Yöntem makalesi

Göl tortulları Laboratuvar belirlenen Fosfor Flux İç Fosfor Yükleniyor bir tedbir olarak

18.5K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/51617

⸱

6 Mart 2014

 ,  , 
1Annis Water Resources Institute, Grand Valley State University

Bu makalede

Özet

Lake ötrofikasyon kritik besin kaynaklarını belirlemek ve kontrol etmek gerek yapım, dünya çapında bir su kalitesi konudur. Sediment çekirdeklerinden fosfor salınım oranlarının belirlenmesi Laboratuvar iç fosfor yükleme rolünü belirleyen ve yönetim kararlarını yönlendirmek için değerli bir yaklaşımdır.

Özet

Ötrofikasyon dünya göllerde su kalite sorunu olduğunu ve besin kaynaklarını belirlemek ve kontrol etmek için kritik bir ihtiyaç vardır. Göl çökelleri iç fosfor (P) yükleme Ötrofik toplam P yükünün önemli bir kısmı ve bazı mesotrofik, göller için hesap edebilirsiniz. Sediment çekirdeklerinden P salım oranlarının belirlenmesi Laboratuvar iç P yükleme rolünü belirleyen ve yönetim kararlarını yönlendirmek için bir yaklaşımdır. Sediment P salınımı deneysel belirlenmesi başlıca iki alternatif dahili yükü tahmin için mevcut: zaman ve P kütle dengesi üzerinde hipolimnetik P değişiklikleri yerinde ölçümlerde. İç P yükü ölçmek için laboratuar tabanlı sediment inkübasyonları kullanarak deneysel yaklaşım göl yönetimi ve restorasyonu için değerli bir araç yapma, doğrudan bir yöntemdir.

Biyojeokimyası Laboratuvar kuluçkalamalar iç vs dış P yüklerinin göreceli önemini belirlemek yardımcı olabilir,yanı sıra göl yönetimi ve araştırma çeşitli sorular cevaplamak için kullanılacak. Biz alüminyum sülfat (şap) sediman P salınımını azaltmak için tedavi etkinliğini değerlendirmek için tortu çekirdek kuluçkalamalann kullanımını göstermektedir. Bu yaklaşımı kullanarak araştırılmalıdır diğer araştırma soruları P salınımı üzerinde tortu yeniden süspanse ve Biyokarıştırma etkilerini içerir.

Yaklaşım da sınırlamalar vardır. Besin salınımını ölçmek için hangi zaman dilimleri üzerinde karar vermek; ve olası çekirdek tüp eserler ele tüm göle sediment çekirdeklerinden extrapolating sonuçlar: Varsayımlar göre yapılmalıdır. Gölde zamansal ve mekansal redoks durumunu değerlendirmek için kapsamlı bir çözünmüş oksijen izleme stratejisi sediment çekirdek enkübasyonlardan tahmini yıllık P yükleri daha fazla güven sağlar.

Giriş

Dünya çapında göl giderek artan sayıda kültürel ötrofikasyon muzdarip olarak, su kalitesi bozulma nedenlerinin belirlenmesi göl yönetimi ve restorasyonu için giderek önem kazanmaktadır. Bu en sık alg büyüme 1. sınırlayıcı besin olduğu gibi göllere Fosfor (P) yüklenmesi genellikle, ötrofikasyon alakalıdır. Tarihsel olarak, göllere P yükleme noktası ölçümü ve Yaygın kaynaklar yoluyla havzadaki dış kaynaklardan veya P menşeli üzerinde duruldu. Ancak, göl çökelleri iç yükleme ötrofik göllerde 2-5 toplam P yükünün büyük bir kısmı, değilse çoğunluğu için hesap edebilirsiniz. Böylece, göllere harici yükleme bile önemli azalmalar nedeniyle sedimanlar 5-8 P salınımının baskın etkisiyle su kalite geliştirme neden başarısız olabilir. Çünkü maliyet ve P kontrol güçlüğü gibi P yükleme ekolojik ve toplumsal etkileri arasında, bu P yükler olması önemlidirdoğru önce bir yönetim stratejisi yasalaştırılması belirlenmiştir.

En az iki farklı mekanizma Tortul fosfor serbest bırakılması için sorumludur. 1) sırasında indirgeyici koşullar anoksi veya hipoksi dönemleri, su sütunu 9-11 içine sedimanlar çözünmüş fosfat dağılmasına neden sediment-su arayüzünde demir oxyhydroxides fosfatın desorbsiyonu neden olabilir. Tortu yüzeyinin 2) Rahatsızlık, rüzgar kaynaklı yeniden süspansiyon ve Biyokarıştırma yoluyla, su sütununa yeniden süspansiyon haline getirilmiş katı madde partikülleri ya da gözenek tortu sudan çözülmüş P salınımı P ya da desorpsiyon ile su sütunu içine P salınımı ile sonuçlanabilir sırasıyla 11-13.

Üç temel yaklaşım göllere 14,15, iç P yükleme ölçülmesi için kullanılabilir. (1) zaman içinde hipolimnetik toplam fosfor (TP) değişiklikleri yerinde ölçümlerde kullanılabilir zaman izlemeveri mevcut değildir. Yerinde ölçümlerde dayalı iç yük tahminleri çevresel verilerin doğal mekansal ve zamansal değişkenliği ile ilişkili yüksek değişkenliği muzdarip ve yetersiz izleme sıklıkları 14 etkilenebilir. Tam P bütçeler inşa edilebildiği zaman (2) kütle dengesi, iç yükleme tahmin etmek için kullanılabilir. Ancak, yeterli veri tam bir P bütçe 16 oluşturmak için P girdiler ve ihracat üzerinde mevcut olduğu nadirdir. (3) Deneysel olarak belirlenen tortu P salınma oranlarının iç P yükün hesaplanması için P serbest (yani oksijensiz dönemi) alansal yoğunluğu ve süresi ile ilgili bilgileri, kombinasyon halinde kullanılabilir. Çok (aşağıya bakınız), ancak bu sınırlamaları vardır, iç P yük miktarının doğrudan bir yöntemdir.

Yönetim kararları genellikle sıkıştırılmış zamanında yapılmalıdır çünkü nedeniyle fonlama kısıtlama veya toplumsal baskılar, iç P deneysel belirlenmesi için ölçeklerBu yerinde ve kütle dengesi yaklaşımları daha az zaman ve veriye ihtiyaç yük göl yönetimi ve restorasyonu için büyük yarar olabilir. Dış yüklerin izlenmesi ile birlikte sediment çekirdekleri, laboratuar kuluçkalamalar, besin kaynağı denetimi 2,4,17 optimize etmek için yönetim kararları rehberlik amacı ile, iç ve dış P yüklerin göreli katkılarını belirlemek için kullanılır olmuştur. Göle doğrudan bitişik alt havzalarda geniş kıyı gelişimi ve geçirimsiz bir yüzeye yüksek oranda (>% 25) ile iki Michigan göller, iç P yük tavsiyeler isteyen, toplam P yükünün kadar% 80'ini tahmin edilmiştir sediment P sürüm 2,4 azaltmaya yönetim yönelmeniz. Buna karşılık, aynı bölgede daha az gelişmiş gölden sediment deneysel çalışmalar iç yükleme wa P yönetim stratejilerini odaklanmak için bir öneri isteyen, toplam P yükün sadece% 7 oluşan gösterdi17 tershed. Tortu çekirdek deneyler de en verimli şap konsantrasyonu ve sediment resüspansyondan 13 etkilerinin dozaj, sediment P salım oranlarını 2 azaltmak için alüminyum sülfat (şap) tedavi potansiyel etkinliğini belirlemek için bir Michigan gölde kullanılan ve etkinliği olmuştur yerinde şap tedavisi 1 yıl 18 ve 5 yıl 19 tedavisini takiben. İç P yükü deneysel tayini ötrofik göllerde anahtar yönetimi sorulara cevap veren etkili bir yaklaşımdır.

Protokol

1.. Saha Örnekleme

  1. 1-2 yıl boyunca (varsa) her buzsuz sezonunda bir kez örnekleme yapmak, mümkünse (kuzey ılıman iklimde yani 3 kez / yıl). Zaman ve / veya fonlar mevsimsel örnekleme yasaklar varsa, orta-geç yaz aylarında yılda bir kez örnekleme yapmak.
  2. Gölün içinde farklı coğrafi bölgeleri kapsayacak şekilde sediment toplama siteleri seçin. Mevcut tarihsel su kalitesi ve / veya sediment örnekleme sitelere, yakın seçme yerleri, tarihsel verilerin yararlanmak için genellikle arzu edilir. Aksi takdirde, gölde farklı posa çeşitlerini temsil eden siteleri seçmek için çalışmayın.
  3. Çekirdek koleksiyonunu çöktürmek için su kalitesi örnekleme öncesinde Davranış.
    1. En azından, su derinliği ve su sıcaklığı ve çözünmüş oksijen dikey profiller ölçer. Civarında dipli ölçümler tortu bozmadan, mümkün olduğu kadar bir yüzey tortu yakın olarak alınmalıdır.
    2. Başka bir wat toplayınÇalışmanın belirli hedefleri yerine getirmek için istenen er kaliteli veri ve örnekler. Seki derinliği;; fotosentetik aktif radyasyon (PAR) profillerini; çözünebilir reaktif fosfor (SRP), toplam fosfor (TP) ve azot türlerini bir klorofil örnekleri dikey pH, iletkenlik ve bulanıklık profillerini içerir.
  4. Her örnekleme yeri, 1 m Van Dorn veya Niskin şişe kullanılarak sediment yüzeyinden toplanan su ile 10 L damacana doldurun. Bu laboratuarda biyojeokimyası ilk set up ve inkübasyon sırasında, numune alındıktan sonra çekirdekleri dolumu için kullanılacaktır. Buz ile bir soğutucuda damacana yerleştirin.
  5. Bir piston corer 2,20 kullanarak site başına 6 sediment çekirdekleri toplayın.
    1. Karot cihazın yapımı ile ilgili özel talimatlar için Fisher ve ark. 20'ye bakın. Kısaca, karot cihaz, ölçülü 0.6 m uzunluğunda bir polikarbonat çekirdek tüpü (7 cm id), polivinil klorür (PV oluşmaktadırAlüminyum sürücü çubuklar, iki kauçuk tıpa ve bir halkalı cıvata, bir döner klip ile, plastik kaplamalı bir kablo piston ve alüminyum tahrik çubuklarının yapılan bir pistona bağlanması için C) bağlanma düzeneği. Aşağıdaki adımlara uygun olarak karot cihazı monte:
      1. PVC bağlantı tertibatının üst yoluyla piston kablo döner klip ucunu geçirin. Yukarı bakacak şekilde cıvata delikleri olan bir çekirdek boru Doğu ve ana borunun uzunluğu boyunca kabloyu uzanır. Piston stoper göz cıvata için piston kabloyu Clip.
      2. Bir tel kilit aksama pimi kullanılarak PVC eki aksamına çekirdek boru takın. Çekirdek toplama sırasında tortu yüzeyinin üzerinde bir su tabakası sağlamak için çekirdek tüpün alt piston 20 cm ilerletmek için piston kablo çekin.
      3. Bir tel kilit aksama pimi kullanılarak PVC eki düzeneğinin diğer ucuna bir alüminyum çubuk sürücü takın. Dikey olarak su içine alt karot cihaz, alüminyum sürücünün ek bölümler eklemekgerektiği gibi çubuk.
    2. Sediment-su arayüzünde dikey karot yerleştirin ve piston kablo kalan dururken, aşağı doğru itin. Corer sediment-su arayüzünde yerinde olduğunu bir kez bunu gerçekleştirmek için, daha sonra yardımcısı kulpları içine kablo üzerinde adım ve aşağı doğru itin, kablo yardımcısı kulpları takın, gergin piston kablosunu çekin.
    3. Yüzeye çekirdek getirin ve önce su yüzeyine kırılması için kauçuk bir tıpa ile sağlanır. Koli bandı ile alt stoper sabitleyin.
    4. Geçiş sırasında sabit tutmak için çekirdek tüpün üstüne pistonu cıvatalayın. Dikey rafa çekirdek tüp yerleştirin ve gerekirse buz kullanılarak ortam yakın alt göl sıcaklıkta korumak.

2. Laboratuvar Kuluçka

  1. Alanından döndükten sonra, tortu ve örten su sütunu istenen derinliği içeren çekirdeklere ayarlayın. Aşırı tortu dikkatle r tarafından çekirdek tüpün alt dışarı izin olabiliralt tıkaç emoving, gerekirse, ilgili bölgede toplanan damacanadan su ekleyin. Sık kullanılan sediment ve su sütunu derinlikleri su sütunu 2,4,13,17-19 örten bir 25 cm sediment 20 cm, ama istediğiniz gibi bu miktarlar değiştirilebilir.
  2. Alanında ölçülmüş ortam alt su sıcaklıkları uygun şekilde muhafaza sıcaklığı, karanlık bir çevresel büyüme odasına tortu çekirdek tüpleri yerleştirin.
  3. Tedaviler Redokspolimerizasyonun çekirdekleri Açığa. Oksik tedavi, kabarcık için hava ile 3 çekirdek / Alanı su kolonu. Balon oksijensiz tedavisi için N2 ile site başına kalan üç çekirdeklerin su sütunu (~ 350 ppm CO2, pH tampon). Sediment yüzeyine yıkıcı olmayan bir yavaş ve tutarlı bir kabarcık oranı sağlamak.
  4. Çekirdek inkübasyon 1. gününde, alanında her siteden toplanan yakın alt su içeren her 10 L damacana filtre. Bir peristaltik pompa ve filtre kartuşu kullanılarak0.2 um'lik bir filtreden ardından gövde, bir 1 um bir filtreden birinci filtre su. Mağaza çekirdek inkübasyon süresi için, 4 ° C 'de su filtre edilmiştir.
  5. İnkübasyon süresinin 2,3 süresi boyunca P salım hızı için örnek çekirdek. Bu redoks-duyarlı deney olduğundan, mümkün redoks tedavi koşullarını korumak için gerekli önlemleri almak.
    1. Bir şırınga ile, 0 günde (yani, çekirdekler, büyüme odası içine yerleştirilmiş olan bir zamanda), 1, 2, 4, 6, 8, 12, 20, 24, her bir tortu çekirdeğin numune alma noktası ile 40 ml su numunesi kaldırma ve çekirdek inkübasyon 28. (Not:. Çok kısa bir zaman dilimlerinde fazla değişiklik isteniyorsa, örnekleme rejimi vb saat, 1, 2, 4, 8, önceki örnek için değiştirilebilir Ancak, sistem genellikle hala, ilk 12 saat boyunca dengeye edilir, bu nedenle P salma dinamikleri inkubasyon başlangıcında oldukça değişken olabilir.)
    2. Çıkarılmasından sonra hemen, bir 20 ml dağıtmak0, TP analizi için bir sintilasyon şişesine ve buzdolabına içine alt örnek. Bir 0.45 um membran filtreden ve bir ışıldama şişesine boşaltıldı, diğer 20 ml alt-numûnesi alınır ve filtre SRP analizi için dondurma.
    3. Mukabil sitesinden filtrelenmiş su, eşit hacimde (adım 2.4) ile birlikte 40 ml alt-numûnesi alınır değiştirin.

3. P Yayın Puan Hesaplama

  1. Aşağıdaki denklemi 2 ile su sütunu TP veya SRP'de değişikliğe göre akı (salınım oranı) hesaplayın:

    P rr = (C t - C 0) × V / A

    P rr net P bırakma (pozitif değerler) veya tutma (negatif değerler) sediment birim yüzey alanı (mg P / m 2 / d) başına hızıdır, C t t zamanındaki su sütununda TP veya SRP konsantrasyonu , 0 ° C, 0 zamanında TP veya SRP konsantrasyonudur, V çekirdek t su sütununda suyun hacmidirUbe ve bir tortu çekirdeklerinin düzlemsel yüzey alanıdır. Maksimum salım hızını belirgin 4,13,18,19 vermek üzere zaman eğrisi konsantrasyonunun doğrusal kısmını kullanarak P salım hızını hesaplar. Potansiyel kısa vadeli önyargı önlemek için, C t ve C 0 18,19 için ardışık olmayan örnekleme tarihleri ​​seçin.

4. İç P Yükü Hesabı

  1. Yıllık P akı hesaplayın.
    1. Örnekleme oluştuğu sırasında her sezon için, bu sezon gün sayısına göre ayrı ayrı anoksik ve oksik akı çarpın. Yıllık anoksik ve oksik akı (mg / m 2 / yıl) elde mevsimsel değerlerin toplamı. Aynı gölde birden fazla site örneklenmiş olsaydı, bu hesaplama (Bölüm 4.2.2) Her site veya tüm siteler için ortalama akış değerleri ile de ayrı yapılabilir.
    2. Sedimanlar P bırakma nedeniyle, düşük su sıcaklıkları kışın genellikle çok düşüktür. Örnekleme kış aylarında yürütülen değilse,P akı bu sezon 14,15 0 olduğunu varsayalım.
    3. İç P serbest çoğunluğu yaz aylarında oluşur çünkü yıllık iç P akı kaba mevsimsel seri 2,15,17 yokluğunda tek başına yaz ölçümlerinden tahmin edilebilir. Bu yaklaşım için, Bölüm 4.1.1 'e göre P akı hesaplamak ve yaz dışında her mevsim için 0 akı varsayalım. Bu yıllık P sürüm muhafazakar bir tahmindir olacağını biliyoruz.
    4. Mevcut ise, çözünmüş oksijen veri yıllık P akış hesaplama 2,4 geliştirmek için kullanılabilir. Bu tür veriler bir göl belli bir yıl yüzdesi veya belirli mevsimlerde için hipoksi veya anoksi deneyimleri olduğunu ortaya çıkarabilir. Bu gibi durumlarda, uygun bir kısmına veya mevsime göre anoksik ve oksik akı kullanımı ve yıllık iç P akı hesaplamak için değerleri toplamı.
      1. Hipoksi veya anoksi sadece yaz aylarında ölçüldü Örneğin, yaz ve oksik akı için oksijensiz akı kullanılarak Bölüm 4.1.1 hesaplamakKalan mevsim. Yıllık iç P akı elde etmek için değerleri toplamı. Rutin çözünmüş oksijen izleme verileri göl hipoksi veya anoksi yıl% 35 deneyimleri olduğunu göstermektedir Benzer şekilde, eğer 0.65 Bölüm 4.1.1 0.35 ve yıllık oksik akı ile Bölüm 4.1.1 'den yıllık oksijensiz akı çarpma ve hesaplamak için değerleri toplamı yıllık iç P akı.
    5. Polymictic göller nedeniyle redoks durumda 14 onların sık karıştırma ve mekansal ve zamansal değişkenliği, iç P yükü hesaplanması için özel bir zorluk oluşturmaktadır. Nürnberg ve diğ. 16. Bir polymictic göl bir sezon ya da yıl boyunca karşılaşabilirsiniz anoksik gün sayısını hesaplamak için bir model geliştirdi. Aşağıdaki gibi göl yüzey alanına benzer bir alan aktif P serbest olduğu süreyi (gün / sezon) temsil aktif tortu bırakma alanı ve süresi (AA), hesaplanabilir:

      AA = -36.2 + 50.2 log (P sezon) + 0.762 z / A 0.5

      P, belirli bir sezonunda ortalama su kolonu TP konsantrasyonudur, z ortalama derinliği olan ve A, göl yüzey alanıdır. , Yıllık iç P akı hesaplamak her sezon için oksik akı tarafından oksijensiz akı ve oksik gün sayısına göre AA çarpın ve sonra tüm değerleri toplamak.
  2. Tüm göl alanı, iç P akı büyütmek.
    1. Yıllık iç P yükünü hesaplamak için tüm göl yüzey alanının adım 4.1 yıllık P akı çarpın. Yıllık P akı Bölüm 4.1.4 veya 4.1.5 'e göre hesaplanmıştır sürece, yıllık iç P yükünü hesaplamak için oksijensiz yıllık akı kullanın. Aksi takdirde, Bölüm 4.1.4 veya 4.1.5 hesaplanan akı kullanın.
    2. Aynı gölde birden fazla site örneklenmiş olsaydı, göl her site ile ilişkili coğrafi bölgeye ayrılabilir. Bölgenin yüzey alanı ile her site için yıllık anoksik P akı (veya Bölüm 4.1.4 veya 4.1.5 itibaren yıllık akı) çarpın, daha sonra ann elde etmek için değerleri toplamıTüm göl 4,17 için ual iç P yükü. Seçenek olarak ise, tüm sitelerin ortalama yıllık P akı Bölüm 4.2.1 'de kullanılabilir.
    3. Detaylı çözünmüş oksijen veri göl deneyimi hipoksik veya oksijensiz koşullarda (örneğin derin alanları), belirli alanlarda diğer alanlarda oksik yıl boyunca devam ederken gösterebilir. Varsa, akı × alan hesaplama geliştirmek için bu bilgileri kullanabilirsiniz (Steinman ve ark., Hazırlık içinde). Yıllık anoksik akı tarafından oksijensiz yüzey alanını çarpma ve yıllık oksik akı tarafından oksik yüzey alanı, çarpma, ve yıllık iç P yükünü hesaplamak için iki değerleri toplamı.

Sonuçlar

İç P bırakma dış P yüklerin 4 karşı iç göreceli katkısını belirlemek için, Mona Lake, Michigan toplanan sediment çekirdeklerinden ölçüldü. Dört siteler P akı mekansal değişimi için muhasebe, yıllık iç P yükünü tahmin etmek için üç sezon boyunca örneklenmiştir. Tortu çekirdekler anoksi ve oksijenli koşullar altında 20-28 gün süreyle inkübe edildi ve üstte su sütunu inkübasyon süresi boyunca düzenli aralıklarla SRP, TP konsantrasyonları için örneklendi. Oksijensiz tedavi SRP ve tortulardan TP salınımını tetiklediği, ancak biz yalnızca bilgi amaçlıdır TP akı sonuçları sunulmuştur. TP konsantrasyonları oksijensiz tedaviler yaz aylarında en yüksek olduğunu, ve TP açıklamasında mekansal değişkenliği tüm mevsimlerde (Şekil 1) belli oldu. Yani iç TP akı az 1.4 mg P / m tüm oksik çekirdek 2 / gün oldu, düşüş sırasında 4 sitelerin 3'te negatif akı değerleri gösterdiğini oksik sediments bu sezon 4 (Tablo 1), bir lavabonun yerine bir P kaynağı olarak hareket edilmiştir. TP bırakma oranları yaz aylarında 15.56 mg P / m 2 / gün gibi yüksek akı ile, anoksik çekirdeklerinde oldukça yüksek olduğunu ve ilkbaharda 4 (Tablo 1) 0.80 mg P / m 2 / gün gibi düşük. Bu akı değerleri tortu çekirdek toplama 4 zamanında ölçülen çözünmüş oksijen koşullarına göre iç mevsimsel P akışının hesaplanması için kullanılmıştır. Mevsimsel iç P yükü ilgili coğrafi bölgenin 4 yüzey alanının her yerinde akı ölçeklendirme hesaplanmış; değerleri mevsim kış aylarında 0 akı varsayarak, yıllık iç P yükünü tahmin etmek için toplandı. Yıllık iç P yükü yaz (Tablo 2) sırasında meydana gelen yükün çoğunluğu ile, 3.4 metrik ton olarak tahmin edilmiştir. Eşzamanlı harici P yük tahminleri ile bu sonuçlar karşılaştırıldığında, bu tahmin edildiğini Mona Lake katkılarındandır içinde çökelleritoplam yıllık P yükü 4 9-82% arasında te (Tablo 2).

Yapılan bir dizi deneylerde, alüminyum sülfat (alum) iç P yükleme 2 azaltmada tedavisi ve in situ alum tedavisinde 18,19 içinde bir 2) etkinliğinin 1) potansiyel etkinliğini belirlemek için, Spring Lake, Michigan yürütülmüştür. Şap bir göl-çapında uygulanmasını taklit Laboratuvar deneyleri tedavisi 2 (Şekil 2) ile iç P açıklamasında dramatik bir düşüş gösterdi. Yukarıdaki örneğe benzer şekilde, biz temsil sonuç olarak bu deneyler sadece TP serbest sunuyoruz. (Spring Lake sedimanlar doğal yaz koşullarının taklit) şap tedavi olmadan oksijensiz çekirdeklerinde, örten su sütununda TP konsantrasyonları (Şekil 2) daha fazla 1.2 mg / L ulaştı demek. Buna karşılık, şap dosed oksijensiz çekirdekler hemen hemen hiç P bırakma ve konsantrasyonları birinden farklı değildi vardıoksik tedaviler 2 (Şekil 2). Spring Lake şap göl geniş uygulama şu 1 yıl yürütülen bir tortu çekirdek kuluçka tedavisi, 18 (Şekil 3A) anoksik ve oksik tedaviler arasında benzer salım oranları, sediment P salınımını azaltmada son derece etkili olduğunu ortaya çıkardı. Deney şap tedavi sonrası 5 yıl tekrarlandığı zaman, TP serbest ön hazırlık çok daha düşük kaldı ama daha fazla idi şap etkinliği 19 (Şekil 3B) hafif bir düşüş düşündüren, tedavi sonrasında 1 yıl ölçülmüştür.

figure-results-1
Şekil 1. Toplam fosfor (TP) konsantrasyonları (mg / L) sırasında, Mona Lake, Michigan toplanan sediment çekirdekleri laboratuvar inkubasyon sırasında ölçülen. yay (A), yaz (B) ve sonbahar (C) 4 TP a 20 üzerinden 4 göl sitelerinden su örten biyojeokimyası ölçüldü - 28 günlük bir inkübasyon için. Efsane mektup devlet Redokspolimerizasyonun eder (A = oksijensiz tedavi; O = oksijenli tedavisi); sayı numarası (1-3) çoğaltmak anlamına gelir. Mevsimler arasında y-eksenleri üzerinde farklı ölçekler unutmayın. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Sezon Yer Anoksik akı,
mg P / m 2 / gün 		Oksik akı,
mg P / m 2 / gün
Bahar 1 2.77 ± 1.53 0.25 ± 0.01
2 2.82 ± 0.83 0.26 ± 0.23
3 0.80 & #177; 0.07 0.17 ± 0.07
4 1.15 ± 0.71 0.12 ± 0.04
Yaz 1 7.06 ± 2.57 0.46 ± 0.24
2 9.27 ± 5.99 1.36 ± 0.73
3 15.56 ± 1.00 0.90 ± 0.29
4 13.63 ± 1.82 0.59 ± 0.41
Düşmek 1 4.48 ± 1.56 -0.66 ± 0.22
2 2.87 ± 0.97 -1.14 ± 0.93
3 3.10 ± 4.08 0.51 ± 0.13
4 6.46 ± 4.66 -0.79 ± 0.23

Tablo 1. Ortalama (± SD) maksimum belirgin TP akı Mona Lake, Michigan toplanan tortu çekirdeklerinde (mg P / m 2 / gün) ve anoksik ve oksijenli koşulları altında 4 kuluçkaya bırakıldı. Flux, Şekil 1 'de gösterilen zamanla TP konsantrasyonlarda değişiklik, hesaplandı.

Sezon İç P
Yükü, t 		Dış P
Yükü, t 		İç Yük
Katkı,%
Bahar 0.055 0.557 9.0%
Yaz 2.272 0,862 72.5%
Düşmek 1.127 0.242 82.3%
Kış 0.000
Yıllık 3.454
content "> Tablo 2. Mona Lake, Michigan için yıllık ve mevsimlik iç P yükü tahminleri (metrik ton, t), (Tablo 1 de gösterilen) maksimum belirgin TP akı 4 dayalı olarak hesaplanır. Mevsimsel iç P yük tahminleri harici P karşılaştırıldığında yük toplam P yüküne, iç yükün katkısını belirlemek için tahmin.

figure-results-2
Şekil 2. Ortalama (± SD) TP konsantrasyonları (mg / L) Spring Lake, Michigan, toplanan tortu çekirdeklerinin laboratuar inkubasyon sırasında ölçülür ve deneysel oksijenli ve oksijensiz koşullar altında 2 alüminyum sülfat (alum) ile muamele edildi. TP su kolonu üstte ölçülmüştür 20 günlük kuluçka dönemi boyunca sediment çekirdekleri. Bu rakam Steinman ve ark modifiye edilmiştir. 2 tarafından yayımlanmaktadırİzin, ASA, CSSA, SSSA. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3,. Ortalama (± SD) TP konsantrasyonları (mg / L) 1 yıl 19 (B) şap bir göl genelinde uygulama sonrası 18 (A) ve 5 yıl sonra Spring Lake, Michigan toplanan sediment çekirdekleri laboratuvar inkubasyon sırasında ölçülen. Biyojeokimyası 25-günlük (B) inkübasyon oksik ve anoksik muamelelere tabi tutuldu ve örten su kolonu 22 günlük (A) üzerinden TP konsantrasyonu için numune alındı. . Bu rakam Steinman ve ark 18 modifiye edilmiştir; panel A ve Steinman ve ark 19;. Panel B . Oluru ile yayımlanmaktadır, ASA, CSSA, SSSA. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Tartışma

Göllere besin yükleme çevresel ve ekonomik bozukluklar 21-23 hem de neden olabilir, bu nedenle toplumun besin kaynaklarının niteliğini ve nasıl bunları yönetmek için anlaması çok önemlidir. Uygun katkıda kaynak (yani göl çökelleri veya havza girişler) ve böylece paydaşların kısmında göl restorasyon ve hayal kırıklığı içinde aksiliklere sonuçlanan yönetim eylem için hedef değilse besin yükünü azaltmak için pahalı girişimleri su kalitesini artırmak olmayabilir. Özellikle sığ ötrofik göllerde, iç fosfor yükü ölçümü su kalitesi koşullarını iyileştirmek için bir yönetim stratejisi belirlenmesinde kritik bir adımdır. Sedimanlar besinlerin önemli bir kaynak olarak göze bile P harici girişler sonuçta çökeller birikir ve yakıt gelecekteki iç yükleme 24,25 dış P yükü azalma, ötrofikasyon hafifletilmesi için herhangi bir göl yönetim stratejisine dahil edilmelidir/ Sup>.

Diğer yaklaşımlar iç P yükünü tahmin bulunmasına rağmen, P salım oranlarının deneysel belirlenmesi, yönetim ve araştırma çeşitli sorular cevap ayarlanabilir doğrudan bir yöntemdir. Spring Lake, Michigan toplanan tortu çekirdeklerinin Laboratory inkübasyonlar, bir şap tedavi 2 ve en etkin uygulama konsantrasyonu 13 potansiyel etkinliğini belirlemek için kullanıldı. Bu laboratuvar bazlı çalışmaların bulguları sonucunda, paydaşlar şap tedavi Spring Lake sedimanlar P salınımını kontrol edebilecek güven geliştirdi. Sonuç olarak, onlar bir şap tedavi finanse etmek için 10 yıllık bir değerlendirmesini onaylı; sonraki tortu çekirdek kuluçkalamalar tedaviden sonraki 1 yıl 18 ve 5 yıl 19 sediment P akı azaltmada etkili olduğunu ortaya çıkardı. Tortu çekirdek kuluçkalamalar da sediman resüspansyondan 13 etkilerini değerlendirmek için kullanılmıştır ve Biyokarıştırma P yayın (G. Nogaro ve A. Harris, yayınlanmamış veri).

Birkaç ek tortu analizleri P tortu bırakma sonuçları yorumlanmasında yararlı bilgileri sağlamak için çekirdek inkubasyon ile birlikte gerçekleştirilebilir. Tortu üst 5 veya 10 cm tortu TP, gözenek suyu SRP, ardışık P parçalama, ve metaller 4,18,19 analizi için çekirdekler ekstrüde edilebilir. Iç yükleme çalışmalarında faydalı olabilir ardışık P 26 fraksiyonasyon bölgesinin bir örneği, 1) alüminyum bir redoks duyarsız (Al-P temsil eder (Al-P) ya da demir (Fe-P),) ve bağlı P miktarının belirlenmesini içerir oksijensiz koşullarda çözünür hale gelir ve her ikisi de kararlı mineral dernekler 2) kalsiyum (Ca-P) veya magnezyum (Mg-P), bir redoks-duyarlı (Fe-P) mineral dernek. Bundan başka, tortu Fe: P oranlarının sediman potansiyel P-bağlama kapasitesi hakkında fikir sağlamak için hesaplanabilir. Kalır demir açısından zengin sedimanlarP oranları 15 üzerinde olan (ağırlık olarak) 27: okside Fe zaman çok az P serbest bırakmak için gösterilmiştir. Bu ek sediment analizler dahili yük inkübasyon 4,18,19 aşağıdaki çekirdek üzerinde yapılan, ya da iç yük çekirdek toplama sırasında alınan ancak salım oranı ölçümleri için kullanılmaz suret çekirdekler üzerinde olabilir.

Sediment P akı deneysel belirlenmesi faydalarına rağmen, yaklaşım sınırlamaları olmadan değildir. Varsayımların bir dizi sık sık sonuçlarına belirsizlik ekleyebilirsiniz yapılmalıdır:

  • Bir varsayım sediment çekirdeklerinden bırakma oranları çalışma gölde şartların temsili olmasıdır. Bu varsayımın etkisini en aza indirmek için, örnekleme stratejileri sediment P açıklamasında mümkün mekansal ve zamansal değişkenlik kadar temsil için tasarlanmış olmalıdır. Siteleri Örnekleme sediment characterist mekansal değişimi yakalamak için bir göl içinde mümkün olduğunca çok coğrafi kapsamalıdırics 2. Varsa, batimetrik haritalar gölde dip derinliklerinde aralığının temsilcisi siteleri seçmek için kullanılabilir. Mekansal değişimi yakalamak için diğer hususlar önemli kolu girdilerin yerini ve farklı göl havzalarının varlığı sayılabilir. Mümkün olduğunda, laboratuar inkübasyonlar salım oranlarındaki zamansal değişimini yakalamak için her buzsuz sezonunda ve birden çok yıllar boyunca yapılmalıdır.
  • İkinci bir varsayım inkübasyon koşulları doğal koşullar için temsili olmasıdır. Bir sabit anoksik durum doğal çalışma göl oluşabilir P serbest bırakılması için optimal bir durum oluşturur. Bu nedenle, maksimum potansiyel oranları gibi oksijensiz tedaviler ölçülen serbest bırakma oranlarına düşünmek iyi olabilir, böylece, anoksik tedaviler sediment P salınımını abartma olabilir.
  • Yıllık iç P yükünü hesaplamak için, zamanlaması, süresi ve hipolimnetik anoksi mekansal boyutları hakkında varsayımlar yapılmalıdır.Örneğin, nispeten tutarlı su derinliği ve hipolimnetik anoksiden teyit şiddetle tabakalı göllerinde, bazı çalışmalar tüm göl alanı yıllık iç P yük tahmini 2,4 amacıyla tabakalı dönemlerde oksijensiz olduğu varsayılmıştır. Bununla birlikte, bu durum sığ kıyı alanlarında 4 oksik tortulara yükü olduğundan fazla neden olabilir. Böylece, DIEL, mevsimsel ve redoks durumda mekansal değişkenlik yakalar kapsamlı bir çözünmüş oksijen izleme stratejisinin son derece doğru bir yıllık iç yük tahmini için tavsiye edilir.
  • Nihayet, laboratuar kuluçkalamalar nedeniyle tamamen doğal koşulları simüle etmek yetersizlik deneysel eserler tanıtmak olabilir. Sedimanlar çekirdek tüpleri içine çünkü Örneğin, geçirgen sedimanlarda su değişim engellemediği ancak, bu konuyu 28 hafifletmeye akış çekirdek tüpleri tasarlamak mümkündür. Diğer eserler büyük taklit yetersizlik vardırDoğal sistemlerde tortu bütünlüğünü bozabilecek olaylar veya rüzgar-dalga eylem, karıştırma.

(Birden çok veri yıl daha sağlam bilgi sağlamak rağmen) sediman çekirdek kuluçka yaklaşım kadar az biri olarak yıl içinde makul dahili P yük tahminleri üretmek için kullanılabileceği göz önüne alındığında, bu göl yönetim kararları bilgilendirmek için değerli bir araçtır. Göl yönetimi veya restorasyon planlarını geliştirmek için kullanıldığında, finansal kaynakların akılcı kullanımını sağlamak yardımcı olabilir. Iç P yük yönetim zaten oluştu göllerde, sediman çekirdek kuluçkalamalar tedavinin etkinliğini doğrulamak ve garanti eğer, yönetim yörüngesini değiştirmek için kullanılır.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

Yazarlar minnetle James Smit ve Kurt Thompson tarafından sağlanan alan ve laboratuar yardım kabul. Bu protokol geliştirilmiş olan özgün çalışmalar için fon Spring Lake-Lake Kurulu 2,13,18,19 tarafından sağlandı; Grand Valley State ve Jim Duncan Dave Farhat ve Rektörlük, Çevre Kalitesi 4 Michigan Bölümü Üniversitesi 17.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Çok parametreli sondeYSIYSI 6600İlgilenilen temel parametreler sıcaklık ve çözünmüş oksijendir, ancak çalışmanın amaçlarına bağlı olarak başka ölçümler de istenebilir. Çok parametreli sondaların diğer büyük üreticisi Hach'tır (Hydrolab). 
Niskin şişesiGeneral Oceanics101005Bir Van Dorn şişesi de kullanılabilir.
Damacana, 10 L NalgeneDS2213-0020Fisher Scientific ve VWR dahil olmak üzere birçok laboratuvar tedarik şirketinden temin edilebilir.
Piston çekirdeğiN/AN/AFisher et al.20Vice'da verilen inşaat malzemelerine ilişkin ayrıntılar
Mengene kulplarıN/AN/A
Koli bandıN/AN/A
Çekirdek boruları tutmak için dikey rafN/AN/A Özelolarak yerinde üretilmiştir.
Çevresel büyüme odasıPowers Scientific, Inc.DS70SD
Regülatörlü basınçlı havaN/AN/ALaboratuvar hava kaynağını kullanın veya yerel gaz tedarik şirketinden satın alın.
Regülatörlü Tamponlu N2 gazıN/AN/AYerel gaz tedarik şirketinden satın alma. 
Parker Parflex E Serisi (cihaz sınıfı) polietilen boru; 1/4 inç dış çap, 0,04 inç duvar, 0,170 inç iç çapParkerE-43-B-0100Boru (gazdan hazneye)
PEEK Kılcal boru; 1/16 in o.d., 1/32 in idFisher Scientific3050412Boru (manifolddan çekirdeklere)
Birlik tişörtüParker164C-4
Birlik tişört somunuParker61C-4
Naylon boru; 1/4 OD, 3/16 iç çapUS Plastics58042
Yüksük, ön ve arka; 1/4 inçSwagelockB-400-Set
Pirinç somun; 1/4 inçSwagelockB-402-1
Pirinç orta akışlı ölçüm vanası; 1/4 inçSwagelockB-4MG
Tek parça kısa parmak sıkı bağlantı parçaları; Alltech 32070'de 1/16Örnekleme portunun yarısı
Kadın 10-32 ila dişi luer; Alltech20132'deNumune alma portunun yarısı
Yüksük, ön ve arka; 1/16 inçSwagelockB-100-Set
Pirinç somun bağlantı parçaları; 1/16 inçSwagelockB-102-1
Boru bağlantı redüktörü; 1/16 inç x 1/4 inçSwagelockB-100-R-4
PTFE boru; 1/16 in OD, 0.040 inç IDGrace Davison Keşif Bilimleri2106982
Düşük basınçlı PTFE boru; 1/8 in od, 0.1 in idFisher ScientificAT3134Numune alma portundan çekirdeğe
boru AirTite tamamen plastik Norm-Ject şırıngalar, 50 ml (60 ml) Luer kayma (eksantrik), SterilFisher Scientific14-817-35
Wheaton HDPE sıvı sintilasyon şişeleri, 20 ml, Poly-Seal koni astarFisher Scientific03-341-72D
Naylon Şırınga Filtresi; 30 mm çap, 0.45 μ mFisher Scientific03-391-1A
Masterflex peristaltik pompa, model 755490Cole ParmerA-77910-20
Pall Filterite filtre muhafazası, model T911257000Pall CorporationSCO 10UP
Graver QMC 1-10NPCS filtresi; 10 inç, 1.0 ve mu; mFlowtech CorpN/A
Graver Watertec 0.2-10NPCS filtresi; 10 inç, 0.2 ve mu; mFlowtech CorpYok
1/4

Kaynaklar

  1. Schindler, D. W. The dilemma of controlling cultural eutrophication of lakes. Proc. Royal Soc. B. 279, 4322-4333 (2012).
  2. Steinman, A. D., Rediske, R., Reddy, K. R. The reduction of internal phosphorus loading using alum in Spring Lake. Michigan. J. Env. Qual. 33, 2040-2048 (2004).
  3. Moore, P. A., Reddy, K. R., Fisher, M. M. Phosphorus flux between sediment and overlying water in Lake Okeechobee, Florida: spatial and temporal variations. J. Env. Qual. 27, 1428-1439 (1998).
  4. Steinman, A. D., Chu, X., Ogdahl, M. Spatial and temporal variability of internal and external phosphorus loads in an urbanizing watershed. Aquatic Ecol. 43, 1-18 (2009).
  5. Søndergaard, M., Bjerring, R., Jeppesen, E. Persistent internal phosphorus loading during summer in shallow eutrophic lakes. Hydrobiologia. 710, 95-110 (2013).
  6. Björk, S. Lake restoration techniques. In: Lake pollution and recovery. International Congress of European Water Pollution Control Association. , Rome, Italy. 293-301 (1985).
  7. Graneli, W. Internal phosphorus loading in Lake Ringsjon. Hydrobiologia. 404, 19-26 (1999).
  8. Steinman, A. D., et al. Phosphorus in Lake Okeechobee: sources, sinks, and strategies. In: Phosphorus Biogeochemistry of Subtropical Ecosystems: Florida as a case example. Reddy, K. R., O’Connor, G. A., Schelske, C. L. , CRC/Lewis Publ. New York. 527-544 (1999).
  9. Mortimer, C. H. The exchange of dissolved substances between mud and water in lakes. J. Ecol. 29, 280-329 (1941).
  10. Marsden, M. W. Lake restoration by reducing external phosphorus loading: the influence of sediment phosphorus release. Freshwater Biol. 21, 139-162 (1989).
  11. Søndergaard, M., Jensen, J. P., Jeppesen, E. Role of sediment and internal loading of phosphorus in shallow lakes. Hydrobiologia. 506-509, 135-145 (2003).
  12. Selig, U. Particle size-related phosphate binding and P-release at the sediment-water interface in a shallow German lake. Hydrobiologia. 492, 107-118 (2003).
  13. Steinman, A. D., Nemeth, L., Nemeth, E., Rediske, R. Factors influencing internal P loading in a western Michigan, drowned river-mouth lake. J. N. Am. Benthol. Soc. 25, 304-312 (2006).
  14. Nürnberg, G. K. Assessing internal phosphorus load—problems to be solved. Lake Reservoir Manag. 25, 419-432 (2009).
  15. Nürnberg, G. K., LaZerte, B. D., Loh, P. S., Molot, L. A. Quantification of internal phosphorus load in a large, partially polymictic and mesotrophic Lake Simcoe, Ontario. J. Great Lakes Res. 39, 271-279 (2013).
  16. Nürnberg, G. K., Tarvainen, M., Ventellä, A. -M., Sarvala, J. Internal phosphorus load estimation during biomanipulation in a large polymictic and mesotrophic lake. Inland Waters. 2, 147-132 (2012).
  17. Steinman, A. D., Ogdahl, M., Luttenton, M. An analysis of internal phosphorus loading in White Lake Michigan. In: Lake Pollution Research Progress. Miranda, F. R., Bernard, L. M. , Nova Science Publishers. New York. 311-325 (2008).
  18. Steinman, A. D., Ogdahl, M. Ecological effects after an alum treatment in Spring Lake Michigan. J. Env. Qual. 37, 22-29 (2008).
  19. Steinman, A. D., Ogdahl, M. E. Macroinvertebrate response and internal phosphorus loading in a Michigan Lake after alum treatment. J. Env. Qual. 41, 1540-1548 (2012).
  20. Fisher, M. M., Brenner, M., Reddy, K. R. A simple, inexpensive piston corer for collecting undisturbed sediment/water interface profiles. J. Paleolimnol. 7, 157-161 (1992).
  21. Carpenter, S. R., Bolgrien, D., Lathrop, R. C., Stow, C. A., Reed, T., Wilson, M. A. Ecological and economic analysis of lake eutrophication by nonpoint pollution. Aus. J. Ecol. 23, 68-79 (1998).
  22. Smith, V. H. Cultural eutrophication of inland, estuarine, and coastal waters. In: Successes, limitations, and frontiers in ecosystem science. Pace, M. L., Groffman, P. M. , Springer. New York. 7-49 (1998).
  23. Pretty, J. N., Mason, C. F., Nedwell, D. B., Hine, R. E., Leaf, S., Dils, R. Environmental costs of freshwater eutrophication in England and Wales. Env. Sci. Technol. 37, 201-208 (2003).
  24. Carpenter, S. R. Eutrophication of aquatic ecosystems: Bistability and soil phosphorus. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 10002-10005 (2005).
  25. Hansson, L. -A., et al. Biomanipulation as an application of food chain theory: constraints, synthesis and recommendations for temperate lakes. Ecosystems. 1, 558-574 (1998).
  26. Moore, P. A., Reddy, K. R. Role of Eh and pH on phosphorus geochemistry in sediments of Lake Okeechobee, Florida. J. Env. Qual. 23, 955-964 (1994).
  27. Jensen, H. S., Kristensen, P., Jeppesen, E., Skytthe, A. Iron:phosphorus ratio in surface sediment as an indicator of phosphate release from aerobic sediments in shallow lakes. Hydrobiologia. 235-236, 731-743 (1992).
  28. Roychoudhury, A. N., Viollier, E., Van Cappellen, P. A plug flow-through reactor for studying biogeochemical reactions in undisturbed aquatic sediments. App. Geochem. 13, 269-280 (1998).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Sediment KarotlarıLaboratuvar İnkübasyonlarıRedoks UygulamalarıFosfor Salınım HızlarıAlum UygulamasıSediment Karotu İnkübasyonlarıSu Sütunu ÖrneklemesiFosfor Konsantrasyon Analizi
Göl tortulları Laboratuvar belirlenen Fosfor Flux İç Fosfor Yükleniyor bir tedbir olarak
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.