Login processing...

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

Environment

Kontinuerlig hydrologiske og vann kvalitet overvåking av Vernal dammer

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Forstå økosystemtjenester og prosesser vernal dammer og virkningene av menneskelige aktiviteter på deres evne til å yte tjenester krever intensiv hydrologiske overvåking. Denne prøvetaking protokollen bruker på plass overvåking utstyr ble utviklet for å forstå virkningen av menneskelige aktiviteter på vannstand og kvalitet.

Abstract

Vernal dammer, også kalt vernal bassenger, gi kritiske økosystemtjenester og habitat for en rekke truet og Eskortetjenester. Men er de sårbare deler av landskap som er ofte dårlig forstått og lite studert. Arealbruk og ledelsesmetoder, samt klimaendringer antas å være et bidrag til global amfibier nedgangen. Men er mer forskning nødvendig å forstå omfanget av disse konsekvenser. Her presenterer vi metodikk for å karakterisere en vernal dam morfologi og detaljer en overvåking stasjon som kan brukes til å samle inn vann kvantitet og kvalitet data over varigheten av en vernal dam hydroperiod. Vi gir metodikk å gjennomføre feltet undersøkelser for å karakterisere morfologi og utvikle scenen-lagring kurver for en vernal dam. I tillegg gir vi metodikk for overvåking av vannstanden, temperatur, pH, oksidasjon-reduksjon potensial, oppløst oksygen og elektrisk ledningsevne vann i en vernal dam, i tillegg til å overvåke nedbør data. Denne informasjonen kan brukes til å bedre kvantifisere økosystemtjenester som vernal dammer gi og virkningene av menneskelige aktiviteter på deres evne til å yte tjenester.

Introduction

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

Vernal dammer er midlertidige, grunne våtmarker som vanligvis inneholder vann fra høsten til våren, og er ofte tørre i sommermånedene. Oversvømmelse perioden vernal dammer, som hydroperiod, styres hovedsakelig av nedbør og fordampning1.

Vernal dammer kan også bli referert til som vernal bassenger, flyktige dammer, midlertidige dammer, sesongmessige dammer og geografisk isolert våtmarker2. I nordøstlige USA, er vernal dammer ofte preget av kritisk habitat de gir for amfibier, som avl grunn og gi støtte under tidlige livsstadier (dvs., rumpetroll) og metamorfose. I California, er vernal dammer preget av den unike vegetasjon og truede plantearter at de støtter2.

Disse er stadig truet grunn til land bruk og klimaendringer og amfibier befolkningsgrupper opplever en betydelig global nedgang skyldes menneskelige aktiviteter3,4. Vann kvalitet bekymringer på grunn av forurensning er også antatt å være medvirkende faktorer i siste amfibier avslår globalt5. I tillegg har nyere undersøkelser avdekket en økt forekomst av tvekjønnet egenskaper i frosker bor vernal dammer påvirket av menneskelige avløpsvann6. Det er derfor behov for å utføre mer intensiv overvåking av både naturlige og påvirket vernal dammer å forstå bidragsyterne til globale amfibier nedgangen.

Fysisk parameterne vernal dammer som skal måles og overvåket inkluderer dammen morfologi og vann. Morfologi er geometrien av dammen, og er utviklet av gjennomfører en undersøkelse for å finne endringer i høyde over dammen. Undersøkelsen data brukes deretter til å opprette en stadium-lagring kurve, slik at volumet på dammen fastsettes basert på vannstanden målinger. Fordi vannstanden i en vernal dam er sterkt påvirket av nedbør, gjøres mål på en timelig høyoppløselig beste forstå både kort (dvs.på minutter til timer) og langsiktig svingninger (dvs. på måneder til år) i vannet.

Vann kvalitet parametere av interesse som er kjent for å påvirke funksjonen til vernal dammer inkluderer temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, oppløst oksygen nivåer og oksidasjon-reduksjon potensialet. Disse parametrene kan alle være målt i situ med relativt billig teknologier og sensornettverk. Noen vann kvalitet parameterene steder som noen næringsstoffer arter (dvs., totalt Kjeldahl nitrogen) og andre forurensende stoffer (dvs., nye miljøgifter) krever eksempler som skal samles inn og brakt til et laboratorium for behandling og analyse.

Kritiske parametere som påvirker evnen til vernal dammer å fungere som passende beboelse for avl amfibier og tidlig i utviklingen etapper i rumpetroll inkluderer vann nivå, pH, og oppløst oksygen konsentrasjon. Forhold til vernal dammer i relativt uberørte landskap, forhøyede nivåer av elektrisk ledningsevne, høyere pH, redusert oppløst Oksygenkonsentrasjoner, og høy næringsinnholdet registrert i vernal dammer påvirket av menneskeskapte aktiviteter2,7. Redusere eller anaerobe forholdene kan oppstå i disse habitater, spesielt de som er påvirket av menneskelige aktiviteter. Dette kan forårsake en endring i mikrobiologisk samfunnet, endre næringsstoffer sykling i dammen og potensielt redusere nedbrytning av endokrine forstyrre forbindelser og andre miljøgifter8,9.

Målet med denne utredningen er å gi informasjon om hvordan du oppretter en stasjon for kvantitet og kvalitet av et vernal tjern. Denne metoden kan brukes til alle vernal dammen, men krever tilgang til området (dvs.området må være på offentlig eiendom eller grunneier tillatelse til å installere utstyr).

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. gjennomfører en undersøkelse av en Vernal dammen morfologi

  1. Velg et sted å angi som målestokk og merke det med en liten undersøkelse eller merke flagget.
    Merk: Hvor skal en høyere høyde enn dammen og har line-of-sight fra alle steder over dammen.
  2. Tilordne referanseporteføljen en referanse høyde; det eksakte antallet spiller ingen rolle, det bare gir en referanse som alle andre høyder kan sammenlignes.
  3. Bruker et målebånd og merking flagg, gjør transects med 3 m mellomrom over dammen området, noe som resulterer i et rutenett av 3 x 3 m (se eksempel i figur 1).
  4. Fastslå høyden av bunnen av dammen (dvs., bakken) på 3 meter intervaller langs hver mudderbunn ved å måle høyden på utjevning stang med et automatisk nivå. Kontroller at profilene utvide til høyereliggende på hver side av dammen.
  5. På slutten av hver transect, gjør en backsight referanseporteføljen og registrere høyden.
  6. Fastsettelse av undersøkelsen feil som differansen mellom referanseporteføljen ' tilordnet høyde (dvs., referanseverdi tildelt i trinn 1.2) og høyde måles fra mest fjerntliggende sted på profilen mudderbunn.
  7. Beregne den tillatte feilen (AE) av nedleggelse for profilen som AE = K (2 * M) 0,5, der K er en konstant mellom 0,001 og 1 og M er avstanden (i miles) mellom referanseporteføljen og mest fjerntliggende sted på profilen.
    Merk: Verdien k er avhengig av den nødvendige nøyaktigheten av undersøkelsen, som i dette tilfellet kan tas som 0,1 10.
  8. Sammenlign undersøkelsen feil beregnet i trinn 1.6 til AE beregnet i trinn 1.7. Hvis undersøkelsen feilen er større enn AE, gjør deretter om profilen leveling (trinn 1.3 og 1.4) mudderbunn. Hvis undersøkelsen feilen er mindre enn AE og profilen utjevning for mudderbunn er fullført, utføre profilen leveling den neste transect.
  9. Gjenta trinnene 1.4 gjennom 1.8 å gjennomføre profil utjevning med 3 m mellomrom over dammen i motsatt retning vil lager en kjent høyder (se et eksempel på profil transects i figur 1).
  10. Utvikle en scene-lagring kurve for dammen når høyder (med hensyn til referanseporteføljen) er kjent over 3 x 3 m rutenettet kartlagt over dammen.
    Merk: Større mellomrom kan brukes, men feilen å bestemme forholdet mellom vann og tjern volum kan øke.

2. Bestemme Vernal dammen ' s scenen-lagringen kurven

Merk: hver vernal dammen har et unikt forhold mellom vann og vann volumet i dammen. Dette forholdet kalles scenen-lagringen kurven.

  1. Bruker heving data samlet i del 1, bestemme den høyeste og laveste høyder i dammen.
  2. Finne ut forskjellen mellom de høyeste og laveste høyden og velger et intervall for å trekke høydekurver; en kontur intervall på 0,1 til 0,2 m anbefales 11.
  3. Beregne areal på hver kontur (en jeg). Dette kan gjøres enten for hånd ved hjelp av en planimeter eller elektronisk geografisk informasjon programvare (GIS).
  4. Bruker metoden gjennomsnitt-end-området til å beregne volumet mellom hvert kontur intervall (V jeg):
    Equation 1
    der E er kontur høyden .
  5. Beregner det totale volumet (V P) av vernal dammen som summen av volumet mellom hvert kontur intervall:
    Equation 2
    Merk: her H er den maksimale dybden av dammen. Et eksempel er gitt i tabell 1.
  6. Bestemme scenen-lagring forholdet for dammen av grafiske kumulative volumet av dammen som en funksjon av dybde.
    1. Etter installere vannstanden sensoren, bruke vannstanden som den " scenen " og beregne vann volumet, eller lagring, i dammen.
      Merk: Et eksempel på en scene-lagring kurve er vist i figur 2. Hvis vannivået sensoren installeres over det laveste punktet i vernal dammen, en offset vil være nødvendig å konvertere målt vannstanden i scenen-lagringen kurven (legge forskyvningen i trinn 3.3 til vann nivåene av vannstanden sensorer å bestemme st alder).

3. Installere en overvåking stasjon

Merk: sensorer for parametere av interesse for denne studien inkluderte en trykktransduceren (måler både vann og temperatur), oppløst oksygen konsentrasjon, oksidasjon-reduksjon potensial, elektrisk ledningsevne, pH og en tipping bøtte regnmåler. Den pH-sonde, oppløst oksygen sensor og oksidasjon-reduksjon sonde må kalibreres i laboratoriet før distribusjon per sensoren ' s bruksanvisning. Her, er en sentral datalogger (programmert til å registrere data i 15 min intervaller) valgt, som alle sensorer er koblet under distribusjon. En levedyktig alternativ scenario vil være at alle sensorene er selvstendige og gjøre ikke trenger en sentral datalogger, siden hver sensor ville spille inn sine egne data.

  1. Fest i sensorer (med unntak av regnmåler) en cinder blokk eller tre stake ( Figur 3). Bruk slangeklemmer eller zip bånd til sikre at sensorer fortsatt nederst vernal dammen (eller hvor store interesse).
    1. Feste oppløst oksygen sensoren slik at det er i en vinkel (per produsent instruksjoner), slik at oksygen å spre over membranen. Installere press svinger oppreist, som presset som den vil måle er kolonnen vann over det, og vannet skal registreres i en vertikal måte.
  2. Installere montert sensorer på et sted mot midten av dammen som er usannsynlig å bli tørr under studietiden.
  3. Bestemmer den loddrette avstanden mellom sensorer og det laveste punktet i dammen bruker en linjal eller oppmåling utstyret. Registrere dette for bruk i utviklingen scene-lagringen kurven som beskrevet i trinn 2.6 (dvs. en offset kan være nødvendig når knyttet dybden målt ved hjelp av press måleomformerne til samlede dybden i dammen).
  4. Mens de kan senkes ned i vann, sensor ledningene er utsatt for mus eller andre dyr som kan tygge på dem. Når vannivået er lavt i dammen, å forhindre dette bruker apolyvinyl chloride rør for å beskytte sensoren ledninger (valgfritt, men anbefales). Kjøre sensor ledningene til kanten av vernal dammen gjennom en PVC-rør (3 m lang, 6,35 cm diameter), som vist i Figur 4.
    Merk: For midlertidig installasjon (f.eks, et par uker til noen måneder) PVC-rør kan anses som unødvendig.
  5. Sett opp et stativ og montere den på bakken ved å sette innsats i hver av turenOD ben.
    Merk: Noen høye stativer kan ha en lynavleder som krever installasjon, også.
    1. Plasser stativ nær kanten av vernal dammen for å sikre at den er tilgjengelig selv når dammen er full av vann.
  6. Fest boksen kabinett for datalogger og batteri (12 V) på stativ, forlater rommet over stativ for solcellepanel skal monteres over boksen kabinett ( Figur 4).
  7. Festes en 10 M solenergi panel til toppen av stativ og vinkel den mot solen. En solar vinkel kalkulator 12 kan brukes, hvis ønskelig, for å bestemme en optimal vinkel for installering panelet.
  8. Koble til regnmåler stativ hvis det plass. Ellers knytte det til tre stake eller metallstang nær kanten av dammen og stativ ( Figur 4). Sikre (hvis mulig) at regnmåler har tre cover som ca representerer tre forsiden av dammen (hvis noen).
  9. Bringe alle sensor og solcellepanel ledninger i boksen vedlegg gjennom hullet i bunnen av boksen.
  10. Koble alle sensorer til datalogger ' s ledninger panelet i samsvar med sensorene ' instruksjoner eller datalogger ' s koblingsskjemaet. Se eksemplet i figur 5A.
  11. Koble solcellepanel ledninger til 12V batteri lade batteriet ( figur 5B).
    Merk: Velge et batteri som også har en spenningsregulator (anbefales) å sikre at batteriet ikke får for mye strøm fra solcellepanel.
  12. Koble batteriet til makt inntaket panel på datalogger ( figur 5B) å skaffe strøm til datalogger og sensorene.
  13. Plasser en tørkemiddel pakke inne i skapet for å redusere sannsynligheten for fuktskader til datalogger.
  14. Anbefalt, men Valgfritt: koble en feltet laptop med datalogger kommunikasjon programvaren til datalogger ved hjelp av en seriellkabel ( figur 5B) å sikre at sensoren nettverket fungerer.
  15. Lukke kabinett og plassere leire rundt hullet i bunnen av boksen kabinett hvor ledningene inn for å holde insekter og vann ut av boksen. Hvis sikkerheten utstyret er en bekymring, sikre boksen kabinettet med en hengelås.

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 dammer kan vise en rekke morfologi, med alt fra konveks til rett stigningstallet til konkav-profiler. Eksempel morfologi for en vernal dam i det sentrale Pennsylvania er vist i figur 1, sammen med resultatene av scenen-lagringen kurven for denne dammen (figur 2, tabell 1). Maksimal dammen dybde er ikke en god indikator på areal som hydroperiod har bare en svak sammenheng med dammen morfologi12. Derfor er forståelse bidrag av nedbør, fordampning og grunnvann (til eller fra dammen) viktige faktorer for å bestemme vannets kretsløp vernal dammer.

Gitt viktigheten av vernal dammer til amfibier avl, overvåking studien beskrevet i denne protokollen ble gjennomført fra midten av April til midten av juni, under avl og metamorfose tid av tre frosker (Rana sylvatica) i nordøstlige USA Stater. Tre vernal dammene valgt for analyse ligger ved Pennsylvania State University's Living Filter, som et ~2.4 km2 område som spray-vannes med universitetets avløpsvann. Installerte overvåking stasjon utstyr er vist i Figur 4. Derfor vannstanden endringer målt i dammen økning både naturlig regnskyll og avløpsvann vanning hendelser (figur 6). For de fleste vernal dammer forventes vannstanden å svinge mindre, som en funksjon hovedsakelig av grunnvann, fordampning og nedbør. Resultatene som vises i figur 6 kan derfor ikke være typiske nettsteder mindre påvirket av menneskeskapte vann innganger.

Innsamlede data for temperatur, pH, oppløst oksygen konsentrasjon, oksidasjon-reduksjon potensialet og elektrisk ledningsevne for hver av de tre studiesteder er vist i figur 7. Det er viktig å merke seg at ulike sensorer krever ukentlige kalibrering å sikre at dataene er nøyaktige. Anbefalingene i brukerhåndbøkene for sensorer bør følges, med pH, oppløst oksygen og ORP vanligvis trenger ukentlige vedlikehold eller kalibrering. Generelt temperaturen på dammene økt studietiden (fra midten av April til midten av juni), med temperaturer vanligvis ned i avløpsvann vanning hendelser. PH var relativt konsekvent for fleste av studietiden, mellom 6 og 8, som ligner pH i både naturlige og vernal dammer påvirket av avløpsvann vanning aktiviteter13. Elektrisk ledningsevne dammene økt i løpet av studietiden, sannsynligvis på grunn av høyere elektrisk ledningsevne av avløpsvann (ca 1 mS/cm) sammenlignet med regnvann14.

Oppløst Oksygenkonsentrasjoner og oksidasjon-reduksjon potensialet generelt fulgt en lignende trend, som forventet, med høyere verdier på begynnelsen av studieperioden og redusere til relativt konsistent lave verdier fra tidlig mai til slutten av den studieperioden. Oppløst oksygen er kjent for å være omvendt relatert til temperatur og tykk matter av duckweed ble observert for å vokse på overflaten av dammer i løpet av studietiden (våren til forsommeren), sannsynligvis begrense partisjonering av oksygen fra atmosfæren i dammer. I tillegg målingene ble gjort nær bunnen av dammen, og derfor vilkårene kan ha vært annerledes nær overflaten av dammen. Denne studien var eksponering i rumpetroll forhold nær bunnen av dammen av interesse. Plasseringen av sensorene i dammen kan påvirke vann kvalitet målinger, og derfor sensorer bør installeres i dammen på en måte som representerer forholdene rundt.

Figure 1
Figur 1 : Eksempel vernal dammen morfologi. Bestemmes ved å gjennomføre en profil utjevning undersøkelse av en vernal dam i det sentrale Pennsylvania. Høydekurver gis med 0,1-m mellomrom. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 : Eksempel scenen-lagringen kurven for en vernal dam i det sentrale Pennsylvania, USA. Dammen vannstanden brukes til å beregne kumulative volumet av vann i en vernal dam i det sentrale Pennsylvania. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3 : Montering sensorer for distribusjon. Sensorer i utsikt (A) og (B) (a) oppløst oksygen sensor, (b) elektrisk ledningsevne sonde, (c) trykktransduceren, (d) pH-sonde og (e) oksidering-reduksjon sonde. Trykktransduceren installeres oppreist til nøyaktig måle vannivå. Oppløst oksygen sensor installeres i en vinkel å tillate riktig spredningen av oksygen over sensoren membran og å hindre bobler dannes i sensoren. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4 : Overvåking stasjoner på vernal dammer i det sentrale Pennsylvania, USA. (A) Side som viser (a) regnmåler, (b) datalogger kabinett-boksen, (c) solcellepanel, og (d) stativ og (e) sensor ledninger går inn i dammen. (B) Front utsikt med datalogger kabinett for åpent, viser (e) sensorer koblet til (f)-datalogger med batteri (g) inne i boksen og en (h) automatisert sampler nær dammen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5 : (A) eksempel koblingsskjemaet og (B) sensor ledninger koblet til datalogger. Sensorene i koblingsskjemaet eksempel er: (a) regnmåler, (b) trykktransduceren, (c) oppløst oksygen sensor, (d) oksidering-reduksjon sonde, (e) pH-sonde, (f) elektrisk ledningsevne sensor. I boksen vedlegg vises sensor ledningene koblet til (g)-datalogger. Solcellepaneler er koblet til (h) spenningsregulator på (i) batteri, som er så kablet fra (j) utgangseffekt på batteriet til den (k) inngangen på datalogger. En datamaskin kan kobles til datalogger ved hjelp av en seriell kabel (l). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6 : Hydrologiske data samlet inn på tre vernal dammer (A, B, C) i det sentrale Pennsylvania, USA. Summen av nedbør og avløpsvann vanning (inngang) that når hver vernal dammen vises øverst på hvert enkelt diagram (sekundær y-aksen). Tilsvarende endringer i vannstanden vises på primære y-aksen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7 : Fysiske og kjemiske egenskaper tre vernal dammer (VP 1, VP 2 og VP 3) målt i sanntid i det sentrale Pennsylvania, USA. Parameterne målt i sanntid var temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, oppløst oksygen konsentrasjon og oksidasjon-reduksjon potensialet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Dammen dybde (m) Området (m2) Gjennomsnittlig området (m2) Kontur intervall (m) Endre volum (m3) Kumulative volumet (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

Tabell 1: gjennomsnittlig slutten området metoden beregninger for scenen-lagringen kurven utvikling. Beregninger ble gjort for Arbeidsprofil intervaller på 0,1 m. Morfologi er vist i figur 1 og stage-lagring kurven er vist i figur 2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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

Betydning når det gjelder eksisterende metoder

Mens overvåking av bekker har veletablerte metoder utviklet av United States Geological Survey (USGS), finnes ingen slike omfattende Overvåkingsprogram for forståelse vernal dammen dynamics. Denne protokollen søker å gi veiledning om hvordan du tilnærming hydrologiske og vannkvalitet overvåking forskning ved et vernal tjern sted, med mål å forstå hvordan fysiske og kjemiske faktorer kan endres over tid på et gitt område.

Begrensninger av teknikken

Som beskrevet, kanskje ikke til overvåking data samlet representant for hele dammen. Vann kvalitet parameterene spesielt oppløst oksygen og oksidasjon-reduksjon potensialet er neppe være homogene i dammen. Flere sensorer distribuert over dammen og på ulike dyp kan være nødvendig for fullt karakterisere fysiske og kjemiske parametere av interesse som er sannsynlig å variere som en funksjon av dybde.

In situ overvåking data er sannsynlig å være utilstrekkelig for å forstå vann kvalitetsdata i vernal dammer. Samle ta prøver kan enten for hånd eller med automatisert prøvetaking enheter gi verdifull innsikt om et bredere spekter av vannkvalitet. Disse prøvene kan bringes tilbake til en analyselaboratorium å bli analysert for en rekke vann kvalitet parametere, inkludert næringsstoffer, plantevernmidler, legemidler og andre forurensninger nye miljømessige bekymring. Avhengig av vernal dammen, kan salter og deicing agenter være en bekymring om dammen mottar avrenning fra en nærliggende veien15. Imidlertid prøvene samlet med Grip prøvetaking metodikk gi data for bare et bestemt punkt i tid, og konsentrasjonen er sannsynligvis endres over tid, særlig i snøsmelting eller nedbør hendelser som utløser overflaten avrenning. Prøvetaking beregnet på fange hendelser som kan føre til endringer i konsentrasjon bør derfor utføres mer grundig forstå de timelige variantene av vann kvalitet parameterene.

Endringer i protokollen

Det finnes ulike alternativer for utforme overvåking stasjoner for hydrologi og vannkvalitet. Sensorene beskrevet i del 3 av protokollen er ikke autonome, betyr at de må være koblet til en ekstern datalogger data registreres og lastet ned. Ulike autonome sensorer eksisterer, spesielt for vann og vanntemperatur. Bestemt vannstanden sensoren som ble valgt for dette programmet har en venting rør som gjør at sensoren til kompensere for lufttrykk, og derfor krever ikke en ekstra sensor ute i vannet. Noen lavpris i situ sensorer er også tilgjengelig for en rekke fysiske og kjemiske parametre utover de som beskrevet her, herunder en rekke oppløst ioner (f.eks, nitrat, nitritt, ammoniakk, natrium).

I tillegg kan det være ønskelig å samle inn målinger på ulike dyp innenfor vernal dammen eller på ulike steder over dammen. Noen av parameterne som er sannsynlig å variere etter dybde er temperatur, oppløst oksygen og oksidasjon-reduksjon potensialet. Denne protokollen kan endres ved å legge Repliker sensorer overvåking nettverket for å undersøke variasjon over romlige transects (f.ekshvert par meter over dammen) eller loddrett i vannsøylen (f.eks, hver par hundre cm i vann profilen). For disse programmene, har ett datalogger innspillingen alle dato fra sensoren nettverket ville være ønskelig over mange autonome sensorer som krever nedlasting fra hver individuelle sensor i stedet for fra ett sentralt sted ved vernal dammen.

Framtidige applikasjoner

Fordelen av beskrevet i denne protokollen er at alle variabler av interesse kan brukes til å utløse en automatisert sampler ved å koble en kommunikasjon kabel som kan gå fra datalogger til en automatisert sampler (f.eksISCO). Dataloggers bruke et programmeringsspråk som er lik C som gjør romanen prøvetaking teknikker å være ansatt. For eksempel galle et al. 16 , 17 brukt vannmengden data samlet i sanntid for å forutsi storm hydrographs og riktig plass flyt tempo prøver over hydrograph, som resulterer i en roman storm-spesifikke prøvetaking protokoll som tilstrekkelig linjeavstand prøver over både små og store hydrographs. Eksempler på utnytte data samlet i denne protokollen for prøvetaking kan bruke vann målinger for oppsamling etter et regn hendelse som resulterte i betydelig økning i vannstanden eller på den andre ytterligheten, utløste prøvene under en tørke perioden når vernal dammen kan raskt miste vann.

Et annet fremtidig program kan utvikle et sanntids Overvåkingsnettverk vernal dammer i en studie interesseområde. For eksempel kunne vernal dammer over menneskelig påvirkning gradering velges, med hver dam instrumentert med samme vann kvantitet og kvalitet sensorer. Stasjonene kan deretter kommunisere med hverandre via cellen modemer eller radionettverk, slik at dataene skal være eksternt tilgjengelig og å gjøre data tilgjengelig for forskere i sanntid.

Gitt den globale amfibier nedgangen og betydningen av vernal dammer som habitat for avl og metamorfose, søker denne protokollen å adresse mangel på kontinuerlig overvåking data for vernal dammer menneskelig påvirkning gradering. Amfibier som utnytter disse vernal dammer kan vise området gjengivelse18,19,20, noe som betyr at de kommer tilbake for å rase på samme sted (eller i en relativt liten avstand) hvert år. Forstå dynamikken i disse kritiske avl habitater og bruker denne kunnskapen til å informere politikk knyttet til flyktige våtmarker er derfor viktig å overleve. Det er avgjørende å forstå hydrologi og biogeochemical sykling vernal dammer for å bedre utvikle politikk som gjenopprette degradert habitat og beskytte eksisterende habitat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne vil gjerne takke Pennsylvania State University Office av fysiske anlegg (OPP) for finansiering å støtte denne forskningen. I tillegg vil vi gjerne takke Dr. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller og Tracy Langkilde på The Pennsylvania State University for deres Samarbeidsstøtte for dette prosjektet.

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).
Kontinuerlig hydrologiske og vann kvalitet overvåking av Vernal dammer
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