Water Flow-gewogen en zwevende deeltjes uit agrarische grachten vastleggen tijdens Drainage gebeurtenissen
Summary
Voedingsstoffen in zwevende vorm aanwezig kunnen aanzienlijk bijdragen tot de algehele ladingen in de wateren van de agrarische drainage. Deze studie beschrijft een nieuwe methode om vast te leggen van water stroom-gewogen en zwevende deeltjes van boerderij kanaal drainage gedurende de gehele looptijd van de drainage-gebeurtenis.
Abstract
Het doel van deze studie is om te beschrijven de methoden gebruikt voor het vastleggen van water stroom-gewogen en zwevende deeltjes uit boerderij grachten tijdens drainage kwijting gebeurtenissen. Boerderij kanalen kunnen worden verrijkt door voedingsstoffen zoals fosfor (P) die vatbaar voor vervoer zijn. Fosfor in de vorm van zwevende deeltjes kan aanzienlijk bijdragen aan de algehele P ladingen in drainwater. Een beslechting tank experiment werd uitgevoerd om zwevende deeltjes te vangen tijdens discrete drainage evenementen. Boerderij kanaalwater geen kwijting werd verzameld in een serie van twee 200 L beslechting tanks gedurende de gehele looptijd van de drainage-gebeurtenis, zodat het vertegenwoordigen van een samengestelde deelsteekproef van het water wordt geloosd. Imhoff beslechting kegels worden uiteindelijk gebruikt voor het regelen van de zwevende deeltjes. Dit wordt bereikt door hevelwerking water uit de beslechting tanks via de kegels. De deeltjes worden vervolgens verzameld voor fysisch-chemische analyses.
Introduction
De lot en vervoer van zwevende deeltjes het onderwerp geweest van talrijke studies vanwege haar rol in eutrofiëring, met name in landbouwsystemen1,2. Een uitgebreide evaluatie van voedingsstoffen opgenomen in zwevende deeltjes binnen een aquatisch systeem is nodig om onderzoeken van talrijke milieukwesties, zoals de interne fietsen van voedingsstoffen en vrijgeven aan de bovenliggende water kolom3, de stabiliteit van de ondergrond, lichte beschikbaarheid binnen de waterkolom, en uiteindelijk de water kwaliteit zorgen naar stroomafwaartse ecosystemen4. De hoeveelheid fosfor (P) opgeslagen in de zwevende vorm (organisch materiaal of sedimenten) is meestal groter dan in het water kolom5. Een studie uitgevoerd door Kenney et al. 6 toonde dat recente sedimenten die in Lake Lochloosa, Florida afgezet tussen de leeftijd van 1900 en 2006 werden. Deze jongere sedimenten bevatte bijna 55 keer meer P dan dat die aanwezig in de waterkolom was. Een benadering te karakteriseren van de mogelijke gevolgen die deeltjes op een bepaald systeem hebben kunnen is om het voeren van een kwantitatieve inventaris van fosfor opgeslagen in sediment tijdens evenementen van de riolering wordt geloosd. Verzameling en analyse van deze ontladen deeltjes kunnen helpen schatten downstream nutriënten verrijking effecten op gevoelige ecosystemen.
Storm gebeurtenissen meestal vertegenwoordigen een kleine fractie van de tijd, maar de meerderheid van P belasting kwijting in boerderij drainage kunnen bijdragen. Dit is omdat om te verhinderen dat velden overstromingen, een grote hoeveelheid water wordt afgevoerd gedurende een korte periode van tijd. Neerslag intensiteit en stroom tarieven zijn van vitaal belang drijvende factoren die de concentratie van sedimenten in overland afvoer7kunnen beheren. Ontwerpen controlemethoden die stroom-gewogen samengestelde watermonsters vangt zou helpen voorkomen van fouten die zijn gekoppeld aan complexe, hoge intensiteit regen gebeurtenissen. Tijdens hoge kwijting gebeurtenissen zoals stormen, de snelle en drastische veranderingen in concentraties mogelijk niet representatief voor de concentratie van de gemiddelde verontreinigingen voor de incrementele volume. Stroom-gewogen watermonsters vertegenwoordigt dus veel nauwkeuriger de concentratie van een geen kwijting evenement, aangezien er een sommatie van lasten over een periode van tijd8. De meest voorkomende stroom-gewogen steekproeven zijn automatisch verzamelde discrete of samengestelde monsters. Door het vastleggen van de geëxporteerde zwevende deeltjes van boerderij drainage tijdens de geen kwijting laat ons toe om het kwantificeren van de ernst van de gebeurtenis bij het laden van de P. De methode beschreven in deze studie helpt vangt de deeltjes die later kunnen worden gekarakteriseerd voor verschillende fysische en chemische eigenschappen. De nieuwigheid van bemonstering drainage kwijting volgens een continu samengestelde waardemethode versus grab bemonstering is dat er een betere vertegenwoordiging van veldomstandigheden gedurende de gehele looptijd van de drainage-gebeurtenis. Overwegende dat, met het pak bemonstering is een “momentopname” in de tijd en kan niet volledig vertegenwoordigen het effect van het gehele evenement.
De Everglades landbouw gebied (EAA) in Zuid-Florida, USA is een grote uitgestrektheid van de oorspronkelijke Everglades die was kbpskanalen en afgevoerd voor landbouw, commerciële en residentiële ontwikkeling. Bijna wordt 1.100 miljoen m3 water geloosd jaarlijks vanuit en via de EAA in het zuiden en zuidoosten9. Bodems in de EAA zijn Histosols die typebibliotheken bevatten meer dan 85% organische stof gewichtspercenten en hebben minder dan 35% minerale inhoud10. Kanaal sedimenten hebben meestal lage bulkdichtheid (tussen 0,14 g cm-3 aan 0,35 g cm-3), gehalte aan hoge organisch materiaal (tussen 31-35%) en totale P (TP) waarden variërend tussen 726-1,089 mg kg-1 11.
Met het oog op deze demonstratie vormt en werd een boerderij binnen de EAA geselecteerd. De hydroscape van hoe water binnen de EAA stroomt hangt af van pompen en zwaartekracht. Elke boerderij in de EAA omvat op ten minste één van de belangrijkste kanaal, en meerdere veld sloten. Het veld sloten uitvoeren loodrecht naar de belangrijkste kanaal. De pompen doorgaans dienen een tweeledig doel; ze leveren irrigatie water naar de boerderij, en ook kwijting drainwater off-site. Wanneer de velden worden afgetapt moeten, water in het belangrijkste kanaal wordt verlaagd, en water uit het veld uitmondt in de sloten, gedreven door een hydraulische verloop. Als gevolg van slechts een lichte helling in de meeste van de oppervlakte van de regenval die op de velden stroomt door het bodemprofiel in doorvoer op het gebied voorkomt sloten. Tijdens de irrigatie, wordt het systeem omgekeerd. Er is geen netwerk van Tegel afwatering in de EAA. De grondwaterspiegel wordt onderhouden op een bepaalde hoogte te wijten aan een beperken laag van kalksteen bedrock ondergeschikte de bodems. Water wordt gebracht door de belangrijkste grachten; veld sloten zijn gevuld, en water is toegestaan te sijpelen in het bodemprofiel te verhogen van de watertafel niveaus in de velden. Meestal optreden vraag naar irrigatiewater in de EAA tijdens maart, April en mei (droge seizoen), met zeer weinig drainage kwijting. De hoeveelheid water wordt geloosd tussen juni en oktober (regentijd) is daarentegen aanzienlijk hoger. De aanwezigheid van kanaal bank berms en sloten maakt minimale oppervlakte afvoer als een potentiële bron van P laden in boerderij12 reien.
In dit visuele experiment presenteren wij een nieuwe methode voor het vastleggen van zwevende deeltjes stroom-gewogen tijdens drainage gebeurtenissen die later kunnen worden gebruikt voor fysisch-chemische karakterisering zoals bulkdichtheid, gehalte aan organisch materiaal en P fractionering13 ,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
De autosamplers voor drainwater deeltjes collectie werden geplaatst in de buurt van het afsluiten van de pomp station dataloggers. Power werd geleverd door 12 V batterijen die worden opgeladen door zonne-panelen. De autosamplers werden gecontroleerd door de on-site dataloggers, die de autosamplers ingeschakeld toen de afrit pompen liep, en ze uitgeschakeld wanneer gestopt met pompen. Openingen van de sampler inname lijnen werden de pomp station 0.5 m boven de bodem van het kanaal en upflow worden geplaatst. De inname lij…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij willen bedanken Pablo Vital en Johnny Mosley voor hulp bij veld de bemonstering, en Viviana Nadal en Irina Ognevich voor hulp bij laboratoriumanalyses.
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).
