar a caixa de gabinete e coloque a argila em torno do furo na parte inferior da caixa de recinto onde os fios entrar para manter insetos e água fora da caixa. Se a segurança do equipamento for uma preocupação, fixar a caixa da caixa com um cadeado.

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Representative Results

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Vernal lagoas podem exibir uma ampla gama de morfologia, com perfis variando de convexo a inclinação reta para côncavos. Morfologia de exemplo para uma lagoa vernal em Pensilvânia Central é mostrada na Figura 1, juntamente com os resultados da curva de palco-armazenamento para esta lagoa (Figura 2, tabela 1). Profundidade máxima do lago não é um forte indicador de área de superfície, como hidroperíodo tem apenas uma fraca correlação com morfologia de lagoa12. Portanto, compreender as contribuições da precipitação, evapotranspiração e fluxo de águas subterrâneas (dentro ou fora da lagoa) são fatores importantes na determinação da hidrologia de lagoas vernal.

Dada a importância das lagoas vernal para reprodução de anfíbios, o monitoramento estudo descrito neste protocolo foi realizado de meados de abril a meados de junho, durante a reprodução e o período de metamorfose de madeira rãs (Rana sylvatica) nos Estados Unidos do nordeste Estados-Membros. As três lagoas vernal selecionadas para análise estão localizadas em filtro vivendo da Universidade Estadual da Pensilvânia, que é um site de2 km ~2.4 que é spray de irrigadas com águas residuais tratadas da Universidade. Os equipamentos de estação de monitoramento instalados é mostrado na Figura 4. Portanto, as alterações do nível de água medido no aumento de lagoa devido a precipitação natural e eventos de irrigação de águas residuais (Figura 6). Para a maioria das lagoas vernal, o nível da água está previsto para flutuar menos, em função principalmente do fluxo de águas subterrâneas, evapotranspiração e precipitação. Consequentemente, os resultados mostrados na Figura 6 não podem ser típicos de locais menos afetados por entradas de água antropogénicas.

Os dados coletados para temperatura, pH, concentração de oxigênio dissolvido, potencial de oxidação-redução e condutividade elétrica para cada um dos três estudos locais são mostrados em Figura 7. É importante observar que vários sensores requerem calibração semanal para garantir que os dados sejam precisos. Recomendações nos manuais do usuário para os sensores devem ser seguidas, com pH, dissolvido, oxigênio e geralmente necessitam de manutenção semanal ou calibração de ORP. Em geral, a temperatura dos lagos aumentou durante o período de estudo (a partir de meados de abril através de meados de junho), com temperaturas geralmente diminuindo em resposta a eventos de irrigação de efluentes. O pH foi relativamente consistente para a maioria do período de estudo, entre 6 e 8, que é semelhante ao pH em lagoas naturais e vernal impactado por águas residuais irrigação atividades13. A condutividade elétrica dos lagos aumentou ao longo do período de estudo, provavelmente devido a maior condutividade elétrica da água residual (aproximadamente 1 mS/cm) em comparação com a água da chuva14.

Concentrações de oxigênio dissolvido e potencial de oxidação-redução geralmente seguiam uma tendência semelhante, como esperado, com valores mais altos no início do período de estudo e diminuindo para valores baixos relativamente consistentes do início de maio até o final do período de estudo. Oxigênio dissolvido é conhecido por ser inversamente relacionada à temperatura, e esteiras grossas de lentilha observaram-se a crescer na superfície de Lagos ao longo do período de estudo (da primavera ao início do verão), provavelmente limitando o particionamento de oxigênio da atmosfera para as lagoas. Além disso, as medições foram feitas na parte inferior da lagoa, e, portanto, as condições podem ter sido diferentes perto da superfície da lagoa. Para este estudo, a exposição de girinos às condições na parte inferior da lagoa foi de interesse. A localização dos sensores na lagoa pode influenciar as medições de qualidade de água, e, portanto, os sensores devem ser instalados na lagoa em uma maneira que representa as condições de interesse.

Figure 1
Figura 1 : Morfologia de vernal lagoa exemplo. Determinado através da realização de um perfil de nivelamento de levantamento de uma lagoa de vernal em Pensilvânia Central. Linhas de contorno são dadas em um intervalo de 0,1 m. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2 : Curva de palco-armazenamento de exemplo para uma lagoa vernal na Pensilvânia, EUA. Nível de água da lagoa é usado para estimar o volume acumulado de água em uma lagoa de vernal em Pensilvânia Central. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3 : Montagem de sensores para implantação. Sensores mostrados na vista (A) e (B) incluem o (a) sensor de oxigênio dissolvido, sonda de condutividade elétrica (b), transdutor de pressão (c), sonda de pH (d) e sonda e oxidação-redução. Transdutor de pressão deve ser instalado na posição vertical para nível de água medida com precisão. Sensor de oxigênio dissolvido deve ser instalado em um ângulo para permitir a adequada difusão de oxigênio através da membrana do sensor e para evitar bolhas de formando dentro do sensor. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4 : Monitoramento de estações implantadas em tanques vernal na Pensilvânia, EUA. (A) vista lateral, mostrando o pluviômetro (a), (b) datalogger recinto (c) painel solar, caixa e tripé (d) e (e) sensor fios na lagoa. (B) vista frontal com a caixa de datalogger recinto aberta, mostrando os sensores de (e) conectados para o datalogger (f), com a bateria (g) dentro da caixa e um (h) automatizado amostrador perto da lagoa. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5 : Diagrama de fiação do exemplo (A) e (B) sensor de fios ligados ao datalogger. Os sensores mostrados no diagrama de fiação de exemplo são: (a) pluviômetro, transdutor de pressão (b), sensor de oxigênio (c) dissolvido, sonda (d) oxidação-redução, sonda de pH (e), sensor de condutividade (f) elétrica. Dentro da caixa do cerco, os fios do sensor são mostrados conectados para o datalogger (g). Os painéis solares estão conectados para o regulador de tensão (h) sobre a (i) bateria, que é então ligada na saída de poder (j) na bateria para a entrada de energia (k) sobre o datalogger. Um computador pode ser conectado para o datalogger, usando um cabo serial (l). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6 : Dados hidrológicos coletados em três lagoas vernal (A, B, C), na Pensilvânia, EUA. A soma das chuvas e das águas residuais tha de irrigação (entrada)alcances de t que cada lagoa vernal é mostrada na parte superior de cada gráfico (eixo y secundário). As correspondentes alterações do nível de água são mostradas no eixo y primário. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7 : Propriedades físicas e químicas de três lagoas vernal (1 VP, VP 2 e 3 de VP) medido em tempo real na Pensilvânia, EUA. Os parâmetros medidos em tempo real foram temperatura, pH, condutividade elétrica, concentração de oxigênio dissolvido e potencial de oxidação-redução. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Profundidade da lagoa (m) Área (m2) Área média (m2) Intervalo de contorno (m) Mudança no Volume (m3) Volume 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 e 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

Tabela 1: média final área método Cálculos para o desenvolvimento de curva de palco-armazenamento. Os cálculos foram feitos para o contorno dos intervalos de 0,1 m. A morfologia é mostrada na Figura 1 e a curva de fase-armazenamento é mostrada na Figura 2.

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Discussion

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Importância no que diz respeito a métodos existentes

Enquanto monitoramento de fluxos tem bem estabelecidas metodologias desenvolvidas pelos Estados Unidos Geological Survey (USGS), tal programa de monitoramento não generalizado existe para dinâmica de vernal lagoa de compreensão. Este protocolo visa fornecer orientação para como começar a abordagem hidrológica e pesquisa em um site de vernal lagoa, com o objetivo de compreender os fatores como físicos e químicos de monitoramento da qualidade da água pode estar mudando ao longo do tempo em um determinado site.

Limitações da técnica

Conforme descrito, os dados de monitoramento coletados podem não ser representativa da lagoa inteira. Parâmetros de qualidade, particularmente da água oxigênio dissolvido e potencial de oxidação-redução são susceptíveis de ser homogênea dentro da lagoa. Vários sensores distribuídos em toda a bacia e a várias profundidades podem ser necessários para caracterizar totalmente parâmetros físicos e químicos de interesse que são susceptíveis de variar em função da profundidade.

Em situ dados de monitoramento são susceptíveis de ser insuficiente para a compreensão de dados de qualidade de água nas lagoas vernal. Coletando amostras de agarrar ou à mão ou com dispositivos de amostragem automatizada pode fornecer informações valiosas sobre uma gama mais ampla de qualidade de água. Estas amostras podem ser trazidas de volta para um laboratório analítico a ser analisado para um conjunto de parâmetros de qualidade de água, incluindo nutrientes, pesticidas, produtos farmacêuticos e outros contaminantes de preocupação ambiental emergente. Dependendo da localização da lagoa vernal, sais e agentes de degelo podem ser uma preocupação se a lagoa está recebendo escoamento de uma vizinha estrada15. No entanto, as amostras coletadas utilizando a metodologia de amostragem de garra fornecem dados para apenas um ponto específico no tempo, e as concentrações são susceptíveis de mudar ao longo do tempo, particularmente em resposta a eventos snowmelt ou precipitação que desencadeiam o escoamento de superfície. Portanto, projetada para capturar eventos que poderão resultar em alterações na concentração de amostragem deve ser conduzida para entender mais a fundo as variações temporais dos parâmetros de qualidade de água.

Modificações no protocolo

Várias opções existem para projetar o monitoramento de estações de hidrologia e qualidade da água. Os sensores descritos na seção 3 do protocolo não são autónomos, significa que eles devem ser conectados para um datalogger externo de dados a ser gravado e baixei. Existem vários sensores autônomos, particularmente para o nível de água e temperatura da água. O sensor de nível de água específico que foi selecionado para esta aplicação tem um tubo de ventilação que permite que o sensor compensar a pressão do ar, e portanto, não exige um sensor adicional fora da água. Alguns sensores de baixo custo em situ também estão disponíveis para uma ampla gama de parâmetros físicos e químicos, além daqueles descritos aqui, incluindo uma variedade de íons dissolvidos (por exemplo, nitrato, nitrito, amônia, sódio).

Além disso, pode ser desejável para coletar medições em várias profundidades dentro da lagoa vernal ou em vários locais em toda a bacia. Alguns dos parâmetros que são susceptíveis de variar pela profundidade são temperatura, oxigênio dissolvido e potencial de oxidação-redução. Este protocolo pode ser modificado pela adição de replicar os sensores para a rede de monitoramento para analisar a variabilidade espacial através de transectos (por exemplo, a cada poucos metros em toda a bacia) ou verticalmente dentro da coluna de água (por exemplo, cada alguns cem cm dentro do perfil de água). Para estas aplicações, tendo um datalogger gravação todos data a partir da rede de sensor seria desejável sobre muitos sensores autônomos que exigem o download de cada sensor individual, em vez de um local central na lagoa vernal.

Aplicações futuras

A vantagem da instalação do descrito neste protocolo é que qualquer variável de interesse pode ser usado para disparar um amostrador automático de ligar um cabo de comunicação que pode ir desde o datalogger para um amostrador automático (por exemplo, ISCO). Os dataloggers usar uma linguagem de programação semelhante a C que permite técnicas de amostragem de romance para ser empregado. Por exemplo, fel et al 16 , 17 usado fluxo dados coletados em tempo real para prever a tempestade hidrogramas e espaço adequadamente amostras de fluxo-passeado através da Hidrograma, resultando em um protocolo de romance tempestade específicos de amostragem que adequadamente espaçadas amostras sobre pequenas e grandes hidrogramas. Exemplos de alavancar os dados recolhidos neste protocolo para amostragem poderia estar usando medições de nível de água para coletar amostras após um evento de chuva que resultou em aumento significativo do nível de água, ou no outro extremo, desencadeada amostras durante um período de seca quando a lagoa vernal pode rapidamente perder água.

Uma outra aplicação futura poderia estar desenvolvendo uma rede de monitoramento em tempo real de vernal lagoas dentro de uma área de estudo de interesse. Por exemplo, lagoas vernal através de um gradiente de impacto humano poderiam ser selecionadas, com cada lagoa instrumentada com os mesmos sensores de quantidade e qualidade de água. Estas estações então poderiam se comunicar uns com os outros através de modems de celular ou redes de rádio, permitindo que dados sejam acessíveis remotamente e disponibilizando os dados aos pesquisadores em tempo real.

Dado o declínio de anfíbios global e a importância das lagoas vernal como habitat para a reprodução e a metamorfose, este protocolo visa abordar a escassez de dados de monitoramento contínuos para lagoas vernal através de um gradiente de impacto humano. Anfíbios que utilizam estas lagoas vernal podem exibir site fidelidade18,19,20, significando que eles retornam para procriar no mesmo local (ou a uma distância relativamente pequena) todos os anos. Portanto, compreender a dinâmica dessas críticas dos habitats de reprodução e usando esse conhecimento para informar a política relacionada com zonas húmidas efêmeras é vital para sua sobrevivência. É fundamental entender a hidrologia e biogeoquímicos ciclismo de lagoas vernal para melhor desenvolverem políticas que restaurar o habitat degradado e proteger o habitat existente.

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Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Os autores gostaria de agradecer a Pensilvânia estado Universidade escritório de físico planta (OPP) de financiamento para apoiar esta pesquisa. Além disso, gostaríamos de agradecer seu apoio colaborativo do projeto DRS Elizabeth W. Boyer, David A. Miller e Tracy Langkilde na The Pennsylvania State University.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Mina, O., Gall, H. E., Chandler, J. W., Harper, J., Taylor, M. Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds. J. Vis. Exp. (129), e56466, doi:10.3791/56466 (2017).More

Mina, O., Gall, H. E., Chandler, J. W., Harper, J., Taylor, M. Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds. J. Vis. Exp. (129), e56466, doi:10.3791/56466 (2017).

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