Kontinuerlig Instream overvågning af næringsstoffer og Sediment i landbruget vandskel

Vand kvalitet overvågning giver oplysninger om koncentrationerne af forurenende stoffer på forskellige rumlige skalaer, afhængigt af størrelsen af de medvirkende område, som kan variere fra et plot eller et felt til et vendepunkt. Denne overvågning finder sted over en periode, som en enkelt hændelse, en dag, en sæson eller et år. De oplysninger, der er høstet fra kontrollen vandkvaliteten, hovedsagelig vedrørende næringsstoffer (f.eks. kvælstof og fosfor) og sediment, kan bruges til: 1) forstå hydrologiske processer og transport og omdannelse af forurenende stoffer i vandløb, som landbrugs afvandingsgrøfter; 2) at evaluere effektiviteten af forvaltningspraksis anvendes til afvanding at reducere næringsstof og sediment belastningen og øge vandkvalitet; 3) vurdere levering af sediment og næringsstoffer i vandet neden; og 4) forbedre modelleringen af næringsstoffer og sediment til at forstå de hydrologiske og vand kvalitetsprocesser, der bestemmer forurenende transport og dynamics over vifte af tidsmæssige og rumlige skalaer.

Denne information er afgørende for akvatiske økosystemer restaurering, bæredygtig planlægning og forvaltning af vand ressourcer¹.

Mest anvendte almindeligt metode for næringsstof og sedimenter tilsyn i et vandskel er grab prøveudtagning. Grab prøveudtagning repræsenterer præcist et snapshot koncentration på tidspunktet for prøveudtagningen². Det kan også skildrer en variation af forurenende koncentrationer med tiden, hvis hyppige prøveudtagning er gjort. Men, hyppige prøveudtagning er tid intensiv og bekostelig, ofte gør det upraktisk². Derudover grab prøveudtagning kan- eller overvurderer de faktiske forurenende koncentrationer uden for prøveudtagning tid^2,3,4. Derfor kan belastninger beregnes ved hjælp af sådanne koncentrationer ikke være nøjagtige.

Alternativt, kontinuerlig overvågning indeholder nøjagtige og rettidige oplysninger om vandkvaliteten i et foruddefineret tidsinterval, såsom et minut, time eller en dag. Brugere kan vælge de passende gang intervaller baseret på deres behov. Kontinuerlig overvågning giver forskere, planlæggere og ledere at optimere stikprøven samling; udvikle og overvåge tid-integreret målinger, som samlede maksimale daglige belastninger (TMDLs); vurdere den rekreative brug af vandområdet; vurdere baseline stream betingelser; og rumligt og tidsligt vurdere variationen af forurenende stoffer til at bestemme årsag og virkning relationer og udvikle en forvaltning plan^5,6. Løbende overvågning af næringsstoffer og sediment har for nylig modtaget øget opmærksomhed på grund af fremskridt i computing og sensor teknologi, forbedret kapacitet af lagringsenheder og de stigende krav skulle studere mere komplekse processer ^{1 , 5 , 7}. i en global undersøgelse af over 700 vand fagfolk, brugen af multi-parameter sondes steget fra 26% til 61% fra 2002 til 2012 og forventes at nå op på 66% af 2022⁵. I den samme undersøgelse, er 72% af de adspurgte angivet behov for udbygning af deres net til at opfylde deres data brug for⁵. Antallet af stationer i et overvågningsnet og antallet af variabler overvåges pr. station i 2012 forventes at stige med 53% og 64%, henholdsvis, af 2022⁵.

Dog er løbende vandkvalitet og mængde overvågning i landbruget vandskel udfordrende. Store nedbørsmængder begivenheder vaske væk sedimenter og macrophytes, bidrager til høje sediment belastning og snavs oprustning i sensorer og sondes. Afstrømning af overskydende kvælstof og fosfor anvendes på landbrugsmarker skaber ideelle betingelser for væksten af mikroskopiske og makroskopiske organismer og tilgroning af instream sensorer og sondes, især om sommeren. Tilgroning og sediment oprustning kan forårsage sensorer til at mislykkes, glider og producere upålidelige data. På trods af disse udfordringer, er finere tidsmæssige opløsning (så lavt som pr minut) data forpligtet til at studere afstrømning processer og punkt source forurening, som de er påvirket af vandskel karakteristika (fx størrelse, jordbund, hældning, osv. ) og timing og intensitet af nedbør⁷. Omhyggelig felt observation, hyppig kalibrering, og korrekt rengøring og vedligeholdelse kan sikre god kvalitet data fra sensorer og sondes, selv på de finere tidsopløsning.

Her diskuterer vi en metode for den i situ kontinuerlig overvågning af to landbrugs vandskel bruger multi-parameter vand kvalitet sondes, område-hastighed og tryk transducer sensorer og autosamplers; deres kalibrering og felt vedligeholdelse; og databehandling. Protokollen viser en måde, hvorpå løbende vand kvalitet overvågning kan udføres. Protokollen er generelt gælder for kontinuerlig vandkvalitet og mængde overvågning på enhver type eller størrelse af vandskel.

Protokollen blev udført i nordøstlige Arkansas lille-grøfter bassinet (HUC 080202040803, 53.4 km² område) og Lower St. Francis Basin (HUC 080202030801, 23,4 km² område). Disse to vandskel løbe ned bifloder til Mississippifloden. Behov for overvågning bifloder til Mississippifloden blev identificeret af den nedre Mississippifloden Conservation Committee og Golfen Mexico hypoxi Task Force at udvikle en skelsættende management plan og registrere forløbet af management aktiviteter ^{8 , 9}. Desuden disse vandskel karakteriseres som fokus vandskel af United States Department of Agriculture-naturlige ressourcer bevaring Service (USDA-referencecentre), baseret på potentialet for at reducere næringsstof og sediment forurening og for forbedre vand kvalitet¹⁰. Edge-of-field overvågning gennemføres i disse afvandingsområder som en del af statewide Mississippi River Basin sund vandskel initiativ (MRBI) netværk¹¹. Flere detaljer af vandskel (dvs. steder, vandskel karakteristika, osv.) leveres i Aryal og Reba (2017)⁶. Kort sagt, den lille flod grøfter bassin har overvejende silt lerjord jord, og bomuld og sojabønner er de vigtigste afgrøder, mens Lower St. Francis Basin har overvejende Sharkey lerjord, og ris og sojabønner er de store afgrøder. På hver vandskel, blev i situ løbende vand kvantitet og kvalitet kontrol (dvs. decharge temperatur, pH, DO, turbiditet, ledningsevne, nitrat og ammonium) foretaget på tre stationer i mainstream bruger denne protokol til forstå den rumlige og tidsmæssige variation i de forurenende belastninger og de hydrologiske processer. Desuden blev ugentlige vandprøver indsamlet og analyseret for suspenderet sediment concentration.