Summary

Захват потока взвешенный воды и взвешенных частиц из сельскохозяйственных каналов во время дренажа событий

Published: November 07, 2017
doi:

Summary

Питательные вещества, присутствующие в форме твердых частиц может существенно способствовать общей нагрузки в сельскохозяйственных дренажных вод. Это исследование описывает новый метод для захвата потока взвешенный воды и взвешенных частиц от фермы канал дренажа над всей продолжительности события дренажа.

Abstract

Целью данного исследования является описать методы, используемые для захвата потока взвешенный воды и взвешенных частиц от фермы каналов во время дренажа выполнения события. Каналов можно обогатить за счет питательных веществ, таких как фосфора (P), которые восприимчивы к транспорту. Фосфор в виде взвешенных частиц может существенно способствовать общей нагрузки P в дренажных вод. Отстойные танк эксперимент был проведен для захвата взвешенных частиц во время событий дискретных дренажа. Фермы канал сброса воды была собрана в серии двух 200л отстойные топливные цистерны за весь период времени дренаж события, с тем чтобы представлять композитный подвыборки воды сбрасываются. В конечном счете Имхофф усадки конусов используются для осесть взвешенных частиц. Это достигается путем сосущие воды от усадки танков через конусы. Частиц, затем собираются для физико химических анализов.

Introduction

Судьба и транспорта взвешенных частиц был предметом многочисленных исследований из-за его роль в эвтрофикации, особенно в сельскохозяйственных системах1,2. Всеобъемлющая оценка питательных веществ, содержащихся в твердых частиц в рамках водной системы необходима для расследования многочисленных экологических проблем например, Внутренний круговорот питательных веществ и выпустить вышележащих воды столбец3, стабильность субстрата, легкая доступность в толще воды и в конечном итоге проблемы качества воды вниз по течению экосистем4. Количество фосфора (P) хранятся в форме твердых частиц (органического вещества или отложениях) обычно больше, чем в столбец воды5. Исследование, проведенное Кенни и др. 6 показал, что между возрастной диапазон 1900 года и 2006 недавних отложений, которые были сданы на хранение в озеро Lochloosa, Флорида. Эти молодые отложений содержали почти 55 раз больше P чем, который присутствовал в толщу воды. Один из подходов к охарактеризовать потенциальные воздействия твердых частиц на определенной системы является проведение количественных кадастровых фосфора, хранящихся в отложениях, сбрасываются во время дренажа событий. Сбор и анализ этих разряженные частиц может помочь оценить течению обогащение питательными веществами воздействий на чувствительные экосистемы.

Шторм события обычно представляют лишь незначительную часть времени, но может способствовать большинство P разряда нагрузки в ферме дренажа. Это потому, что для того, чтобы предотвратить затопление полей, большой объем воды уходит более коротких периодов времени. Количество осадков интенсивность и скорость потока являются жизненно важными вождения факторы, которые могут контролировать концентрацию взвешенных отложений в сухопутных стока7. Проектирование, методы мониторинга, которая захватывает пробы потока взвешенный композитный воды поможет избежать ошибок, связанных с событиями комплекс, высокая интенсивность дождя. Во время высокого разряда событий как штормы быстрые и радикальные изменения в концентрациях не может быть представитель средний загрязнителей концентрации для дополнительных тома. Таким образом проб воды потока взвешенный гораздо более точно представляет концентрацию разряда события, как это суммирование нагрузки в течение времени8. Наиболее распространенными потока взвешенный образцы, автоматически собранные дискретный или композитных образцов. Захватив экспортируемых взвешенных частиц от фермы дренажа во время разряда позволяет нам количественную оценку серьезности события на P загрузки. Этот метод описан в это исследование помогает захвата частиц, которые позже могут быть охарактеризованы для различных физических и химических свойств. Новизна выборки дренажа разряда, с помощью метода непрерывного потока композитный против захвата выборки, что это лучшее представление о полевых условиях над всей продолжительности события дренажа. В то время как захват выборки является «снимок» во времени и могут не полностью представляют собой эффект всего мероприятия.

Эверглейдс сельскохозяйственного района (ЭССХ) в Южной Флориде, США является большой простор первоначального Эверглейдс, которые канализированную и осушенных для сельскохозяйственных, коммерческих и жилых развития. Почти 1100 млн м3 воды ежегодно сбрасывается от и через ЭССХ на юге и Юго-9. Почвы в ЭССХ являются гистопочв, обычно содержат более 85% органических вопрос по весу и имеют меньше 35% минерального содержания10. Канал осадков, как правило, имеют низкую насыпную плотность (между 0,14 g cm-3 в 0,35 г см-3), содержание высокого органического вещества (между 31-35%) и общая P (ТП) значения в диапазоне от 726-1,089 мг кг-111.

Для целей этой демонстрации был выбран ферме в ЭССХ. Hydroscape как вода течет в ЭССХ зависит от насосов и гравитации. Каждая ферма в ЭССХ включает на по крайней мере один основной канал и несколько полей. Поле канавы выполнения перпендикулярно в главный канал. Насосы обычно служат двойной цели; они доставить оросительной воды на ферму, а также выполнять дренажных вод за пределы участка. Когда поля должны быть осушены, воды в основной канал опускается, и вода из поля стекает в канавы, движимый гидравлический градиент. Благодаря только небольшой уклон в поверхности большая часть осадков, что происходит на поля потоков через почвенного профиля в пути к полю рвы.  Во время полива системы меняется на противоположную. Сети не существует плитка дренажа в ЭССХ. В таблице воды поддерживается на определенную высоту благодаря ограничивая слоем известняка основой подчиненным почвы.  Вода доставляется через основные каналы; рвы поля заполнены, и воды может просочиться в профиль почвы для повышения уровня грунтовых вод в полях. Как правило требования воды для орошения в ЭССХ возникают в течение марта, апреля и мая (сухой сезон), с очень мало сброса дренажа. Напротив объем воды сбрасываются с июня по октябрь (сезон дождей), значительно выше. Наличие канала банка насыпи и траншеи позволяет для минимальной поверхностного стока как потенциальный источник P нагрузки в ферме каналов12.

В этом эксперименте визуального мы представляем новый метод захвата потока взвешенный взвешенных частиц во время дренажа событий, которые могут затем использоваться для физико химических характеристик как насыпная плотность, содержание органического вещества и фракционирование P13 ,14.

Protocol

1. измерители установки и функционирования определить исследование фермы и установить регистратор, который запускает автоматический пробоотборник собирать образцы составных потока на пропорциональной основе потоком, который необходим мониторинг уровня канала, головы оборото?…

Representative Results

Метод, описанный в настоящем исследовании позволяет нам захватить воды и твердых частиц, освобождается во время перекачки события в каналы ферм. Воды и твердых частиц, которые собираются потока взвешенный, что означает, что они являются репрезентативными всей продолж…

Discussion

Автосампл для дренажных вод, сбора твердых частиц были размещены вблизи выходе насоса Логеры станции. Власть была представлена 12 V аккумуляторов, которые взимаются солнечных панелей. Автосампл контролируется на местах Логеры, который включен когда выхода насосы побежал и выключен при …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотим поблагодарить Pablo жизненной и Джонни Мосли за помощью в области выборки и Вивиана Надаль и Ирина Огневич за помощь с лабораторных анализов.

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

  1. Sims, J. T., et al. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Bhadha, J. H., et al. Soil phosphorus release and storage capacity from an impacted subtropical wetland. Soil Sci. Soc. Amer. J. , 74 (2010).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Erickson, A. J., et al. . Optimizing stormwater treatment practices: a handbook of assessment and maintenance. , (2013).
  9. Abtew, W., Obeysekera, J. Drainage Generation and Water Use in the Everglades Agricultural Area Basin. J. Amer. Water Res. Asso. 32, 1147-1158 (1996).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Hedley, M. J., Stewart, J. W. Method to measure microbial phosphate in soils. Soil Biol. Biochem. 14, 377-385 (1982).
  15. O’Dell, J. W. . Method 365.1, Revision 2.0: Determination of Phosphorus by Semi-Automated Colorimetry. , (1993).
  16. 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).

Play Video

Cite This Article
Bhadha, J. H., Sexton, A., Lang, T. A., Daroub, S. H. Capturing Flow-weighted Water and Suspended Particulates from Agricultural Canals During Drainage Events. J. Vis. Exp. (129), e56088, doi:10.3791/56088 (2017).

View Video