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Environment

Kontinuierliche hydrologischen und Qualitätsüberwachung von Vernal Teichen

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Verständnis der Ökosystem-Dienstleistungen und Prozesse zur Verfügung gestellt von vernal Teichen und die Auswirkungen der anthropogenen Aktivitäten auf ihre Fähigkeit, diese Leistungen zu erbringen, erfordert hydrologischen Intensivüberwachung. Diese Probenahme-Protokoll mit in-Situ- Überwachung der Geräte wurde entwickelt, um die Auswirkungen von anthropogenen Aktivitäten auf Wasserstände und Qualität zu verstehen.

Abstract

Vernal Teiche, auch bezeichnet als vernal Pools bieten kritischen Ökosystemleistungen und Lebensraum für eine Vielzahl von bedrohte und gefährdete Arten. Sie sind jedoch empfindliche Teile der Landschaften, die oft schlecht verstanden und ermöglichen. Landnutzung sowie Management-Praktiken und Klimawandel werden gedacht, um einen Beitrag zum globalen Amphibien Rückgang sein. Jedoch ist mehr Forschung notwendig, um das Ausmaß dieser Auswirkungen zu verstehen. Hier präsentieren wir Ihnen Methoden zur Charakterisierung von einem frühlingshaften Teichs Morphologie und Detail einer monitoring-Station, die zur quantitativen und qualitativen Daten über die Dauer von einem frühlingshaften Teich Hydroperiod Erhebung. Wir bieten Methodik zur Durchführung von Feldstudien zur charakterisieren der Morphologie und Entwicklung Stadium-Lagerung-Kurven für einen frühlingshaften Teich. Darüber hinaus bieten wir Methoden für die Überwachung der Wasserstand, Temperatur, pH-Wert, Oxidations-Reduktions-potential, gelösten Sauerstoff und elektrische Leitfähigkeit des Wassers in einem frühlingshaften Teich sowie die Überwachung von Niederschlagsdaten. Diese Informationen können verwendet werden, besser quantifizieren die Ökosystemleistungen, die vernal Teiche bieten und die Auswirkungen der anthropogenen Aktivitäten auf ihre Fähigkeit, diese Leistungen zu erbringen.

Introduction

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Vernal Teiche sind temporäre, flache Feuchtgebiete, die in der Regel enthalten Wasser von Herbst bis Frühjahr und in den Sommermonaten oft trocken sind. Der Überschwemmung Periode von vernal Teichen, allgemein bezeichnet als das Hydroperiod wird in erster Linie durch Niederschlag und Evapotranspiration1gesteuert.

Vernal Teiche können auch als vernal Pools, kurzlebige Teiche, temporäre Teiche, saisonale Teiche und geografisch isolierten Feuchtgebiete2bezeichnet werden. Im Nordosten der Vereinigten Staaten vernal Teiche in den meisten Fällen der kritischen Lebensraum zeichnen sich durch bieten sie für Amphibien, als die Brutstätten und die Unterstützung während der frühen Lebensstadien (d.h. Kaulquappen) und Metamorphose. In Kalifornien vernal Teiche zeichnen sich durch die einzigartige Vegetation und vom Aussterben bedrohte Pflanzenarten, dass sie2unterstützen.

Diese Lebensräume sind zunehmend bedroht durch Einsatz und den Klimawandel zu landen, und Amphibienpopulationen erleben eine bedeutende globale Niedergang weitgehend durch anthropogene Aktivitäten3,4. Wasser Qualität sorgen durch die Umweltverschmutzung sind auch Gedanken um Faktoren in den letzten Amphibien werden weltweit5Rückgänge. Darüber hinaus ergaben neuere Studien eine vermehrte Auftreten von intersexuellen Merkmalen in Frösche bewohnen vernal Teiche von menschlichen Abwasser6betroffen. Es muss daher eine intensivere Überwachung der natürlichen und betroffenen vernal Teiche, um besser zu verstehen, den Anteil an der globalen Amphibien Rückgang.

Die physikalischen Parameter des vernal Teiche, die gemessen und überwacht werden müssen sind die Teich-Morphologie und Wasserstand. Die Morphologie ist die Geometrie des Teiches und entsteht durch die Durchführung einer Umfrage um Höhenunterschiede über den großen Teich zu bestimmen. Die Umfrage, die Daten dann verwendet werden, um eine Rückhaltkurve zu schaffen und das Volumen des Teiches zu schätzende ermöglicht basierend auf Wasserstand Messungen. Da der Wasserstand in einem frühlingshaften Teich durch Fällung beeinflusst ist, sollten Messungen bei hoher zeitlicher Auflösung zu kurz (d. h., in der Größenordnung von Minuten bis Stunden) und langfristigen Schwankungen (d. h., am besten verstehen in der Größenordnung von Monaten bis Jahren) im Wasserstand.

Wasser Qualitätsparameter von Interesse, die Einfluss auf die Funktion von vernal Teichen bekanntermaßen zählen Temperatur, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, gelösten Sauerstoff-Niveaus und Oxidations-Reduktions-Potenzial. Diese Parameter können alle gemessenen in Situ mit relativ günstigen Technologien und Sensornetze. Etwas Wasser Qualitätsparameter wie einige Nährstoffen Arten (d.h. insgesamt Kjeldahl-Stickstoff) und andere Schadstoffe (d.h.entstehenden Schadstoffe) erfordern Proben gesammelt und an ein Labor zur Verarbeitung gebracht und Analyse.

Kritische Parameter, die Einfluss auf die Fähigkeit von vernal Teichen funktionieren als geeigneter Lebensraum für Zucht Amphibien und die frühen Entwicklungsstadien der Kaulquappen sind Wasser, pH-Wert, und gelöste Sauerstoffkonzentration. Im Vergleich zu frühlingshaften Teichen befindet sich in relativ unberührten Landschaften, erhöhte Werte der elektrischen Leitfähigkeit, höheren pH-Wert reduziert gelöste Sauerstoffkonzentrationen und hohe Nährstoffkonzentrationen in vernal Teichen beeinflusst durch anthropogene erfaßt wurden Aktivitäten-2,-7. Verringerung oder anaerobe Bedingungen auftreten in diesen Lebensräumen, insbesondere solche, die durch anthropogene Aktivitäten betroffen sind. Dadurch kann eine Verschiebung in der mikrobiologischen Gemeinschaft, Änderung des Nährstoffs Radfahren in den Teich und potenziell reduzieren Abbau von endokrinen hormonhemmende Verbindungen und andere Schadstoffe8,9.

Das Ziel dieses Papiers ist es, Informationen wie man eine Station zur Überwachung der Wassermenge und die Qualität von einem frühlingshaften Teich zu etablieren. Diese Methode kann auf jedem vernal Teich angewendet werden, sondern erfordert Zugriff auf die Website (d. h.die Website muss auf öffentlichem Grund oder Grundstückseigentümer Berechtigung zum Installieren von Geräten).

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Protocol

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1. Durchführung einer Umfrage eine Vernal Teich Morphologie

  1. Wählen Sie einen Ort als Maßstab bestimmen und markieren Sie es mit einer kleinen Umfrage oder Kennzeichnung Flagge.
    Hinweis: Der Speicherort einer größeren Höhe als der Teich und Line-of-Sight von allen Standorten über den großen Teich.
  2. Weisen Sie dem Maßstab einer Referenzhöhe; die genaue Zahl spielt keine Rolle, es stellt einfach einen Verweis auf die anderen Seiten verglichen werden können.
  3. Mit einem Maßband und Fahnen markieren, machen Transekte in einem Intervall von 3 m über den Teichbereich, was in einem 3 x 3 m-Raster (siehe Beispiel in Abbildung 1).
  4. Bestimmen Sie die Höhe des unteren des Teiches (d. h. der Boden) bei 3 m Abständen entlang jeder Transekt durch Messen der Höhe auf einem Leveling-Stab mit einem automatischen Niveau. Sicherzustellen, dass die Profile auf die höchsten Erhebungen auf jeder Seite des Teiches verlängern.
  5. Am Ende jedes Transekt ein Rückblick auf den Benchmark zu machen und die Höhe aufzeichnen.
  6. Bestimmen den Umfrage-Fehler als Differenz zwischen dem Benchmark ' s zugewiesen Höhe (d.h. dem Referenzwert in Schritt 1.2 zugewiesen) und die Höhe, gemessen von der am weitesten entfernten Stelle auf das Profil Transekt.
  7. Berechnung den zulässigen Fehler (AE) der Verschluss für das Profil als AE = K (2 * M) 0,5, wo K ist eine konstante zwischen 0,001 und 1 und M ist der Abstand (in Meilen) zwischen der Benchmark und der am weitesten entfernte Position auf das Profil.
    Hinweis: Der Wert von K richtet sich nach der geforderten Genauigkeit der Umfrage, die in diesem Fall als 0.1 10 genommen werden kann.
  8. Vergleich der Umfrage Fehler in Schritt 1,6 AE berechnet in 1.7 Schritt berechnet. Wenn die Umfrage Fehler größer als die AE ist, wiederholen Sie dann das Profil leveling (Schritte 1.3 und 1.4) für das Transekt. Wenn die Umfrage Fehler weniger als die AE dann das Profil für die Nivellierung Transekt abgeschlossen ist, führen das Profil für den nächsten Transekt Nivellierung.
  9. Wiederholen Sie die Schritte 1,4 bis 1,8 durchzuführen Profil Nivellierung in Abständen von 3 m über den großen Teich in die andere Richtung, erstellen Sie ein Raster von bekannten Höhen (siehe ein Beispiel des Profils in Abbildung 1 Transekte).
  10. , Eine Rückhaltkurve für den Teich zu entwickeln, sobald die Höhen (in Bezug auf die Benchmark) über das 3 m x 3 m-Raster über den großen Teich Befragten bekannt sind.
    Hinweis: Größere Intervalle können verwendet werden, aber der Fehler bei der Bestimmung der Beziehung zwischen Wasserspiegel und Teich Volumen erhöhen kann.

2. Bestimmung der Vernal Teich ' s Rückhaltkurve

Hinweis: jeder vernal Teich wird eine eindeutige Beziehung zwischen Wasserspiegel und Wasservolumen im Teich haben. Dieses Verhältnis nennt man die Rückhaltkurve.

  1. Mit Höhendaten versammelten sich in Abschnitt 1, der höchsten und niedrigsten Höhen im Teich bestimmen.
  2. Bestimmen die Differenz zwischen der höchsten und niedrigsten Erhebung und wählen Sie ein Intervall für die Höhenlinien; zeichnen sich ein Intervall von 0,1 bis 0,2 m 11 empfiehlt.
  3. Berechnen Sie die Fläche jeder Kontur (ein ich). Dies kann entweder von Hand mit einem Planimeter oder elektronisch mit Software Geoinformationssysteme (GIS).
  4. Die durchschnittliche Endfläche-Methode verwenden, um das Volumen zwischen jedem Intervall (V ich) berechnen:
    Equation 1
    wo E ist die Kontur Höhe .
  5. Berechnen Sie das Gesamtvolumen (V P) des vernal Teiches als Summe des Volumens zwischen jedem Intervall:
    Equation 2
    Hinweis: hier H ist die maximale Tiefe des Teiches. Ein Beispiel ist in Tabelle 1 dargestellt.
  6. Bestimmen Sie die Bühne-Lagerung-Beziehung für den Teich durch grafische Darstellung der kumulierten Volumen des Teiches als Funktion der Tiefe.
    1. Nach der Installation der Wasserstandsensor, verwenden das Wasser-Niveau als die " Phase " und schätzen die Wassermenge oder Lagerung im Teich.
      Hinweis: Ein Beispiel für eine Rückhaltkurve ist in Abbildung 2 dargestellt. Wenn der Wasserstandsensor über dem niedrigsten Punkt im frühlingshaften Teich installiert ist, ein Offset benötigt werden die gemessenen Wasserstand in der Rückhaltkurve umwandeln (fügen Sie den Offset in Schritt 3.3 auf den Wasserstand über den Wasserstandssensoren zu bestimmen, die St erfasst Alter).

3. Installation einer Überwachungsstation

Hinweis: Sensoren für Parameter von Interesse für diese Studie umfasste ein Druckaufnehmer (misst Wasserstand und Temperatur), gelöste Sauerstoffkonzentration, Oxidations-Reduktions Potential, elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert und ein Trinkgeld Eimer Regenmesser. Die pH-Sonde, gelösten Sauerstoff-Sensor und Oxidations-Reduktions-Sonde im Labor vor der Bereitstellung pro Sensor kalibriert werden müssen ' s Bedienungsanleitung. Hier ist eine zentrale Datalogger (programmiert, um Daten in 15 min Abständen) ausgewählt, an die während der Bereitstellung alle Sensoren angeschlossen werden. Ein praktikables alternative Szenario wäre, dass jeder der Sensoren autonom ist und keine Notwendigkeit einer zentralen Datenlogger, zu tun, da jeder Sensor einen eigenen Datensatz würde.

  1. Anbringen der Sensoren (mit Ausnahme der Niederschlagsmesser) an einem Betonklotz oder einen hölzernen Pfahl ( Abbildung 3). Verwenden Sie Schlauchschellen oder zip-Verbindungen zu gewährleisten, dass die Sensoren am unteren Rand der vernal Teich (oder die Tiefe von Interesse) bleiben.
    1. Anbringen den gelöste Sauerstoff-Sensor, so dass es in einem Winkel (pro Anweisungen des Herstellers), auf Sauerstoff durch die Membran diffundieren können. Druck-Wandler aufrecht, zu installieren, da der Druck, den es zu messen, wird der Wassersäule darüber, und der Wasserstand in einer vertikalen Weise aufgezeichnet werden sollte.
  2. Installieren Sie die montierten Sensoren an einem Standort in Richtung der Mitte des Teiches, die voraussichtlich nicht trocken werden während des Studiums ist.
  3. Bestimmt den vertikalen Abstand zwischen den Sensoren und der tiefste Punkt im Teich mit einem Lineal oder die Vermessungsgeräte. Erfassen diese Entfernung für den Einsatz bei der Entwicklung der Rückhaltkurve, wie unter Punkt 2.6 beschrieben (d. h., ein Offset erforderlich sein, wenn im Zusammenhang mit der Tiefe mit der Druckaufnehmer, die gesamte Wassertiefe im Teich gemessen).
  4. , Während sie im Wasser untergetaucht werden können, die Sensor-Drähte anfällig für Mäuse sind oder andere Tiere, die darauf kauen können, wenn der Wasserstand niedrig in den Teich, um dies zu verhindern ist Apolyvinyl Chlorid Rohr um die Sensor-Kabel zu schützen (optional, aber empfohlen). Führen Sie die Sensor-Kabel bis an den Rand des Teiches vernal durch ein PVC-Rohr (3 m lang, 6,35 cm Durchmesser), wie in Abbildung 4 gezeigt.
    Hinweis: für temporäre Installation (z.B., ein paar Wochen zu einigen Monaten) das PVC-Rohr unnötige ausgegangen werden kann.
  5. Set auf einem Stativ und montieren Sie ihn auf den Boden durch Einfügen von Einsätzen in jeder der ReiseBeine od.
    Hinweis: Einige große Stative haben einen Blitzableiter, der Installation zu erfordert.
    1. Position des Stativs nahe dem Rand des vernal Teich, um sicherzustellen, dass sie zugänglich ist, auch wenn der Teich mit Wasser gefüllt ist.
  6. Befestigen Sie die Gehäuse-Box für den Datenlogger und Batterie (12 V) auf das Stativ, so dass ein Raum über das Stativ für die Solar-Panel über dem Gehäuse angezeigt ( Abbildung 4) montiert werden.
  7. Ein 10 W Solar-Panel an der Spitze des Stativs befestigen und richten Sie es der Sonne entgegen. Ein solar Winkel Rechner 12 verwendet werden, falls gewünscht, um zu bestimmen, den optimalen Winkel in dem das Panel installiert.
  8. Legen den Regenmesser auf das Stativ, wenn Platz vorhanden ist. Andernfalls bringen sie einen hölzernen Pfahl oder Metallstange am Rand des Teichs und das Stativ ( Abbildung 4). (Wenn möglich) zu gewährleisten, hat der Niederschlagsmesser Baumdecke, die etwa der Baumdecke des Teiches (falls vorhanden) darstellt.
  9. Bringen alle Sensor und Solar-Panel Drähte in das Gehäuse ein durch das Loch an der Unterseite der Box.
  10. Verbinden alle Sensoren am Datenlogger ' s Verdrahtung Panel gemäß der Sensoren ' Anweisungen oder der Datenlogger ' s Schaltplan. Siehe Beispiel in Abbildung 5A.
  11. Verbinden Sie die Solar-Panel-Kabel an die 12V-Batterie zum Aufladen der Batterie ( Abb. 5 b).
    Hinweis: Wählen Sie eine Batterie, die hat auch einen Spannungsregler (empfohlen), um sicherzustellen, dass die Batterie nicht zuviel Strom erhält aus der Solar-Panel.
  12. Schließen Sie die Batterie an die Macht der Eingabebereich auf der Datalogger ( Abb. 5 b) zur Stromversorgung der Datenlogger und die Sensoren.
  13. Legen Sie eine Trockenmittel Pack im Inneren der Gehäuse-Box zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Feuchtigkeitsschäden am Datenlogger.
  14. Empfohlene jedoch fakultativ: einen Feld Laptop anschließen, mit der Datenlogger-Kommunikation-Software am Datenlogger mittels eines seriellen Kabels ( Abb. 5 b) um sicherzustellen, dass der Sensor-Netzwerk funktionsfähig ist.
  15. Schließen Sie das Gehäuse und setzen Sie Ton um das Loch an der Unterseite des Feldes Gehäuse wo die Drähte geben Sie Insekten und Wasser aus dem Kasten heraus zu halten. Wenn die Sicherheit der Ausrüstung geht, sichern die Gehäuse-Box mit einem Vorhängeschloss.

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Representative Results

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Vernal Teiche können eine Vielzahl von Morphologie, mit Profilen von konvex bis hin zu geraden Steigung bis konkav aufweisen. Beispiel-Morphologie für einen frühlingshaften Teich im Zentrum von Pennsylvania zeigt Abbildung 1, zusammen mit den Ergebnissen der Rückhaltkurve für diesen Teich (Abbildung 2, Tabelle 1). Maximale Teichtiefe ist kein starker Indikator für Fläche, da Hydroperiod nur eine schwache Korrelation mit Teich Morphologie12hat. Daher sind Verständnis der Beiträge von Niederschlag, Verdunstung und Grundwasserströmung (in oder aus dem Teich) wichtige Faktoren bei der Bestimmung der Hydrologie des vernal Teiche.

Angesichts der Bedeutung von vernal Teichen Amphibien Zucht, wurde die Überwachung beschrieben in diesem Protokoll von Mitte April bis Mitte Juni während der Zucht und Metamorphose von Wood Frösche (Rana Sylvatica) in den nordöstlichen Vereinigten Studie Staaten. Die drei vernal Teiche für die Analyse ausgewählten befinden sich an der Pennsylvania State University-Leben-Filter, der eine ~2.4 km2 Website ist, die Spray mit der Universität gereinigtes Abwasser bewässert wird. Die installierte Überwachungstechnik Bahnhof ist in Abbildung 4dargestellt. Daher gemessen Wasserstand Änderungen in der Teich-Erhöhung durch natürlichen Niederschlag und Abwasser Bewässerung Ereignisse (Abbildung 6). Für die meisten vernal Teiche soll der Wasserstand weniger als Funktion in erster Linie der Grundwasserströmung, Verdunstung und Niederschläge schwanken. Daher möglicherweise die in Abbildung 6 dargestellten Ergebnisse nicht typisch für Websites weniger durch anthropogene Wasser Eingänge belastet.

Daten für Temperatur, pH-Wert, gelösten Sauerstoff-Konzentration, Oxidations-Reduktions-Potenzial und elektrische Leitfähigkeit für jede der drei Studienzentren in gezeigt werden Abbildung 7. Es ist wichtig zu beachten, dass verschiedene Sensoren wöchentliche Kalibrierung benötigen um sicherzustellen, dass die Daten korrekt sind. Empfehlungen in den Benutzerhandbüchern für die Sensoren sollte gefolgt werden, mit pH, gelöste Sauerstoff und ORP benötigen in der Regel wöchentliche Wartung oder Kalibrierung. Im Allgemeinen erhöht sich die Temperatur der Teiche über die Studiendauer (von Mitte April bis Mitte Juni), mit Temperaturen, die in der Regel als Reaktion auf Abwasser Bewässerung Ereignisse verringern. Der pH-Wert wurde relativ konsistent für den Großteil des Studiums zwischen 6 und 8, ähnlich den pH-Wert im Natur- und vernal Teiche von Abwasser Bewässerung Aktivitäten13betroffen ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Teiche stieg im Laufe des Studiums, wahrscheinlich wegen der höheren elektrischen Leitfähigkeit von Abwasser (ca. 1 mS/cm) im Vergleich zu Regenwasser14.

Gelöste Sauerstoffkonzentrationen und Oxidations-Reduktions-Potential in der Regel entwickelte sich ähnlich, wie erwartet, mit höheren Werten am Anfang des Untersuchungszeitraumes und abnehmend auf relativ konstant niedrige Werte von Anfang Mai bis Ende der Studiendauer. Gelöster Sauerstoff nennt man umgekehrt im Zusammenhang mit Temperatur und dicke Matten der Wasserlinsen beobachtet, wachsen auf der Oberfläche der Teiche im Laufe des Studiums (Frühjahr bis Frühsommer), wahrscheinlich zu begrenzen, die Partitionierung von Sauerstoff aus der Atmosphäre in den Teichen. Darüber hinaus die Messungen wurden im unteren Bereich des Teiches, und daher können die Bedingungen anders nahe der Wasseroberfläche des Teiches gewesen. Für diese Studie wurde die Exposition von Kaulquappen Bedingungen im unteren Bereich des Teiches von Interesse. Die Lage der Sensoren im Teich Wasser Qualitätsmessungen beeinflussen kann, und daher sollten die Sensoren in den Teich in einer Weise, die die Bedingungen von Interesse darstellt.

Figure 1
Abbildung 1 : Beispiel frühlingshaften Teich Morphologie. Bestimmt durch die Durchführung eines Profils Nivellierung Umfrage von einem frühlingshaften Teich im Zentrum von Pennsylvania. Höhenlinien sind in 0,1 m Abständen gegeben. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2 : Beispiel Rückhaltkurve für einen frühlingshaften Teich im Zentrum von Pennsylvania, USA. Teich-Wasser-Niveau wird verwendet, um das kumulative Volumen des Wassers in einem frühlingshaften Teich im Zentrum von Pennsylvania zu schätzen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Montage von Sensoren für den Einsatz. Sensoren, gezeigt in Ansichten (A) und (B) (a) gelösten Sauerstoff-Sensor, (b) elektrische Leitfähigkeit Sonde, (c) Drucksensor, (d) pH-Sonde und (e) Oxidations-Reduktions-Sonde enthalten. Drucksensor installiert werden soll genau Maß Wasserstand aufrecht. Gelöster Sauerstoff-Sensor sollte in einem Winkel richtige Diffusion von Sauerstoff durch den Sensor Membran ermöglichen und verhindern, dass Luftblasen bilden im Inneren des Sensors installiert werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4 : Messstationen an vernal Teiche im Zentrum von Pennsylvania, USA eingesetzt. (A) Seitenansicht zeigt (a) Regenmesser (b) Datenlogger Gehäuse Box, (c) Solar-Panel, und Stativ (d) und (e) Sensor Drähte in den Teich. (B) Vorderansicht mit dem Datenlogger-Gehäuse-Box geöffnet, automatisierte zeigen die Sensoren (e) am Datenlogger (f) mit dem Akku (g) in der Kiste und ein (h) Sampler am Teich. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5 : (A) Beispiel Schaltplan und (B) Sensor Kabel angeschlossenen Datenlogger. Die Sensoren in der Beispiel-Schaltplan dargestellt sind: (a) Regenmesser, (b) Druckaufnehmer, (c) gelösten Sauerstoff-Sensor, (d) Oxidations-Reduktions-Sonde, (e) pH-Sonde (f) elektrische Leitfähigkeitssensor. Im Inneren der Gehäuse-Box werden die Sensor-Kabel angeschlossenen am Datenlogger (g) angezeigt. Die Sonnenkollektoren (h) Spannungsregler auf das (i) verbunden sind-Batterie, die dann von der Leistungsabgabe (j) auf der Batterie, die Leistungsaufnahme (k) auf der Datalogger verdrahtet ist. Ein Computer kann der Datenlogger mit einem seriellen Kabel (l) angeschlossen werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6 : Hydrologische Daten an drei vernal Teiche (A, B, C) im Zentrum von Pennsylvania, USA. Die Summe der Niederschläge und Abwasser Bewässerung (Eingang) that erreicht, die jeder vernal Teich am oberen Rand jeder Graph (sekundäre y-Achse) angezeigt wird. Die entsprechenden Änderungen in das Wasser-Niveau werden auf der primären y-Achse angezeigt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 7
Abbildung 7 : Physikalische und chemische Eigenschaften der drei vernal Teiche (VP-1, VP 2 und VP 3) gemessen Echtzeit im Zentrum von Pennsylvania, USA. Die Parameter in Echtzeit gemessen wurden Temperatur, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, gelöste Sauerstoffkonzentration und Oxidations-Reduktions-Potenzial. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Teichtiefe (m) Fläche (m2) Durchschnittliche Fläche (m2) Intervall (m) Veränderung der Lautstärke (m3) Gesamtvolumen (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

Tabelle 1: durchschnittliche Ende Methode Flächenberechnungen für Bühne Kurve Speicherentwicklung. Berechnungen wurden für Kontur Abstand von 0,1 m. Die Morphologie ist in Abbildung 1 dargestellt und die Rückhaltkurve ist in Abbildung 2dargestellt.

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Discussion

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Bedeutung im Hinblick auf bestehende Methoden

Überwachung der Ströme etablierte Methoden, die von der United States Geological Survey (USGS) entwickelt hat, gibt es keine solche weit verbreiteten monitoring-Programm für Verständnis vernal Teich Dynamik. Dieses Protokoll soll Leitlinien für die hydrologischen Ansatz beginnen und Wasserqualität Überwachung Forschung an einem frühlingshaften Teich-Standort, mit dem Ziel zu verstehen, wie physikalische und chemische Faktoren kann sich im Laufe der Zeit an einem bestimmten Standort ändern.

Grenzen der Technik

Wie beschrieben, möglicherweise die monitoring-Daten gesammelt nicht repräsentativ für den ganzen Teich. Qualitätsparameter, vor allem Wasser gelöster Sauerstoff und Oxidations-Reduktions-Potenzial sind wahrscheinlich nicht homogen in den Teich. Mehrere Sensoren verteilt über den großen Teich und in verschiedenen Tiefen können erforderlich sein, zur vollständigen Charakterisierung von physikalischen und chemischen Parameter von Interesse, die wahrscheinlich als Funktion der tiefe variieren.

In Situ monitoring-Daten werden voraussichtlich für das Verständnis der Daten zur Wasserqualität in vernal Teichen nicht ausreichen. Sammeln von Proben vorsehen entweder von hand oder mit automatischer Probenahmegeräte wertvolle Erkenntnisse über ein breiteres Spektrum an Wasserqualität. Diese Proben können zu einem analytischen Labor zurückgebracht werden für eine Reihe von Wasser Qualitätsparameter, einschließlich Nährstoffe, Pestizide, Arzneimittel und andere Verunreinigungen von aufstrebenden ökologisch bedenklichen analysiert werden. Je nach Lage des Teiches vernal können Salze und Abtau-Agenten ein Anliegen sein, wenn der Teich Abfluss von einer nahe gelegenen Straße15empfängt. Aber die Proben mit Greifer Probenahme Methodik liefern Daten für nur einen bestimmten Punkt in der Zeit, und die Konzentrationen sind wahrscheinlich im Laufe der Zeit, insbesondere in Reaktion auf die Schneeschmelze oder Niederschläge Ereignisse zu ändern, die Oberflächenabfluss auslösen. Daher sollten Probenahme entwickelt, um Ereignisse zu erfassen, die zu Änderungen in der Konzentration führen dürften durchgeführt werden, um den zeitlichen Variationen der Qualitätsparameter Wasser gründlicher verstehen.

Änderungen des Protokolls

Es gibt verschiedene Optionen für die Gestaltung Überwachungsstationen für Hydrologie und Wasserqualität. Die Sensoren beschrieben in Abschnitt 3 des Protokolls sind nicht autonom, was bedeutet, dass sie verbunden sein müssen, eine externe Datenlogger für Daten erfasst und heruntergeladen werden. Verschiedenen autonomen Sensoren existieren, vor allem für Wasserstand und Temperatur des Wassers. Die spezifischen Wasserstandssensor, die ausgewählt wurde für diese Anwendung hat einen Entlüftung Schlauch, der ermöglicht den Sensor zum Ausgleich des Luftdrucks, und erfordern daher, keinen zusätzlichen Sensor außerhalb des Wassers. Einige low-cost in Situ Sensoren stehen auch für eine Vielzahl von physikalischen und chemischen Parameter über die hier beschriebene, einschließlich einer Vielzahl von gelösten Ionen (z.B., Nitrat, Nitrit, Ammoniak, Natrium).

Darüber hinaus kann es wünschenswert, Messungen in verschiedenen Tiefen in vernal Teich oder an verschiedenen Standorten über den großen Teich zu sammeln sein. Einige der Parameter, die voraussichtlich je nach Tiefe sind Temperatur, gelösten Sauerstoff und Oxidations-Reduktions-Potenzial. Dieses Protokoll könnte geändert werden, indem man Transekte replizieren Sensoren das Messnetz, über räumliche Variabilität zu untersuchen (z. B.alle paar Meter über den großen Teich) oder vertikal in der Wassersäule (z.B., alle paar hundert cm innerhalb des Wasser-Profils). Für diese Anwendungen haben ein Datalogger Aufnahme alle stammen aus der Sensor-Netzwerk über viele autonome Sensoren, die erfordern Herunterladen von jedem einzelnen Sensor und nicht von einem zentralen Standort am frühlingshaften Teich wünschenswert wäre.

Zukünftige Anwendungen

Der Vorteil der Installation beschrieben in diesem Protokoll ist, dass jede Variable von Interesse lässt sich ein automatischer Probenehmer auslösen, indem Sie eine Mitteilung Verbindungskabel, die von der Datalogger zu einem automatisierten Sampler (z.B.ISCO) gehen kann. Die Datenlogger verwenden eine Programmiersprache ähnlich wie C, mit dem neuartigen Sampling-Techniken eingesetzt werden kann. Z. B. Gall Et al. 16 , 17 verwendet fließen Daten in Echtzeit zu Vorhersagen Sturm Ganglinien und angemessen Raum fließen temporeichen Proben über die Ganglinie, wodurch ein Roman Sturm-spezifische Probenahme-Protokoll, die ausreichend Proben über kleine und große verteilt Ganglinien. Beispiele für die Nutzung der Daten gesammelt in diesem Protokoll für Probenahme Wasserstand Messungen verwenden könnten, sammeln von Proben nach einer regen-Ereignis, das führte zu erheblichen Anstiegs des Wasserspiegels oder das andere extrem, ausgelöst Proben während einer Dürre-Periode wenn die vernal Teich Wasser schnell verlieren kann.

Eine andere zukünftige Anwendung könnte ein Echtzeit-monitoring-Netzwerk vernal Teiche in einem Untersuchungsgebiet von Interesse zu entwickeln. Beispielsweise konnte mit jeder Teich mit Wasser Quantität und Qualität Sensoren instrumentiert vernal Teiche über einen menschlichen Einflusses Farbverlauf ausgewählt werden. Diese Stationen könnten dann über Zelle Modems oder Funknetze, wodurch Daten aus der Ferne zugegriffen werden und die Daten zur Verfügung für Forscher in Echtzeit miteinander kommunizieren.

Dieses Protokoll soll angesichts der globalen Amphibien Rückgang und die Bedeutung des vernal Teiche als Lebensraum für Zucht und Metamorphose, den Mangel an kontinuierlichen monitoring-Daten für vernal Teiche in einem menschlichen Einflusses Farbverlauf-Adresse. Amphibien, die diesen frühlingshaften Teichen nutzen können ausstellen Website Treue18,19,20, was bedeutet, dass sie wieder an der gleichen Stelle (oder in einem relativ kleinen Abstand) zu züchten jedes Jahr. Verständnis der Dynamik dieser kritische Zucht Lebensräume und mit diesem Wissen Politik informieren im Zusammenhang mit ephemeren Feuchtgebiete sind deshalb entscheidend für ihr Überleben. Es ist wichtig zu verstehen, dass der Hydrologie und biogeochemische Radfahren vernal Teiche um eine bessere Politik zu entwickeln, die Wiederherstellung degradierter Lebensraum und bestehenden Lebensraum zu schützen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Die Autoren möchte der Pennsylvania State Universität Büro von körperliche Pflanze (OPP) für die Finanzierung, diese Forschung zu unterstützen. Darüber hinaus möchten wir DRS. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller und Tracy Langkilde an der Pennsylvania State University für die kooperative Unterstützung dieses Projektes danken.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
CR1000 Campbell Scientific 16130-23 Measurement and Control Datalogger
ENC12/14-SC-MM Campbell Scientific 30707-88 Weatherproof Enclosure Box (12" x 14")
CS451-L Campbell Scientific 28790-82 Pressure Transducer
CM305-PS Campbell Scientific 20570-3 47" Mounting Pole (Tripod)
TE525-L Texas Electronics 7085-111 Tipping Bucket Rain Gauage (0.01 inch)
CS511-L Campbell Scientific 26995-41 Dissolved Oxygen Sensor
SP10 Campbell Scientific 5278 10 W Solar Panel
PS150-SW Campbell Scientific 29293-1 12 V Power Supply with Voltage Regulator & 7 Ah Rechargeable Battery
CSIM11-ORP Wedgewood Analytical 22120-72 Oxidation-reduction potential probe
CSIM11-L Wedgewood Analytical 22119-151 pH probe
CS547A-L Campbell Scientific 16725-229 Water conductivity probe
A547 Campbell Scientific 12323 CS547(A) Conductivity Interface
CST/berger SAL 'N' Series Automatic Level Package CST/berger 55-SLVP32D Automatic Survey Level, Tripod, and 8' survey rod

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

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

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