Login processing...

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

Environment

Kontinuerlig hydrologiska och vatten kvalitetsövervakning av Vernal dammar

doi: 10.3791/56466 Published: November 13, 2017

Summary

Förstå ekosystemens tjänster och processer enligt vernal dammar och effekterna av mänsklig verksamhet på deras förmåga att tillhandahålla dessa tjänster kräver intensiv hydrologic övervakning. Denna provtagning protokollet med in situ - utrustning för övervakning har utvecklats för att förstå effekten av antropogena aktiviteter på vattennivåer och kvalitet.

Abstract

Vernal dammar, även kallad vernal pooler, ge kritiska ekosystemtjänster och livsmiljö för en mängd hotade och utrotningshotade arter. De är dock sårbara delar av de landskap som ofta dåligt förstås och understudied. Markanvändning och metoder, samt klimatförändringen är tänkt att vara ett bidrag till den globala amfibie nedgången. Dock behövs mer forskning för att förstå omfattningen av dessa effekter. Här presenterar vi metod för att karaktärisera en vernal pond's morfologi och detaljrikedom en övervakningsstation som kan användas för att samla vatten kvantitet och kvalitet data över varaktigheten av en vernal pond's hydroperiod. Vi tillhandahåller metodik för hur man genomför fältstudier för att karakterisera morfologi och utveckla scenen-lagring kurvor för en vernal damm. Dessutom ger vi metod för övervakning av vattennivån, temperatur, pH, oxidation-reduktion potentiella, upplöst syre och elektrisk ledningsförmåga av vatten i en vernal damm, samt övervakningsdata nederbörd. Denna information kan användas för att bättre kvantifiera de ekosystemtjänster som vernal dammar ger och effekterna av mänsklig verksamhet på deras förmåga att tillhandahålla dessa tjänster.

Introduction

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

Vernal dammar är tillfälliga, grunda våtmarker som normalt innehåller vatten från hösten till våren och är ofta torr under sommarmånaderna. Perioden inundation vernal dammar, allmänt kallas hydroperiod, styrs primärt av nederbörd och evapotranspiration1.

Vernal dammar kan också betecknas som vernal pooler, efemära dammar, temporära småvatten, säsongsbetonade dammar och geografiskt isolerade våtmarker2. I nordöstra USA kännetecknas vernal dammar oftast av kritiska livsmiljö de ger för groddjur, tjänstgör som häckningsområdet och stöd under tidiga levnadsstadier (dvs, grodyngel) och metamorfos. I Kalifornien kännetecknas vernal dammar av den unika växtligheten och hotade växtarter att de stöder2.

Dessa livsmiljöer hotas alltmer på grund av att landa användning och klimatförändringar och amfibie befolkningar upplever en betydande global nedgång till stor del på grund av antropogen verksamhet3,4. Vatten kvalitet oro på grund av föroreningar är också tros bidragande faktorer i senaste amfibie minskar globalt5. Dessutom har senare studier visat en ökad förekomst av intersexuella egenskaper hos grodor lever vernal dammar påverkas av mänsklig avloppsvatten6. Därför finns det ett behov att genomföra mer intensiv övervakning av både naturliga och påverkade vernal dammar för att bättre förstå bidragsgivarna till den globala amfibie nedgången.

De fysiska parametrarna av vernal dammar som behöver mätas och övervakas inkluderar dammen morfologi och vattennivån. Morfologi är geometri av dammen, och är utvecklat genom att genomföra en undersökning för att fastställa förändringar i höjd över dammen. Undersökningen data används sedan för att upprätta en stage-lagring kurva, vilket gör att volymen av dammen att beräknas baserat på vattennivån mätningar. Eftersom vattennivån i en vernal damm är starkt påverkad av nederbörd, bör mätningar göras på en hög temporal upplösning att bäst förstå både kort (dvsstorleksordningen minuter till timmar) och långsiktiga fluktuationer (dvs. på order av månader till år) i vattennivån.

Vatten kvalitetsparametrar av intresse som är kända att påverka funktionen av vernal dammar inkluderar temperatur, pH, konduktivitet, löst syrenivåer och oxidation-reduktion potential. Dessa parametrar kan alla vara mätt i situ med relativt billig teknik och sensornätverk. Lite vatten kvalitetsparametrar sevärdheter såsom vissa näringsämnen arter (dvs, total Kjeldahl kväve) och andra föroreningar (dvs, framväxande föroreningar) kräva prover samlas in och förde till ett laboratorium för bearbetning och analys.

Kritiska parametrar som påverkar vernal dammar förmåga att fungera som lämpliga habitat för avel amfibier och de tidiga utvecklingsstadierna av grodyngel inkluderar vatten nivå, pH, och upplöst syrekoncentration. Jämfört med vernal dammar ligger i relativt orörda landskap, förhöjda nivåer av elektrisk ledningsförmåga, högre pH, minskad upplöst syre koncentrationer och höga koncentrationerna av näringsämnen har registrerats i vernal dammar påverkas av antropogena aktiviteter2,7. Minska eller anaeroba förhållanden kan uppstå i dessa livsmiljöer, särskilt sådana som påverkas av människans aktiviteter. Detta kan orsaka en förskjutning i mikrobiologiska gemenskapen, att ändra det näringsämne cykling inom dammen och potentiellt minska nedbrytningen av endokrina störningar föreningar och andra föroreningar8,9.

Syftet med denna uppsats är att ge information om hur du upprättar en station för övervakning av vattenkvantitet och kvalitet av en vernal damm. Denna metod kan tillämpas på en vernal damm, men kräver tillgång till webbplatsen (dvsplatsen måste vara på offentlig egendom eller mark-ägare behörighet att installera utrustning).

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. genomför en undersökning av en Vernal dammen morfologi

  1. Välj en plats att utse som riktmärke och markera det med en liten undersökning eller märkning flaggan.
    Obs: Platsen skall ha en högre höjd än dammen och line-of-sight från alla platser över dammen.
  2. Tilldela riktmärket en referens höjd; det exakta antalet spelar ingen roll, det ger helt enkelt en referens som alla andra höjder kan jämföras.
  3. Med hjälp av ett måttband och märkning flaggor, göra sprickbildningsområde 3 m mellanrum över dammen, vilket resulterar i ett 3 x 3 m rutnät (se exempel i figur 1).
  4. Bestäm höjden på botten av dammen (dvs, marken) på 3 m mellanrum längs varje transekt genom att mäta höjden på en utjämning stång med hjälp av en automatisk nivå. Säkerställa att profilerna utvidga till de högsta höjderna på varje sida av dammen.
  5. i slutet av varje transekt, göra en backsight till riktmärket och registrera höjden.
  6. Bestämma undersökning fel som skillnaden mellan benchmark ' s tilldelad höjd (dvs. det referensvärde som tilldelats i steg 1.2) och höjden mätt från den mest avlägsna platsen på profilen transekt.
  7. Beräkna tillåtna felet (AE) nedläggning för profilen som AE = K (2 * M) 0,5, där K är en konstant mellan 0,001 och 1 och M är avståndet (i miles) mellan riktmärket och mest avlägsna plats på profilen.
    Notera: Värdet av K beroende på erforderlig noggrannhet av undersökningen, som i detta fall kan tas som 0,1 10.
  8. Jämför undersökning felet som beräknades i steg 1,6 till AE beräknades i steg 1,7. Om undersökningen felet är större än AE, gör sedan om den profil nivåreglering (steg 1.3 och 1.4) för transekt. Om undersökningen felet är mindre än AE, då profilen utjämning för att transekt är kompletta, genomföra profilen nivåreglering för nästa Transekten.
  9. Upprepa steg 1.4 genom 1.8 att genomföra profil utjämning 3 m mellanrum över dammen i andra riktningen för att skapa ett rutnät av kända förhöjningar (se ett exempel på profil sprickbildningsområde i figur 1).
  10. Utveckla en stage-lagring kurva för dammen när förhöjt (avseende referensvärdet) är känd över rutnätet 3 x 3 m tillfrågade över dammen.
    Obs: Större mellanrum kan användas, men felet i att bestämma förhållandet mellan vattennivån och dammen volym ökas.

2. Att fastställa Vernal dammen ' s scenen-lagring kurva

Obs: varje vernal dammen kommer att ha en unik relation mellan vattennivån och vattenvolymen i dammen. Detta förhållande kallas scenen-lagring kurvan.

  1. Med hjälp av höjddata som samlades i avsnitt 1, fastställa de högsta och lägsta höjderna i dammen.
  2. Avgöra skillnaden mellan den högsta och lägsta höjden och välj ett intervall där Rita konturlinjer; en ekvidistans 0,1 till 0,2 m rekommenderas 11.
  3. Beräkna ytan på varje kontur (en jag). Detta kan göras antingen för hand med hjälp av en planimeter eller elektroniskt program för geografisk information (GIS).
  4. Använd genomsnittet-slutet-området metod för att beräkna volymen mellan varje ekvidistans (V jag):
    Equation 1
    där E är kontur höjden .
  5. Beräkna den totala volymen (V P) av vernal dammen som summan av volymen mellan varje ekvidistans:
    Equation 2
    Obs: här H är det maximala djupet av dammen. Ett exempel ges i tabell 1.
  6. Bestäm förhållandet scenen-lagring för dammen genom graphing kumulativa volymen av dammen som funktion av djupet.
    1. Efter installerande vatten nivå sensorn, använda vattennivån som den " arrangerar " och uppskatta vattenvolym eller lagring i dammen.
      Obs: Ett exempel på en scen-lagring-kurva visas i figur 2. Om vattennivån sensorn installeras ovanför den lägsta punkten i vernal dammen, en förskjutning behövs för att omvandla uppmätta vattennivån till scenen-lagring kurvan (Lägg förskjutningen i steg 3.3 till vattennivån inspelad av vattennivån sensorerna att bestämma st ålder).

3. Installera en övervakning Station

Obs: sensorer för parametrar av intresse för denna studie ingår en tryckgivare (åtgärder både vattennivån och temperatur), upplöst koncentrationen av syrgas, oxidation-reduktion potential, elektrisk konduktivitet, pH och en tipping bucket regnmätaren. Den pH-givare, löst syresensor och oxidation-reduktion sonden måste kalibreras i labbet före distribution per sensorn ' s bruksanvisning. Här väljs en central datalogger (programmerad att postdata med 15 min mellanrum), som alla sensorer är ansluten under distributionen. En livskraftig alternativt scenario vore att alla sensorerna är autonoma och göra inte behovet av en central datalogger, eftersom varje sensor skulle spela in sin egen data.

  1. Bifoga varje av sensorerna (med undantag av regnmätaren) till en aska block eller en träpåle ( figur 3). Använd slangklämmor eller zip band för att sensorerna ligga nära botten av vernal dammen (eller djupet av intresse).
    1. Fäst löst syresensorn så att det är i en vinkel (per tillverkarens anvisningar), så att syret att diffundera över membranet. Installera tryck givare upprätt, det tryck som det kommer att mäta är vattenmassan ovanför, och vattennivån bör registreras i en vertikal sätt.
  2. Monterade givarna på ett läge mot mitten av dammen som är osannolikt att bli torra under studietiden.
  3. Avgör det vertikala avståndet mellan sensorer och den lägsta punkten i dammen med hjälp av en linjal eller lantmäteri utrustningen. Registrera detta avstånd för användning i utveckla scenen-lagring kurvan som beskrivs i steg 2,6 (dvs. en förskjutning kan behövas när avseende djupet mäts med tryckgivare till totala vattendjupet i dammen).
  4. Medan de kan vara nedsänkt i vattnet, sensor trådarna är sårbara för möss eller andra djur som kan tugga på dem när vattennivån är låg i dammen, för att förhindra detta använda apolyvinyl klorid rör till skydda sensorn trådarna (valfritt, men rekommenderas). Kör sensor kablar upp till kanten av vernal dammen genom ett PVC-rör (3 m lång, 6.35 cm diameter), som visas i figur 4.
    Obs: för tillfällig installation (e.g., några veckor till några månader) PVC röret kan anses onödiga.
  5. Uppsättningen upp ett stativ och montera den till marken genom att infoga stakes i var och en av resanOD ben.
    Observera: Vissa höga stativ kan ha en åskledare som kräver installation, alltför.
    1. Placerar stativ nära kanten av vernal dammen att säkerställa att det är tillgängligt även när dammen är fylld med vatten.
  6. Bifoga rutan inhägnad för datalogger och batteri (12 V) på stativ, vilket lämnar utrymme ovanför stativ för solpanelen för att monteras ovanför rutan inhägnad ( figur 4).
  7. Bifoga en 10 W solpanel till toppen av stativ och vinkla det mot solen. En sol vinkel miniräknare 12 kan användas, om så önskas, för att avgöra den optimala vinkeln som du vill installera panelen.
  8. Fäst regnmätaren stativ om det finns plats. Annars, bifoga det till en träpåle eller metall pol nära kanten av dammen och stativ ( figur 4). (Om möjligt) säkerställa att regnmätaren har trädet cover som ungefär motsvarar träd omslaget av dammen (om någon).
  9. Föra alla sensor och solpanel kablar i rutan inhägnad genom hålet på botten av lådan.
  10. Ansluta alla sensorer till datalogger ' s ledningar panel enligt sensorerna ' instruktioner eller datalogger ' s kopplingsschema. Se exempel i figur 5A.
  11. Ansluta solpanel kablar till 12V batteriet att ladda batteriet ( figur 5B).
    Obs: Välj ett batteri som har också en spänningsregulator (rekommenderas) för att säkerställa att batteriet inte får alltför mycket el från solpaneler.
  12. Anslut batteriet till panelen power input på datalogger ( figur 5B) att ge kraft till datalogger och sensorerna.
  13. Placera en torkmedelsförpackningarna inuti rutan inhägnad för att minska risken för fuktskador till datalogger.
  14. Rekommenderade men valfritt: ansluta en fältet laptop med datalogger kommunikationsprogramvara till den datalogger med en seriell kabel ( figur 5B) för att säkerställa att nätverkets sensorn fungerar.
  15. Stäng rutan inhägnad och placera lera runt hålet längst ned i rutan inhägnad där trådarna anger för att hålla insekter och vatten ur lådan. Om säkerheten i utrustningen är ett bekymmer, säkra rutan inhägnad med ett hänglås.

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 dammar kan uppvisar ett brett spektrum av morfologi, med alltifrån konvex till raka slutta till konkava-profiler. Exempel morfologi för en vernal damm i centrala Pennsylvania visas i figur 1, tillsammans med resultaten av scenen-lagring kurvan för denna damm (figur 2, tabell 1). Maximala dammen djup är inte en stark indikator på ytan, som hydroperiod har endast en svag korrelation med dammen morfologi12. Förståelse av nederbörd bidrag, evapotranspiration, och grundvattenflöde (in eller ut ur dammen) är därför viktiga faktorer vid fastställandet av hydrologi vernal dammar.

Hänsyn till vikten av vernal dammar till amfibie avel, övervakning studien beskrivs i detta protokoll genomfördes från mitten av April till mitten av juni, under avel och metamorfos period av trä grodor (Rana sylvatica) i nordöstra USA Staterna. De tre vernal dammar som valts för analys är belägna vid Pennsylvania State University's Living Filter, som är en ~2.4 km2 site som spray-bevattnade med universitetets renat avloppsvatten. Den installera station utrustningen visas i figur 4. Därför vattennivån förändringar mätt i dammen ökar på grund av både naturliga nederbörden och avloppsvatten bevattning händelser (figur 6). För de flesta vernal dammar väntas vattennivån fluktuerar mindre, som en funktion främst om grundvattenflöde och evapotranspiration regn. Resultaten visas i figur 6 kan inte därför typiska av platser mindre påverkad av antropogena vatten ingångar.

Data som samlats in för temperatur, pH, koncentrationen upplöst syrgas, oxidation-reduktion potential och elektrisk ledningsförmåga för var och en av de tre studie-platserna visas i figur 7. Det är viktigt att notera att olika sensorer kräver veckovis kalibrering ska säkerställa att uppgifterna är korrekta. Rekommendationer i bruksanvisningarna för sensorer bör följas, med pH, löst syre och ORP som vanligtvis behöver veckovis underhåll eller kalibrering. I allmänhet ökat temperaturen i dammarna under studieperioden (från mitten av April genom mitten av juni), med temperaturer allmänt fallande som svar på utflödet bevattning händelser. PH var relativt konsekvent för majoriteten av studietiden, mellan 6 och 8, som är liknande till pH-värdet i både naturliga och vernal dammar påverkas av avloppsvatten bevattning aktiviteter13. Den elektriska conductivityen av dammarna ökade under studietiden, sannolikt på grund av den högsta elektriska conductivityen av avloppsvatten (ca 1 mS/cm) jämfört med regnvatten14.

Upplöst syre koncentrationer och oxidation-reduktion potential generellt följt en liknande trend, som förväntat, med högre värden i början av studieperioden och minskar till relativt konsekvent låga värden från början av maj till slutet av den studieperioden. Löst syre är känt för att vara omvänt relaterade till temperatur och tjocka mattor av andmat observerades för att växa på ytan av dammarna under studieperioden (våren till försommaren), sannolikt att begränsa delningen av syre från atmosfären i dammarna. Dessutom mätningarna gjordes nära botten av dammen, och därför villkoren kan ha varit olika nära ytan av dammen. För denna studie var grodyngel exponering för villkor nära botten av dammen av intresse. Placeringen av sensorer i dammen kan påverka vatten kvalitet mätningarna, och därför sensorerna bör installeras i dammen på ett sätt som motsvarar villkoren i intresse.

Figure 1
Figur 1 : Exempel vernal dammen morfologi. Bestäms genom att bedriva en profil som utjämning undersökning av en vernal damm i centrala Pennsylvania. Konturlinjer ges 0,1-m mellanrum. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Exempel scenen-lagring kurva för en vernal damm i centrala Pennsylvania, USA. Vattennivån i dammen används för att uppskatta den kumulativa av vatten i en vernal damm i centrala Pennsylvania. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : Montering av sensorer för distribution. Sensorer som visas i vyer (A) och (B) (a) löst syresensor, (b) elektrisk ledningsförmåga sond, (c) tryckgivare, (d) pH-givare och e oxidation-reduktion sonden. Tryckgivaren bör installeras upprätt att exakt mäta vattennivån. Upplöst syresensor bör installeras i en vinkel att möjliggöra ordentlig diffusion av syrgas över sensorns membran och att förhindra att bubblor bildas inuti sensorn. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : Övervakningsstationer som distribuerats på vernal dammar i centrala Pennsylvania, USA. (A) sidovy, visar (a) regnmätaren, (b) datalogger inhägnad box, (c) solpanel, och (d) stativ och (e) sensor kablar går in i dammen. (B) med hjälp av framifrån med datalogger inhägnad box open, visar de (e) givare ansluten till den (f) datalogger, (g) batteriet inuti lådan och en (h) automatiserad sampler nära dammen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 : (A) exempel kopplingsschema och (B) sensor kablar anslutna till datalogger. Sensorerna visas i exempel kopplingsschemat är: a regnmätaren, (b) tryckgivare, (c) löst syresensor, d oxidation-reduktion sonden, (e) pH-givare, f elektrisk ledningsförmåga sensor. Inuti rutan inhägnad visas sensor trådarna ansluten till den (g) datalogger. Solpanelerna är anslutna till (h) spänningsregulatorn på den (jag) batteri, som är sedan kopplad från (j) uteffekt på batteriet (k) ström ingång på datalogger. En dator kan anslutas till den datalogger med en seriell kabel (l). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6 : Hydrologiska data samlas in på tre vernal dammar (A, B, C) i centrala Pennsylvania, USA. Summan av nederbörd och avloppsvatten bevattning (ingång) that når varje vernal damm visas överst i varje diagram (sekundära y-axeln). Motsvarande ändringar i vattennivån visas på den primära y-axeln. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7 : Fysikaliska och kemiska egenskaper av tre vernal dammar (VP 1, VP 2 och VP 3) mätt i realtid i centrala Pennsylvania, USA. De parametrar som mäts i realtid var temperatur, pH, konduktivitet, koncentrationen upplöst syrgas och oxidation-reduktion potential. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Dammen djup (m) Område (m2) Genomsnittliga arean (m2) Ekvidistans (m) Ändra i volym (m3) Kumulativa volym (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: genomsnittliga slutet område metoden beräkningar för scenen-lagring kurva utveckling. Beräkningar har gjorts för contour intervall om 0,1 m. Morfologi är visas i figur 1 och Stadium-lagring kurvan visas 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

Betydelse med avseende på befintliga metoder

Även övervakning av strömmar har väletablerade metoder som utvecklats av USA Geological Survey (USGS), finns ingen sådan utbredd övervakningsprogram för förståelse vernal dammen dynamics. Detta protokoll syftar till att ge vägledning för hur man kan börja att närma hydrologiska och vattenkvalitet övervakning forskning vid en vernal dammen webbplats, med målet att förstå hur fysikaliska och kemiska faktorer kan vara förändras över tid på en viss plats.

Begränsningar av tekniken

Som beskrivits, kan övervakningsdata som samlats in inte är representativa för hela dammen. Vatten parametrar för kvalitet, särskilt upplöst syre, och oxidation-reduktion potential är osannolikt att vara homogen i dammen. Flera sensorer distribueras över dammen och på olika djup kan behövas att fullständigt karakterisera fysikaliska och kemiska parametrar av intresse som sannolikt varierar som funktion av djupet.

In situ övervakningsdata sannolikt kommer att vara otillräckliga för att förstå vatten kvalitetsdata i vernal dammar. Insamling av grab prov kan antingen för hand eller med automatiserad provtagning enheter ge värdefull insikt om ett bredare spektrum av vattenkvaliteten. Dessa prover kan föras tillbaka till ett analyslaboratorium till analyseras för en uppsättning parametrar för vatten, inklusive näringsämnen, bekämpningsmedel, läkemedel och andra föroreningar av framväxande miljöhänsyn. Beroende på placeringen av vernal dammen, kan salter och halkbekämpning agenter vara ett bekymmer om dammen får avrinning från en närliggande väg15. Men proverna samlas in med grab provtagningsmetoden tillhandahålla data för endast en viss punkt i tid, och koncentrationerna är benägna att förändras över tiden, särskilt som svar på snösmältning eller regn händelser som utlöser avrinningen. Provtagning för att fånga händelser som sannolikt kommer att resultera i förändringar i koncentrationen bör därför utföras för att mer grundligt förstå de tidsmässiga variationerna av vatten kvalitetsparametrar.

Ändringar i protokollet

Det finns olika alternativ för utforma övervakningsstationer för hydrologi och kvalitet. De sensorer som beskrivs i avsnitt 3 i protokollet är inte autonom, vilket innebär att de måste vara ansluten till en extern datalogger för data registreras och hämtade. Det finns olika autonoma sensorer, särskilt för vattennivån och vattentemperatur. Den specifika vattennivå sensor som valdes för det här programmet har en ventilation tube som gör sensorn för att kompensera för lufttryck, och därför det kräver inte en extra sensor utanför vattnet. Vissa låg kostnad i situ -sensorer är också tillgängliga för ett brett utbud av fysiska och kemiska parametrar utöver dem som beskrivs här, inklusive en mängd lösta joner (t.ex., nitrat, nitrit, ammoniak, natrium).

Dessutom kan det vara önskvärt att samla mätningar på olika djup inom vernal dammen eller på olika platser över dammen. Några av de parametrar som sannolikt kommer att variera beroende på djup är temperatur, syre och oxidation-reduktion potential. Detta protokoll kan ändras genom att lägga till replikera sensorer till Övervakningsnätet att undersöka variationen över rumsliga sprickbildningsområde (t.ex., var några meter över dammen) eller vertikalt inom vattenmassan (t.ex., det var några hundra cm inom vatten profilen). För dessa tillämpningar, med en datalogger inspelning alla datum från sensorn nätverket vore önskvärt över många autonoma sensorer som kräver hämtning från varje enskild sensor i stället för från en central plats vid vernal dammen.

Framtida tillämpningar

Fördelen med den inställning som beskrivs i detta protokoll är att alla variabler av intresse kan användas för att utlösa en automatisk provtagare genom att ansluta en kommunikationskabel som kan gå från datalogger till en automatiserad sampler (t.ex., ISCO). DATALOGGRAR använder ett programmeringsspråk som är liknande till C som gör romanen urvalsmetoder skall användas. Till exempel Gall et al. 16 , 17 används flödesdata samlas in i realtid att förutsäga storm hydrographs och lämpligt utrymme flöde-tempo prover över den hydrograph, vilket resulterar i en roman storm-specifik provtagning protokoll som på lämpligt sätt fördelade prover över både små och stora hydrographs. Exempel på att utnyttja data som samlats in i detta protokoll för provtagning kan använda vattennivån mätningar för att samla prover efter ett regn händelse som medförde betydande ökning av vattennivån, eller den andra ytterligheten, utlöste prover under en torka period när vernal dammen kan snabbt förlora vatten.

En annan framtida tillämpning kunde utveckla ett realtid övervakning nätverk av vernal dammar inom en studie intresseområde. Till exempel kan vernal dammar över en mänsklig påverkan övertoning väljas med varje damm instrumenterad med samma vatten kvantitet och kvalitet sensorer. Dessa stationer kan då kommunicera med varandra via cell modem eller radionät, gör data tillgängliga för forskare i realtid och data ska vara tillgänglig via fjärranslutning.

Med tanke på den globala amfibie nedgången och vernal dammar betydelse som livsmiljö för avel och metamorfos, syftar detta protokoll till att åtgärda bristen på kontinuerlig övervakningsdata för vernal dammar över en mänsklig påverkan övertoning. Groddjur som utnyttjar dessa vernal dammar kan uppvisar webbplats trohet18,19,20, vilket innebär att de återvänder för att häcka på samma plats (eller inom ett relativt litet avstånd) varje år. Förstå dynamiken i dessa kritiska avel livsmiljöer och använda denna kunskap för att informera politik relaterade till efemära våtmarker är därför avgörande för deras överlevnad. Det är viktigt att förstå de hydrologi och biogeokemiska cykling vernal dammar för att bättre utveckla principer som återskapa förstörd livsmiljö och skydda befintliga livsmiljö.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Författarna vill tacka Pennsylvania State University Office av fysiska växt (OPP) för finansiering till stöd för denna forskning. Dessutom vill vi tacka Drs. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller och Tracy Langkilde vid Pennsylvania State University för deras support i samarbete med projektet.

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 hydrologiska och vatten kvalitetsövervakning av Vernal dammar
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