Login processing...

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

Environment

Continu hydrologische en Water kwaliteitsbewaking van Vernal vijvers

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Inzicht in de ecosysteemdiensten en processen die vernal vijvers en de effecten van menselijke activiteiten op hun capaciteit om deze services te verstrekken vereist een intensieve hydrologische controle. Dit protocol van de bemonstering met in-situ bewakingstoestellen werd ontwikkeld om te begrijpen de impact van menselijke activiteiten op de waterstanden en kwaliteit.

Abstract

Vernal vijvers, ook wel aangeduid als de vernal zwembaden, bieden kritische ecosysteemdiensten en habitat voor een verscheidenheid van bedreigde en bedreigde soorten. Nochtans, zijn zij kwetsbare delen van de landschappen die vaak slecht worden begrepen en understudied. Ruimtelijke ordening en beheerspraktijken, alsmede klimaatverandering worden verondersteld te zijn een bijdrage te leveren aan de daling van de wereldwijde amfibieën. Meer onderzoek is echter nodig om te begrijpen van de omvang van deze effecten. Hier presenteren we een methodologie voor het karakteriseren van een vernal vijver morfologie en detail een controlestation dat water kwantiteit en kwaliteit om gegevens te verzamelen over de duur van een vernal vijver hydroperiod kan worden gebruikt. Wij bieden de methodologie voor de wijze van uitvoering van onderzoeken van het veld voor het karakteriseren van de morfologie en de ontwikkeling van fase-opslag curven voor een vernal vijver. Daarnaast bieden wij methodologie voor controle van het waterpeil, temperatuur, pH, oxidation-reduction potentiële, opgeloste zuurstof en elektrische geleidbaarheid van het water in een vernal vijver, evenals regenval monitoringgegevens. Deze informatie kan worden gebruikt om beter het kwantificeren van de ecosysteemdiensten die vernal vijvers bieden en de effecten van menselijke activiteiten op hun capaciteit om deze services te verstrekken.

Introduction

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

Vernal vijvers zijn tijdelijke, ondiepe wetlands die doorgaans bevatten water uit de herfst naar het voorjaar en zijn vaak droog tijdens de zomermaanden. De periode van de inundatie van vernal vijvers, algemeen bekend als de hydroperiod, is in eerste instantie geregeld door neerslag en verdamping1.

Vernal vijvers kunnen ook worden hierna aangeduid als de vernal zwembaden, efemere vijvers, tijdelijke vijvers, seizoensgebonden vijvers en geografisch geïsoleerde wetlands2. In het noordoosten van de Verenigde Staten, worden vernal vijvers meestal gekenmerkt door de kritieke habitat die zij voor amfibieën bieden, de broedplaatsen bijeenkomen en ondersteuning tijdens de vroege levensstadia (d.w.z., kikkervisjes) en metamorfose. In Californië, worden vernal vijvers gekenmerkt door de unieke vegetatie en bedreigde plantensoorten dat ze2ondersteunen.

Deze habitats dreigen steeds verschuldigd op het land van gebruik en klimaatverandering en amfibieën populaties ondervindt een significante daling van de wereldwijde grotendeels te wijten aan antropogene activiteiten3,4. Water kwaliteit zorgen als gevolg van vervuiling zijn ook gedachte bijdragende factoren in recente wormsalamanders daalt wereldwijd5. Bovendien, recente studies is gebleken een verhoogde exemplaar van de intersex kenmerken in kikkers vernal vijvers beïnvloed door menselijke afvalwater6bevolken. Er moet daarom een te voeren meer intensief toezicht van zowel natuurlijke als beïnvloed vernal vijvers de bijdragen aan de daling van de wereldwijde wormsalamanders beter te begrijpen.

De fysieke parameters van vernal vijvers die moeten worden gemeten en gecontroleerd omvatten de morfologie van de vijver en het water niveau. De morfologie is de geometrie van de vijver, en is ontwikkeld door een enquête om te bepalen van de veranderingen in de hoogte in de vijver. De enquête gegevens vervolgens gebruikt worden om een etappe-opslag-curve, waardoor het volume van de vijver worden geraamd op basis van metingen van de waterstand. Omdat de waterstand in een vernal vijver is sterk beïnvloed door neerslag, moeten de metingen worden verricht met een hoge temporele resolutie te best begrijpen zowel de korte (dat wil zeggen, over de volgorde van minuten tot uren) en de lange termijn schommelingen (dat wil zeggen, over de volgorde van maanden tot jaren) in waterstand uitmaken.

Water kwaliteitsparameters van belang waarvan bekend is dat de functie van de vernal vijvers van invloed zijn op onder meer de temperatuur, pH, elektrische geleidbaarheid, gehalte aan opgeloste zuurstofniveaus en oxidation-reduction potentieel. Deze parameters kunnen allemaal worden gemeten in situ met relatief goedkope technologieën en sensornetwerken. Sommige water kwaliteitsparameters van belang zoals sommige voedingsstoffen soorten (d.w.z., totaal Kjeldahl-stikstof) en andere verontreinigende stoffen (d.w.z., opkomende verontreinigingen) eisen dat monsters worden verzameld en gebracht naar een laboratorium voor verwerking en analyse.

Kritische parameters die invloed hebben op het vermogen van de vernal vijvers functioneren als geschikte habitat voor fok amfibieën en de vroege ontwikkelingsstadia van kikkervisjes omvatten water niveau, pH, en opgeloste zuurstofconcentratie. Vergeleken met de vernal vijvers gelegen in relatief ongerepte landschappen, verhoogde niveaus van elektrische geleidbaarheid, hogere pH, verlaagde zuurstofconcentraties ontbonden, en hoge nutriëntenconcentraties liggen zijn geboekt in vernal vijvers beïnvloed door antropogene activiteiten2,7. Vermindering of anaërobe omstandigheden voordoen bij deze habitats, met name degenen die zijn beïnvloed door antropogene activiteiten. Dit kan leiden tot een verschuiving in de microbiologische Gemeenschap, veranderen de nutriënt fietsen in de vijver en potentieel vermindering van de aantasting van de hormoonhuishouding ontregelen verbindingen en andere verontreinigende stoffen8,9.

Het doel van dit document is bedoeld als informatie voor het opzetten van een station voor de controle van de water kwantiteit en kwaliteit van een vernal vijver. Deze methode kan worden toegepast op elke vernal vijver, maar vereist toegang tot de site (dat wil zeggen, de site moet worden op het openbaar domein of land-eigenaar gemachtigd om apparatuur te installeren).

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. een enquête van een Vernal morfologie van de vijver

  1. selecteren een locatie aanwijzen als de benchmark te markeren met een kleine enquête of markering vlag.
    Opmerking: De locatie moet worden een hogere hoogte dan de vijver en line-of-sight vanaf alle locaties in de vijver.
  2. Toewijzen de benchmark van een verhoging van de referentie; het exacte aantal maakt niet uit, het geeft alleen een verwijzing waarmee alle andere verhogingen kunnen worden vergeleken.
  3. Met behulp van een meetlint en markering van vlaggen, make over de vijver gebied, resulterend in een raster van 3 m x 3 m met een interval van 3 m transecten (zie voorbeeld in Figuur 1).
  4. Bepalen de hoogte van de bodem van de vijver (dat wil zeggen, de grond) bij 3 m intervallen langs elk transect door het meten van de hoogte op een herverdelen rod met behulp van een automatische niveau. Zorgen dat de profielen zich tot de hoogste waterstand aan elke kant van de vijver uitstrekt.
  5. Aan het einde van elke transect, maken van een achterbaak aan de benchmark en het opnemen van de kanteling.
  6. De enquête fout bepalen als het verschil tussen de benchmark ' s toegewezen hoogte (dat wil zeggen, de refe-rentiewaarde toegewezen in stap 1.2) en de hoogte gemeten vanaf de meest afgelegen locatie op het profiel transect.
  7. Berekenen de toelaatbare fout (AE) van sluiting voor het profiel als AE = K (2 * M) 0,5, waar K is een constante 0,001 à 1 en M is de afstand (in mijl) tussen de benchmark en de meest afgelegen locatie op de profiel.
    Opmerking: De waarde van K hangt af van de vereiste nauwkeurigheid van de enquête, die in dit geval kan worden genomen als 0.1 10.
  8. Vergelijken de enquête fout berekend in stap 1.6 tot en met de AE berekend in stap 1.7. Als de enquête fout groter dan de AE is, vervolgens opnieuw het profiel (stap 1.3 en 1.4) voor herverdelen dat transect. Als de enquête fout kleiner is dan de AE, vervolgens het profiel voor die herverdelen transect is voltooid, het gedrag van het profiel voor de volgende transect herverdelen.
  9. Herhaal stappen 1.4 via 1.8 te voeren profile herverdeling tussenpozen van 3 m in de vijver in de andere richting aan het maken van een raster van bekende waterstand (zie een voorbeeld van profiel in Figuur 1 transecten).
  10. Ontwikkelen een etappe-opslag-curve voor de vijver zodra de waterstand (ten opzichte van de benchmark) zijn bekend over het raster van de 3 m x 3 m in de vijver ondervraagde.
    Opmerking: Grotere intervallen kunnen worden gebruikt, maar de fout bij het bepalen van de relatie tussen waterpeil en volume van de vijver kan verhogen.

2. Bepaling van de Vernal vijver ' s fase-opslag Curve

Opmerking: elke vernal vijver zal hebben een unieke relatie tussen waterpeil en volume van het water in de vijver. Deze relatie heet de etappe-opslag curve.

  1. Met behulp van de gegevens van de hoogte verzameld in sectie 1, de hoogste en laagste waterstand in de vijver bepalen.
  2. Bepalen het verschil tussen de hoogste en laagste hoogte en selecteert u een interval waarvoor contour lijnen; getekend een contour-interval van 0,1 tot 0,2 m 11 verdient.
  3. Bereken de oppervlakte van elk contour (een ik). Dit kan worden gedaan met de hand met behulp van een planimeter of elektronisch softwarematig geografische informatie (GIS).
  4. De gemiddelde-einde-area-methode gebruiken voor het berekenen van het volume van elk contour interval (V ik):
    Equation 1
    waar E is de contour hoogte .
  5. Berekenen van het totale volume (V P) van de vernal vijver als de som van het volume van elk contour interval:
    Equation 2
    Opmerking: hier H is de maximale diepte van de vijver. Een voorbeeld is gegeven in tabel 1.
  6. Bepalen de relatie van de fase-opslag voor de vijver door graphing de cumulatieve omvang van de vijver als functie van de diepte.
    1. Na het installeren van de waterniveau sensor, gebruiken de waterstand als de " fase " en de raming van het water volume, of de opslag, in de vijver.
      Opmerking: Een voorbeeld van een etappe-opslag-curve wordt weergegeven in Figuur 2. Als het waterniveau sensor is geïnstalleerd boven het laagste punt in de vernal vijver, een offset nodig zal zijn om het omzetten van de gemeten waterstand in de fase-opslag-curve (de offset in stap 3.3 toevoegen aan het water niveau opgenomen door de waterstand sensoren om te bepalen van de st leeftijd).

3. Een controle op het basisstation installeren

Opmerking: sensoren voor parameters van belang voor deze studie omvatte een drukopnemer (meet zowel waterstand en temperatuur), opgeloste zuurstofconcentratie, oxidation-reduction potentiële, elektrische conductiviteit, pH en een tipping bucket regenmeter. De sonde van de pH, opgeloste zuurstofsensor en oxidation-reduction sonde moeten worden gekalibreerd in het lab vóór implementatie per de sensor ' s gebruikershandleiding. Hier, is een centrale datalogger (geprogrammeerd gegevens te registreren met intervallen van 15 min) geselecteerd, waarnaar alle sensoren worden aangesloten bij de implementatie. Een levensvatbare alternatief scenario zou zijn dat elk van de sensoren autonoom is en niet nodig een centrale datalogger, doen aangezien elke sensor zijn eigen gegevens zou opnemen.

  1. Toevoegen, elk van de sensoren (met uitzondering van de regenmeter) om een sintel blokkeren of een houten spel ( Figuur 3). Gebruik van slangklemmen of zip banden om ervoor te zorgen dat de sensoren in de buurt van de onderkant van de vernal vijver (of de diepte van belang blijven).
    1. Hechten de opgeloste zuurstof-sensor, zodanig dat het op een hoek (per fabrikant), om zuurstof te verspreiden over het membraan. Installeer de druk transducer rechtop, zoals de druk die het zal meten de waterkolom erboven is, en de waterstand moet worden geregistreerd op een verticale manier.
  2. Installeren van de gekoppelde sensoren op een locatie naar het midden van de vijver dat waarschijnlijk niet zal worden droog tijdens de onderzoeksperiode.
  3. Bepaalt de verticale afstand tussen de sensors en het laagste punt in de vijver met behulp van een liniaal of de landmeetkunde-apparatuur. Opnemen van deze afstand voor gebruik bij de ontwikkeling van de curve van de fase-opslag zoals beschreven in stap 2.6 (dat wil zeggen, een offset kan nodig zijn wanneer de betreffende de diepte gemeten met gebruikmaking van de druk-omvormers tot de diepte van de totale hoeveelheid water in de vijver).
  4. Terwijl ze kunnen worden ondergedompeld in het water, de sensor draden kwetsbaar voor muizen zijn of andere dieren die kauwen op hen, kunnen wanneer het water niveau laag in de vijver is, om dit te voorkomen apolyvinyl chloride gebruiken pijp ter bescherming van de draden van de sensor (optioneel, maar aanbevolen). Doorlopen de draden van de sensor aan de rand van de vernal vijver een PVC pijp (3 m lang, 6,35 cm diameter), zoals wordt weergegeven in Figuur 4.
    Opmerking: voor de tijdelijke installatie (bijvoorbeeld, een paar weken tot een paar maanden) de PVC pijp kan worden beschouwd als niet onnodig.
  5. Set van een statief en mount het op de grond door het invoegen van stakes in elk van de reisod benen.
    Opmerking: Sommige hoge statieven wellicht een bliksemafleider die installatie, ook vereist.
    1. Het statief te plaatsen in de buurt van de rand van de vernal vijver om ervoor te zorgen dat het toegankelijk is zelfs wanneer de vijver vol met water is.
  6. Hechten van het vak van de behuizing voor de datalogger en de batterij (12 V) op het statief, verlaten kamer boven het statief voor het zonnepaneel gemonteerd worden boven het vak behuizing ( Figuur 4).
  7. Een 10 W-zonnepaneel gekoppeld aan de bovenzijde van het statief en hoek het richting de zon. Een zonne-hoek rekenmachine 12 kan worden gebruikt, indien gewenst, om te bepalen van de optimale hoek waar u wilt installeren van het deelvenster.
  8. Hechten de regenmeter op het statief als er ruimte. Anders, om het aan een houten spel of metalen paal in de buurt van de rand van de vijver en het statief ( Figuur 4) te koppelen. Ervoor te zorgen (indien mogelijk) dat de regenmeter boom cover die ongeveer vertegenwoordigt de cover van de boom van de vijver (indien aanwezig).
  9. Alle sensor en zonnepaneel kabels brengen de behuizing vak door het gat aan de onderkant van het vak.
  10. Sluit alle sensoren aan de datalogger ' s bedrading deelvenster overeenkomstig de sensoren ' instructies of de datalogger ' s bedradingsschema. Zie voorbeeld in figuur 5A.
  11. Sluit de zonnepaneel bels aan op de 12V-accu op te laden van de batterij ( figuur 5B).
    Opmerking: Selecteer een batterij die ook een spanningsregelaar heeft (aanbevolen) om ervoor te zorgen dat de batterij niet teveel elektriciteit ontvangt van het zonnepaneel.
  12. De batterij verbinden met het Invoerpaneel van de macht op de datalogger ( figuur 5B) voor de stroomvoorziening aan de datalogger en de sensoren.
  13. Plaats een dessicant pack in de doos van de behuizing te verminderen de kans op vocht schade aan de datalogger.
  14. Aanbevolen maar optioneel: verbinding maken met een veld-laptop met de datalogger communicatiesoftware aan de datalogger met behulp van een seriële kabel ( figuur 5B) om ervoor te zorgen dat de sensor-netwerk naar behoren functioneert.
  15. Sluit het van de behuizing en plaats van klei rond het gat aan de onderkant van de behuizing vak waar de draden invoeren om te houden van insecten en water uit de doos. Als beveiliging van de apparatuur een punt van zorg is, beveiligt u de doos van de behuizing met een hangslot.

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 vijvers kunnen een breed scala van morfologie, met profielen variërend van convexe tot rechte helling naar concave vertonen. Voorbeeld morfologie voor een vernal vijver in Centraal Pennsylvania is afgebeeld in Figuur 1, samen met de resultaten van de curve van de fase-opslag voor deze vijver (Figuur 2, tabel 1). Vijver van de maximale diepte is niet een sterke indicator van oppervlakte, zoals hydroperiod slechts een zwak correlatie met vijver morfologie12 heeft. Dus, het begrip van de bijdragen van neerslag, evapotranspiratie en grondwaterstroming (in of buiten de vijver) zijn belangrijke factoren bij het bepalen van de hydrologie van vernal vijvers.

Gezien het belang van de vernal vijvers voor amfibieën fokken, was het onderzoek beschreven in dit protocol uitgevoerd van medio April tot medio juni, tijdens de fok- en metamorfose periode van hout kikkers (Rana sylvatica) in het noordoosten van de Verenigde Staten Staten. De drie vernal vijvers geselecteerd voor analyse zijn gelegen aan de Pennsylvania State University's leven Filter, dat is een ~2.4 km2 site die spray-geïrrigeerd zijn met de behandelde afvalwater van de Universiteit. De geïnstalleerde bewakingsapparatuur station wordt weergegeven in Figuur 4. Daarom gemeten waterstand wijzigingen in de verhoging van de vijver als gevolg van zowel natuurlijke regen- en afvalwater irrigatie evenementen (Figuur 6). Voor de meeste vernal vijvers, de waterstand verwacht schommelen minder, als functie van de grondwaterstroming, verdamping en regenval. De resultaten in Figuur 6 afgebeelde kunnen niet dus typisch van sites minder beïnvloed door antropogene water ingangen.

Gegevens verzameld voor temperatuur, pH, gehalte aan opgeloste zuurstof, oxidation-reduction potentieel en elektrische geleidbaarheid voor elk van de drie studie-sites worden weergegeven in Figuur 7. Het is belangrijk op te merken dat diverse sensoren nodig per kalibratie om ervoor te zorgen dat de gegevens kloppen. Aanbevelingen in de gebruikershandleidingen voor de sensoren moeten worden gevolgd, met pH, opgeloste zuurstof, en ORP meestal die per onderhoud of kalibratie nodig hebben. In het algemeen, de temperatuur van de vijvers verhoogd gedurende de studieperiode (vanaf medio April tot medio juni), met temperaturen die over het algemeen afneemt in reactie op afvalwater irrigatie gebeurtenissen. De pH is relatief consistente voor de meerderheid van de onderzoeksperiode, tussen 6 en 8, die vergelijkbaar met de pH in zowel de natuurlijke als de vernal vijvers beïnvloed door afvalwater irrigatie activiteiten13. De elektrische geleidbaarheid van de vijvers toegenomen in de loop van de onderzoeksperiode, waarschijnlijk als gevolg van de hogere elektrische geleidbaarheid van afvalwater (ongeveer 1 mS/cm) in vergelijking met regenwater14.

Concentraties van de opgeloste zuurstof en oxidation-reduction potentieel over het algemeen volgde een soortgelijke trend, zoals verwacht, met hogere waarden aan het begin van de onderzoeksperiode en daalt tot relatief consistente lage waarden van begin mei tot het einde van de onderzoeksperiode. Opgeloste zuurstof is bekend dat het omgekeerd worden gerelateerd aan de temperatuur, en dikke matten van kroos werden waargenomen om te groeien op het oppervlak van de vijvers in de loop van de onderzoeksperiode (lente tot vroege zomer), beperken waarschijnlijk compartimentering van de zuurstof uit de atmosfeer in de vijvers. Bovendien, de metingen in de buurt van de bodem van de vijver, en daarom de voorwaarden kunnen verschillend geweest zijn in de buurt van het oppervlak van de vijver. Voor deze studie was de blootstelling van kikkervisjes aan de voorwaarden in de buurt van de bodem van de vijver van belang. De locatie van de sensoren in de vijver kan van invloed zijn de water kwaliteit metingen, en daarom de sensoren moeten worden geïnstalleerd in de vijver op een manier die de voorwaarden van belang vertegenwoordigt.

Figure 1
Figuur 1 : Voorbeeld vernal vijver morfologie. Bepaald door het uitvoeren van een enquête van een vernal vijver in Centraal Pennsylvania herverdeling profiel. Contour lijnen worden gegeven met een interval van 0,1-m. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Voorbeeld etappe-opslag curve voor een vernal vijver in Centraal Pennsylvania, USA. Vijver waterniveau wordt gebruikt voor het schatten van de cumulatieve hoeveelheid water in een vernal vijver in Centraal Pennsylvania. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Montage sensoren voor deployment. Sensoren getoond in weergaven (A) en (B) zijn (a) opgeloste zuurstofsensor, elektrische geleidendheidssonde (b), (c) de drukopnemer, (d) pH sonde en (e) oxidation-reduction sonde. Drukopnemer moet worden geïnstalleerd rechtop naar nauwkeurig maatregel water niveau. Opgeloste zuurstofsensor moet worden geïnstalleerd onder een hoek om goede diffusie van zuurstof via de sensor het membraan en te voorkomen dat bubbels vormen binnen de sensor. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Controlestations ingezet bij vernal vijvers in Centraal Pennsylvania, USA. (A) zijaanzicht, tonen (a) regenmeter, (b) datalogger behuizing vak, (c) zonnepaneel, en (d) statief en (e) sensor draden in de vijver. (B) Front weergave met de datalogger behuizing doos open, tonen de sensoren van de (e) verbonden met de datalogger (f), met de batterij van de (g) in het vak en een (h) geautomatiseerd sampler in de buurt van de vijver. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5 : (A) voorbeeld bedradingsschema en (B) sensor draden verbonden met datalogger. De sensoren getoond in het voorbeeld-schakelvoorbeeld zijn: (a) regenmeter, (b) de drukopnemer, (c) de opgeloste zuurstofsensor, (d) oxidation-reduction sonde, (e) pH sonde, (f) elektrische geleidbaarheidsensor. In de doos van de behuizing staan de sensor draden verbonden met de (g)-datalogger. De zonnepanelen zijn aangesloten op de (h) spanningsregelaar op de (i) batterij, die vervolgens is bedraad van het vermogen (j) op de batterij aan de ingang van de macht (k) op de datalogger. Een computer kan worden aangesloten op de datalogger met behulp van een seriële kabel (l). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6 : Hydrologische gegevens verzameld op drie vernal vijvers (A, B, C) in Centraal Pennsylvania, USA. De som van regen- en afvalwater irrigatie (input) that bereikt die elke vernal vijver wordt weergegeven aan de bovenkant van elke grafiek (secundaire y-as). De corresponderende wijzigingen aangebracht in de waterstand worden op de primaire y-as weergegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7 : Fysische en chemische eigenschappen van drie vernal vijvers (VP 1, VP 2 en 3 van de VP) gemeten in real-time in Centraal Pennsylvania, USA. De parameters gemeten in real time zijn temperatuur, pH, elektrische geleidbaarheid, gehalte aan opgeloste zuurstof en oxidation-reduction potentieel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Diepte van de vijver (m) Gebied (m2) Gemiddelde oppervlakte (m2) Contour Interval (m) Verandering in Volume (m3) Cumulatieve Volume (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: gemiddelde einde gebied methode berekeningen voor fase-opslag kromme ontwikkeling. Berekeningen zijn gemaakt voor contour intervallen van 0,1 m. De morfologie is afgebeeld in Figuur 1 en de fase-opslag curve is afgebeeld in Figuur 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

Betekenis ten opzichte van bestaande methoden

Weliswaar toezicht voor streams gevestigde methoden die zijn ontwikkeld door de United States Geological Survey (USGS), bestaat geen dergelijke wijdverbreide monitoring programma voor begrip vernal vijver dynamics. Dit protocol strekt tot leidraad voor hoe om te beginnen met de aanpak van hydrologische en waterkwaliteit controle onderzoek op een vernal vijver-site, met het doel van het begrip van hoe fysische en chemische factoren kan veranderen na verloop van tijd op een bepaalde site.

Beperkingen van de techniek

Zoals beschreven, de monitoring verzamelde gegevens mogelijk niet representatief voor de hele vijver. Kwaliteitsparameters, met name water opgeloste zuurstof en oxidation-reduction potentieel zijn waarschijnlijk niet homogeen in de vijver. Meerdere sensoren, verdeeld over de vijver en op verschillende diepten kunnen nodig zijn om de fysische en chemische parameters van belang die kunnen variëren als functie van de diepte volledig te karakteriseren.

In situ meetgegevens zijn waarschijnlijk onvoldoende zijn voor het begrijpen van waterkwaliteitsgegevens in vernal vijvers. Pak monsters verzamelen kunnen hetzij met de hand of met geautomatiseerde bemonstering apparaten waardevol inzicht met betrekking tot een breder scala van de waterkwaliteit. Deze monsters kunnen worden teruggebracht naar een analytisch laboratorium te worden geanalyseerd voor een suite van de water kwaliteitsparameters, met inbegrip van voedingsstoffen, pesticiden, farmaceutische producten en andere contaminanten van opkomende milieu. Afhankelijk van de locatie van de vernal vijver, zouten en bereikbaarheid agenten kunnen een bron van zorg als de vijver is het ontvangen van afvoer van een nabijgelegen weg15. Echter, de monsters verzameld via grab bemonsteringsmethode levert gegevens voor alleen een specifiek punt in de tijd, en de concentraties zijn waarschijnlijk veranderen na verloop van tijd, met name in reactie op snowmelt of regenval gebeurtenissen die leiden tot de oppervlakte afvoer. Daarom, bemonstering ontworpen te vangen van gebeurtenissen die zouden kunnen leiden tot veranderingen in de concentratie moet plaatsvinden om de temporele variaties van water kwaliteitsparameters grondiger te begrijpen.

Wijzigingen in het Protocol

Diverse mogelijkheden voor het ontwerpen van controlestations voor hydrologie en waterkwaliteit. De sensoren die worden beschreven in sectie 3 van het Protocol zijn niet autonoom, wat betekent dat zij moeten worden verbonden met een externe datalogger voor gegevens geregistreerd en gedownload worden. Diverse autonome sensoren bestaan, met name voor waterstand en temperatuur van het water. De specifieke waterniveau sensor die was geselecteerd voor deze toepassing heeft een ontluchting buis waarmee de sensor om de luchtdruk te compenseren, en daarom is het niet nodig een extra sensor buiten het water. Sommige low-cost in situ -sensoren zijn ook beschikbaar voor een breed scala van fysische en chemische parameters dan die hier beschreven, met inbegrip van een verscheidenheid van opgeloste ionen (bijvoorbeeldnitraat, nitriet, ammoniak, natrium).

Bovendien kan het wenselijk zijn voor het verzamelen van metingen op verschillende diepten in de vernal vijver of op verschillende locaties in de vijver. Sommige van de parameters die zijn waarschijnlijk afhankelijk van de diepte zijn temperatuur, gehalte aan opgeloste zuurstof en oxidation-reduction potentieel. Dit protocol kan worden gewijzigd door de toevoeging van repliceren sensoren om het meetnet te bestuderen van de variabiliteit in ruimtelijke transecten (bijvoorbeeldelke paar meter in de vijver) of verticaal binnen de waterkolom (bijv., elke paar honderd cm binnen het water-profiel). Voor deze toepassingen, hebben een datalogger opname van alle dateren uit de sensor-netwerk zou wenselijk zijn over vele autonome sensoren waarvoor het downloaden van elke individuele sensor in plaats van uit één centrale locatie vernal aan de vijver.

Toekomstige toepassingen

Het voordeel van de setup beschreven in dit protocol is dat elke variabele van belang kan worden gebruikt om een geautomatiseerde sampler activeren door het aansluiten van een communicatie-kabel die kan gaan van de datalogger tot een geautomatiseerde sampler (bijvoorbeeldISCO). De dataloggers gebruiken een programmeertaal vergelijkbaar met C waarmee roman sampling technieken kunnen worden ingezet. Bijvoorbeeld, Gall et al. 16 , 17 gebruikt stroom gegevens verzameld in realtime te voorspellen storm hydrografie en op de juiste manier stroom-paced monsters over de hydrograph, wat resulteert in een roman storm-specifieke bemonstering-protocol, dat voldoende monsters zijn verdeeld over zowel de grote als de kleine ruimte hydrografie. Voorbeelden van de hefboomwerking van de gegevens verzameld in dit protocol voor bemonstering waterniveau metingen kunnen gebruiken zouden voor het verzamelen van de monsters na een regen-evenement dat resulteerde in een aanzienlijke toename van de waterstand, of aan het andere uiterste, geactiveerd monsters tijdens een droogte periode wanneer de vernal vijver water snel kan verliezen.

Een andere toekomstige toepassing kan de ontwikkeling van een real-time monitoring netwerk van vernal vijvers in een studiegebied van belang. Bijvoorbeeld kunnen vernal vijvers over het verloop van een menselijke invloed worden geselecteerd, met elke vijver geïnstrumenteerd met de dezelfde water-sensoren voor kwantiteit en kwaliteit. Deze stations kunnen dan met elkaar communiceren via mobiele modems of radionetwerken, waardoor gegevens extern toegankelijk te maken en de gegevens beschikbaar te maken voor onderzoekers in real-time.

Gezien de daling van de wereldwijde amfibieën en het belang van de vernal vijvers als leefgebied voor fok- en metamorfose, tracht dit protocol te stellen van het gebrek aan continue monitoring verkregen gegevens voor de vernal vijvers over het verloop van een menselijke invloed. Amfibieën die gebruik maken van deze vernal vijvers kunnen vertonen site trouw18,19,20, wat betekent dat zij terugkeren om te broeden op dezelfde locatie (of binnen een relatief kleine afstand) elk jaar. Inzicht in de dynamiek van deze kritische fokken van habitats en gebruiken deze kennis om te informeren beleid aan kortstondige wetlands gerelateerde is daarom essentieel voor hun voortbestaan. Het is essentieel om te begrijpen de hydrologie en biogeochemische fietsen van vernal vijvers om beter ontwikkelen beleid dat herstel van aangetaste habitat en bestaande habitat te beschermen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs bedank de Pennsylvania State Universiteit Office van fysieke Plant (OPP) voor financiering ter ondersteuning van dit onderzoek. Bovendien wil we Drs. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller en Tracy Langkilde aan de Pennsylvania State University bedanken voor hun gezamenlijke steun aan dit project.

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).
Continu hydrologische en Water kwaliteitsbewaking van Vernal vijvers
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