Erfassung von Wasser fließen gewichtet und Schwebestaub aus landwirtschaftlichen Kanäle bei Drainage-Veranstaltungen
Summary
Nährstoffe in partikulärer Form können wesentlich zu den allgemeinen Lasten in landwirtschaftlichen Entwässerung Gewässern beitragen. Diese Studie beschreibt eine neuartige Methode um Wasser fließen gewichtet und Schwebestaub vom Bauernhof Kanal Entwässerung über die gesamte Dauer der Veranstaltung Entwässerung zu erfassen.
Abstract
Der Zweck dieser Studie ist es, beschreiben die Methoden verwendet, um Wasser fließen gewichtet zu erfassen und Schwebestaub Bauernhof Kanälen während Entwässerung Entladung Veranstaltungen. Bauernhof Kanäle können durch Nährstoffe wie Phosphor (P) angereichert werden, die anfällig für Transport. Phosphor in Form von Schwebestaub kann erheblich zur allgemeinen P-Lasten im Abwasser beitragen. Eine Beilegung Tank-Experiment wurde durchgeführt, um Schwebestaub während diskrete Entwässerung Ereignisse zu erfassen. Bauernhof Kanal Abwasser wurde über die gesamte Dauer der Entwässerung Veranstaltung, um eine zusammengesetzte Teilstichprobe der Abwässer zu vertreten in einer Reihe von zwei 200 L Absetztanks gesammelt. Imhoff Beilegung Zapfen dienen letztlich der Schwebestaub zu begleichen. Dies geschieht durch Heberleitungen Wasser aus den Absetztanks über die Zapfen. Die Partikel werden dann für die physikalisch-chemischen Analysen gesammelt.
Introduction
Das Schicksal und den Transport von Schwebestaub war Gegenstand zahlreicher Studien aufgrund seiner Rolle bei der Eutrophierung, vor allem in landwirtschaftlichen Systemen1,2. Eine umfassende Bewertung der in Feinstaub in einem aquatischen System enthaltenen Nährstoffe ist notwendig, zahlreiche Umweltprobleme wie die internen Radfahren von Nährstoffen zu untersuchen und für die darüber liegende Wasser Spalte3freigeben, Substrat Stabilität, leichte Verfügbarkeit innerhalb der Wassersäule und schließlich Wasser Qualität sorgen für nachgeschaltete Ökosysteme4. Die Menge an Phosphor (P) gespeichert in partikulärer Form (organische Substanz oder Sedimenten) ist in der Regel größer als in Wasser Spalte5. Eine Studie von Kenney Et Al. 6 zeigten, dass die jüngsten Sedimente, die im See Lochloosa, Florida abgelagert wurden die Altersspanne von 1900 bis 2006 waren. Diese jüngeren Sedimente enthalten fast 55 Mal mehr P als das, was in der Wassersäule vorhanden war. Ein Ansatz, die mögliche Auswirkungen zu charakterisieren, die Partikel auf einem bestimmten System möglicherweise ist eine quantitative Bestandsaufnahme der Phosphor gespeichert im Sediment entladen bei Entwässerung Veranstaltungen durchzuführen. Erhebung und Analyse von diese entladenen Partikel können helfen, nachgeschaltete Nährstoffanreicherung Auswirkungen auf das sensible Ökosystem abschätzen.
Sturmereignissen in der Regel einen Bruchteil der Zeit vertreten, doch können die Mehrheit der P Last im Bauernhof Entwässerung Entlastung beitragen. Dies ist da um Felder verhindern Überschwemmungen, über einen kurzen Zeitraum eine große Menge an Wasser abgelassen wird. Intensität und Flow Niederschläge sind wichtige treibende Faktoren, die die Konzentration der suspendierten Sedimente im Überland Abfluss7steuern können. Gestaltung Überwachungsmethoden, die Fluss-weighted composite Wasserproben erfasst würde helfen, Fehler im Zusammenhang mit komplexen, hohe Intensität Regenereignissen zu vermeiden. Während hohe Entlastung Ereignisse wie Stürme möglicherweise die schnellen und drastischen Änderungen in Konzentrationen nicht repräsentativ für die durchschnittliche Schadstoffkonzentration für das inkrementelle Volumen. Daher fließen gewichtet Wasserproben weit genauer stellt die Konzentration von einer Entladung als es eine Summierung von Lasten über einen Zeitraum von Zeit8. Die am häufigsten verwendeten fließen gewichtet Proben werden automatisch gesammelten diskret oder zusammengesetzte Proben. Durch die Erfassung der exportierten Schwebestaub vom Bauernhof Entwässerung während der Entladung ermöglicht es uns, den Schweregrad des Ereignisses auf P laden zu quantifizieren. Die Methode beschrieben in dieser Studie hilft erfassen die Partikel, die später für verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften charakterisiert werden können. Die Neuheit der Probenahme Entwässerung Entlastung mit einer zusammengesetzten kontinuierliche Methode im Vergleich zu greifen Probenahme ist, dass es eine bessere Vertretung der Feldbedingungen über die gesamte Dauer der Veranstaltung Entwässerung. In der Erwägung, dass Grab Probenahme ist eine “Momentaufnahme” in der Zeit und kann nicht vollständig repräsentieren Sie die Wirkung der gesamten Veranstaltung.
Die Everglades landwirtschaftlicher Bereich (EAA) in Süd-Florida, USA ist eine große Wasserfläche der ursprünglichen Everglades, die kanalisiert und für landwirtschaftliche, gewerbliche und private Entwicklung abgelassen wurde. 1100 Millionen m3 Wasser wird fast jährlich aus und durch die EAA im Süden und Südosten9abgeführt. Böden in der EAA sind Histosols, die häufig enthalten mehr als 85 % organische Materie durch Gewicht und haben weniger als 35 % mineralische Inhalt10. Kanal-Sedimente haben in der Regel geringe Schüttdichte (zwischen 0,14 g cm-3 bis 0,35 g cm-3), Gehalt an hoher organischer Substanz (zwischen 31-35 %) und insgesamt P (TP) Werte im Bereich zwischen 726-1,089 mg kg-1 11.
Für die Zwecke dieser Demo war eine Farm in der EAA ausgewählt. Die Hydroscape wie Wasser fließt innerhalb der EAA hängt von Pumpen und Schwerkraft. Jeder Betrieb in der EAA umfasst auf mindestens ein Hauptkanal, und mehrere Feld Gräben. Das Feld Gräben laufen senkrecht auf dem Hauptkanal. Die Pumpen in der Regel dienen einem doppelten Zweck; Sie liefern Bewässerung Wasser auf den Hof und auch die Entlastung Abwasser außerhalb des Standorts. Wenn die Felder werden entleert müssen, Wasser in den Hauptkanal wird abgesenkt, und Wasser aus dem Bereich fließt in den Gräben, angetrieben durch einen hydraulischen Gradienten. Durch nur ein leichter Hang in Oberfläche die meisten Niederschläge, die auf die Felder fließt durch das Bodenprofil auf der Durchreise zum Feld Gräben. Während der Bewässerung wird das System umgekehrt. Es gibt kein Netzwerk der Fliese Entwässerung in der EAA. Der Grundwasserspiegel wird auf einer bestimmten Höhe durch eine begrenzende Schicht aus Kalkstein Grundgestein Untergebener der Böden gehalten. Wasser wird durch die wichtigsten Kanäle eingebracht; Feld Gräben gefüllt sind, und Wasser sickern in das Bodenprofil, der Grundwasserspiegel in den Bereichen erhöhen darf. In der Regel treten Anforderungen für Bewässerungswasser in der EAA im März, April und Mai (Trockenzeit), mit sehr wenig Entwässerung Entlastung. Im Gegensatz dazu ist das Volumen der Abwässer von Juni bis Oktober (Regenzeit) deutlich höher. Das Vorhandensein von Kanal Bank Böschungen und Gräben ermöglicht minimale Oberflächenabfluss als eine potenzielle Quelle für P-laden in Hof12Kanäle.
In diesem visuellen Experiment präsentieren wir eine neue Methode der Erfassung fließen gewichtet Schwebestaub während Entwässerung Ereignisse, die später für die physikalisch-chemischen Charakterisierung wie Rohdichte, Gehalt an organischer Substanz und P Fraktionierung13 verwendet werden kann ,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Probengeber für Abwasser Partikel Sammlung wurden in der Nähe der verlassen pump Station Datenlogger. Macht wurde von 12 V Batterien geliefert, die durch Solarzellen aufgeladen werden. Der Probengeber wurden durch die vor-Ort-Datenlogger gesteuert, die Ausfahrt Pumpen lief, als sie ausgeschaltet, wenn Pumpen gestoppt der Probengeber eingeschaltet. Öffnungen der Sampler Aufnahme Linien wurden von der Pumpstation 0,5 m über dem Kanal unten und Upflow positioniert. Die Aufnahme-Linien wurden in Position gehalten, durch …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten Pablo Vital und Johnny Mosley für Hilfe mit Bereich Probenahme und Viviana Nadal und Irina Ognevich Hilfe bei Laboranalysen zu danken.
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).
