Capturant pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de canaux agricole pendant les événements de Drainage
Summary
Nutriments présents sous forme particulaire peuvent beaucoup contribuer aux charges globales dans les eaux de drainage agricole. Cette étude décrit une nouvelle méthode pour capturer pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de drainage canal ferme pendant toute la durée de l’événement de drainage.
Abstract
Le but de cette étude est de décrire les méthodes utilisées pour capturer pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de canaux de la ferme au cours de drainage décharger des événements. Ferme de canaux peut être enrichi en éléments nutritifs comme le phosphore (P) qui sont sensibles aux transports. Phosphore sous forme de particules en suspension peut contribuer de manière significative les charges globale de P dans l’eau de drainage. Une expérience de cuve décantation a été menée pour capturer les particules en suspension lors des événements de drainage discrète. Eau de décharge pour le canal ferme ont été recueilli dans une série de deux citernes de décantation de 200 L sur toute la durée de l’événement de drainage, afin de représenter un sous-échantillon composite de l’eau évacuée. Cônes de sédimentation Imhoff sont finalement utilisés pour les particules en suspension se déposent. Ceci est réalisé par succion eau provenant des réservoirs de décantation par les cônes. Les particules sont recueillies puis pour analyses physico-chimiques.
Introduction
Le devenir et le transport de particules en suspension a fait l’objet de nombreuses études en raison de son rôle dans l’eutrophisation, notamment dans les systèmes agricoles1,2. Une évaluation complète des nutriments contenus dans la matière particulaire dans un système aquatique est nécessaire pour enquêter sur les nombreux enjeux environnementaux tels que le recyclage interne des éléments nutritifs et libérer l’eau sus-jacente colonne3, stabilité de substrat, disponibilité de la lumière dans la colonne d’eau et éventuellement des problèmes de qualité de l’eau pour les écosystèmes en aval4. La quantité de phosphore (P) stockée sous la forme de particules (matière organique ou les sédiments) est généralement plus élevée que dans la colonne d’eau5. Une étude menée par Kenney et al. 6 a montré que les sédiments récents qui ont été déposés au lac Lochloosa, en Floride, étaient de la tranche d’âge de 1900 à 2006. Ces sédiments plus récents contenaient P près de 55 fois plus que celle qui existait dans la colonne d’eau. Une approche pour caractériser l’impact potentiel que particules peuvent avoir sur un système particulier consiste à réaliser un inventaire quantitatif de phosphore stocké dans les sédiments rejetés lors d’événements de drainage. Collecte et l’analyse de ces particules déchargées peuvent aider à estimer les effets en aval d’enrichissement en éléments nutritifs sur les écosystèmes sensibles.
Orages généralement représentent une petite fraction du temps, mais peuvent contribuer à la majorité des P charge décharge au drainage agricole. C’est parce que pour empêcher les champs d’inondation, un grand volume d’eau est évacué sur de courtes périodes de temps. Taux de précipitations intensité et débit sont essentiels facteurs qui permet de contrôler la concentration des sédiments en suspension dans les eaux de ruissellement terrestre7. Conception de méthodes de surveillance qui capture les échantillons d’eau composite pondérée en fonction du débit permettrait d’éviter les erreurs liées aux événements de précipitation de complexes, de forte intensité. Lors des événements de décharge élevé comme des tempêtes, les changements rapides et drastiques des concentrations peut-être pas représentant de la concentration du polluant moyenne du volume supplémentaire. Échantillons de pondérée en fonction du débit d’eau beaucoup plus précisément représente donc la concentration d’un événement de décharge comme c’est la somme des charges sur une période de temps,8. Les échantillons plus courantes pondérée en fonction du débit sont collectées automatiquement des échantillons discrets ou composites. En capturant les particules en suspension exportés de ferme drainage pendant la décharge permet de quantifier la gravité de l’événement sur chargement P. La méthode décrite dans cette étude aide à capturer les particules qui peuvent plus tard être qualifiées de diverses propriétés physiques et chimiques. La nouveauté de la décharge de drainage en utilisant une méthode de flux composite continu contre benne d’échantillonnage l’échantillonnage est que c’est une meilleure représentation des conditions sur le terrain pendant toute la durée de l’événement de drainage. ATTENDU que, grab d’échantillonnage est un « instantané » dans le temps et ne peut pas pleinement représenter l’effet de la manifestation.
La zone agricole de Everglades (EAA) en Floride du Sud, USA est une grande étendue des Everglades originales qui a été canalisé et vidés pour l’agriculture, le développement commercial et résidentiel. Presque 1100 millions de m3 d’eau se déverse chaque année depuis et à travers l’AEA au sud et sud-est9. Les sols dans les CEA sont Histosols qui contiennent généralement plus organique de 85 % en poids de la matière et ont moins de 35 % de contenu minéral10. Sédiments de canal ont généralement de faible masse volumique (entre 0,14 g cm-3 à 0,35 g cm-3), teneur en matière organique élevé (entre 31 et 35 %) et les valeurs de P Total (PT) comprise entre 726-1,089 mg kg-1 11.
Dans le but de cette démonstration, une batterie de serveurs au sein de la CEA a été sélectionné. Le hydroscape de la façon dont l’eau s’écoule dans l’EAA dépend de pompes et de la gravité. Chaque batterie de serveurs dans l’EAA comprend au moins un canal principal et plusieurs fossés du champ. Le domaine des fossés exécution perpendiculaire au canal principal. Les pompes en général servent un double objectif ; ils livrent l’irrigation de l’eau à la ferme et rejettent aussi l’eau de drainage extérieur. Lorsque les champs doivent être vidangées, eau dans le canal principal est abaissée et l’eau sur le terrain s’écoule dans les fossés, conduits par un gradient hydraulique. En raison de seulement une légère pente en surface plus de pluie qui se produit sur les flux de champs dans le profil de sol en transit vers le champ des fossés. Au cours de l’irrigation, le système est inversé. Il n’y a pas de réseau de drainage de tuile dans le CEA. La nappe phréatique est maintenue à une hauteur spécifique en raison d’une couche de confinement de sous-fifre de roche calcaire des sols. L’eau est apportée à travers les principaux canaux ; fossés du champ sont remplis, et l’eau n’est autorisé à s’infiltrer dans le sol à élever le niveau de la nappe phréatique dans les champs. En général, réclament de l’eau d’irrigation dans les CEA se produire au cours de mars, avril et mai (saison sèche), vindange drainage très peu. En revanche, le volume d’eau déversé entre juin et octobre (saison humide) est significativement plus élevé. La présence du canal Banque talus et fossés permet des écoulements de surface minimale comme une source potentielle de la charge de phosphore dans la ferme des canaux12.
Dans cette expérience visuelle, nous présentons une nouvelle méthode de capture pondérée en fonction du flux de particules en suspension lors des événements de drainage qui peuvent ensuite être utilisées pour la caractérisation physico-chimiques tels que la masse volumique, teneur en matière organique et fractionnement de P13 ,,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les échantillonneurs d’eau de drainage, collecte des particules ont été placés près de la sortie pompe station enregistreurs de données. A été alimenté par des batteries de 12 V qui sont exigés par les panneaux solaires. Les échantillonneurs étaient contrôlés par les enregistreurs de données sur place, qui a transformé les chromatographes sur quand les pompes sortie couru et eux éteint quand pompage s’est arrêté. Ouvertures des lignes échantillonneur d’admission étaient positionnés 0,5 m au-de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous tenons à remercier Pablo Vital et Johnny Mosley pour aide avec échantillonnage sur le terrain et Viviana Nadal et Irina Ognevich pour obtenir de l’aide d’analyses de laboratoire.
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).
