Login processing...

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

Environment

Løbende hydrologiske og vand kvalitet overvågning af Vernal damme

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Forståelse af økosystemfunktioner og processer af vernal damme og virkningerne af menneskeskabte aktiviteter på deres evne til at yde disse tjenester kræver intensiv hydrologiske overvågning. Denne prøvetagningsprotokol, som ved hjælp af in situ overvågning udstyr blev udviklet for at forstå virkningen af menneskeskabte aktiviteter på vandet niveauer og kvalitet.

Abstract

Vernal damme, også benævnt vernal pools, levere kritiske økosystemfunktioner og levesteder for en række truede og truede arter. Men de er sårbare dele af de landskaber, der er ofte dårligt forstået og understudied. Arealanvendelse samt ledelsespraksis og klimaændringer menes at være et bidrag til den globale padde nedgang. Men mere forskning er nødvendig for at forstå omfanget af disse virkninger. Her præsenterer vi metode for kendetegner en vernal Dam morfologi og detaljeret en overvågningsstation, der kan bruges til at indsamle vand kvantitative og kvalitative data over varigheden af en vernal Dam hydroperiod. Vi leverer metoder til, hvordan man gennemfører felt undersøgelser for at karakterisere morfologi og udvikle fase-storage kurver for en vernal Dam. Derudover giver vi metode til overvågning vandstand, temperatur, pH, thermodynamikken potentielle, opløst ilt og elektrisk ledningsevne af vand i en vernal Dam, samt overvågning af nedbør data. Denne information kan bruges til bedre kvantificere de økosystemtjenester, som vernal damme giver og virkningerne af menneskeskabte aktiviteter på deres evne til at levere disse tjenester.

Introduction

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

Vernal damme er midlertidig, lavvandede vådområder, der typisk indeholder vand fra efteråret til foråret og er ofte tørre i sommermånederne. Perioden oversvømmelse af vernal damme, generelt betegnes som hydroperiod, styres primært af nedbør og evapotranspiration1.

Vernal damme kan også blive omtalt som vernal pools, flygtig damme, midlertidig damme, årstidens damme og geografisk isolerede vådområder2. I det nordøstlige USA, er vernal damme oftest karakteriseret ved kritisk levested, de giver for padder, der tjener som grobund og yde støtte i løbet af tidlige stadier af livet (dvs., haletudser) og metamorfose. I Californien, er vernal damme kendetegnet ved den unikke vegetation og truede plantearter, at de støtter2.

Disse levesteder trues i stigende grad grund til jord brug og klimaændringer, og amfibiefly befolkninger oplever en betydelig global nedgang i vid udstrækning menneskeskabte aktiviteter3,4. Vand kvalitet bekymring på grund af forurening er også menes at medvirkende faktorer i de seneste padde afslår globalt5. Desuden, de seneste undersøgelser har vist en øget forekomst af intersex karakteristika i frøer bebo vernal damme påvirket af menneskelige spildevand6. Der er derfor behov for at foretage mere intensive overvågning af både naturlige og påvirket vernal damme til bedre at forstå bidragyderne til den globale padde nedgang.

De fysiske parametre af vernal damme, der skal måles og overvåges omfatter Dam morfologi og vandstand. Morfologi er geometri af dammen, og er udviklet ved at foretage en undersøgelse for at fastslå ændringer i højde over dammen. Undersøgelsen data bruges derefter til at etablere en fase-storage kurve, som gør det muligt for dammen til anslås mængde baseret på vandstanden målinger. Fordi vandstanden i en vernal Dam er stærkt påvirket af nedbør, gennemføres målinger på en høj tidsmæssige opløsning bedst forstår både korte (dvs., om minutter til timer) og langsigtede udsving (dvs., på rækkefølgen af måneder til år) i vandstanden.

Vand kvalitetsparametre af interesse, der er kendt for at påvirke funktionen af vernal damme omfatter temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, opløst ilt niveauer og thermodynamikken potentiale. Disse parametre kan alle være målt i situ med relativt billige teknologier og sensornetværk. Nogle vand kvalitetsparametre såsom nogle næringsstoffer arter (dvs., samlede Kjeldahl nitrogen) og andre forurenende stoffer (dvs.nye forureninger) kræver prøver skal indsamles og bragt til et laboratorium for behandling og analyse.

Kritiske parametre, der påvirker vernal damme evne til at fungere efter passende vækststeder for avl padder og den tidlige udviklingsstadier af haletudser omfatter vand niveau, pH, og opløste iltkoncentration. I forhold til vernal Damme placeret i relativt uberørte landskaber, forhøjede niveauer af elektrisk ledningsevne, højere pH, reduceret opløst ilt koncentrationer, og høj næringsstof koncentrationer er blevet registreret i vernal damme påvirket af menneskeskabte aktiviteter2,7. At reducere eller anaerobe forhold kan forekomme i disse levesteder, især dem, der er påvirket af menneskeskabte aktiviteter. Dette kan forårsage en ændring i den mikrobiologiske samfund, at ændre næringsstof cykling i dammen og potentielt reducere nedbrydningen af endokrine forstyrrende stoffer og andre forurenende stoffer8,9.

Målet med dette papir er at give oplysninger til oprettelse af en station til overvågning af vand mængden og kvaliteten af en vernal Dam. Denne metode kan anvendes på enhver vernal Dam, men kræver adgang til webstedet (dvs.webstedet skal være på offentlig ejendom eller jord-ejer tilladelse til at installere udstyr).

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. gennemføre en undersøgelse af en Vernal Dam morfologi

  1. Vælg en placering til at udpege som benchmark og markere den med en lille undersøgelse eller mærkning flag.
    Bemærk: Placeringen bør være en højere højde end dammen og har line-of-sight fra alle steder på tværs af dammen.
  2. Tildele benchmark en reference elevation; det nøjagtige antal er ligegyldigt, det giver bare en henvisning, som alle andre stigninger kan sammenlignes.
  3. Ved hjælp af et målebånd og mærkning flag, gøre transekter et interval på 3 m over dammen område, hvilket resulterede i en 3 m x 3 m gitter (se eksempel i figur 1).
  4. Bestem højden af bunden af dammen (dvs., jorden) på 3 m mellemrum langs hver Transekttællinger ved at måle højden på en udjævning rod ved hjælp af en automatisk niveau. Sikre, at profilerne udvides til de højeste punkter på hver side af dammen.
  5. i slutningen af hver transect, gøre en backsight til benchmark og optage opstemthed.
  6. Afgøre undersøgelse fejl som forskellen mellem benchmark ' fået tildelt elevation (dvs. den referenceværdi, der er tildelt i trin 1.2) og højden målt fra den mest fjerntliggende placering på profilen Transekttællinger.
  7. Beregning af den tilladte fejl (AE) lukning for profilen som AE = K (2 * M) 0,5, hvor K er en konstant mellem 0,001 og 1 og M er afstanden (i miles) mellem benchmark og den mest fjerntliggende placering på profilen.
    Bemærk: Værdien af K afhænger af den krævede nøjagtighed af den undersøgelse, som i dette tilfælde kan tages som 0,1 10.
  8. Sammenlign undersøgelse fejl beregnet i trin 1,6 til AE beregnet i trin 1.7. Hvis undersøgelsen fejl er større end AE, derefter redo den profil udjævning (trin 1.3 og 1.4) for Transekttællinger. Hvis undersøgelsen fejl er mindre end AE, så profil udjævning for at Transekttællinger er fuldført, skal gennemføre den profil udjævning for den næste transect.
  9. Gentag trin 1.4 gennem 1.8 at gennemføre profil udjævning med 3 m intervaller på tværs af dammen i anden retningen til at skabe et gitter af kendte stigninger (se et eksempel på profil transekter i figur 1).
  10. Udvikle en fase-storage kurve for dammen når højder (med hensyn til benchmarken) er kendt i hele gitteret 3 m x 3 m adspurgte over dammen.
    Bemærk: Større intervaller kan bruges, men fejl i bestemmelse af forholdet mellem vand og Dam volumen kan øge.

2. Bestemmelse af Vernal dammen ' Sørensen scenen-Storage kurve

Bemærk: hver vernal dammen vil have en unik forholdet mellem vand og vandmængde i dammen. Dette forhold kaldes fase-storage kurve.

  1. Ved hjælp af opstemthed data indsamlet i afsnit 1, bestemmer de højeste og laveste stigninger i dammen.
  2. Bestemmer forskellen mellem den højeste og laveste højde og vælg et interval for at tegne højdekurver; anbefales en kontur interval på 0,1 til 0,2 m 11.
  3. Beregn arealet af hver kontur (en jeg). Dette kan gøres enten ved hånden ved hjælp af et planimeter eller elektronisk geografiske oplysninger software (GIS).
  4. Bruger metoden gennemsnit-ende-området til at beregne volumen mellem hvert contour interval (V, jeg):
    Equation 1
    hvor E er det contour elevation .
  5. Beregne det samlede rumfang (V P) af vernal dammen som summen af volumen mellem hvert contour interval:
    Equation 2
    NOTE: her H er den maksimale dybde af dammen. Et eksempel er givet i tabel 1.
  6. Bestemme scenen-storage forholdet til dammen ved graftegning den akkumulerede volumen af dammen som en funktion af dybde.
    1. Efter installation af vandstanden sensor, bruge vandstanden som den " fase " og vurdere den vandmængde, eller opbevaring af dammen.
      Bemærk: Et eksempel på en fase-storage kurve er vist i figur 2. Hvis vandstanden sensor er installeret over det laveste punkt i vernal dammen, en offset vil være behov for at konvertere den målte vandstand i fase-storage kurve (tilføje forskydningen i trin 3.3 til vandstanden indspillet af vandstanden sensorer til at bestemme st alder).

3. Installere en overvågning Station

Bemærk: sensorer for parametre af interesse for denne undersøgelse omfattede en Tryk transducer (måler både vand og temperatur), opløste iltkoncentration, thermodynamikken potentielle, elektrisk ledningsevne, pH, og en deponering spand regnmåler. PH-sonde, opløst ilt sensor og thermodynamikken sonde skal være kalibreret i lab forud for indsættelsen pr. sensoren ' s brugervejledning. Her vælges en central datalogger (programmeret til at registrere data med 15 min. intervaller), som alle sensorer er tilsluttet under installationen. En levedygtig alternativ scenario ville være at hver af sensorerne er selvstyrende og har ikke behov for en central datalogger, da hver sensor ville optage sine egne data.

  1. Vedhæft sensorer (med undtagelse af regnmåler) til en slagge blok eller en træ stav ( figur 3). Bruge spændebånd eller zip bånd til at sikre, at sensorerne fortsat nær bunden af vernal dammen (eller dybde af interesse).
    1. Vedhæfte opløst ilt sensor, således at det er i en vinkel (pr. producentens anvisninger), at give ilt til diffus på tværs af membranen. Installere tryk transducer opretstående, da det pres, som det vil måle vandsøjle over det, og vandstanden skal registreres i en lodret måde.
  2. Installere de monterede sensorer på en placering mod midten af dammen, det er usandsynligt at blive tør i løbet af studieperioden.
  3. Bestemmer den lodrette afstand mellem sensorer og det laveste punkt i dammen ved hjælp af en lineal eller landmåling udstyr. Optage denne afstand til brug i udvikle fase-storage kurve som beskrevet i trin 2.6 (dvs. en forskydning kan være nødvendig, når vedrørende dybden målt ved hjælp af Tryktransducere at samlede vanddybden i dammen).
  4. Mens de kan være neddykket i vandet, sensor ledninger er sårbare over for mus eller andre dyr, der kan tygge på dem, når vandstanden er lav i dammen, at forhindre dette bruger apolyvinyl vinylchlorid pibe for at beskytte sensor ledninger (valgfrit, men anbefales). Køre sensor ledninger op til kanten af vernal dammen via et PVC rør (3 m lang, 6,35 cm diameter), som vist i figur 4.
    Bemærk: For midlertidig installation (f.eks., et par uger til et par måneder) PVC-rør kan anses for unødvendigt.
  5. Sæt op et stativ og montere den på jorden ved at indsætte stakes i hver af turenOD ben.
    Bemærk: Nogle høje stativer kan have en lynafleder, der kræver installation, også.
    1. Position stativ i nærheden af kanten af den vernal Dam for at sikre, at det er tilgængelig, selv når dammen er fuld af vand.
  6. Vedhæfte den indelukke boks nemlig datalogger og batteri (12 V) på stativ, forlader værelset over stativ for solpanel kan monteres over boksen kabinet ( figur 4).
  7. Lægger en 10 W solar panel på toppen af stativet og vinkel det mod solen. En sol vinkel regnemaskine 12 kan bruges, hvis det ønskes, for at bestemme den optimale vinkel, som du installerer panelet.
  8. Lægger regnmåler på stativ, hvis der er plads. Ellers, vedhæfte det til en træ spil eller metal pole nær kanten af dammen og stativ ( figur 4). Sikre (hvis muligt) at regnmåler har træ dækning, som ca udgør trædækket af dammen (hvis nogen).
  9. Bringe alle sensor og solar panel ledninger i boksen kabinet gennem hullet i bunden af boksen.
  10. Tilsluttes datalogger alle sensorer ' s ledninger panel efter sensorerne ' instruktioner eller datalogger ' s ledningsdiagrammet. Se eksemplet i figur 5A.
  11. Tilsluttes 12V batteri til at genoplade batteriet ( figur 5B) solar panel ledninger.
    Bemærk: Vælg et batteri, der også har en spændingsregulator (anbefales) for at sikre, at batteriet ikke får for meget elektricitet fra solpanel.
  12. Tilslutte batteriet til panelet power input på datalogger ( figur 5B) til at levere strøm til datalogger og sensorerne.
  13. Placer et tørremiddel pack inde i indelukke boks at reducere sandsynligheden for fugtskader til datalogger.
  14. Anbefalede men valgfri: Tilslut et felt laptop med datalogger kommunikationssoftware til datalogger ved hjælp af et serielt kabel ( figur 5B) til at sikre, at sensor netværk arbejder korrekt.
  15. Lukke boksen kabinet og placere ler omkring hullet i bunden af kabinettet boks hvor ledningerne indtaste for at holde insekter og vand ud af kassen. Hvis sikkerhed af udstyr er en bekymring, sikre den indelukke boks med en hængelås.

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

Vernal damme kan udstille en bred vifte af morfologi, med profiler spænder fra konvekse til glat skråning at konkave. Eksempel morfologi for en vernal Dam i centrale Pennsylvania er vist i figur 1, sammen med resultaterne af fase-storage kurven for denne Dam (figur 2, tabel 1). Maksimale Dam dybde er ikke en stærk indikator for arealet, som hydroperiod har kun en svag sammenhæng med dammen morfologi12. Derfor er forståelse bidrag af nedbør, evapotranspiration, og grundvandsstrømmen (ind i eller ud af dammen) vigtige faktorer ved fastsættelsen af hydrologi vernal damme.

Betragtning af betydningen af vernal damme til padder avl, overvågning undersøgelsen beskrevet i denne protokol blev udført fra midten af April til midten af juni, i løbet af avl og metamorfose periode af træ frøer (Rana sylvatica) i det nordøstlige USA Stater. De tre vernal damme udvalgt til analyse er placeret på Pennsylvania State University's Living Filter, som er en ~2.4 km2 websted, der er spray-vandede med universitetets behandlede spildevand. Det installerede udstyr til overvågning station er vist i figur 4. Derfor vandstanden ændringer målt i dammen stigning på grund af både naturlige nedbør og spildevand kunstvanding begivenheder (figur 6). For de fleste vernal damme forventes vandstanden at svinger mindre, som en funktion primært af grundvand flow, evapotranspiration og nedbør. Resultaterne vist i figur 6 kan derfor ikke være typiske for websteder mindre påvirket af menneskeskabte vand input.

Indsamlede data for temperatur, pH, koncentration af opløst ilt, thermodynamikken potentiale og elektrisk ledningsevne for hver af de tre undersøgelse sites er vist i figur 7. Det er vigtigt at bemærke, at forskellige sensorer kræver ugentlige kalibrering til at sikre, at dataene er korrekte. Anbefalinger i brugermanualer for sensorer bør følges med pH, opløst ilt, og ORP typisk kræver ugentlig vedligeholdelse og kalibrering. I almindelighed, temperatur af dammene steg i den undersøgelse periode (fra medio April til medio juni), med temperaturer generelt faldende i spildevand kunstvanding anledning. PH var relativt ensartet for hovedparten af studieperioden, mellem 6 og 8, som er magen til pH i både naturlige og vernal damme påvirket af spildevand kunstvanding aktiviteter13. Den elektriske ledningsevne af dammene steg i løbet af studieperioden, sandsynligvis på grund af den højere elektriske ledningsevne af spildevand (ca. 1 mS/cm) sammenlignet med regnvand14.

Opløst ilt koncentrationer og thermodynamikken potentiale generelt fulgte nogenlunde samme tendens, som forventet, med højere værdier i begyndelsen af perioden, undersøgelsen og faldende til relativt konsekvent lave værdier fra begyndelsen af maj til slutningen af den undersøgelse periode. Opløst ilt er kendt for at være omvendt relateret til temperaturen, og tykke måtter af andemad blev observeret for at vokse på overfladen af dammene i løbet af studieperioden (foråret til forsommeren), sandsynligvis begrænse partitionering af ilt fra atmosfæren i damme. Derudover målingerne blev foretaget nær bunden af dammen, og derfor betingelserne, der kan have været forskellige nær overfladen af dammen. For denne undersøgelse var eksponering af haletudser betingelser nær bunden af dammen af interesse. Placeringen af sensorer i dammen kan påvirke vand kvalitetsmålinger, og derfor sensorer bør blive installeret i dammen på en måde, der repræsenterer betingelserne af interesse.

Figure 1
Figur 1 : Eksempel vernal Dam morfologi. Bestemmes ved at foretage en profil udjævning undersøgelse af en vernal Dam i centrale Pennsylvania. Højdekurver får et interval på 0,1-m. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Eksempel scenen-storage kurve for en vernal Dam i centrale Pennsylvania, USA. Dam vandstanden bruges til at anslå den akkumulerede volumen af vand i en vernal Dam i centrale Pennsylvania. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Montering sensorer til udrulning. Sensorer vist i visninger (A) og (B) (en) opløst ilt sensor, (b) elektriske ledningsevne sonde, c tryktransduceren, d pH-sonde og (e) thermodynamikken sonde. Tryktransduceren skal installeres oprejst til præcist foranstaltning vandstanden. Opløst ilt sensor bør blive installeret i en vinkel til at tillade korrekt diffusion af ilt på tværs af sensorens membran og forhindre bobler fra formning inde sensoren. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Overvågning stationer installeret på vernal damme i centrale Pennsylvania, USA. (A) Side se, viser (a) regnmåler, b datalogger indelukke boks, c solpanel, og (d) stativ og (e) sensor ledninger går i dammen. (B) Front view med datalogger indelukke boks åben, viser (e) følere tilsluttet datalogger (f) (g) batteri inde i boksen og en h automatiseret sampler i nærheden af dammen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 : A eksempel Ledningsdiagram og (B) sensor ledninger tilsluttet datalogger. Sensorerne vist i eksempel ledningsdiagrammet er: a en regnmåler, b tryktransduceren, (c) opløst ilt sensor, d thermodynamikken sonde, (e) pH-sonde, (f) elektriske ledningsevne sensor. Inde i boksen kabinet vises sensor ledninger forbundet til (g) datalogger. Solpaneler er tilsluttet (h) spændingsregulator på (jeg) batteri, som er derefter kablet fra (j) effekt på batteriet til (k) power input på datalogger. En computer kan være tilsluttet datalogger ved hjælp af et serielt kabel (l). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 : Hydrologiske data indsamlet på tre vernal damme (A, B, C) i det centrale Pennsylvania, USA. Summen af regn og spildevand kunstvanding (input) that når hver vernal Dam er vist øverst på hver graf (sekundær y-aksen). De tilsvarende ændringer i vandstanden er vist på den primære y-aksen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 : Fysiske og kemiske egenskaber af tre vernal damme (VP 1, VP 2 og VP 3) målt i realtid i centrale Pennsylvania, USA. De parametre, der er målt i real-time blev temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, koncentration af opløst ilt og thermodynamikken potentiale. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Dam dybde (m) Område (m2) Gennemsnitlige område (m2) Contour Interval (m) Ændring i volumen (m3) Akkumulerede volumen (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

Tabel 1: gennemsnitlig ende område metode beregninger for fase-storage kurve udvikling. Beregningerne blev lavet til kontur intervaller af 0,1 m. Morfologien er vist i figur 1 og fase-storage kurven er vist i figur 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

Betydning med hensyn til eksisterende metoder

Mens overvågningen af vandløb har veletablerede metoder udviklet af USA Geological Survey (USGS), findes ingen sådanne omfattende overvågningsprogram for forståelse vernal Dam dynamics. Denne protokol har til formål at vejlede hvordan man begynder at tilgang hydrologiske og vandkvaliteten overvågning forskning på en vernal Dam site, med mål at forstå hvordan fysiske og kemiske faktorer kan ændres med tiden på en given lokalitet.

Begrænsninger af teknikken

Som beskrevet, overvågningsdataene indsamlet muligvis ikke repræsentative for hele dammen. Vand kvalitetsparametre, især opløst ilt, og thermodynamikken potentiale er usandsynligt at være homogen i dammen. Flere sensorer fordelt på tværs af dammen og på forskellige dybder kan være nødvendige for fuldt ud at beskrive fysiske og kemiske parametre af interesse, der er tilbøjelige til at variere som funktion af dybde.

In situ overvågningsdata er tilbøjelige til at være utilstrækkelige til at forstå vandkvalitetsdata i vernal damme. Indsamling af grab prøver kan enten manuelt eller med automatiske prøvetagning enheder give værdifuld indsigt med hensyn til en bredere vifte af vandkvaliteten. Disse prøver kan bringes tilbage til en analyselaboratorium skal analyseres for en suite af kvalitetsparametre, herunder næringsstoffer, pesticider, lægemidler og andre kontaminanter i nye miljømæssige bekymring. Afhængigt af placeringen af vernal dammen, salte og afisning agenter kan til at være en bekymring, hvis dammen modtager afstrømning fra en nærliggende vej15. Imidlertid prøver indsamlet ved hjælp af grab prøveudtagning metode giver data for kun et bestemt punkt i tid, og koncentrationerne er tilbøjelige til at ændre sig over tid, især som reaktion på smeltevand eller nedbør begivenheder, der udløser overflade afstrømning. Prøveudtagning designet til at fange begivenheder, der kan forventes at medføre ændringer i koncentrationen bør derfor gennemføres mere grundigt forstå de tidsmæssige variationer af kvalitetsparametre.

Ændringer til protokollen

Forskellige muligheder der findes for designe målestationerne for hydrologi og vandkvalitet. Sensorerne er beskrevet i punkt 3 i protokollen er ikke selvstyrende, hvilket betyder, at de skal have forbindelse til en ekstern datalogger for data, der skal registreres og downloadet. Forskellige autonome sensorer eksisterer, især for vandstanden og vandets temperatur. Den specifikke vandstand sensor, der blev valgt til dette program har en udluftning rør, der gør det muligt for sensoren at kompensere for lufttryk, og derfor kræver det ikke en ekstra sensor uden for vand. Nogle lave omkostninger i situ -sensorer er også tilgængelig for en bred vifte af fysiske og kemiske parametre ud over de beskrevne her, herunder en bred vifte af opløste ioner (fx, nitrat, nitrit, ammoniak, natrium).

Derudover kan det være ønskeligt at indsamle målinger på forskellige dybder i den vernal Dam eller på forskellige steder på tværs af dammen. Nogle af de parametre, der er tilbøjelige til at variere af dybde er temperatur, opløst ilt og thermodynamikken potentiale. Denne protokol kan ændres ved at føje Repliker sensorer til overvågning netværket til at undersøge variation på tværs af rumlige transekter (f.eks.hvert par meter over dammen) eller lodret i vandsøjlen (fx, hver par hundrede cm inden for vand-profil). For disse programmer med en datalogger optagelse alle dato fra sensor netværk ville være ønskeligt over mange autonome sensorer, der kræver downloadet fra hver enkelte sensor og ikke fra en central placering på den vernal pond.

Fremtidige ansøgninger

Fordelen ved konfigurationen som beskrevet i denne protokol er at enhver variabel af interesse kan bruges til at udløse en automatiseret sampler ved at tilslutte en kommunikationskabel, der kan gå fra datalogger til en automatiseret sampler (fxISCO). Dataloggers bruge et programmeringssprog, der svarer til C, der giver mulighed for romanen stikprøveteknikker skal ansættes. For eksempel Gall et al. 16 , 17 brugt flow data indsamlet i realtid til at forudsige storm hydrographs og passende plads flow-tempo prøver på tværs af hydrograph, hvilket resulterer i en roman storm-specifikke prøvetagningsprotokol, som tilstrækkeligt fordelt prøver over både små og store hydrographs. Eksempler på udnyttelse af data indsamlet i denne protokol for prøvetagning kunne bruge vandstanden målinger til at indsamle prøver efter en regn begivenhed, der resulterede i betydelige stigning i vandstanden, eller den anden yderlighed, udløst prøver under en tørke periode når vernal dammen kan hurtigt mister vand.

En anden fremtidig anvendelse kunne udvikle en real-time overvågningsnetværk for vernal damme i en undersøgelse område af interesse. For eksempel kunne vernal damme på tværs af en menneskelig indvirkning gradient vælges, med hver Dam instrumenteret med de samme vand mængden og kvaliteten sensorer. Disse stationer kan derefter kommunikerer med hinanden via celle modemer eller radionetværk, gør det muligt data være fjernadgang og gøre dataene tilgængelige for forskere i realtid.

Givet globale padde tilbagegang og betydningen af vernal damme som levested for avl og metamorfose, denne protokol har til formål at løse mangel på kontinuerlig overvågningsdata for vernal damme på tværs af en menneskelig indvirkning gradient. Padder, der udnytter disse vernal damme kan udstille site troskab18,19,20, hvilket betyder, at de vender tilbage for at yngle på samme sted (eller inden for en relativt lille afstand) hvert år. Forståelse dynamikken i disse kritiske avl levesteder og bruge denne viden til at informere politik relateret til kortvarige vådområder er derfor afgørende for deres overlevelse. Det er afgørende at forstå, hydrologi og biogeokemiske cykling af vernal damme for bedre at udvikle politikker, gendanne forringede levesteder og beskytte eksisterende levested.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke Pennsylvania State University Office af fysiske plante (OPP) for finansiering til at støtte denne forskning. Derudover vil vi gerne takke Drs. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller og Tracy Langkilde på The Pennsylvania State University for deres supportsamarbejde med dette projekt.

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).
Løbende hydrologiske og vand kvalitet overvågning af Vernal damme
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