Kontinuerlig hydrologiska och vatten kvalitetsövervakning av Vernal dammar
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
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).
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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 |
References
- 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).
- Colburn, E. A. . Vernal Pools: Natural History and Conservation. , (2004).
- Collins, J. P. Amphibian decline and extinction: What we know and what we need to learn. Dis Aquat Org. 92, 93-99 (2013).
- 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).
- IUCN. . Conservation International and Nature Conservancy. , (2004).
- Smits, A. P., Skelly, D. K., Bolden, S. R. Amphibian intersex in suburban landscapes. Ecosphere. 5 (1), 11 (2014).
- 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).
- Czajka, C. P., Londry, K. L. Anaerobic transformation of estrogens. Environ. Sci. Technol. 367, 932-941 (2006).
- 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).
- Field, H. L. . Landscape Surveying. , (2012).
- . Solar Angle Calculator. Solar Electricity Handbook. , (2017).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
