Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

المستمر الهيدرولوجية والمياه مراقبة جودة الأحواض ربيعي

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

فهم خدمات النظم الإيكولوجية والعمليات التي يوفرها ربيعي البرك وآثار الأنشطة البشرية على مدى قدرتها على توفير هذه الخدمات يتطلب الرصد الهيدرولوجي المكثف. تم تطوير هذا البروتوكول أخذ العينات في الموقع معدات الرصد باستخدام لفهم تأثير الأنشطة البشرية على مستويات المياه ونوعيتها.

Abstract

ربيعي البرك، كما يشار إلى تجمعات ربيعي، توفير خدمات النظم الإيكولوجية الحرجة والموئل لمجموعة متنوعة من الأنواع المهددة والمعرضة للانقراض. ومع ذلك، فهي الأجزاء الضعيفة من المناظر الطبيعية التي غالباً ما سوء فهم والمداريين. ويعتقد أن مساهمة في الهبوط البرمائية العالمية استخدام الأراضي والممارسات الإدارية، فضلا عن تغير المناخ. ومع ذلك، مطلوب إجراء مزيد من البحوث لفهم مدى هذه الآثار. نقدم هنا، منهجية لوصف بركة ربيعي مورفولوجيا والتفصيل محطة رصد التي يمكن استخدامها لجمع بيانات كمية ونوعية المياه على مدى مدة هيدروبيريود بركة ربيعي. ونحن نقدم منهجية لكيفية إجراء عمليات المسح الميداني تحديد خصائص مورفولوجية وتطوير منحنيات مرحلة التخزين لبركة ربيعي. بالإضافة إلى ذلك، نحن نقدم منهجية لرصد منسوب المياه ودرجة الحرارة، الأس الهيدروجيني، الأكسجين المذاب المحتملة، والأكسدة والاختزال، والتوصيل الكهربائي للماء في بركة ربيعي، فضلا عن رصد بيانات هطول الأمطار. يمكن استخدام هذه المعلومات لتحديد أفضل خدمات النظم الإيكولوجية التي توفر الأحواض ربيعي وآثار الأنشطة البشرية على مدى قدرتها على توفير هذه الخدمات.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ربيعي البرك هي الأراضي الرطبة المؤقتة، الضحلة التي عادة ما تحتوي على المياه من الخريف إلى الربيع وغالباً الجافة خلال أشهر الصيف. ويسيطر الفترة غمر الأحواض ربيعي، يشار إليها عموما بهيدروبيريود، أساسا هطول الأمطار والتبخر والنتح1.

ربيعي البرك يمكن أيضا أن يشار إلى برك ربيعي والأحواض سريعة الزوال والبرك المؤقتة، والأحواض الموسمية والأراضي الرطبة معزولة جغرافيا2. في شمال شرق الولايات المتحدة، الأحواض ربيعي تتسم في أغلب الأحيان بالموئل الحرج التي يقدمونها للبرمائيات، وصفه خصبة وتقديم الدعم خلال المراحل المبكرة من الحياة (أي، الضفادع الصغيرة) والتحول. في كاليفورنيا، تتميز الأحواض ربيعي فريدة من النباتات وأنواع النباتات المهددة بالانقراض أنها تدعم2.

هذه الموائل مهددة متزايد نظراً تغير المناخ واستخدام الأراضي، والسكان البرمائيات تعاني من انخفاض عالمي كبير إلى حد كبير بسبب الأنشطة البشرية3،4. الشواغل المتعلقة بنوعية المياه بسبب التلوث هي أيضا الفكر أن العوامل في الآونة الأخيرة البرمائية الانخفاض على الصعيد العالمي5. وعلاوة على ذلك، أظهرت الدراسات الأخيرة حدوث زيادة خصائص المحولين في الضفادع التي تسكن ربيعي البرك تأثر مياه الفضلات البشرية6. ولذلك هناك حاجة القيام بعمليات رصد أكثر كثافة من الأحواض ربيعي سواء الطبيعية أو أثرت فهم أفضل للمساهمين في الانخفاض العالمي البرمائية.

وتشمل البارامترات الفيزيائية ربيعي البرك التي يلزم قياسها ورصدها مورفولوجيا البركة ومستوى المياه. مورفولوجية هندسة البركة، وتم تطويرها من قبل بإجراء دراسة استقصائية لتحديد التغيرات في الارتفاع عبر البركة. مسح البيانات ثم تستخدم لإنشاء منحنى مرحلة تخزين، مما يتيح حجم البركة تقدير استناداً إلى قياسات منسوب المياه. نظراً لأن مستوى الماء في بركة ربيعي يتأثر بشدة بهطول الأمطار، ينبغي إجراء قياسات في عالية دقة زمنية لفهم أفضل القصير (أي، بناء على أمر من دقائق إلى ساعات) والتقلبات طويلة الأجل (أي، بناء على أمر من أشهر إلى سنوات) في مستوى المياه.

تتضمن معلمات نوعية المياه للفائدة أن من المعروف أن تؤثر على وظيفة ربيعي البرك درجة الحرارة ودرجة الحموضة والموصليه الكهربائية، ومستويات الأوكسجين الذائب وإمكانيات الأكسدة والاختزال. هذه المعلمات يمكن كافة يمكن قياسها في الموقع مع تكنولوجيات رخيصة نسبيا وشبكات الاستشعار. بعض المياه بارامترات نوعية الاهتمام مثل بعض أنواع المغذيات (أي، مجموع Kjeldahl النيتروجين) والملوثات الأخرى (أي، الملوثات الناشئة) تتطلب عينات جمعها وجلبت إلى مختبر لتجهيز و تحليل.

مستوى أو درجة الحموضة، المعلمات الحرجة التي تؤثر على قدرة الأحواض ربيعي مثابة الموئل المناسب لتربية الحيوانات البرمائية ومراحل النمو المبكر للضفادع الصغيرة وتشمل المياه وتركيز الأكسجين المذاب. بالمقارنة مع ربيعي البرك الموجودة في المناظر الطبيعية البكر نسبيا، مستويات مرتفعة من الموصلية الكهربائية، درجة الحموضة أعلى، خفضت حلت تركيزات الأكسجين، وقد سجلت تركيزات عالية من المغذيات في الأحواض ربيعي تأثر الصنعية الأنشطة2،7. قد تحدث الظروف اللاهوائية أو تخفيض في هذه الموائل، ولا سيما تلك التي تتأثر بالأنشطة البشرية. يمكن أن يسبب هذا تحول في المجتمع الميكروبيولوجية، تغيير المغذيات ركوب الدراجات داخل البركة ويحتمل أن الحد من تدهور المركبات تحريف الغدد الصماء وغيرها من الملوثات98،.

والهدف من هذه الورقة تقديم معلومات عن كيفية إنشاء محطة لرصد كمية المياه ونوعيتها من بركة ربيعي. هذا الأسلوب يمكن تطبيقه على أي بركة ربيعي، ولكن تتطلب الوصول إلى الموقع (أيالموقع يجب أن يكون على الممتلكات العامة أو إذن مالك الأرض إلى تركيب معدات).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1-إجراء دراسة استقصائية مورفولوجيا البركة ربيعي

  1. تحديد موقع تسمية كالمعيار ووضع علامة عليه مع دراسة استقصائية صغيرة أو وسم العلم.
    ملاحظة: الموقع ينبغي أن يكون ارتفاع عال من البركة ولها خط البصر من جميع المواقع عبر البركة.
  2. تعيين المؤشر ارتفاع إشارة؛ ولا يهم العدد الدقيق، فإنه يكتفي بإشارة التي يمكن مقارنة جميع المرتفعات الأخرى.
  3. استخدام تدبير الشريط ووسم العلامات، جعل المقاطع العرضية في فاصل 3 أمتار فوق منطقة البركة، أسفر عن شبكة 3 م × 3 م (راجع المثال في الشكل 1)-
  4. تحديد ارتفاع الجزء السفلي من الحوض (أي، الأرض) م 3 فترات طول كل قطاع بقياس الارتفاع على قضيب التسوية باستخدام مستوى تلقائية. التأكد من أن ملفات التعريف يمتد إلى ارتفاعات أعلى في كل جانب من البركة.
  5. في نهاية كل العيانية، تجعل من باكسايت إلى النقطة المرجعية وتسجيل الارتفاع.
  6. تحديد الخطأ المسح كالفرق بين المعيار ' s تعيين الارتفاع (أي، القيمة المرجعية التي تم تعيينها في الخطوة 1، 2) وقطاع ارتفاع يقاس من الموقع الأكثر بعدا في التشكيل الجانبي.
  7. حساب الخطأ المسموح به (AE) من إغلاق لملف التعريف كعبد اللطيف = K (2 * م) 0.5، حيث ك ثابت بين 0.001 و 1 وهو م المسافة (في كم) بين المعيار والموقع الأكثر بعدا عن التشكيل الجانبي.
    ملاحظة: قيمة K يعتمد على الدقة المطلوبة للدراسة، وفي هذه الحالة يمكن أن تؤخذ 0.1 10-
  8. قارن الخطأ مسح المحسوبة في الخطوة 1، 6 إلى AE المحسوبة في الخطوة 1، 7. إذا كان الخطأ المسح أكبر من عبد اللطيف، ثم إعادة قطاع الشخصية الاستواء (خطوات 1.3 و 1.4) لذلك. إذا كان الخطأ المسح أقل من عبد اللطيف، ثم التشكيل الجانبي للتسوية لأن قطاع هو كاملة، وسلوك الشخصية الاستواء العيانية المقبل.
  9. كرر الشخصية الخطوات 1.4 عن طريق 1.8 لإجراء التسوية على فترات 3 أمتار عبر البركة في الاتجاه الآخر لإنشاء شبكة المرتفعات المعروفة (انظر مثال على الشخصية المقاطع العرضية في الشكل 1).
  10. تطوير منحنى مرحلة سعة تخزين للبركة مرة معروفة في المرتفعات (فيما يتعلق بالمعيار) عبر الشبكة 3 م × 3 م شملهم الاستطلاع عبر البركة.
    ملاحظة: يمكن استخدام فترات زمنية أكبر، ولكن قد يزيد الخطأ في تحديد العلاقة بين مستوى المياه وحجم البركة.

2. تحديد "البركة ربيعي" ' s "المنحنى" مرحلة التخزين

ملاحظة: سيكون كل البركة ربيعي علاقة فريدة من نوعها بين مستوى المياه وكمية المياه في الحوض. هذه العلاقة تسمى المنحنى مرحلة التخزين.

  1. باستخدام البيانات ارتفاع تجمعوا في القسم 1، تحديد ارتفاعات أعلى وأدنى في البركة.
  2. تحديد الفرق بين ارتفاع أعلى وأدنى، وتحديد الفترة زمنية التي يتم رسم الخطوط الكنتورية؛ ينصح فاصل كفاف من 0.1 إلى 0.2 م 11-
  3. حساب المساحة السطحية لكل كفاف (أنا). يمكن أن يتم ذلك أما عن طريق اليد باستخدام بلانيميتير أو إلكترونيا باستخدام برمجيات المعلومات الجغرافية (GIS).
  4. استخدام الأسلوب المتوسط-نهاية-المنطقة لحساب الحجم بين كل فاصل زمني كفاف (الخامس أنا):
    Equation 1
    حيث E هو رفع مستوى كفاف .
  5. حساب الحجم الإجمالي (ت ع) البركة ربيعي كمجموع الحجم بين كل فاصل زمني كفاف:
    Equation 2
    ملاحظة: هنا ح هو أقصى عمق البركة. على سبيل مثال ويرد في الجدول 1-
  6. تحديد العلاقة مرحلة التخزين للبركة برسوم بيانية الحجم التراكمي للبركة كدالة للعمق.
    1. بعد تركيب جهاز استشعار مستوى المياه، تستخدم في مستوى المياه " المرحلة " وتقدير حجم المياه، أو التخزين، في البركة.
      ملاحظة: يظهر مثال لمنحنى المرحلة سعة التخزين في الشكل 2. إذا تم تثبيت جهاز استشعار مستوى المياه أعلى نقطة أدنى في البركة ربيعي، إزاحة ستكون هناك حاجة لتحويل قياس مستوى المياه إلى منحنى مرحلة التخزين (إضافة الإزاحة في الخطوة 3، 3 إلى أن مستوى المياه التي سجلتها أجهزة الاستشعار منسوب المياه تحديد في الشارع العمر)-

3. تركيب "محطة لرصد"

ملاحظة: أجهزة الاستشعار لمعلمات اهتمام لهذه الدراسة المدرجة ضغط على المفاتيح (يقيس مستوى المياه ودرجة الحرارة)، حلت تركيز الأكسجين، الأكسدة والاختزال الموصلية الكهربائية، ويحتمل، درجة الحموضة، ومقياس مطر دلو اللاعودة. ويجب معايرة مسبار درجة الحموضة واستشعار الأوكسجين المذاب، ومسبار الأكسدة والاختزال في المعمل قبل نشر كل أجهزة الاستشعار ' s دليل المستخدم. هنا، يتم تحديد datalogger مركزية (المبرمجة لتسجيل البيانات في فواصل زمنية 15 دقيقة)، التي ترتبط جميع أجهزة الاستشعار أثناء النشر. وسيكون سيناريو بديلة قابلة للحياة أن كل من أجهزة الاستشعار المتمتعة بالحكم الذاتي والقيام لا datalogger حاجة واحدة مركزية، حيث سيسجل كل جهاز استشعار البيانات الخاصة به-

  1. إرفاق كل من أجهزة الاستشعار (باستثناء قياس المطر) إلى كتلة جمرة أو حصة من الخشب ( الشكل 3). استخدام خرطوم المشابك أو الرمز البريدي العلاقات لضمان بقاء أجهزة الاستشعار القرب من أسفل البركة ربيعي (أو عمق الفائدة).
    1. إرفاق أجهزة الاستشعار الأوكسجين الذائب مثل هذا من زاوية (لإرشادات الشركة المصنعة)، للسماح للأوكسجين إلى منتشر عبر الغشاء. تثبيت تستقيم محول طاقة الضغط، الضغط الذي فإنه سيتم قياس عمود الماء فوقه، وينبغي تسجيل منسوب المياه بطريقة عمودية.
  2. تثبيت أجهزة الاستشعار المركبة في مكان نحو مركز البركة التي من غير المحتمل أن تصبح جافة خلال فترة الدراسة-
  3. تحديد المسافة العمودية بين أجهزة الاستشعار وأخفض نقطة في الحوض باستخدام مسطرة أو معدات المسح. تسجيل هذه المسافة لاستخدامها في وضع منحنى مرحلة التخزين كما هو موضح في الخطوة 2، 6 (أي، قد تكون هناك حاجة إزاحة عندما تتعلق بالعمق تقاس باستخدام محولات الضغط إلى عمق المياه في البركة).
  4. في حين أنهم يمكن أن تكون غارقة في المياه، والأسلاك استشعار معرضة للفئران أو الحيوانات الأخرى التي قد مضغ عليها عندما ينخفض مستوى الماء في البركة، لمنع هذا استخدام كلوريد أبوليفينيل الأنابيب لحماية الأسلاك الاستشعار (اختياري، ولكن الموصى بها). تشغيل الأسلاك استشعار ما يصل إلى حافة البركة ربيعي عبر أنابيب البلاستيكية (القطر 6.35 سم طويلة، م 3)، كما هو مبين في الشكل 4.
    ملاحظة: للتثبيت المؤقت (مثل، وبضعة أسابيع إلى بضعة أشهر) الأنابيب البلاستيكية يمكن أن تعتبر غير ضرورية.
  5. مجموعة ترايبود، وتحميله على الأرض عن طريق إدراج حصص في كل من هذه الرحلةod الساقين.
    ملاحظة: قد يكون بعض حوامل طويل القامة مانعة الصواعق التي تتطلب التثبيت، أيضا.
    1. موقف ترايبود قرب حافة البركة ربيعي ضمان أن يكون موجوداً حتى عندما تكون البركة مليئة بالمياه-
  6. إرفاق مربع الضميمة datalogger والبطارية (12 ت) على ترايبود، مما يترك مجالاً أعلاه ترايبود للألواح الشمسية التي سيتم تحميلها فوق مربع الضميمة ( الشكل 4).
  7. إرفاق لوحة شمسية ث 10 إلى الجزء العلوي من ترايبود وزاوية صوب الشمس. حاسبة شمسية زاوية 12 يمكن استخدامها، إذا رغبت في ذلك، لتحديد الزاوية المثلى التي يتم تثبيت لوحة.
  8. إرفاق
  9. مقياس المطر ترايبود إذا لم يكن هناك غرفة. وإلا إرفاقه إلى حصة خشبية أو معدنية القطب قرب حافة البركة وترايبود ( الشكل 4). ضمان (إذا أمكن) أن مقياس المطر الغطاء الشجري الذي يمثل الغطاء الشجري البركة تقريبا (أن وجدت)-
  10. إحضار جميع أسلاك أجهزة الاستشعار والألواح الشمسية في مربع حاوية من خلال الثقب في الجزء السفلي من المربع-
  11. جميع أجهزة الاستشعار تتصل datalogger ' s الأسلاك الفريق وفقا لأجهزة الاستشعار ' تعليمات أو datalogger ' s الأسلاك الرسم التخطيطي. راجع المثال في الشكل 5A.
  12. توصيل الأسلاك لوحة شمسية للبطارية 12 فولت شحن البطارية ( الشكل 5B).
    ملاحظة: حدد بطارية يحتوي أيضا جهد منظم (مستحسن) التأكد من أن البطارية لا تتلقى الكثير من الكهرباء من الألواح الشمسية-
  13. توصيل البطارية بلوحة الإدخال الطاقة في datalogger ( الشكل 5B) توفير الطاقة datalogger، وأجهزة الاستشعار-
  14. وضع حزمة المجففة داخل مربع الضميمة للحد من احتمال وقوع أضرار الرطوبة datalogger.
  15. الموصى بها ولكن اختياري: توصيل كمبيوتر محمول ميدانية مع برامج الاتصالات datalogger إلى datalogger استخدام كبل تسلسلي ( الشكل 5B) التأكد من أن شبكة الاتصال جهاز استشعار يعمل بشكل صحيح.
  16. أغلق مربع الضميمة
  17. ووضع الطين حول الثقب في الجزء السفلي من مربع الضميمة حيث أدخل الأسلاك للحفاظ على الحشرات والمياه من خارج منطقة الجزاء. إذا كان الأمن للمعدات مصدر قلق، تأمين مربع الضميمة مع قفل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يمكن أن يحمل ربيعي البرك طائفة واسعة من التشكل، مع التشكيلات الجانبية تتراوح بين محدب المنحدر مباشرة مقعر. ويبين الشكل 1، مورفولوجيا مثال لبركة ربيعي في وسط بنسلفانيا جنبا إلى جنب مع نتائج المنحنى مرحلة التخزين لهذا الحوض (الشكل 2، الجدول 1). عمق البركة الأقصى ليست مؤشرا قويا للمساحة السطحية، هيدروبيريود له إلا علاقة ضعيفة مع البركة مورفولوجيا12. ولذلك، فهم المساهمات لهطول الأمطار، التبخر والنتح، وتدفق المياه الجوفية (داخل أو خارج البركة) عوامل هامة في تحديد الهيدرولوجيا ربيعي البرك.

نظراً لأهمية ربيعي الأحواض لتربية البرمائية، الرصد الموصوفة في هذا البروتوكول وقد أجريت الدراسة من منتصف نيسان/أبريل إلى منتصف حزيران/يونيو، أثناء تربية ومسخ الفترة من الخشب الضفادع (رنا أوروبي) في الولايات المتحدة شمال شرق الدول. البرك ربيعي الثلاثة المختارة للتحليل تقع في "تصفية يعيشون" في جامعة ولاية بنسلفانيا، وهو موقع2 كم ~2.4 رذاذ المروية بمياه الصرف المعالجة للجامعة. ويبين الشكل 4تركيب معدات محطة الرصد. ولذلك، قياس التغيرات في مستوى المياه في الزيادة بركة بسبب الأمطار الطبيعية ومياه الري الأحداث (الشكل 6). لمعظم أحواض ربيعي، يتوقع أن مستوى المياه تتقلب أقل، كدالة أساسا لتدفق المياه الجوفية والتبخر والنتح، وهطول الأمطار. ولذلك، قد لا تكون النتائج هو موضح في الشكل 6 نموذجية من مواقع أقل تأثرا بمدخلات المياه الاصطناعية.

البيانات التي يتم جمعها لتظهر درجة الحرارة ودرجة الحموضة وتركيز الأكسجين المذاب، وإمكانيات الأكسدة والاختزال والموصليه الكهربائية لكل موقع من مواقع الدراسة ثلاثة في الرقم 7- من المهم ملاحظة أن أجهزة استشعار مختلفة تتطلب المعايرة الأسبوعية ضمان دقة البيانات. التوصيات الواردة في دليل المستخدم لأجهزة الاستشعار ينبغي أن يتبع، مع درجة الحموضة، حل الأكسجين، وعادة ما تحتاج إلى صيانة أسبوعية أو المعايرة ORP. وبصفة عامة، زادت درجة حرارة الأحواض خلال فترة الدراسة (من منتصف أبريل حتى منتصف يونيو/حزيران)، مع درجات الحرارة عموما في التناقص في استجابة للأحداث الري النفايات السائلة. درجة الحموضة كان ثابتاً نسبيا لمعظم فترة الدراسة، بين 6 و 8، ومشابه للرقم الهيدروجيني في الأحواض سواء الطبيعية أو ربيعي تتأثر بمياه الري أنشطة13. زيادة الموصلية الكهربائية للأحواض خلال فترة الدراسة، احتمالاً بسبب ارتفاع الموصلية الكهربائية لمياه الصرف الصحي (حوالي 1 mS/cm) بالمقارنة مع14من مياه الأمطار.

تركيزات الأكسجين المذاب وإمكانيات الأكسدة والاختزال يتبع عموما اتجاها مماثلاً، كما هو متوقع، مع أعلى القيم في بداية فترة الدراسة وتناقص إلى قيم منخفضة نسبيا متسقة من أوائل مايو حتى النهاية فترة الدراسة. الأوكسجين الذائب المعروف عكسيا بدرجة الحرارة، ولوحظت الحصير سميكة من دكويد تنمو على سطح الأحواض خلال فترة الدراسة (الربيع إلى أوائل الصيف)، يرجح أن يحد من تقسيم الأوكسجين من الغلاف الجوي في البرك. بالإضافة إلى ذلك، أجريت قياسات القرب من أسفل الحوض، وذلك ربما كانت الظروف مختلفة قرب سطح البركة. لهذه الدراسة، كان تعرض الضفادع الصغيرة لشروط بالقرب من أسفل البركة للفائدة. موقع أجهزة الاستشعار في البركة قد تؤثر على القياسات نوعية المياه، ولذلك يجب تثبيت أجهزة الاستشعار في البركة في طريقة التي تمثل شروط الفائدة.

Figure 1
الشكل 1 : المثال البركة ربيعي مورفولوجيا. تحدد إجراء ملف التسوية إجراء دراسة استقصائية لبركة ربيعي في وسط بنسلفانيا. وترد الخطوط الكنتورية في فاصل زمني 0.1 متر. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : مثال مرحلة التخزين منحنى لبركة ربيعي في وسط بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية- يستخدم مستوى مياه الأحواض لتقدير الحجم التراكمي للماء في بركة ربيعي في وسط بنسلفانيا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : تركيب أجهزة استشعار للنشر. أجهزة الاستشعار هو موضح في وجهات النظر (أ) و (ب) وتشمل (أ) مجس الأوكسجين الذائب ومسبار الموصلية الكهربائية (ب)، (ج) الضغط على المفاتيح، مسبار (د) الأس الهيدروجيني والتحقيق (ﻫ (الأكسدة والاختزال. يجب أن يتم تثبيت الضغط على المفاتيح تستقيم بدقة قياس منسوب المياه. يجب تثبيت جهاز استشعار الأوكسجين الذائب في زاوية للسماح بالنشر السليم للأوكسجين عبر غشاء أجهزة الاستشعار ومنع الفقاعات من تشكيل داخل أجهزة الاستشعار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : رصد المحطات المنتشرة في الأحواض ربيعي في وسط بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية. (أ) عرض الجانب، عرض مقياس المطر (أ)، (ب) datalogger الضميمة مربع، (ج) لوحة للطاقة الشمسية، و (د) ترايبود، وأجهزة الاستشعار (ه) أسلاك الخوض في البركة. (ب) عرض الجبهة مع مربع الضميمة datalogger مفتوحة، عرض أجهزة الاستشعار (ه) متصلاً datalogger (و)، مع البطارية (ز) داخل المربع و (ح) الآلي العينات قرب البركة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5 : (أ) مثال مخطط الأسلاك والأسلاك (ب) الاستشعار متصلاً datalogger. أجهزة الاستشعار في الرسم التخطيطي الأسلاك مثال: (أ) مقياس المطر، (ب) الضغط على المفاتيح، مجس الأوكسجين الذائب (ج)، والأكسدة والاختزال (د) التحقيق، مسبار درجة الحموضة (ه)، استشعار الموصلية الكهربائية (و). داخل مربع الضميمة، تظهر الأسلاك استشعار متصلة datalogger (ز). ترتبط الألواح الشمسية لمنظم الجهد (ح) على (i) البطارية، التي ثم سلكية من إنتاج الطاقة (ي) على البطارية لمدخلات الطاقة (k) على datalogger. يمكن توصيل جهاز كمبيوتر datalogger استخدام كبل تسلسلي (l). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الرقم 6 : جمع البيانات الهيدرولوجية في الأحواض ربيعي الثلاث (أ، ب، ج) في وسط بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية- مجموع ثا الري (مدخلات) مياه الأمطار ومياه الصرف الصحيتي تصل إلى كل البركة ربيعي يرد عبر الجزء العلوي من كل رسم بياني (محور ص ثانوية). يتم إظهار التغييرات المقابلة في مستوى المياه على المحور الصادي الأولية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
الشكل 7 : قياس الخصائص الفيزيائية والكيميائية لثلاثة أحواض ربيعي (1 نائب الرئيس ونائب الرئيس 2 3 نائب الرئيس) في الوقت الحقيقي في وسط بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية- وكانت المعلمات يقاس في الوقت الحقيقي درجة الحرارة ودرجة الحموضة والموصليه الكهربائية، وتركيز الأوكسجين الذائب وإمكانيات الأكسدة والاختزال. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

عمق البركة (م) المساحة (م2) متوسط المساحة (م2) الفاصل الزمني كفاف (m) تغيير في حجم (م3) الحجم التراكمي (م3)
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

الجدول 1: متوسط نهاية منطقة أسلوب العمليات الحسابية لمرحلة التخزين منحنى التنمية- وقدمت العمليات الحسابية لفترات كفاف 0.1 متر. مورفولوجية ويرد في الشكل 1 ، ومنحني مرحلة التخزين ويرد في الشكل 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

أهمية فيما يتعلق بالأساليب القائمة

في حين رصد تيارات المنهجيات الراسخة التي وضعت قبل المسح الجيولوجي (USGS) "الولايات المتحدة"، يوجد لا برنامج الرصد على نطاق واسع مثل هذه لفهم ديناميات البركة ربيعي. هذا البروتوكول ويسعى إلى توفير إرشادات لكيفية البدء في نهج الهيدرولوجية والبحث في موقع بركة ربيعي، بهدف فهم العوامل كيف الفيزيائية والكيميائية لرصد نوعية المياه قد يتغير مع مرور الوقت في موقع معين.

القيود المفروضة على هذه التقنية

كما هو موضح، قد لا تكون بيانات الرصد التي جمعت ممثل البركة كاملة. المياه معايير الجودة، لا سيما الأوكسجين المذاب، وإمكانيات الأكسدة والاختزال من المحتمل أن تكون متجانسة داخل البركة. قد تحتاج أجهزة استشعار متعددة موزعة عبر البركة، وفي أعماق مختلفة تماما تميز المعلمات الفيزيائية والكيميائية للفائدة التي من المحتمل أن تختلف كدالة للعمق.

بيانات الرصد في الموقع من المحتمل أن يكون غير كاف لفهم بيانات نوعية المياه في أحواض ربيعي. جمع عينات من انتزاع أما باليد أو باستخدام أجهزة أخذ العينات الآلي قد توفر معلومات قيمة فيما يتعلق بنطاق أوسع من نوعية المياه. هذه العينات يمكن أن يعود إلى مختبرات تحليلية لتحليل لمجموعة من معلمات نوعية المياه، بما في ذلك مبيدات الآفات والمستحضرات الصيدلانية، المواد الغذائية والملوثات الأخرى ذات الأهمية البيئية الناشئة. تبعاً لموقع البركة ربيعي، الأملاح وعوامل مكافحة الجليد قد تكون مصدر قلق إذا تلقي البركة الجريان السطحي من الطرق قريبة15. إلا أن العينات التي تم جمعها باستخدام منهجية أخذ العينات الاستيلاء على توفير البيانات لنقطة محددة فقط في الوقت، والتركيزات التي من المحتمل أن تتغير بمرور الوقت، ولا سيما في استجابة للأحداث ذوبان أو الأمطار التي تؤدي إلى الجريان السطحي للمياه. ولذلك، ينبغي إجراء أخذ العينات مصممة لالتقاط الأحداث التي من المحتمل أن تؤدي إلى تغيرات في تركيز أكثر دقة فهم التغيرات الزمنية لمعايير جودة المياه.

إجراء تعديلات على البروتوكول

هناك خيارات مختلفة لتصميم محطات لنوعية المياه والهيدرولوجيا الرصد. أجهزة الاستشعار المذكورة في المادة 3 من البروتوكول ليست ذاتية، بمعنى أنها يجب أن تكون متصلاً datalogger خارجي للبيانات المسجلة وتحميلها. توجد أجهزة استشعار مختلفة مستقلة، خاصة بالنسبة لمنسوب المياه، ودرجة حرارة المياه. استشعار مستوى المياه المحددة التي تم تحديدها لهذا التطبيق أنبوب تنفيس التي تمكن أجهزة الاستشعار للتعويض عن الضغط الجوي، وذلك، أنها لا تتطلب جهاز استشعار إضافية خارج الماء. وتتوفر أيضا بعض أجهزة الاستشعار منخفضة التكلفة في الموقع لمجموعة واسعة من البارامترات الفيزيائية والكيميائية تتجاوز تلك الموصوفة هنا، بما في ذلك مجموعة متنوعة من الأيونات الذائبة (مثلالنترات والنتريت، والأمونيا،، الصوديوم).

بالإضافة إلى ذلك، قد يكون من المستصوب جمع القياسات في أعماق مختلفة داخل البركة ربيعي أو في مواقع مختلفة عبر البركة. بعض المعلمات التي من المرجح أن تختلف حسب عمق هي درجة الحرارة والأكسجين المذاب، وإمكانيات الأكسدة والاختزال. يمكن تعديل هذا البروتوكول عن طريق إضافة مقاطع مجسات نسخ متماثل لشبكة الرصد لدراسة التغير عبر المكانية (مثلاً، كل الأمتار عبر البركة) أو رأسياً داخل عمود الماء (مثلاً، كل بضع مئات سم ضمن التشكيل الجانبي المياه). لهذه التطبيقات، وبعد تسجيل datalogger واحد كل تاريخ من شبكة استشعار سيكون من المستصوب عبر العديد من أجهزة الاستشعار ذاتية الحكم التي تحتاج إلى تحميله من كل أجهزة الاستشعار الفردية بدلاً من موقع مركزي واحد في البركة ربيعي.

التطبيقات المستقبلية

ميزة الإعداد المبينة في هذا البروتوكول هو أنه يمكن استخدام أي متغير من الفائدة لتحريك عينات الآلي عن طريق توصيل كبل اتصال يمكن أن تذهب من datalogger لأخذ عينات الآلي (مثلاً، التصنيف). داتالوجيرس استخدام لغة برمجة شبيه ج تمكن تقنيات أخذ العينات الرواية التي ستستخدم. على سبيل المثال، غال et al. 16 , 17 استخدام تدفق البيانات التي تم جمعها في الوقت الحقيقي للتنبؤ بالعواصف hydrographs ومناسب الفضاء العينات وتيرة التدفق عبر هيدروجراف، أسفرت عن بروتوكول أخذ عينات الخاصة بالعاصفة رواية الكافي متباعدة عينات على كل صغيرة وكبيرة hydrographs. أمثلة للاستفادة من البيانات التي تم جمعها في هذا البروتوكول لأخذ العينات يمكن أن يكون استخدام قياسات منسوب المياه لجمع عينات بعد حدث أمطار التي أدت إلى زيادة كبيرة في مستوى المياه، أو من ناحية أخرى، فسيتم تشغيل عينات خلال فترة الجفاف عند البركة ربيعي قد تفقد بسرعة المياه.

يمكن أن يكون تطبيق آخر في المستقبل تطوير شبكة رصد في الوقت الحقيقي من الأحواض ربيعي داخل منطقة دراسة من الفائدة. على سبيل المثال، يمكن اختيار الأحواض ربيعي عبر تدرج تأثير البشري، مع كل البركة تجهيزها بالماء نفس كمية ونوعية أجهزة الاستشعار. يمكن أن تتصل هذه المحطات ثم مع بعضها البعض عبر أجهزة المودم خلية أو الشبكات الإذاعية، تمكين البيانات يمكن الوصول عن بعد، وإتاحة البيانات للباحثين في الوقت الحقيقي.

نظراً للانخفاض العالمي البرمائية وأهمية أحواض ربيعي كموئل لتربية والمسخ، هذا البروتوكول يسعى إلى معالجة ندرة بيانات الرصد المستمر للأحواض ربيعي عبر تدرج أثر البشري. يمكن أن يحمل البرمائيات التي تستخدم هذه الأحواض ربيعي الموقع الإخلاص18،،من1920، مما يعني أن عودتهم إلى تولد في نفس الموقع (أو على مسافة صغيرة نسبيا) كل سنة. ولذلك، فهم ديناميات هذه تربية الموائل الحرجة، واستخدام هذه المعرفة لإبلاغ السياسات المتعلقة بالأراضي الرطبة سريعة الزوال أمر حيوي للبقاء على قيد الحياة. من المهم فهم الهيدرولوجيا وركوب الدراجات البيوجيوكيميائيه الأحواض ربيعي بغية تحسين وضع سياسات استعادة الموئل المتدهورة وحماية الموئل الموجودة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

المؤلف يود أن يشكر ولاية بنسلفانيا الدولة جامعة مكتب من المادية النبات (OPP) للتمويل لدعم هذا البحث. بالإضافة إلى ذلك، نود أن نشكر الدكتور إليزابيث دبليو بوير، وديفيد أ. ميلر وتريسي لانجكيلدي في "جامعة ولاية بنسلفانيا" لدعمهم هذا المشروع التعاوني.

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

  1. 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).
  2. Colburn, E. A. Vernal Pools: Natural History and Conservation. The McDonald & Woodward Publishing Company. (2004).
  3. Collins, J. P. Amphibian decline and extinction: What we know and what we need to learn. Dis Aquat Org. 92, 93-99 (2013).
  4. 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).
  5. IUCN. Conservation International and Nature Conservancy. http://www.globalamphibians.org (2004).
  6. Smits, A. P., Skelly, D. K., Bolden, S. R. Amphibian intersex in suburban landscapes. Ecosphere. 5, (1), 11 (2014).
  7. 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).
  8. Czajka, C. P., Londry, K. L. Anaerobic transformation of estrogens. Environ. Sci. Technol. 367, 932-941 (2006).
  9. 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).
  10. Field, H. L. Landscape Surveying. 2nd, Delmar Cengage Learning. (2012).
  11. Solar Angle Calculator. Solar Electricity Handbook. Greenstream Publishing. Available from: http://solarelectricityhandbook.com/solar-angle-calculator.html (2017).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
المستمر الهيدرولوجية والمياه مراقبة جودة الأحواض ربيعي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter