कृषि वाटरशेड में पोषक तत्वों और तलछट की सतत धारा निगरानी
Summary
प्रौद्योगिकी की उंनति और अंत प्रयोक्ता उंमीदों में वृद्धि के साथ, की जरूरत है और प्रदूषक लोड अनुमान के लिए उच्च लौकिक संकल्प डेटा का उपयोग बढ़ गया है । इस प्रोटोकॉल को सूचित जल संसाधन प्रबंधन के फैसले के लिए उच्च लौकिक संकल्प डेटा प्राप्त करने के लिए सीटू जल गुणवत्ता निगरानी में निरंतर के लिए एक विधि का वर्णन ।
Abstract
वाटरशेड में प्रदूषक सांद्रता और भार समय और स्थान के साथ काफी भिन्न होता है । जल संसाधनों में प्रदूषकों के परिमाण पर सटीक और समय पर जानकारी प्रदूषक भार के ड्राइवरों को समझने के लिए और सूचित जल संसाधन प्रबंधन निर्णय लेने के लिए एक शर्त है । आमतौर पर इस्तेमाल किया “नमूना ले लो” विधि नमूना (यानी, एक स्नैपशॉट एकाग्रता) के समय में प्रदूषक की सांद्रता प्रदान करता है और के तहत मई या प्रदूषक सांद्रता और भार की भविष्यवाणी । पोषक तत्वों और तलछट की सतत निगरानी ने हाल ही में कंप्यूटिंग, संवेदन प्रौद्योगिकी, और भंडारण उपकरणों में प्रगति के कारण अधिक ध्यान प्राप्त किया है । इस प्रोटोकॉल सेंसर, sondes, और इंस्ट्रूमेंटेशन का उपयोग लगातार सीटू नाइट्रेट, अमोनियम, मैलापन, पीएच, चालकता, तापमान, और भंग ऑक्सीजन (DO) में निगरानी करने के लिए और दो धाराओं से लोड की गणना करने के लिए दर्शाता है (खाई) में दो कृषि वाटरशेड । उचित अंशांकन, रखरखाव, और सेंसर और sondes के आपरेशन के साथ, अच्छा पानी की गुणवत्ता डेटा जमता और मलबे buildup के रूप में चुनौतीपूर्ण स्थितियों पर काबू पाने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । विधि भी विभिन्न आकारों के वाटरशेड में इस्तेमाल किया जा सकता है और कृषि, वन, और/या शहरी भूमि की विशेषता ।
Introduction
जल गुणवत्ता निगरानी विभिंन स्थानिक तराजू पर प्रदूषकों की सांद्रता के बारे में जानकारी प्रदान करता है, योगदान क्षेत्र है, जो एक भूखंड या एक क्षेत्र से एक वाटरशेड के लिए रेंज कर सकते है के आकार के आधार पर । यह निगरानी समय की अवधि से अधिक होती है, जैसे कि एक ही घटना, एक दिन, एक मौसम, या एक वर्ष । सूचना पानी की गुणवत्ता की निगरानी से हुई, मुख्य रूप से पोषक तत्वों से संबंधित (जैसे, नाइट्रोजन और फास्फोरस) और तलछट, के लिए इस्तेमाल किया जा सकता: 1) जल प्रक्रियाओं और परिवहन और नदियों में प्रदूषकों के परिवर्तन को समझते हैं, जैसे कृषि जल निकासी खाई; 2) पोषक तत्व और तलछट भार को कम करने के लिए और जल की गुणवत्ता में वृद्धि करने के लिए वाटरशेड पर लागू प्रबंधन पद्धतियों की कुशलता का मूल्यांकन करना; 3) पानी के बहाव के लिए तलछट और पोषक तत्वों के वितरण का आकलन; और 4) पोषक तत्वों और तलछट की मॉडलिंग में सुधार करने के लिए जल और पानी की गुणवत्ता को समझने की प्रक्रिया है कि प्रदूषक परिवहन और गतिशीलता लौकिक और स्थानिक तराजू की सीमा से अधिक निर्धारित करते हैं ।
यह जानकारी जलीय पारिस्थितिकी तंत्र बहाली के लिए महत्वपूर्ण है, टिकाऊ योजना, और जल संसाधन के प्रबंधन1।
एक वाटरशेड में पोषक तत्व और तलछट निगरानी के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया विधि हड़पने नमूना है । नमूना ले लो सही नमूना2के समय में एक स्नैपशॉट एकाग्रता का प्रतिनिधित्व करता है । यह भी समय के साथ प्रदूषक सांद्रता के एक बदलाव को दर्शाया जा सकता है अगर लगातार नमूना किया जाता है । हालांकि, लगातार नमूना समय गहन और महंगा है, अक्सर यह2अव्यावहारिक बना । इसके अतिरिक्त, नमूना ले लो के तहत हो सकता है या नमूना समय2,3,4के बाहर वास्तविक प्रदूषक सांद्रता अनुमान लगा । नतीजतन, इस तरह की सांद्रता का उपयोग कर परिकलित लोड सही नहीं हो सकता है ।
वैकल्पिक रूप से, सतत निगरानी एक पूर्व निर्धारित समय अंतराल में पानी की गुणवत्ता पर सटीक और समय पर जानकारी प्रदान करता है, जैसे एक मिनट, एक घंटा, या एक दिन । उपयोगकर्ता अपनी आवश्यकताओं के आधार पर उपयुक्त समय अंतराल का चयन कर सकते हैं । सतत निगरानी शोधकर्ताओं, योजनाकारों, और प्रबंधकों नमूना संग्रह का अनुकूलन करने के लिए सक्षम बनाता है; समय-एकीकृत मेट्रिक्स का विकास और मॉनीटर करना, जैसे कुल अधिकतम दैनिक भार (TMDLs); जल शरीर के मनोरंजक उपयोग का मूल्यांकन; आधारभूत स्ट्रीम शर्तों का आकलन करें; और स्थानिक और अस्थाई प्रदूषकों के परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए कारण प्रभाव संबंधों को निर्धारित करने और एक प्रबंधन योजना5,6विकसित । पोषक तत्वों और तलछट की सतत निगरानी ने हाल ही में कंप्यूटिंग और सेंसर प्रौद्योगिकी, भंडारण उपकरणों की क्षमता में सुधार, और अधिक जटिल प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए आवश्यक वृद्धि डेटा आवश्यकताओं में प्रगति के कारण ध्यान बढ़ाया प्राप्त हुआ है 1 , 5 , 7. ७०० से अधिक जल पेशेवरों के एक वैश्विक सर्वेक्षण में, बहु-पैरामीटर sondes का उपयोग २००२ से २०१२ से ६१% तक 26% से बढ़ गया और ६६5द्वारा २०२२% तक पहुंचने की उम्मीद है । एक ही सर्वेक्षण में, उत्तरदाताओं का ७२% अपने निगरानी नेटवर्क के विस्तार के लिए अपने डेटा को पूरा करने की आवश्यकता का संकेत दिया5की जरूरत है । एक निगरानी नेटवर्क में स्टेशनों की संख्या और २०१२ में प्रति स्टेशन पर नजर रखी चर की संख्या ५३% और ६४%, क्रमशः २०२२ द्वारा वृद्धि की उंमीद कर रहे है5।
हालांकि, कृषि वाटरशेड में निरंतर पानी की गुणवत्ता और मात्रा की निगरानी चुनौतीपूर्ण है । बड़ी वर्षा की घटनाओं को दूर तलछट और macrophytes, उच्च तलछट लोड करने के लिए योगदान और सेंसर और sondes में buildup मलबे धोने । कृषि क्षेत्रों के लिए लागू अतिरिक्त नाइट्रोजन और फास्फोरस की अपवाह सूक्ष्म और macroscopic जीवों के विकास के लिए आदर्श स्थिति पैदा करता है और गर्मियों के दौरान, विशेष रूप से स्ट्रीम सेंसरों और sondes के जमता के लिए । दूषण और तलछट buildup सेंसर विफल करने के लिए पैदा कर सकते हैं, बहाव, और अविश्वसनीय डेटा का उत्पादन. इन चुनौतियों के बावजूद, महीन लौकिक संकल्प (प्रति मिनट के रूप में कम के रूप में) डेटा अपवाह प्रक्रियाओं और गैर सूत्री स्रोत संदूषण का अध्ययन करने के लिए आवश्यक हैं, के रूप में वे वाटरशेड विशेषताओं से प्रभावित कर रहे हैं (जैसे, आकार, मिट्टी, ढलान, आदि ) और समय और वर्षा की तीव्रता7. सावधान क्षेत्र अवलोकन, लगातार अंशांकन, और उचित सफाई और रखरखाव भी बेहतर समय संकल्प पर, सेंसर और sondes से अच्छी गुणवत्ता के डेटा सुनिश्चित कर सकते हैं ।
यहां, हम बहु-पैरामीटर पानी की गुणवत्ता sondes, क्षेत्र-वेग और दबाव transducer सेंसर का उपयोग कर दो कृषि वाटरशेड के सीटू में सतत निगरानी के लिए एक विधि पर चर्चा, और samplers; उनके अंशांकन और क्षेत्र के रखरखाव; और डेटा प्रोसेसिंग । प्रोटोकॉल एक तरीका है जिसमें सतत पानी की गुणवत्ता की निगरानी प्रदर्शन किया जा सकता है दर्शाता है । प्रोटोकॉल आमतौर पर किसी भी प्रकार या वाटरशेड के आकार पर निरंतर पानी की गुणवत्ता और मात्रा की निगरानी के लिए लागू है ।
प्रोटोकॉल पूर्वोत्तर Arkansas में छोटी नदी में किया जाता था खाई बेसिन (HUC ०८०२०२०४०८०३, ५३.४ km2 क्षेत्र) और लोअर सेंट फ्रांसिस बेसिन (HUC ०८०२०२०३०८०१, २३.४ km2 क्षेत्र) । इन दो वाटरशेड मिसिसिपी नदी के सहायक में नाली । मिसिसिपी नदी के सहायक निगरानी के लिए एक की जरूरत है कम मिसिसिपी नदी संरक्षण समिति और मेक्सिको हाइपोक्सिया टास्क फोर्स की खाड़ी द्वारा की पहचान के लिए एक वाटरशेड प्रबंधन योजना विकसित करने के लिए और प्रबंधन गतिविधियों की प्रगति रिकॉर्ड 8 , 9. इसके अलावा, इन वाटरशेड संयुक्त राज्य अमेरिका कृषि विभाग द्वारा ध्यान वाटरशेड के रूप में विशेषता है-प्राकृतिक संसाधन संरक्षण सेवा (USDA-NRCS), पोषक तत्वों और तलछट प्रदूषण को कम करने के लिए क्षमता पर आधारित है और के लिए पानी की गुणवत्ता में सुधार10. धार के क्षेत्र की निगरानी राज्यव्यापी मिसिसिपी नदी बेसिन स्वस्थ वाटरशेड पहल (MRBI) नेटवर्क11के भाग के रूप में इन वाटरशेड में किया जा रहा है । वाटरशेड (अर्थात, साइट स्थान, वाटरशेड विशेषताओं, आदि) का अधिक विवरण अर्याल एवं रेबा (२०१७)6में प्रदान किया जाता है । संक्षेप में, छोटी नदी खाई बेसिन मुख्यतः गाद दोमट मिट्टी है, और कपास और सोयाबीन प्रमुख फसलें हैं, जबकि कम सेंट फ्रांसिस बेसिन मुख्य रूप से मिट्टी की मिट्टी Sharkey है, और चावल और सोयाबीन प्रमुख फसलें हैं । प्रत्येक वाटरशेड में, सीटू सतत पानी की मात्रा और गुणवत्ता की निगरानी में (यानी, निर्वहन तापमान, पीएच, DO, मैलापन, चालकता, नाइट्रेट, और अमोनियम) मुख्यधारा में तीन स्टेशनों पर किया गया था करने के लिए इस प्रोटोकॉल का उपयोग प्रदूषक भार और जल प्रक्रियाओं में स्थानिक और लौकिक परिवर्तनशीलता को समझें । इसके अतिरिक्त, साप्ताहिक पानी के नमूने एकत्र किए गए और निलंबित तलछट सह के लिए विश्लेषण किया गयाncentration ।
Protocol
1. साइट चयन वाटरशेड चयन का चयन करें वाटरशेड (ओं) प्रदूषण की समस्या की भयावहता के आधार पर, वाटरशेड की प्राथमिकता, अनुसंधान सुविधा के लिए निकटता, साइट के लिए उपयोग, और डेटा उद्देश्य. <…
Representative Results
Discussion
कुल मिलाकर, पोषक तत्वों और तलछट की सतत निगरानी नमूना हड़पने विधि का उपयोग कर निगरानी पर कई फायदे हैं । जल और पानी की गुणवत्ता प्रक्रियाओं समय की एक बहुत ही कम अवधि में वर्षा से प्रभावित कर रहे हैं । उपयोग…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
अनुसंधान संरक्षण प्रभाव आकलन परियोजना (CEAP) से धन के कारण संभव हो गया था । हम साइट के निर्माता से उपयोग की अनुमति के लिए विशेष रूप से आभारी हैं, USDA के सदस्यों से अनुसंधान सहायता-ARS डेल्टा जल प्रबंधन अनुसंधान इकाई, और Ecotoxicology अनुसंधान सुविधा, Arkansas राज्य विश्वविद्यालय में स्टाफ द्वारा नमूना विश्लेषण । इस शोध का एक हिस्सा ARS भागीदारी कार्यक्रम के लिए एक नियुक्ति द्वारा समर्थित किया गया था, विज्ञान और शिक्षा के लिए ओक रिज संस्थान द्वारा प्रशासित (ORISE) ऊर्जा और USDA के अमेरिकी विभाग के बीच एक एजेंसी के समझौते के माध्यम से । ORISE डो संविदा क्रमांक डे-AC05-06OR23100 के तहत ORAU द्वारा प्रबंधित किया जाता है । सभी इस पत्र में व्यक्त की राय है लेखक है और जरूरी नीतियों और USDA, ARS, डो, या ORAU/ORISE के विचारों को प्रतिबिंबित नहीं है ।
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 |
Riferimenti
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