לכידת משוקלל זרימת מים, חלקיקים מן התעלות חקלאית במהלך אירועים ניקוז
Summary
חומרים מזינים מתנה בצורת חלקיקים יכול לתרום באופן משמעותי עומסי הכוללת במים חקלאית ניקוז. מחקר זה מתאר שיטה כדי ללכוד חלקיקים מן החווה תעלת ניקוז ומים משוקלל זרימה מעל לכל אורך האירוע ניקוז.
Abstract
מטרתו של מחקר זה היא לתאר את שיטות השתמשו כדי ללכוד משוקלל זרימת מים, חלקיקים של תעלות החווה במהלך ניקוז הפרשות אירועים. תעלות החווה יכול להיות מועשר על ידי חומרים מזינים כגון זרחן (P) כי הם רגישים תחבורה. זרחן בצורה של חלקיקים לתרום באופן משמעותי עומסי P הכולל ניקוז המים. ניסוי טנק שיקוע נערך כדי ללכוד חלקיקים במהלך אירועים בדידים ניקוז. החווה תעלת מים פריקה נאסף בסדרה של שני מיכלי שיקוע 200 L מעל לכל אורך האירוע ניקוז, כדי לייצג את subsample ללא הפרדות צבע של המים משחררים. קונוסים שיקוע Imhoff משמשים בסופו של דבר ליישב את החלקיקים. זו מושגת על ידי לשאוב מים מן מיכלי שיקוע באמצעות הקונוסים. . החלקיקים נאספים ואז עבור ניתוחים הכימי פיזיקלי.
Introduction
גורל ותעבורה של חלקיקים כבר הנושא של מחקרים רבים בשל תפקידה אאוטריפיקציה, בפרט ומערכות חקלאיות1,2. הערכה מקיפה של חומרים מזינים הכלול חלקיקים בתוך מערכת המים יש צורך לחקור נושאים סביבתיים רבים כגון, רכיבה פנימית של חומרים מזינים ולשחרר שמעליה מים עמודה3, המצע יציבות, זמינות אור בתוך עמודת המים, ובסופו מים באיכות דאגות אקולוגיות במורד הזרם4. הכמות של זרחן (P) מאוחסנים בצורת חלקיקים (חומר אורגני או משקעים) הוא בדרך כלל גדול יותר מים בטור5. מחקר שנערך על ידי קני ואח. 6 הראו כי משקעים האחרונים נרשמו בפלורידה, אגם Lochloosa היו בין את טווח הגילאים של 1900 ו- 2006. משקעים אלה צעיר הכיל P כמעט פי 55 יותר מזה אשר היה נוכח עמודת המים. גישה אחת לאפיין את ההשפעה הפוטנציאלית שיש חלקיקים על מערכת מסוימת היא לערוך ספירת מלאי כמותית של הזרחן המאוחסן משקעים שוחרר במהלך אירועים ניקוז. איסוף וניתוח של חלקיקים משוחררים אלה יכולים לסייע להעריך במורד הזרם העשרת מזון משפיע על מערכות אקולוגיות רגיש.
סערה אירועים בדרך כלל מייצגים חלק קטן של הזמן, עדיין יכול לתרום הרוב המכריע של P פריקה טעינה ב חווה ניקוז. זה כי על מנת למנוע הצפה שדות, מנוקז כמויות גדולות של מים על פני פרקי זמן קצרים. עוצמת הגשמים וקצבי זרימה חיוניים נהיגה הגורמים יכול לשלוט ריכוז מהמשקעים ב אוברלנד נגר7. תכנון פיקוח על שיטות הלוכד דגימות משוקלל זרימת מים ללא הפרדות צבע יעזור למנוע השגיאות המשויכות אירועי גשם בעוצמה גבוהה, מורכבת. במהלך אירועי הפרשה גבוהה כמו סערות, השינויים מהיר, דרסטית בריכוזים לא יכול להיות נציג של ריכוז מזהמים הממוצע עבור אמצעי האחסון מצטבר. לכן, דגימות מים משוקלל הזרימה מייצג בדיוק רב יותר את הריכוז של אירוע הפרשות כפי שהוא סיכום של עומסים על פני תקופה של זמן8. הדגימות משוקלל זרימה הנפוצים ביותר הם הדוגמאות שנאספו באופן אוטומטי דיסקרטית או ללא הפרדות צבע. על-ידי לכידתו של חלקיקים המיוצא מהחווה ניקוז במהלך פריקה מאפשר לנו לכמת את חומרת האירוע ב- P טעינה. השיטה המתוארת בעלון לכידה זו עוזרת מחקר. החלקיקים זה ניתן לאפיין מאוחר יותר עבור תכונות פיסיקליות וכימיות שונות. החידוש של דגימה ניקוז הפרשות באמצעות שיטה זרימה רציפה ללא הפרדות צבע נגד גזל הדגימה היא שזה ייצוג טוב יותר של תנאי המגרש מעל לכל אורך האירוע ניקוז. ואילו, קח דגימה “תמונה” בזמן, אולי לא לגמרי מייצגים את ההשפעה של האירוע כולו.
אוורגליידס חקלאי האזור (אאה) בדרום פלורידה, ארה ב היא מרחב גדול של האברגליידס המקורי זה היה מחולק לערוצים, גמע לחקלאות, פיתוח מסחריים, ובתי מגורים. כמעט מיליון 1,100 מ’3 של מים משוחרר מדי שנה מכל, דרך את אאה לדרום ודרום-מזרח9. קרקעות באזורים אאה הם Histosols בדרך כלל מכילים מעל 85% אורגני מחומר לפי משקל, יש פחות מ- 35% מינרלי תוכן10. תעלת משקעים בדרך כלל יש צפיפות בצובר נמוך (בין 0.14 g ס מ-3 ל 0.35 g ס מ-3), חומר אורגני גבוהה תוכן (בין 31-35%) ואת הערכים הכולל P (TP) הנעים בין-1,089 מ”ג 726 ק ג-1 11.
לצורך ההדגמה, חווה בתוך אאה נבחר. Hydroscape של מה מים זורמים בתוך אאה תלוי משאבות כוח המשיכה. כל אחד חווה אאה כוללת על התעלה המרכזית אחד לפחות, ואת מספר תעלות שדה. השדה תעלות בניצב לרוץ אל התעלה הראשית. המשאבות בדרך כלל לשרת מטרה כפולה; לספק מים להשקיה לחווה, והם גם הפרשות ניקוז מים מרחוק. כאשר השדות צריך להיות מנוקז, מים בתוך התעלה המרכזית היא יורדת, ניקוז המים מן השדה לתוך התעלות, מונע על ידי מעבר הדרגתי הידראולי. עקב רק מדרון קלה ברוב השטח כמות המשקעים המתרחשת על שדות זורם דרך הפרופיל אדמה במעבר לשדה תעלות. במהלך השקיה, המערכת זה מתהפך. יש אין רשת של ניקוז אריח אאה. מי התהום נשמר בגובה מסוים בשל שכבת סלע גיר הזוטר חונק את קרקעות. מים מובא דרך תעלות הראשי; שדה חפירים מלאים, ומותר המים מחלחלים לתוך הפרופיל אדמה כדי להעלות את רמות המים טבלה בשדות. בדרך כלל, דרישות השקיה במים אאה להתרחש במהלך חודש מרץ, April ו- May (העונה היבשה), עם מעט מאוד ניקוז הפרשות. לעומת זאת, נפח המים משחררים בין יוני לאוקטובר (העונה הרטובה) הוא גבוה יותר באופן משמעותי. הנוכחות של תעלת בנק berms, תעלות מאפשר נגר מינימלית כמו מקור פוטנציאלי של P טעינה אל החווה תעלות12.
בניסוי זה חזותי, אנו מציגים שיטה של לכידת משוקלל זרימת חלקיקים במהלך אירועים ניקוז יכול לשמש לאחר מכן הכימי פיזיקלי אפיון כגון צפיפות בצובר, חומר אורגני תוכן ו- P fractionation13 ,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Autosamplers ניקוז מים אוסף חלקיקי הוצבו ליד היציאה משאבה אוגרי נתוני התחנה. כוח סופקו על ידי סוללות V 12 הנגבים על ידי פאנלים סולאריים. Autosamplers היו בשליטת אוגרי נתוני באתר, וזה הפך את autosamplers על מתי המשאבות יציאה רץ, ולא לבטל אותם כאשר שאיבה הפסיקה. פתחים של הקווים צריכת סמפלר היו מוצבים 0.5 m מעל התעל?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנחנו רוצים להודות פבלו חיוניים, ג’וני מוסלי לעזרה עם שדה דגימה, ואת ויויאנה נדאל אירינה Ognevich לעזרה עם המעבדה ניתוחים.
Materials
| Datalogger | Campbell Scientific | model CR1000 | |
| Auto-sampler | ISCO | model 3700 | |
| Pressure transducer | KPSI | model 700 | |
| Tipping bucket rain guage | Texas Electronics | model TR-525 | |
| Potassium Chloride | Fisher | 7447-40-7 | |
| Sodium Hydroxide | Fisher | 1310-73-2 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher | 7647-01-0 | |
| Sulfuric Acid | Fisher | 7664-93-9 | |
| Potassium Persulfate | Fisher | 7727-21-1 | |
| Ammonium Molybdate Tetrahydrate | Fisher | 12054-85-2 | |
| L-Ascorbic Acid | Fisher | 50-81-7 | |
| 100 mg/L Anhydrous Phosphate Standard | ERA | 061 | |
| Antimony Potassium Tartrate Trihydrate | Fisher | 28300-74-5 | |
| Durapore Membrane Filters | Millipore | HVLP04700 | |
| Whatman #41 Filter Paper | Whatman | 1441-150 | |
| Fixed Speed Reciprocal Shaker E6010 | Eberbach Corporation | E6010.00 | |
| Disposable Culture Tubes | Fisher | 14-961-29 | |
| Allegra 25R Centrifuge | Becker Coulter | U.S. 605168-AC | |
| Parafilm | Bemis Company Inc PM 999 | 13-374-12 | |
| Oak Ridge Centrifuge Tubes | Nalgene | 3119-0050 | |
| Fisherbrand 20mL HDPE Scintillation Vials with Urea Cap | Fisher | 03-337-23C | |
| Fisherbrand Natural Polypropylene Jars with White Polypropylene Unlined Cap | Fisher | 02-912-024A | |
| 0.45 membrane filters | Cole-Parmer | Item # UX-15945-25 | |
| 100 ml digestion tubes | Fisher | TC1000-0735 | |
| Glass funnels | Fisher | 03-865 | |
| Spectronic 20 Genesys | Thermo-Fisher | 4001-000 | |
| QuikChem | Latchat | 8500 |
References
- Sims, J. T., et al. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).
- Van Esbroeck, C. J., et al. Surface and subsurface phosphorus export from agricultural fields during peak flow events over the non-growing season in regions with cool, temperate climates. J. Soil Water Conserv. 72, 65-76 (2017).
- Bhadha, J. H., et al. Phosphorus mass balance and internal load in an impacted subtropical isolated wetland. Water Air Soil Pollut. 218, 619-632 (2011).
- Eyre, B. D., McConchie, D. The implications of sedimentological studies for environmental pollution assessment and management: Examples from fluvial system in north Queensland and western Australia. Sediment. Geol. 85, 235-252 (1993).
- Bhadha, J. H., et al. Soil phosphorus release and storage capacity from an impacted subtropical wetland. Soil Sci. Soc. Amer. J. , 74 (2010).
- Kenney, W. F., et al. Whole-basin, mass-balance approach for identifying critical phosphorus-loading thresholds in shallow lakes. Journal of Paleolim. 51, 515-528 (2014).
- Freebairn, D. N., Wockner, G. H. A study of soil erosion on vertisols of the Eastern Darling Downs, Queensland. Effects of surface conditions on soil movement within contour bay catchments. Aust. J.Soil Res. 24, 135-158 (1986).
- Erickson, A. J., et al. . Optimizing stormwater treatment practices: a handbook of assessment and maintenance. , (2013).
- Abtew, W., Obeysekera, J. Drainage Generation and Water Use in the Everglades Agricultural Area Basin. J. Amer. Water Res. Asso. 32, 1147-1158 (1996).
- Daroub, S. H., et al. Best management practices and long-term water quality trends in the Everglades Agricultural Area. Cri. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 608-632 (2011).
- Bhadha, J. H., et al. Influence of suspended particulates on phosphorus loading exported from farm drainage during a storm event in the Everglades Agricultural Area. J. Soil Sed. 17, 240-252 (2017).
- Diaz, O. A., et al. Sediment inventory and phosphorus fractions for water conservation area canals in the Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 70, 863-871 (2006).
- Reddy, K. R., et al. Forms of soil phosphorus in selected hydrologic units of Florida Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 62, 1134-1147 (1998).
- Hedley, M. J., Stewart, J. W. Method to measure microbial phosphate in soils. Soil Biol. Biochem. 14, 377-385 (1982).
- O’Dell, J. W. . Method 365.1, Revision 2.0: Determination of Phosphorus by Semi-Automated Colorimetry. , (1993).
- Bhadha, J. H., et al. Effect of aquatic vegetation on phosphorus loads in the Everglades Agricultural Area. J. Aqu. Pla. Man. 53, 44-53 (2015).
