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Environment

Continuo idrologici e monitoraggio della qualità di Vernal stagni di acqua

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Comprensione dei servizi ecosistemici e processi forniti da stagni vernal e gli impatti delle attività antropiche sulla loro capacità di fornire questi servizi richiede il monitoraggio idrologico intensivo. Questo protocollo di campionamento utilizzando in situ apparecchiature di monitoraggio è stato sviluppato per comprendere l'impatto delle attività antropiche sul livello e la qualità.

Abstract

Stagni di Vernal, noto anche come piscine vernal, forniscono servizi ecosistemici critici e habitat per una varietà di specie minacciata e in pericolo. Tuttavia, essi sono parti vulnerabili dei paesaggi che sono spesso mal compreso e sostituiti. Uso del suolo e pratiche di gestione, nonché il cambiamento climatico è pensato per essere un contributo al declino amfibia globale. Tuttavia, più ricerca è necessaria per capire la portata di questi impatti. Qui, presentiamo la metodologia per la caratterizzazione di un laghetto vernal morfologia e dettaglio una stazione di monitoraggio che può essere utilizzata per raccogliere dati sulla quantità e la qualità dell'acqua nel corso della durata di hydroperiod di uno stagno vernal. Forniamo la metodologia per come condurre indagini sul campo per caratterizzare la morfologia e sviluppare curve di fase-deposito per uno stagno di vernal. Inoltre, forniamo la metodologia per il monitoraggio il livello dell'acqua, temperatura, pH, ossigeno disciolto, potenziale di ossido-riduzione e conducibilità elettrica dell'acqua in uno stagno vernal, nonché di monitoraggio dati pluviometrici. Queste informazioni possono essere utilizzate per quantificare meglio i servizi ecosistemici che forniscono stagni vernal e gli impatti delle attività antropiche sulla loro capacità di fornire questi servizi.

Introduction

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Stagni di Vernal sono zone umide temporanee, poco profonde che in genere contengono acqua dall'autunno alla primavera e sono spesso asciutto durante i mesi estivi. Il periodo di inondazione di stagni vernal, generalmente indicato come il hydroperiod, è controllato principalmente dalle precipitazioni ed evapotraspirazione1.

Stagni di Vernal possono anche essere indicati come vernal piscine, laghetti effimeri, stagni temporanei, stagionali stagni e zone umide geograficamente isolato2. Nel nordest degli Stati Uniti, vernal stagni più spesso sono caratterizzati da habitat critici che forniscono per gli anfibi, che funge da terreno fertile e fornendo supporto durante le prime fasi di vita (cioè, girini) e metamorfosi. In California, vernal stagni sono caratterizzati dalla vegetazione unica e specie di piante in via d'estinzione che supportano2.

Questi habitat sono sempre più minacciati dovuta a terra uso e i cambiamenti climatici, e popolazioni di anfibi stanno vivendo un declino globale significativo in gran parte a causa di attività antropiche3,4. Problemi relativi alla qualità dell'acqua a causa dell'inquinamento sono anche pensiero per contribuire fattori nel recente anfibio declina a livello globale5. Inoltre, recenti studi hanno rivelato un caso aumentato di caratteristiche intersessuali in rane che abitano stagni vernal risentiti delle acque reflue umano6. C'è quindi una necessità di condurre un monitoraggio più intensivo degli stagni vernal sia naturali che incastrati per capire meglio i contributori al declino amfibia globale.

I parametri fisici di vernal stagni che devono essere misurati e monitorati includono la morfologia di stagno e il livello dell'acqua. La morfologia è la geometria dello stagno ed è sviluppata da conducendo un sondaggio per determinare i cambiamenti in elevazione attraverso lo stagno. L'indagine dati vengono quindi utilizzati per stabilire una curva fase-deposito, che consente il volume dello stagno per essere stimata si basa su misurazioni del livello dell'acqua. Perché il livello dell'acqua in uno stagno vernal è fortemente influenzato dalla precipitazione, misurazioni dovrebbero essere fatte ad alta risoluzione temporale per meglio comprendere sia breve (cioè, dell'ordine di minuti a ore) e le fluttuazioni a lungo termine (cioè, nell'ordine di mesi e anni) a livello dell'acqua.

Parametri di qualità dell'acqua di interesse che sono noti per influenzare la funzione di vernal stagni includono temperatura, pH, conducibilità elettrica, livelli di ossigeno disciolto e potenziale di ossido-riduzione. Questi parametri possono essere misurati in situ con tecnologie relativamente a buon mercati e reti di sensori. Alcuni parametri di qualità di interesse, tra cui alcune specie di nutrienti (cioè, azoto totale Kjeldahl) e altre sostanze inquinanti (cioè, contaminanti emergenti) dell'acqua richiedono campioni devono essere raccolti e portati ad un laboratorio per l'elaborazione e analisi.

I parametri critici che incidono sulla capacità di stagni vernal a funzionare come habitat appropriato per anfibi di allevamento e le prime fasi dello sviluppo dei girini includono acqua livello, pH e dissolto la concentrazione di ossigeno. Rispetto a vernal stagni situati in paesaggi relativamente incontaminate, i livelli elevati di conducibilità elettrica, pH più alto, ridotto dissolto le concentrazioni di ossigeno, e ad alte concentrazione di sostanze nutritive sono state registrate negli stagni vernal risentiti antropiche attività2,7. In questi habitat, in particolare quelli che sono interessati da attività antropiche possono verificarsi condizioni riducenti o anaerobiche. Ciò può causare uno spostamento nella comunità microbiologica, alterare la sostanza nutriente in bicicletta all'interno dello stagno e potenzialmente riducendo la degradazione di composti di interferenza endocrine e altri inquinanti8,9.

L'obiettivo di questa carta è di fornire informazioni su come stabilire una stazione per il monitoraggio la quantità d'acqua e la qualità di uno stagno vernal. Questo metodo può essere applicato a qualsiasi stagno vernal, ma richiede l'accesso al sito (vale a dire, il sito deve essere sulla proprietà pubblica o disporre dell'autorizzazione proprietario terriero di installare apparecchiature).

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Protocol

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1. conducendo un sondaggio di una morfologia di stagno Vernal

  1. selezionare una posizione per designare come il punto di riferimento e contrassegnarla con un piccolo sondaggio o marcatura bandiera.
    Nota: La posizione deve essere un'altitudine superiore rispetto allo stagno e hanno line-of-sight da tutte le località attraverso lo stagno.
  2. Assegnare il punto di riferimento un prospetto di riferimento; il numero esatto non importa, ma fornisce semplicemente un riferimento rispetto alla quale tutte le altre quote altimetriche.
  3. Utilizzando un metro a nastro e marcatura bandiere, marca transetti a un intervallo di 3 m sopra la zona di stagno, risultante in una griglia 3 x 3 m (vedere l'esempio in Figura 1).
  4. Intervalli di
  5. determinare l'elevazione della parte inferiore dello stagno (cioè, terra) a 3 m lungo ogni transetto misurando l'altezza su un'asta di livellamento utilizzando un livello automatico. Garantire che i profili estendono a quote più elevate su ogni lato dello stagno.
  6. Alla fine di ogni transetto, fare un punto ribattuto al benchmark e registrare l'elevazione.
  7. Determinare l'errore di indagine come la differenza tra il punto di riferimento ' elevazione s assegnate (cioè, il valore di riferimento assegnato al punto 1.2) e l'altezza misurata dalla posizione più lontana sul profilo transect.
  8. Calcolare l'errore ammissibile (AE) di chiusura per il profilo come AE = K (2 * M) 0,5, dove K è una costante compreso tra 0,001 e 1 e M è la distanza (in miglia) tra il punto di riferimento e la posizione più distante il il profilo di.
    Nota: Il valore di K dipende la precisione richiesta dell'indagine, che in questo caso può essere preso come 0,1 10.
  9. Compare l'errore di indagine calcolato nel passaggio 1.6 per l'AE calcolato al punto 1.7. Se l'errore di indagine è maggiore l'AE, poi rifare il profilo di livellamento (punti 1.3 e 1.4) per transetto. Se l'errore di indagine è minore di EA, quindi il profilo di livellamento per questo transetto è completo, condurre il profilo di livellamento per il transetto prossimo.
  10. Ripetere passaggi 1.4 attraverso 1.8 per condurre profile livellamento a intervalli di 3 m attraverso lo stagno in altra direzione per creare una griglia delle elevazioni note (Vedi un esempio di profilo transetti nella Figura 1).
  11. Sviluppare una curva di fase-deposito per lo stagno, una volta note le elevazioni (rispetto al benchmark) attraverso la griglia di 3m x 3m intervistata attraverso lo stagno.
    Nota: Gli intervalli più grandi possono essere utilizzati, ma può aumentare l'errore nella determinazione del rapporto tra il livello dell'acqua e stagno volume.

2. Determinazione dello stagno Vernal ' s curva fase-deposito

Nota: ogni stagno vernal avrà un rapporto unico tra il livello dell'acqua e il volume di acqua nello stagno. Questo rapporto viene chiamato la curva di fase-deposito.

  1. Utilizzando i dati di elevazione raccolti nella sezione 1, determinare i prospetti più alti e più bassi nello stagno.
  2. Determinare la differenza tra l'elevazione massima e minima e selezionare un intervallo per cui disegnare linee di contorno; si raccomanda un intervallo contorno di 0,1 a 0,2 m 11.
  3. Calcolare la superficie di ogni contorno (ai mi). Questo può essere fatto sia a mano utilizzando un Planimetro o elettronicamente utilizzando software di informazione geografica (GIS).
  4. Utilizzare il metodo di media-fine-zona per calcolare il volume tra ogni intervallo di contorno (V io):
    Equation 1
    dove E è l'elevazione di contorno .
  5. Calcola il volume totale (V P) dello stagno vernal come la somma del volume tra ogni intervallo di contorno:
    Equation 2
    Nota: qui H è la profondità massima dello stagno. Un esempio è dato nella tabella 1.
  6. Determinare la relazione di fase-deposito per lo stagno rappresentando graficamente il volume cumulativo dello stagno in funzione della profondità.
    1. Dopo l'installazione del sensore di livello dell'acqua, utilizzare il livello di acqua come la " fase " e stimare il volume di acqua, o deposito, nello stagno.
      Nota: Nella Figura 2 è riportato un esempio di una curva di fase-deposito. Se il sensore di livello dell'acqua è installato sopra il punto più basso nel laghetto vernal, un offset sarà necessario convertire il livello dell'acqua misurato nella curva fase-deposito (aggiungere l'offset nel passaggio 3.3 al livello dell'acqua registrato tramite i sensori di livello dell'acqua per determinare la st età).

3. L'installazione di una stazione di monitoraggio

Nota: sensori per parametri di interesse per questo studio ha incluso un trasduttore di pressione (misure di temperatura e livello dell'acqua), sciolto la concentrazione di ossigeno, ossido-riduzione conducibilità elettrica, potenziale, pH e un ribaltamento benna pluviometro. La sonda pH, sensore di ossigeno disciolto e sonda di ossido-riduzione deve essere calibrati in laboratorio prima della distribuzione per il sensore ' s manuale di utente. Qui, viene selezionato un datalogger centrale (programmato per registrare i dati a intervalli di 15 min), a cui tutti i sensori sono collegati durante la distribuzione. Uno scenario alternativo praticabile sarebbe che ciascuno dei sensori è autonomo e fare non bisogno uno centrale datalogger, dato che ogni sensore sarebbe registrare i propri dati.

  1. Allega ogni dei sensori (fatta eccezione per il pluviometro) a un blocco di scorie o un paletto di legno ( Figura 3). Utilizzare fascette stringitubo o fascette per assicurare che i sensori rimangono vicino al fondo del laghetto vernal (o la profondità di interesse).
    1. Collegare il sensore di ossigeno disciolto, tale che è ad un angolo (secondo le istruzioni del produttore), per consentire di ossigeno di diffondere attraverso la membrana. Installare il montante del trasduttore di pressione, come la pressione che misurerà è la colonna d'acqua sopra di esso, e il livello dell'acqua dovrebbe essere registrato in modo verticale.
  2. Installare i sensori montati in una posizione verso il centro dello stagno che è improbabile che diventare secca durante il periodo di studio.
  3. Determinare la distanza verticale tra i sensori e il punto più basso nello stagno utilizzando un righello o l'apparecchiatura di misurazione. Registrare questa distanza per uso nello sviluppo la curva di fase-deposito come descritto al punto 2.6 (cioè, un offset può essere necessaria quando relative la profondità misurata utilizzando i trasduttori di pressione alla profondità totale di acqua nel laghetto).
  4. Mentre si può essere immerso in acqua, i cavi del sensore sono vulnerabili ai topi o altri animali che possono masticare su di loro quando il livello dell'acqua è basso nello stagno, per evitare questo problema utilizzano Cloruro di apolyvinyl per tubi per proteggere i cavi del sensore (facoltativo, ma consigliato). Eseguire i cavi del sensore fino al bordo dello stagno vernal attraverso un tubo di PVC (3 m lungo, 6,35 cm di diametro), come mostrato nella Figura 4.
    Nota: per installazione temporanea (ad es., un paio di settimane ad alcuni mesi) il tubo in PVC può essere considerato inutile.
  5. Set su un treppiede e montarlo a terra con l'inserimento di pali in ciascuno del viaggiogambe di od.
    Nota: Alcuni treppiedi alti potrebbero essere un parafulmine che richiede l'installazione, troppo.
    1. Posizionare il treppiede vicino al bordo dello stagno vernal per garantire che sia accessibile anche quando lo stagno è pieno d'acqua.
  6. Allegare la cassa per il datalogger e la batteria (12 V) sul treppiedi, lasciando la camera sopra il treppiede per il pannello solare deve essere montato sopra la casella di recinzione ( Figura 4).
  7. Collegare un pannello solare di 10 W alla parte superiore del treppiede e angolo è verso il sole. Un angolo solare calcolatrice 12 può essere utilizzato, se lo si desidera, per determinare l'angolo ottimale in cui installare il pannello.
  8. Fissare il pluviometro al treppiede, se c'è spazio. In caso contrario, allegarlo a un paletto di legno o un palo di metallo vicino al bordo dello stagno e il treppiede ( Figura 4). Garantire (se possibile) che il pluviometro ha copertura arborea che rappresenta circa il coperchio albero dello stagno (se presente).
  9. Portare tutti i cavi del sensore e pannello solare nella casella di recinzione attraverso il foro nella parte inferiore della finestra di.
  10. Collegare tutti i sensori al datalogger ' Pannello cablaggio s secondo i sensori ' istruzioni o datalogger ' schema di cablaggio s. Vedere l'esempio in Figura 5A.
  11. Collegare i cavi del pannello solare alla batteria 12V per ricaricare la batteria ( figura 5B).
    Nota: Selezionare una batteria che ha anche un regolatore di tensione (scelta consigliato) per garantire che la batteria non riceve troppa elettricità dal pannello solare.
  12. Collegare la batteria al pannello input potenza il datalogger ( figura 5B) per fornire energia per il data logger e sensori.
  13. Posto deumidificanti dentro la scatola di custodia per ridurre la probabilità di danni dell'umidità al datalogger.
  14. Consigliata ma facoltativa: collegare un campo portatile con il software di comunicazione datalogger al datalogger utilizzando un cavo seriale ( figura 5B) per garantire che la rete di sensori sta funzionando correttamente.
  15. Chiudere la cassa e posto argilla intorno al foro nella parte inferiore della finestra di recinto dove i fili inserire per mantenere gli insetti e l'acqua fuori dalla scatola. Se la sicurezza dell'apparecchio è una preoccupazione, garantire la cassa con un lucchetto.

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Representative Results

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Vernal stagni possono esibire una vasta gamma di morfologia, con profili che vanno da convesso al pendio dritto per concavo. Morfologia di esempio per un laghetto vernal in Pensilvania centrale è illustrato nella Figura 1, insieme ai risultati della curva fase-deposito per questo stagno (Figura 2, tabella 1). Profondità massima stagno non è un forte indicatore di superficie, come hydroperiod ha solo una debole correlazione con stagno morfologia12. Di conseguenza, comprendere i contributi di precipitazioni, evapotraspirazione e il flusso di acque sotterranee (in o fuori dello stagno) sono fattori importanti nel determinare l'idrologia di vernal stagni.

Data l'importanza degli stagni vernal all'allevamento di anfibi, il monitoraggio descritto in questo protocollo sono stati intrapresi da metà aprile a metà giugno, durante il periodo di metamorfosi di alamari in legno (Rana sylvatica) e allevamento negli Stati Uniti e nord-est Stati. I tre laghetti vernal selezionati per l'analisi sono situati presso vivere filtro di la Pennsylvania State University, che è un sito di2 km di ~2.4 che è spray-irrigate con acque reflue trattate dell'Università. L'apparecchiatura di stazione di monitoraggio installata è illustrato nella Figura 4. Pertanto, variazioni del livello dell'acqua misurato nell'aumento dello stagno a causa di precipitazioni naturali sia eventi di irrigazione delle acque reflue (Figura 6). Per la maggior parte dei stagni vernal, il livello dell'acqua dovrebbe oscillare meno, in funzione principalmente della circolazione idrica sotterranea, evapotraspirazione e pioggia. Di conseguenza, i risultati mostrati nella Figura 6 non possono essere tipici dei siti meno influenzati dagli ingressi di acqua di origine antropica.

I dati raccolti per temperatura, pH, concentrazione di ossigeno disciolto, potenziale di ossido-riduzione e conduttività elettrica per ciascuno dei siti di tre studio sono mostrati Figura 7. È importante notare che vari sensori richiedono calibrazione settimanale per assicurare che i dati siano accurati. Consigli nei manuali utente per i sensori dovrebbero essere seguiti, con pH, dissolto ossigeno e ORP in genere che necessitano di manutenzione settimanale o calibrazione. In generale, la temperatura degli stagni è aumentato durante il periodo di studio (da metà aprile a metà giugno), con temperature generalmente diminuire in risposta a eventi di irrigazione degli effluenti. Il pH era relativamente costante per la maggior parte del periodo di studio, tra 6 e 8, che è simile al pH in stagni naturali e vernal risentito delle acque reflue irrigazione attività13. La conduttività elettrica degli stagni è aumentato nel corso del periodo di studio, probabilmente dovuto la più alta conducibilità elettrica delle acque reflue (circa 1 mS/cm) rispetto all'acqua piovana14.

Concentrazioni di ossigeno disciolto e potenziale di ossido-riduzione generalmente seguito un andamento simile, come previsto, con valori più alti all'inizio del periodo di studio e decresce fino a valori bassi relativamente coerenti dall'inizio di maggio fino alla fine della periodo di studio. Ossigeno disciolto è noto per essere collegati inversamente con temperatura e spessi materassini di lenticchia d'acqua sono stati osservati a crescere sulla superficie degli stagni nel corso del periodo di studio (primavera all'inizio dell'estate), probabilmente limitare il partizionamento di ossigeno dall'atmosfera negli stagni. Inoltre, le misurazioni sono state fatte vicino al fondo dello stagno, e di conseguenza le condizioni potrebbero essere stato diverse vicino alla superficie dello stagno. Per questo studio, l'esposizione dei girini a condizioni nella parte inferiore dello stagno era di interesse. La posizione dei sensori nello stagno può influenzare le misure di qualità dell'acqua, e quindi i sensori devono essere installati in stagno in modo da rappresentare le condizioni di interesse.

Figure 1
Figura 1 : Morfologia vernal stagno esempio. Determinate effettuando un profilo livellamento indagine di uno stagno vernal in Pennsylvania centrale. Linee di contorno sono date in un intervallo di 0,1-m. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2 : Curva di fase-deposito di esempio per uno stagno di vernal in centrale la Pensilvania, S.U.A. Livello dell'acqua dello stagno viene utilizzato per stimare il volume cumulativo di acqua in uno stagno vernal in Pennsylvania centrale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3 : Montaggio sensori per distribuzione. Sensori visualizzati nelle visualizzazioni (A) e (B) includono (a) sensore di ossigeno disciolto, sonda di conduttività elettrica (b), trasduttore di pressione (c), sonda (d) pH e sonda (e) ossido-riduzione. Trasduttore di pressione deve essere installato in posizione verticale al livello acqua, misura con precisione. Sensore di ossigeno disciolto deve essere installato in un angolo per consentire la corretta diffusione dell'ossigeno attraverso membrana del sensore e per impedire che bolle formando all'interno del sensore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4 : Monitoraggio stazioni distribuite a vernal ponds in centrale la Pensilvania, S.U.A. (A) vista laterale, risultati (un) pluviometro, (b) datalogger recinzione casella, (c) pannello solare e (d) treppiede, (e) sensore fili e andando nello stagno. (B) vista frontale con la cassa di datalogger aperto, mostrando i sensori (e) collegati al datalogger (f), con la batteria (g) all'interno della scatola e una (h) automatizzato campionatore vicino allo stagno. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5 : Schema di esempio (A) e (B) sensore fili collegato al datalogger. I sensori mostrati nel diagramma di cablaggio di esempio sono: (a) pluviometro, trasduttore di pressione (b), sensore di ossigeno (c) disciolto, sonda (d) ossido-riduzione, sonda pH (e), sensore di conducibilità (f) elettrica. All'interno della scatola di custodia, i cavi del sensore sono mostrati collegati al datalogger (g). I pannelli solari sono collegati al regolatore di tensione (h) il (i) della batteria, che è poi collegata dalla potenza della batteria (j) l'input di alimentazione (k) il datalogger. Un computer può essere collegato al datalogger utilizzando un cavo seriale (l). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6 : I dati idrologici raccolti a tre stagni vernal (A, B, C) in centrale la Pensilvania, S.U.A. La somma delle precipitazioni e delle acque reflue tha di irrigazione (ingresso)raggiunge t che ogni stagno vernal è mostrato nella parte superiore di ogni grafico (asse y secondario). Le modifiche corrispondenti del livello dell'acqua sono mostrate sull'asse y primario. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7 : Proprietà fisiche e chimiche di tre stagni vernal (VP 1, VP 2 e VP 3) misurato in tempo reale in centrale la Pensilvania, S.U.A. I parametri misurati in tempo reale sono temperatura, pH, conducibilità elettrica, concentrazione di ossigeno disciolto e potenziale di ossido-riduzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Profondità dello stagno (m) Area (m2) Superficie media (m2) Intervallo di contorno (m) Variazioni nel Volume (m3) Volume cumulativo (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

Tabella 1: medio fine zona metodo calcoli per lo sviluppo di curva di fase-storage. Calcoli sono stati effettuati per contorno intervalli di 0,1 m. La morfologia è illustrata nella Figura 1 e la curva di fase-deposito è mostrata nella Figura 2.

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Discussion

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Significato per quanto riguarda i metodi esistenti

Mentre il monitoraggio dei flussi ha consolidate metodologie sviluppate da United States Geological Survey (USGS), nessun programma di monitoraggio così diffuso esiste per dynamics di vernal stagno di comprensione. Questo protocollo mira a fornire una guida per come cominciare a approccio idrologico e monitoraggio ricerca in un sito di vernal stagno, con l'obiettivo di comprendere fattori chimici e fisici come la qualità dell'acqua può cambiare nel tempo a un determinato sito.

Limiti della tecnica

Come descritto, i dati di monitoraggio raccolti non possono essere rappresentante dello stagno intero. Acqua parametri di qualità, in particolare l'ossigeno disciolto, e potenziale di ossido-riduzione sono improbabili da essere omogenea all'interno dello stagno. Più sensori distribuiti attraverso lo stagno e a varie profondità possono essere necessario caratterizzare completamente parametri fisici e chimici di interesse che possono variare in funzione della profondità.

Dati di monitoraggio in situ sono suscettibili di essere insufficiente per la comprensione dei dati di qualità dell'acqua negli stagni di vernal. Raccogliendo campioni estemporanei o a mano o con dispositivi di prelievo automatizzato può fornire informazioni preziose per quanto riguarda una gamma più ampia di qualità dell'acqua. Questi campioni possono essere ricondotti a un laboratorio di analisi per essere analizzati per una serie di parametri di qualità dell'acqua, tra cui sostanze nutritive, pesticidi, prodotti farmaceutici e altri contaminanti emergenti di preoccupazione ambientali. A seconda della posizione dello stagno vernal, sali e agenti sbrinante possono rappresentare un problema se lo stagno sta ricevendo il deflusso da una vicina strada15. Tuttavia, i campioni raccolti utilizzando la metodologia di campionamento di afferrare forniscono dati per solo un punto specifico nel tempo, e le concentrazioni sono soggette a modifiche nel tempo, in particolare in risposta a eventi di scioglimento della neve o pioggia che attivano il ruscellamento superficiale. Di conseguenza, progettato per acquisire gli eventi che possono provocare i cambiamenti nella concentrazione di campionamento dovrebbe essere condotti per capire più a fondo le variazioni temporali dei parametri di qualità dell'acqua.

Modifiche al protocollo

Esistono varie opzioni per la progettazione di stazioni per la qualità di acqua e idrologia di monitoraggio. I sensori descritti al punto 3 del protocollo non sono autonomi, che significa che essi devono essere collegati ad un datalogger esterno per i dati da registrare e scaricato. Esistono vari sensori autonomi, in particolare per il livello dell'acqua e temperatura dell'acqua. Il sensore di livello acqua specifico che è stato selezionato per questa applicazione ha un tubo di sfiato che consente al sensore di compensare la pressione dell'aria, e di conseguenza, non richiede un ulteriore sensore fuori dell'acqua. Alcuni sensori di basso costo in situ sono anche disponibili per una vasta gamma di parametri fisici e chimici, oltre a quelli descritti qui, tra cui una varietà di ioni disciolti (ad es., nitrati, nitriti, ammoniaca, sodio).

Inoltre, può essere utile raccogliere misurazioni a varie profondità all'interno dello stagno vernal o alle varie località attraverso lo stagno. Alcuni dei parametri che possono variare di profondità sono temperatura, ossigeno disciolto e potenziale di ossido-riduzione. Questo protocollo può essere modificato con l'aggiunta di sensori di replicare per la rete di monitoraggio per esaminare la variabilità tra spaziale transetti (ad esempio, ogni pochi metri attraverso lo stagno) o verticalmente all'interno della colonna di acqua (ad esempio, ogni poche centinaia cm all'interno del profilo di acqua). Per queste applicazioni, avendo un datalogger registrazione tutti i data dalla rete sensore sarebbe auspicabile sopra molti sensori autonomi che richiedono il download da ciascun sensore piuttosto che da un'unica posizione centrale allo stagno vernal.

Applicazioni future

Il vantaggio dell'installazione descritto in questo protocollo è che qualsiasi variabile di interesse può essere utilizzato per attivare un campionatore automatico collegando un cavo di comunicazione che può andare da datalogger a un campionatore automatico (ad es., ISCO). Il datalogger utilizzare un linguaggio di programmazione simile al C che consente a tecniche di campionamento romanzo da impiegare. Ad esempio, Gall et al. 16 , 17 usato flusso dati raccolti in tempo reale per predire idrogrammi di tempesta e in modo appropriato lo spazio campioni a ritmo di flusso attraverso l'idrogramma, risultante in un protocollo di romanzo tempesta specifiche campionamento che adeguatamente distanziati campioni sopra piccole e grandi idrogrammi. Esempi di sfruttando i dati raccolti nel presente protocollo per campionamento potrebbe essere utilizzando misurazioni del livello dell'acqua per raccogliere campioni di seguito di un evento di pioggia che ha provocato il significativo aumento del livello dell'acqua, o a altro estremo, innescato campioni durante un periodo di siccità quando lo stagno vernal può rapidamente perdere acqua.

Un'altra applicazione futura potrebbe essere lo sviluppo di una rete di monitoraggio in tempo reale di vernal stagni all'interno di un'area di studio di interesse. Ad esempio, potrebbero essere selezionati stagni vernal attraverso una sfumatura di impatto umano, con ogni stagno strumentato con i sensori di quantità e qualità dell'acqua stessi. Queste stazioni potrebbero quindi comunicano tra loro tramite modem cellulare o radio reti, attivazione dei dati di essere accessibili da remoto e rendendo i dati disponibili ai ricercatori in tempo reale.

Dato il declino amfibia globale e l'importanza degli stagni vernal come habitat per allevamento e metamorfosi, questo protocollo cerca di affrontare la scarsità di dati di monitoraggio continui per stagni vernal attraverso una sfumatura di impatto umano. Anfibi che utilizzano questi stagni vernal possono esibire sito fedeltà18,19,20, significato che tornano per riprodursi nello stesso sito (o all'interno di una distanza relativamente piccola) ogni anno. Di conseguenza, comprendere le dinamiche di questi critici allevamento habitat e utilizzare questa conoscenza per informare la politica legate alla effimera delle zone umide è vitale per la loro sopravvivenza. È fondamentale per capire l'idrologia e biogeochimici in bicicletta di stagni vernal al fine di meglio sviluppare politiche che ripristino habitat degradati e proteggono habitat esistenti.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Gli autori vorrei ringraziare la Pennsylvania stato University Office di fisico pianta (OPP) per il finanziamento a sostegno di questa ricerca. Inoltre, vorremmo ringraziare d. ssa Elizabeth W. Boyer, David A. Miller e Tracy Langkilde presso la Pennsylvania State University per il loro supporto collaborativo di questo progetto.

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

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References

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Continuo idrologici e monitoraggio della qualità di Vernal stagni di acqua
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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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