在排水过程中捕获农用运河中的流动加权水和悬浮颗粒
Summary
以微粒形式存在的养分对农业排水系统的整体负荷有显著的贡献。本研究介绍了一种新的方法, 以捕捉流量加权水和悬浮颗粒从农田渠排水在整个期间的排水事件。
Abstract
本研究的目的是描述在排水事件过程中用来捕获农田沟渠中的流动加权水和悬浮颗粒物的方法。农田运河可以由易受运输的磷 (P) 等营养素丰富。悬浮颗粒物中的磷能显著促进排水中的 P 总负荷。在离散排水事件中, 进行了沉淀池试验, 捕捉悬浮颗粒物。在排水事件的整个过程中, 在两个 200 L 沉淀池中收集了大量的农田渠排放水, 以此来代表被排放的水的复合子。沉淀沉淀锥最终用于解决悬浮粒子。这是通过从沉淀池虹吸水通过锥。然后收集颗粒物进行物理化学分析。
Introduction
悬浮微粒的命运和运输是许多研究的主题由于它的作用在富营养化, 特别是在农业系统1,2。对水生系统内微粒物质所含营养素的综合评价是调查许多环境问题的必要条件, 例如, 养分的内部循环和释放到上覆水柱3,基板稳定性、水柱内的光可用性, 以及最终对下游生态系统的水质关注4。以颗粒形式 (有机物或沉积物) 储存的磷 (P) 的数量通常大于水柱5。肯尼et al进行的一项研究。6表明, 在佛罗里达州 Lochloosa 湖沉积的最近沉积物介于1900年和2006的年龄范围之间。这些较年轻的沉积物所含的 P 比水柱中的更近55倍。一种方法来描述微粒可能对某一特定系统产生的潜在影响, 是对在排水过程中排放的沉积物中的磷进行定量清查。收集和分析这些排放的微粒可以帮助估计下游养分富集对敏感生态系统的影响。
风暴事件典型地代表一小部分时间, 但可能贡献多数 P 负荷放电在农田排水。这是因为为了防止农田泛滥, 大量的水会在短时间内排出。降雨强度和流速是控制陆地径流中悬浮沉积物浓度的重要驱动因子7。设计监测方法, 捕捉流加权复合水样本将有助于避免与复杂的, 高强度的降雨事件相关的错误。在像暴风雨这样的高放电事件中, 浓度的快速和剧烈变化可能不代表增量体积的平均污染物浓度。因此, 流加权水样更准确地表示放电事件的浓度, 因为它是一段时间内的负载总和8。最常见的流加权样本是自动收集的离散或复合样本。通过在排放过程中捕获出口的悬浮微粒, 我们可以量化 P 负荷事件的严重性。本研究中所描述的方法有助于捕获以后可以被定性为各种物理和化学性质的微粒。采用连续复合流法与抓斗取样相结合的取样排水流量的新颖性是在整个排水事件期间, 它是更好地表示场条件。然而, 抓取采样是一个 “快照” 的时间, 可能并不完全代表整个事件的效果。
在佛罗里达州南部的大沼泽地农业区 (监管局) 是一个大片的原始沼泽地, 是化和排水的农业, 商业, 和住宅发展。几乎 11亿 m3的水每年从和通过监管局排放到南部和东南9。在监管局的土壤千克, 通常含有超过85% 的有机物重量和少于35% 矿物含量10。运河沉积物通常有低的大块密度 (在 0.14 g cm-3之间到 0.35 g cm-3), 高有机物质内容 (在 31-35%) 和总 P (TP) 价值范围之间 726-1,089 毫克公斤-1 11。
为本示范目的, 在监管局内选择了一个农场。监管局内部水流的 hydroscape, 取决于水泵和重力。监管局辖下的每个农场均包括至少一条主渠道, 以及多个外地沟渠。田间沟渠与主运河垂直。泵通常为双重用途;他们将灌溉用水送到农场, 并在异地排放排水。当田地需要排水时, 主渠中的水就会降低, 从田间流出的水会流入沟渠, 由水力坡度驱动。由于表面上只有轻微的坡度, 在农田上发生的大部分降雨都流经农田沟渠的土壤剖面。 在灌溉期间, 系统被逆转。监管局并无任何排水系统。由于石灰岩基岩的封闭层为土壤的一部分, 地下水位保持在一个特定的高度上。 水通过主要运河被带来;农田沟渠被填满, 水可以渗入土壤剖面, 提高田间水位。通常情况下, 监管局在3月、四月和五月 (旱季) 都会对灌溉用水提出要求, 排放量极少。相比之下, 六月至10月的水排放量 (雨季) 则显著升高。运河银行堤和沟渠的存在允许最小的地表径流作为一个潜在的 P 负荷的来源到农田运河12。
在这个视觉实验中, 我们提出了一种新的方法来捕获流量加权悬浮颗粒在排水事件, 可以以后用于物理化学表征, 如体积密度, 有机物含量, 和 P 分馏13 ,14。
Protocol
Representative Results
Discussion
排水微粒收集的 autosamplers 被放置在数据采集的水泵站附近。电源由太阳能电池板充电的 12 V 电池提供。autosamplers 是由 on-site 数据采集控制的, 它在出口泵运行时打开了 autosamplers, 当水泵停止时将其关闭。取样器进水口的开口位于运河底部0.5 米以上, 从泵站上流。进气线通过安装一个金属钢筋进入运河底部和拉链捆绑进线到钢筋的地方举行。2 l 的样品收集到 200 l 沉淀罐每3分钟收集样品每天。在?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们希望感谢巴勃罗至关重要的和强尼莫斯利的帮助, 实地取样, 薇和 Ognevich 的实验室分析帮助纳达尔和伊琳娜。
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 |
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