연속 Instream 영양분과 농업 Watersheds에 앙금의 모니터링
Summary
기술 및 최종 사용자 기대에 상승의 발전 필요 및 오염 부하 추정에 대 한 더 높은 시간 해상도 데이터의 사용 증가 했다. 이 프로토콜 연속 제자리에 수 질 모니터링 데이터를 얻기 위해 더 높은 시간 해상도 정보 물에 대 한 리소스 관리 결정 하는 방법을 설명 합니다.
Abstract
오염 물질 농도 및 watersheds 로드 시간과 공간으로 상당히 다릅니다. 수 자원 오염 물질의 크기에 대 한 정확 하 고 시기 적절 한 정보 및 결정 정보 물 자원 관리에 대 한 오염 부하의 드라이버를 이해 하기 위한 전제 조건입니다. 일반적으로 사용 되는 “샘플링 잡아” 방법 (즉, 스냅숏 농도) 샘플링 시간에 오염 물질의 농도 제공 하 고 아래 수 있습니다-또는 오염 물질 농도 및 로드 overpredict. 양분과 앙금의 지속적인 모니터링 최근 받았습니다 진보로 인해 더 많은 관심 컴퓨팅, 기술 및 저장 장치를 감지. 이 프로토콜에 센서, sondes, 계측 지속적으로 제자리에 질산염, 암모늄, 탁도, pH, 전도도, 온도 및 용 존된 산소 (DO)를 모니터링 하 고 두 개의 스트림 (도 랑)에서 부하 계산의 사용을 보여 줍니다. 2 농업 watersheds입니다. 적절 한 교정, 유지 보수, 및 센서 및 sondes 파울와 파편 형성 등 어려운 상황을 극복 하 여 좋은 수 질 데이터를 얻을 수 있습니다. 메서드 또한 다양 한 크기의 watersheds에서 사용 하 고 농업, 숲, 그리고/또한 도시 토지에 의해 특징 수 있습니다.
Introduction
수 질 모니터링 분수령 음모 또는 필드에서 범위 수 있습니다 기여 영역의 크기에 따라 다양 한 공간 스케일에서 오염 물질의 농도에 정보를 제공 합니다. 이 모니터링 수행 시간, 단일 이벤트, 하루, 계절, 또는 1 년의 기간 동안 됩니다. (예: 질소와 인) 영양분과 침전 물, 주로 관련 된 수 질 모니터링에서 획득 정보를 사용할 수 있습니다: 1) hydrological 프로세스와 전송 스트림, 오염 물질의 변화를 이해 등 농업 배수도 랑; 2) 양분 및 앙금 부하 감소 및 증가 수 질; 분수령에 적용 하는 관리 관행의 효율성을 평가 3) 평가 하류; 물에 침전 물과 영양분의 배달 그리고 4) 영양분과 토사는 hydrological 이해 및 물 오염 물질 수송 및 역학의 시간적, 공간적 범위 결정 하는 품질 프로세스의 모델링 개선.
이 정보는 수생 생태계 복원, 지속 가능한 계획, 및 물 자원1의 관리에 매우 중요 합니다.
가장 일반적으로 사용 되는 방법은 영양소에 대 한 그리고 침전 물 분수령에 모니터링 잡아 샘플링. 잡아 샘플링 샘플링2시 스냅숏 농도를 정확 하 게 나타냅니다. 자주 샘플링 한다면 그것 또한 시간 오염 물질 농도의 변화를 묘사할 수 있다. 그러나, 자주 샘플링은 집중 하 고 비싼, 자주 허무2그것을 만드는 시간 이다. 또한, 잡아 샘플링 아래 수 있습니다-또는 샘플링 시간2,,34외부 실제 오염 물질 농도과 대 평가. 따라서, 이러한 농도 사용 하 여 계산 하는 중 정확 하지 않을 수 있습니다.
또는 지속적인 모니터링 제공 정확 하 고 시기 적절 한 정보를 수 질 분, 시간, 또는 하루 등 미리 정해진된 시간 간격으로. 사용자는 그들의 요구에 따라 적절 한 시간 간격을 선택할 수 있습니다. 연구원, 계획자 및 관리자 샘플 컬렉션을 최적화할 수 있습니다 지속적인 모니터링 개발 하 고 모니터 시간 통합 통계, 총 최대 매일 같은 로드 (TMDLs); 평가 물 몸;의 레크리에이션 사용 평가 기준 스트림 조건; 그리고 공간 및 일시적으로 평가 원인-효과 관계를 확인 하 고 개발 관리 계획5,6에 오염 물질의 변형. 양분과 앙금의 지속적인 모니터링 최근 수신 진보로 인해 증가 관심 컴퓨팅 및 센서 기술, 저장 장치, 향상 된 용량 및 더 복잡 한 과정을 공부 하는 데 필요한 증가 데이터 요구 사항 1 , 5 , 7. 700 물 전문가의 세계적인 조사에서 sondes 여러 매개 변수를 사용 하 여 26%에서 2012 년 2002에서 61%로 증가 하 고 2022566%에 도달할 것으로 예상 된다. 같은 조사에서 응답자의 72%는 그들의 데이터에 맞게 그들의 모니터링 네트워크의 확장에 대 한 필요5필요 표시. 2012 년에 역 당 모니터링 변수의 수와 모니터링 네트워크에서 방송국의 수 20225각각 53%, 64%로 증가 예상 된다.
그러나, 지속적인 수 질 및 수량 농업 watersheds에서 모니터링 도전 이다. 큰 강 우 이벤트 침전 물 및 macrophytes, 센서 및 sondes에 높은 퇴적 부하와 파편 형성에 기여 하 고 씻어. 초과 질소와 인 농업 분야에 적용의 결선 현미경과 거시적인 생물의 성장에 대 한 그리고 특히 여름에 instream 센서와 sondes, 파울에 대 한 이상적인 조건을 만듭니다. 오염 및 침전 물 형성 실패, 드리프트, 신뢰할 수 없는 데이터를 생산 하는 센서를 발생할 수 있습니다. 이러한 어려움에도 불구 하 고 미세한 (분 당 낮은)으로 일시적인 해상도 데이터는 필요한 결선 프로세스 및 포인트 소스 오염, 공부 하 유역 특성 (예: 크기, 토양, 경사면, 등에 의해 영향을 받습니다. ) 타이밍 및 강 우7의 강도. 주의 필드 관찰, 자주 교정, 그리고 적절 한 청소 및 유지 보수는 센서와 미세한 시간 해상도 에서도 sondes에서 좋은-품질 데이터를 보장할 수 있습니다.
여기, 우리는 제자리에서 연속 다중 매개 물 품질 sondes, 지역 속도 및 압력 트랜스듀서 센서, autosamplers;을 사용 하 여 두 개의 농업 watersheds의 모니터링 하는 방법 토론 그들의 교정 및 유지 보수 분야; 그리고 데이터 처리입니다. 프로토콜에는 지속적인 수 질 모니터링 수행 될 수 있는 방법을 보여 줍니다. 프로토콜은 일반적으로 지속적인 수 질과 수량 어떤 종류 또는 크기 분수령의 모니터링에 적용 됩니다.
프로토콜은 작은 랑 유역 (HUC 080202040803, 53.4 km2 지역)에 동북 아칸소 낮은 세인트 프랜시스 분 지 (HUC 080202030801, 23.4 km2 지역)에서 실시 됐다. 이 두 watersheds 미시시피 강의 속국으로 배수. 미시시피 강의 지류를 모니터링 하기 위한 필요 더 낮은 미시시피 강 보존 위원회, 멕시코 Hypoxia 태스크 포스의 걸프 유역 관리 계획을 개발 하 고 관리 작업의 진행 상황을 기록 하 여 확인 되었다 8 , 9. 또한, 이러한 watersheds 초점 watersheds 미국 농 무부의 자연 자원 보존 서비스 (NRCS 미국 농 무부)에 의해 양분과 앙금 오염 감소에 대 한 잠재력을 기반으로 특징 수 질10개선. 가장자리의 필드 모니터링 되 고 수행 됩니다 이러한 watersheds에11주 미시시피 강 분 지 건강 한 분수령 이니셔티브 (MRBI) 네트워크 일환으로. (즉, 사이트 위치, 유역 특성, 등) watersheds의 자세한 내용은 (2017)6Aryal Reba에 제공 됩니다. 즉, 작은 강 버렸다고 분 지는 주로 갯벌 명 개 토양, 하 고 면화, 콩은 주요 작물, 반면 낮은 세인트 프랜시스 분 지는 주로 Sharkey 점토 토양, 그리고 쌀과 콩은 주요 작물. 각 유역에서 제자리에서 지속적인 물 수량 및 품질 (즉, 방전 온도, pH, 할, 탁도, 전도도, 질산염, 및 암모늄) 모니터링 실시 되었다 3 개의 역이 프로토콜을 사용 하 여 주류에서 오염 부하와 hydrological 과정에서 공간과 일시적인 가변성을 이해 합니다. 또한, 주간 물 샘플 수집 되었고 부유 토사 co에 대 한 분석ncentration입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
전반적으로, 양분 및 앙금의 지속적인 모니터링 잡아 샘플링 방법을 사용 하 여 모니터링 하는 여러 가지 장점이 있다. Hydrological와 물 품질 프로세스 시간의 아주 짧은 기간 동안 강우량에 의해 영향을 받습니다. 사용자는 영양분과 복잡 한 문제를 공부 하는 앙금에 높은 시간 해상도 데이터를 얻을 수 있습니다. 물 품질 같은 다른 매개 변수, 전도도, pH, 온도, 고 마, 동시에 그리고 질산염, 암모늄,…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
연구 자금 절약 효과 평가 프로젝트 (CEAP)에서 때문에 가능 했다. 우리는 특히 감사 사이트 액세스 권한을 생산자에서 미국 농 무부-ARS-델타 물 관리 연구 단위, Ecotoxicology 연구 시설, 아칸소 주립 대학 직원에 의해 샘플 분석 위원에서 연구 지원에 대 한. 이 연구의 일부는 ARS 참여 프로그램, 미국 에너지 부와 농 무부 사이 부처간 합의 통해 과학 교육 (ORISE)에 대 한 오크 리 지 연구소에 의해 관리 하는 약속에 의해 지원 되었다. ORISE는 DOE 계약 번호 드-AC05-06OR23100에서 ORAU에 의해 관리 됩니다. 이 문서에 모든 의견 저자의 이며 반드시 정책 및 USDA, ARS, 미상, 또는 ORAU/ORISE을 반영 하지 않습니다.
Materials
| Multiparameter sonde | Hach Hydrolab | DS5X | measures temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen, nitrate, ammonium, turbidity |
| Area velocity flow module and sensor | Teledyne Isco | 2150 | measures average stream velocity and flow depth, and calculates flow rate and total flow based on provided cross-section area of the ditch. Stored data can be downloaded directly to computer. |
| Automatic portable water sampler | Teledyne Isco | ISCO 6712 | automatically samples water in the set interval or in conjunction with flow module and sensor |
| Pressure Transducer | In-situ | Rugged Troll 100 | measures presure, level and temperature in the water. Stored data can be directly downloaded to the computer |
| Portable flow meter | Flo-mate (Hach) | Marsh-McBirney 2000 | For manual discharge measurement |
| Battery, 12 v, rechargeable | UPG | UB 1270 | To power sonde |
| Battery, 12 v, rechargeable | Interstate Batteries | SRM 27 | Lead acid battery to power autosampler |
| Solar panel | Alt E | ALT20-12P | To recharge battery at the site |
| C-8 batteries | |||
| Calibration standards | Hach or Fisher Scientific | mulitple | Standards of pH (4,7,10), conductivity (1412 uS/cm), nitrate (5 and 50 mg/L), ammonium (5 and 50 mg/L), and turbidity (50,100,200 NTU) |
| High nitrate standard | Hach | 013810HY | 50 mg/L |
| Low nitrate standard | Hach | 013800HY | 5 mg/L |
| High ammonium standard | Hach | 002588HY | 50 mg/L |
| Low ammonium standard | Hach | 002587HY | 5 mg/L |
| Turbidity standard | Fisher scientific | R8819050-500G | 50 NTU |
| Turbidity standard | Fisher scientific | 88-061-6 | 100 NTU |
| Turbidity standard | Fisher scientific | R8819200500 C | 200 NTU |
| Potassium chloride salt pellets | Hach | 005376HY | to maintain electrolyte for pH electrode |
| Potassium chloride standard | Fisher scientific | 5890-16 | 1412 us/cm |
| Buffer solution, pH 4 | Fisher scientific | SB99-1 | for pH sensor calibration |
| Buffer solution, pH 7 | Fisher scientific | SB108-1 | for pH sensor calibration |
| Buffer solution, pH 10 | Fisher scientific | SB116-1 | for pH sensor calibration |
| Silicon sealant | Hach | 00298HY | For sealing sensor battery cover water tight |
| All purpose cleaner | Sunshine Makers Inc | Simple green | |
| Wipes | Kimberly-Clark | ||
| L-bracket | |||
| Telsbar post | Unistrut Service Company | Secure sensors and sondes in the stream | |
| Steel wire | supend sonde and PT sensor | ||
| Carabiner | supend sonde and PT sensor | ||
| Allen wrench | |||
| Copper wire mesh | Bird B Gone | Rodent and bird control copper mesh roll | |
| Adhesive Tape | Agri Drain Corporation | Tile tape, works in wet and cold weather |
References
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