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Ambiente

호수 퇴적물에서 실험실 결정 인 플럭스 내부 인 로딩의 측정으로

Published: March 06, 2014
doi:
10.3791/51617
, ,
1Annis Water Resources Institute,Grand Valley State University

Summary

레이크 부영양화 중요한 영양소 소스를 식별하고 제어 할 필요성을 만들어 전세계 수질 문제이다. 침전물 코어에서 인 방출 비율의 실험실 판정 내부 인 로딩의 역할을 결정하고 관리 결정을 안내하기위한 유용한 방법이다.

Abstract

부영양화 전세계 레이크스 수질 문제이며, 영양원을 식별하고 제어하는​​ 중요한 필요가있다. 호수의 퇴적물 내부 인 (P) 부하는 부 영양의 총 P 부하의 상당 부분, 일부 중영, 호수를 설명 할 수 있습니다. 침전물 코어에서 P 방출률 실험실 판정 내부 P 로딩의 역할을 결정하고 관리 결정을 안내하기위한 하나의 접근 방법이다. 퇴적물 P 릴리스의 실험 결정에 두 가지 주요 대안이 내부 부하를 추정하는 존재 : 시간과 P의 질량 균형에 hypolimnetic P의 변화의 현장 측정에서. 내부 P 부하의 양을 실험실 기반의 침전물 배양을 이용한 실험 방법은 호수 관리 및 복원을위한 유용한 도구 만드는 직접적인 방법이다.

퇴적물 코어의 실험실 배양 내부 대 외부 P로드의 상대적 중요성을 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다,뿐만 아니라 레이크 관리 및 연구 다양한 질문에 응답하는 데 사용될. 우리는 황산 알루미늄 (명반) 침전물 P 방출을 감소시키기위한 치료의 효과를 평가하기 위해 침전물 코어 배양의 사용을 예시한다. 이 방법을 사용하여 조사 할 수있는 다른 연구 문제는 P 자료에 침전물의 재 부상과 bioturbation의 영향을 포함한다.

접근 방식은 한계가있다. 영양 방출을 측정하기 위해 어떤 시간 기간 동안 결정, 그리고 가능한 코어 튜브 이슈를 해결 전체 호수 퇴적물 코어에서 외삽 결과 : 가정에 대한하셔야합니다. 호수에서 시간과 공간의 산화 환원 상태를 평가하기위한 포괄적 인 용존 산소 모니터링 전략은 퇴적물 코어 배양에서 연간 예상 P로드에서 더 큰 자신감을 제공합니다.

Introduction

전 세계적으로 호수의 증가는 문화적 부영양화의 고통으로, 수질 저하의 원인의 결정은 호수 관리 및 복원을 위해 점점 더 중요 해지고있다. 그것은 가장 자주 조류 성장 1을 제한하는 영양소로 호수에 인 (P) 부하는 일반적으로 부영양화에 연루되어있다. 역사적으로, 호수에 P 적재 정량 포인트 및 비점 오염원을 통해 유역에서 외부 소스, 또는 P의 기원에 초점을 맞추었다. 그러나, 호수 퇴적물에서 내부 부하는 부 영양 호수 2-5의 총 P 부하의 큰 부분이 아니라면 대다수를 차지하고 있습니다. 따라서, 호수의 외부 하중에도 상당한 감소로 인해 퇴적물 5-8에서 P 릴리스의 재정 효과에 수질 개선 결과로 실패 할 수 있습니다. 때문에 비용과 P 제어의 어려움 등의 P로드의 생태 및 사회적 영향,, 그것은 P가로드하는 것이 중요합니다정확하게 전에 관리 전략을 제정을 확인했다.

적어도 두 개의 서로 다른 메커니즘의 퇴적물 인 릴리스에 대한 책임이 있습니다. 1) 동안 환원 조건 산소 결핍 또는 저산소증의 기간은, 물 열 9-11로 퇴적물에서 용해 된 인산염의 확산을 일으키는 원인이되는 침전물 물 계면에서 철 옥시 수산화에서 인산의 탈착이 발생할 수 있습니다. 퇴적물 표면의 2) 장애는, 바람에 의한 재 부유 및 bioturbation을 통해, 물 란에 재 부유 퇴적물의 입자 또는 침전물 기공 물에서 용해 P의 릴리스 P 중 하나를 탈착하여 물 란에 P의 방출이 발생할 수 있습니다 각각 11 ~ 13.

세 가지 기본 방법은 호수 (14, 15)에 내부 P 부하를 정량화 사용할 수 있습니다. (1) 시간 경과에 hypolimnetic 총인 (TP)의 변화의 현장 측정에 사용할 수있는 경우 모니터링데이터를 사용할 수 있습니다. 현장 측정에 기반 내부 부하 추정치들은 환경 데이터의 고유 한 공간 및 시간 변동과 관련된 높은 변동성으로 고생하고 불충분 모니터링 주파수 (14)에 의해 영향을받을 수있다. 완전한 P 예산이 구성 될 수있는 경우 (2) 질량 균형은, 내부 부하를 추정하는데 이용 될 수있다. 그러나, 충분한 데이터가 완전한 P 예산 16를 구성하는 P 입력 및 수출에서 사용할 수 있는지 드문 경우입니다. (3) 실험적으로 결정된 퇴적물 P의 방출 속도는 내부 P 부하를 계산하는 P 릴리스 (즉, 무산소 기간)의 면적 범위와 기간에 대한 정보와 함께 사용할 수있다. 너무 (아래 참조) 제한이 있지만, 이것은 내부 P 부하 정량화의 직접적인 방법입니다.

경영 의사 결정이 종종 압축 된 시간에 만들 수 있어야하므로 인해 자금 조달 제한이나 사회적 압력, 내부 P의 실험 결정에 확장그것은 현장과 물질 수지 접근보다 적은 시간과 데이터를 필요로하기 때문에 부하가 호수 관리 및 복원을 위해 더 큰 유틸리티를 사용할 수 있습니다. 외부 하중의 모니터링과 함께 퇴적물 코어의 실험실 배양은 영양이 소스 제어 2,4,17을 최적화하는 경영 의사 결정을 유도하는 것을 목표로, 내부 및 외부 P로드의 상대적 기여도를 결정하는 데 사용되었다. 호수에 직접 인접 하위 분지에있는 광대 한 해안선 개발과 불 투수면의 비율이 높은 (> 25 %) 두 미시간 호수에서 내부 P 부하가 권장 사항을 묻는 총 P 부하의 80 %를 차지하는 것으로 추정되었다 침전물 P 릴리스 2,4 감소에 대한 관리 노력을 집중합니다. 반면, 같은 지역에있는 덜 개발 된 호수에서 퇴적물의 실험 연구는 내부로드는 워싱턴 주에있는 P 관리 전략에 초점을 추천하라는 총 P 부하의 단지 7 %로 구성된 것으로 나타났다17 tershed. 침전물 코어 실험은 또한 가장 효율적인 명반 농도 및 침전물 재 부유 (13)의 효과를 투약, 침전물 P 방출률 2를 줄이기 위해 황산 알루미늄 (명반) 치료의 잠재적 효과를 결정하기 위하여 미시간 호수에서 사용하고 효능되었습니다 현장 명반 처리 일년 18 5 년 (19)에 처리를 다음. 내부 P 부하의 실험 결정은 부 영양 호수에있는 키 관리 질문에 대한 답변을 제공하는 효과적인 방법입니다.

Protocol

1. 필드 샘플링 1~2년에 (해당되는 경우) 각 얼음이없는 기간 동안 한 번 샘플링을 실시, 가능한 경우 (북쪽 온대 기후 즉, 3 회 / 년). 시간 및 / 또는 자금이 계절의 샘플링을 금지하는 경우, 중후반 여름 동안 일년에 한 번 샘플링을 실시하고 있습니다. 호수 내에서 서로 다른 지리적 영역을 커버하는 퇴적물 수집 사이트를 선택합니다. 가능한 역사 수질 및 / 또는 침전물 샘플링 사이트에 가까운 선택 위치, 히스토리 데이터를 활용하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 호수 다른 퇴적물의 유형을 나타내는 사이트를 선택하려고. 핵심 컬렉션을 침전 할 수 수질 샘플링 전에 실시한다. 최소한, 수심 및 수온과 용존 산소의 수직 프로파일을 측정한다. 근처 바닥 측정은 침전물을 방해하지 않고, 가능한 한 표면에 침전에 가까운주의해야한다. 다른 와트를 수집연구의 특정 목표를 달성하기 위해 요구되는 어 품질 데이터 및 샘플. Secchi 신부의 깊이;, 광합성 활성 복사 (PAR) 프로필, 용해 반응 인 (SRP), 총인 (TP)과 질소 종 엽록소 예는 수직의 pH, 전도도, 탁도 프로필 (가) 있습니다. 각 샘플링 위치에서 1m 밴 도른 또는 Niskin 채 수병 병을 사용하여 퇴적물 표면 위에 수집 물 10 L의 상자 속에 든 대형 유리 병을 채 웁니다. 이 실험실에서 퇴적물 코어의 초기 설정에서 배양 동안 샘플링 한 후 코어를 보충하는 데 사용됩니다. 얼음 냉각기의 상자 속에 든 대형 유리 병을 놓습니다. 피스톤 corer의 2,20를 사용하여 사이트 당 6 퇴적물 코어를 수집합니다. 코어 링 장치의 건설에 관한 구체적인 지침은 피셔 등. 20을 참조하십시오. 간략하게, 코어 링 장치 졸업 0.6 m 긴 폴리 카보네이트 코어 튜브 (7cm 자료), 폴리 염화 비닐 (PV 이루어져알루미늄 드라이브 봉, 두 개의 고무 마개와 아이 볼트, 회전 클립과 플라스틱 코팅 피스톤 케이블 및 알루미늄 드라이브 막대로 구성된 피스톤에 연결하기위한 C) 부착 조립. 다음 단계에 따라 코어 링 장치를 조립한다 : PVC 부착 어셈블리의 상단을 통해 피스톤 케이블의 스위블 클립 엔드 쓰레드. 위로 돌려 볼트​​ 구멍과 코어 튜브를 배향 및 코어 튜브의 길이를 통하여 케이블을 연장한다. 피스톤 스토퍼의 아이 볼트에 피스톤 케이블 클립. 와이어 자물쇠 히치 핀을 사용하여 PVC 부착 어셈블리에 코어 튜브를 연결합니다. 코어를 수집하는 동안 침전물의 표면 위에 수층을 유지하는 코어 튜브의 바닥으로부터 20cm 피스톤을 전진하는 피스톤 케이블을 당겨. 와이어 록 히치 핀을 이용하여 PVC 부착 조립체의 타단에 알루미늄 구동로드를 부착. 수직으로 물에 낮은 코어 링 장치, 알루미늄 드라이브의 추가 섹션을 추가필요에 따라로드. 침전물 물 계면에서 수직으로 corer를 놓고 피스톤 케이블 나머지 정지로, 아래로 밀어 넣습니다. corer이 침전물 물 계면에서 장소에 일단이 작업을 수행하기 위해 다음 그 그립의 안쪽에 케이블의 단계, 그리고 아래쪽으로 밀어 케이블 부사장 그립을 장착, 엄격한 피스톤 케이블을 빼냅니다. 표면에 코어를 가져 오기 전에 깨는 물 표면에 고무 마개로 밀봉. 덕트 테이프로 바닥 마개를 고정합니다. 이동 도중 정지를 유지하도록 코어 튜브의 상단에 피스톤이 튀어. 수직 랙에 코어 튜브를 삽입하고 필요한 경우 얼음을 사용하여, 주변에 가까운 바닥 호수의 온도에서 유지한다. 2. 실험실 배양 필드에서 반환에, 침전물과 상부의 수층의 원하는 깊이를 포함하는 코어를 조정합니다. 초과 침전물이주의 깊게 연구하여 코어 튜브의 바닥을 할 수 있습니다하단 마개를 emoving, 필요한 경우, 해당 사이트에서 수집 된 상자 속에 든 대형 유리 병에서 물을 추가합니다. 일반적으로 사용되는 퇴적물과 물 열 깊이 물 ​​열 2,4,13,17-19 위에 놓인 25 cm와 침전물의 20cm이지만, 원하는대로이 금액은 변경 될 수있다. 현장에서 측정 된 주변 바닥 물 온도에 맞게 유지 온도, 어두운 환경 성장 실에 퇴적물 코어 튜브를 놓습니다. 치료를 산화 환원하는 코어를 노출합니다. 호기 처리, 거품 공기와 3 코어 / 사이트의 물기둥. 거품 무산소 처리를위한 N 2 사이트 당 나머지 세 코어의 물기둥 (~ 350 ppm으로 CO 2로 pH를 버퍼링). 퇴적물의 표면에 지장을 느리고 일관성 거품 속도를 확인합니다. 핵심 배양 1 일에, 현장에서 각 사이트에서 수집 근처 바닥 물을 포함하는 각 10 L의 상자 속에 든 대형 유리 병을 필터링 할 수 있습니다. 연동 펌프와 필터 카트리지를 사용0.2 μm의 필터 다음에 주택, 1 μm의 필터를 통해 첫 번째 필터 물. 스토어 핵심 배양 기간 동안 4 ° C에서 물을 여과. 잠복기 2,3의 기간 동안 P의 방출 속도에 대한 샘플 코어. 이 산화 환원에 민감한 실험이므로, 가능하면 산화 환원 처리 조건을 유지하기 위해 예방 조치를 취해야. 주사기, 일 0 (즉, 코어가 성장 챔버 내에 배치시), 1, 2, 4, 6, 8, 12, 20, 24의 각 침전물 코어의 샘플링 포트를 통해 40 ml의 물 샘플을 제거 , 핵심 배양 28. (주 :. 매우 짧은 타임 프레임을 통해 변경하고 싶은 경우는, 샘플링 정권 등 HR 1, 2, 4, 8로 샘플링하도록 변형 될 수있다 그러나, 시스템이 종종 여전히 제 12 HR 통해 평형화되고, P 분리 그렇게 역학 배양의 시작 부분에 상당히 변수가 될 수 있습니다.) 즉시 제거 후, ​​20 ㎖를 분배0; TP의 분석을위한 섬광 유리 병 및 냉장에 표본. 0.45 ㎛의 멤브레인 필터를 통해 섬광 유리 병에 다른 20 ㎖의 표본 필터 및 SRP의 분석을 위해 동결. 해당 사이트에서 필터링을 같은 부피의 물 (단계 2.4 참조) 40 ㎖의 표본을 교체합니다. 3. P 릴리스 비율 계산 다음의 수학 식 2를 사용하여 물을 칼럼 TP 또는 SRP의 변화에 기초하여 플럭스 (방출률)를 계산한다 : P의 RR = (C t – C 0) × V / A P의 RR 그물 P 릴리스 (양의 값) 또는 유지 (음의 값) 퇴적물의 단위 면적 (MG P / m 2 / d)에 당이고, C (T)는 시간 t에서의 물 열의 TP 또는 SRP 농도 , C 0 시간 0에서 TP 또는 SRP 농도이고, V는 코어 t의 물 열에있는 물의 양이다우베 및 퇴적물은 코어의 평면 영역이다. 최대 겉보기 방출률보기 4,13,18,19주고 시간 곡선 대 농도의 선형 부분을 사용하여 P 방출 속도를 계산한다. 잠재적 인 단기 편견을 방지하기 위해, C의 T와 C 0 (18, 19)에 대한 비 연속 샘플링 날짜를 선택합니다. 4. 내부 P 부하 계산 연간 P 플럭스를 계산합니다. 샘플링이 발생하는 동안 시즌마다 그 시즌의 일 수에 의해 개별적으로 무산소 및 호기 유량을 곱합니다. 연간 무산소 및 호기 유량 (㎎ / ㎡ / 년)을 수득 계절의 값의 합을. 같은 호수에 여러 사이트가 샘플링 된 경우,이 계산은 (4.2.2 절 참조) 각 사이트 또는 모든 사이트에 대해 평균 유량 값을 사용하기 위해 개별적으로 수행 할 수 있습니다. 퇴적물에서 P 출시로 인해 낮은 물 온도에 겨울에는 일반적으로 매우 낮습니다. 샘플링 겨울 동안 실시하지 않은 경우,P 플럭스는 그 시즌 14, 15 0이라고 가정합니다. 내부 P 해제의 대부분은 여름 동안 발생하기 때문에, 연간 내부 P 플럭스 엉성 계절 데이터 2,15,17의 부재하에 단독으로 여름 측정으로부터 추정 될 수있다. 이 방법의 경우, 4.1.1에 따라 P 플럭스를 계산하고, 여름을 제외한 모든 계절에 0 유출을 가정합니다. 이 연간 P 릴리스의 보수적 될 것이라고 인식하고 있습니다. 가능하면, 용존 산소 데이터는 연간 P 플럭스 계산 2,4하실하는데 사용될 수있다. 이러한 데이터는 호수는 특정 연도의 비율, 또는 특정 계절 동안을위한 저산소증 또는 산소 결핍을 경험 것을 보여줄 수 있습니다. 이러한 경우, 적절한 비율 또는 계절에 따라 무산소 및 호기 유량을 사용하여 연간 내부 P 유량을 계산 값의 합. 저산소증 또는 산소 결핍이 여름 동안 만 측정 한 경우, 예를 들어,에 대한 여름 호기 플럭스 무산소 플럭스를 사용하여 4.1.1 절을 계산나머지 계절. 연간 내부 P 플럭스를 얻기 위해 값의 합. 일상 용존 산소 모니터링 데이터가 호수 저산소증 또는 산소 결핍 올해의 35 %를 경험하도록 지정하면 마찬가지로, 0.65에 의해 4.1.1에서 0.35 및 연간 호기 유속에 의해 4.1.1에서 연간 무산소 유출을 곱 계산 값의 합을 연간 내부 P 유출. Polymictic 호수 인해 산화 환원 상태 (14)에서의 자주 혼합 및 공간과 시간의 변화에, 내부 P 부하 계산에 특별한 도전을 제기. 뉘른베르크 등. 16 polymictic 호수는 계절이나 한 해 동안 발생할 수있는 무산소 일 수를 계산하는 모델을 개발했다. 다음 레이크 표면적 유사한 영역을 적극적으로 P를 방출하는 시​​간 (일 / 계절)를 나타내는 활성 침전물 릴리스 위치 및 시간 (AA)는, 계산 될 수있다 : AA = -36.2 + 50.2 로그 (P 시즌) + 0.762 Z / 0.5 P가 주어진 시즌 동안 평균 물 열 TP 농도이고, Z는 평균 깊이, 그리고 호수 표면 영역입니다. 연간 내부 P 플럭스를 계산 시즌마다 호기 유속에 의해 무산소 유출 및 호기 일의 숫자로 AA를 곱 한 다음 모든 값의 합을 구하는. 전체 호수 지역 내부 P 플럭스를 확장 할 수 있습니다. 연간 내부 P 부하를 계산하기 위해 전체 호수 면적에 의해 단계 4.1에서 연간 P 플럭스를 곱합니다. 연간 P 플럭스는 섹션 4.1.4 또는 4.1.5에 따라 계산되지 않는 한, 연간 내부 P 부하를 계산하기 위해 무산소 연간 플럭스를 사용합니다. 그렇지 않으면, 섹션 4.1.4 또는 4.1.5에서 계산 된 플럭스를 사용합니다. 같은 호수에 여러 사이트가 샘플링 된 경우, 호수 각 사이트와 관련된 지리적 영역으로 나눌 수 있습니다. 영역의 면적에 의해 각 사이트에 대해 연간 무산소 P 플럭스 (또는 섹션 4.1.4 또는 4.1.5에서 연간 플럭스)를 곱하면, 다음 앤을 얻기 위해 값의 합전체 호수 4,17에 대한 연간 내부 P 부하. 대안 적으로, 모든 사이트의 연평균 P 플럭스는 4.2.1 절에서 사용될 수있다. 자세한 용존 산소 데이터는 호수 경험 저산소 또는 무산소 조건 (예를 들면 깊은 지역)의 특정 영역이 다른 영역 호기 년 내내 유지하면서 나타낼 수 있습니다. 가능한 경우, 플럭스 × 면적 계산을 세분화하기 위해이 정보를 사용 (Steinman 등., 준비에서). 연간 무산소 플럭스에 의해 무산소 면적을 곱하면 연간 호기 유속에 의해 호기 면적을 곱하면 연간 내부 P 부하를 계산하기 위해 두 값의 합.

Representative Results

내부 P 자료는 외부 P로드 4 대 내부의 상대적 기여도를 식별하기 위해, 모나 호수, 미시간에서 수집 한 퇴적물 코어에서 측정 하였다. 포 사이트는 P 플럭스의 공간 변화에 대한 회계, 연간 내부 P 부하를 추정하기 위해 세 시즌 동안 샘플링했다. 침전물 코어는 무산소 및 호기 조건 하에서 20~28일 동안 배양하고, 덮는 수층은 배양 기간 동안 정기적 SRP와 TP 농도 대해 샘플링 하였다. 무산소 처리는 SRP와 퇴적물에서 TP 자료를 유발하지만, 우리는 설명을 목적으로 만 TP 플럭스 결과를 제시하고있다. TP 농도는 무산소 치료에 여름 동안 높은 있었고, TP 자료의 공간적 변화는 모든 계절 동안 (그림 1) 분명했다. 평균 내부 TP 플럭스 미만 1.4 밀리그램 P의 / 미터의 모든 호기 코어의 2 / 일이었다가 동안 4 사이트 3에서 음의 플럭스 값을 표시하는 호기 침전물의는 시즌 4 (표 1) 동안 싱크보다는 P의 원천으로 작용 하였다. TP 방출 비율은 여름에 15.56 밀리그램의 P / ㎡ / 일의 높은 플럭스, 무산소 코어 상당히 높았다 스프링 4 (표 1)에서 0.80 밀리그램 P의 /의 평방 미터 / 일 최저. 이러한 플럭스 값 퇴적물 코어 컬렉션 4시에 측정 된 용존 산소 조건에 따라 계절 내부 P 자속을 계산하는 데 사용 하였다. 계절의 내부 P 하중 해당 지리적 영역 (4)의 표면적에 각 사이트에서 플럭스를 스케일링함으로써 계산 하였다; 계절 값은 겨울 동안 0 플럭스 가정 연간 내부 P 부하를 추정하는 합산 하였다. 연간 내부 P 하중 가산기 (표 2) 중에 발생하는 하중의 대부분과 함께, 3.4 톤으로 추정되었다. 동시 외부 P 부하 예측으로 이러한 결과를 비교, 그것은 추정 그 모나 호수 공헌의 퇴적물연간 총 P 부하 4 9-82% 사이 테 (표 2). 일련의 실험은 황산 알루미늄 (명반) 내부 P 로딩이 감소에 처리 및 동일계 명반 치료 (18, 19)에서의 2) 효능 1) 잠재적 인 효과를 결정하기 위하여, 스프링 레이크, 미시간 실시 하였다. 졸업생의 호수 전체 응용 프로그램을 시뮬레이션 실험실 실험은 처리 2 (그림 2)와 내부 P 자료에 극적인 감소를 보여 주었다. 위의 예와 마찬가지로, 우리는 대표적인 결과로이 실험에서 만 TP 자료를 제시하고 있습니다. (봄 호수 퇴적물에서 여름 자연 조건을 시뮬레이션) 명반 처리없이 무산소 코어에서 위에 놓인 물 열에서 TP 농도는 (그림 2)보다 1.2 ㎎ / L에 도달 의미한다. 반면, 명반을 투여 무산소 코어는 사실상 P 릴리스와 농도 중 하나에서 차이가 없었다 있었다호기 처리가 2 (그림 2). 스프링 레이크에있는 졸업생의 호수 전체 응용 프로그램 다음 일년 실시한 퇴적물 코어 배양은 치료 18 (그림 3A) 무산소 및 호기 치료 사이의 유사한 릴리스 속도로, 퇴적물 P의 방출을 줄이는 데 매우 효과가 있다고 밝혀졌다. 실험이 명반 다음과 같은 치료 오년 반복되었을 때, TP 자료는 전처리보다 훨씬 낮은 남아 있지만,보다 큰 명반 효과 19 (그림 3B)에 약간의 감소를 제안, 다음과 같은 치료를 일년 측정. 그림 1. 총 인 (TP) 농도 (㎎ / L)를하는 동안, 모나 호수, 미시간에서 수집 한 퇴적물 코어의 실험실 배양 동안 측정. 봄 (A), 여름 (B), 가을 (C) 4 TP는 20에 4 호수 사이트에서 물 위에있는 퇴적물 코어를 측정 하였다 – 28 일간의 배양에. 전설의 편지는 산화 환원 상태를 의미 (A = 무산소 치료를, O = 호기 처리) 수는 숫자 (1-3)를 복제하는 데 의미합니다. 시즌 중 Y 축에 다른 비늘을합니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오. 계절 사이트 무산소 유출, MG P / m 2 / 일 호기 유량, MG P / m 2 / 일 봄 1 2.77 ± 1.53 0.25 ± 0.01 2 2.82 ± 0.83 0.26 ± 0.23 3 0.80 & #177; 0.07 0.17 ± 0.07 4 1.15 ± 0.71 0.12 ± 0.04 여름 1 7.06 ± 2.57 0.46 ± 0.24 2 9.27 ± 5.99 1.36 ± 0.73 3 15.56 ± 1.00 0.90 ± 0.29 4 13.63 ± 1.82 0.59 ± 0.41 가을 1 4.48 ± 1.56 -0.66 ± 0.22 2 2.87 ± 0.97 -1.14 ± 0.93 3 3.10 ± 4.08 0.51 ± 0.13 4 6.46 ± 4.66 -0.79 ± 0.23 표 1. 평균 (± SD) 최대 명백한 TP 유출 모나 호수, 미시간에서 수집 한 퇴적물 코어의 (MG P / ㎡ / 일) 및 무산소 및 호기 조건 4에서 배양은. 플럭스는 그림 1과 같이 시간이 지남에 따라 TP 농도의 변화로부터 계산 하였다. 계절 내부 P 로드, t 외부 P 로드, t 내부 부하 공헌 % 봄 0.055 0.557 9.0 % 여름 2.272 0.862 72.5 % 가을 1.127 0.242 82.3 % 겨울 0.000 연간 3.454 내용은 "> 표 2. 모나 호수, 미시간 연간 계절 내부 P 부하 추정 (톤, T), (표 1 참조) 최대 명백한 TP 플럭스 4를 기준으로 계산. 계절 내부 P 부하 추정은 외부 P와 비교된다 부하는 총 P 부하에 내부 부하의 기여를 결정하는 추정하고있다. 그림 2. 평균 (± SD) TP 농도 (㎎ / L) 스프링 레이크, 미시간에서 수집 한 퇴적물 코어의 실험실 배양 동안 측정 및 실험적 호기 및 무산소 조건 2에서 황산 알루미늄 (명반)으로 처리 하였다. TP는 물 칼럼 상부에서 측정 하였다 20 일간의 배양 기간 동안 퇴적물 코어. 이 그림은 Steinman 등에서 수정되었습니다. 2에 의해 재판권한, ASA, CSSA, SSSA은. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 3. 평균 (± SD) TP 농도 (㎎ / L) 일년 19 (B) 졸업생의 호수 전체에 도포 후 18 (A), 5 년 후에 스프링 레이크, 미시간에서 수집 한 퇴적물 코어의 실험실 배양 동안 측정. 퇴적물 코어보기 25 일 (B) 배양에 호기와 무산소 처리를 실시하고, 위에있는 물 란은 22 일 (A)을 통해 TP 농도에 대한 샘플링했다. .이 그림은 Steinman 등 18에서 수정 된, 패널 및 Steinman 등 19;. 패널 B </stronG>. 권한에 의해 재판, ASA, CSSA, SSSA은. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

호수에 영양 로딩은 환경 적, 경제적 장애 21-23 모두가 발생할 수 있으므로, 그것은 사회가 양분 소스의 특성과 방법을 관리하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 적절한 기여 소스 (즉 호수의 퇴적물 또는 유역 입력)하여 이해 관계자의 부분에 호수 복원과 좌절의 좌절의 결과로, 관리 조치 대상이되지 않으면 영양소의 부하를 줄이기 위해 비용이 많이 드는 시도는 수질을 개선하지 않을 수 있습니다. 특히 얕은 부영양화 레이크스 내부 인 부하의 정량화 수질 조건을 개선하기위한 관리 전략을 식별하는 중요한 단계이다. 퇴적물이 영양소의 주요 소스로 연루되는 경우에도 P의 외부 입력은 궁극적으로 퇴적물에 축적 및 연료 미래의 내부로드 (24, 25) <이후, 외부 P 부하의 감소는, 부영양화 완화에 대한 호수 관리 전략에 포함되어야합니다/ SUP>.

다른 방법은 내부 P 부하를 추정하기 위해 존재하지만, P의 방출 속도의 실험 결정은 관리 및 연구 질문에 다양한 답변을 조정 할 수있는 직접적인 방법입니다. 스프링 레이크, 미시간에서 수집 퇴적물 코어 실험실 배양은 명반 처리 2 및 가장 효율적인 애플리케이션의 농도 (13)의 잠재적 인 효과를 결정하기 위해 사용되었다. 이러한 실험실 기반의 연구에서 연구 결과의 결과로, 이해 관계자는 명반 치료는 봄 호수 퇴적물의 P의 방출을 제어 할 수 있다는 확신을 개발했다. 결과적으로, 그들은 명반 치료 자금을 10 년 평가를 승인, 이후 퇴적물 코어 배양은 치료가 다음과 같은 치료를 일년 18 5 년 19 퇴적물 P 유출을 감소시키는 효과가 있다고 밝혀졌다. 침전물 코어 배양 또한 퇴적물 재 부유 (13)의 효과를 평가하기 위해 사용되어왔다 </SUP>와 bioturbation P 자료에 (G. 노가와 A. 해리스, 게시되지 않은 데이터).

몇 가지 추가적인 침전물 분석 침전물 P 분리 결과를 해석에 유용한 정보를 제공하는 핵심 배양과 함께 수행 될 수있다. 퇴적물의 상위 5 개 또는 10 cm의 퇴적물 TP, porewater의 SRP, 순차적 P 분획, 및 금속 4,18,19의 분석을위한 코어에서 압출 될 수있다. 내부로드 연구에 도움이 될 수있는 순차 P 분별 (26)의 예는 1) 알루미늄 산화 환원 구분 (알-P를 나타냅니다 (알-P) 또는 철 (Fe-P))과 결합 P의 양을 확인해야합니다 무산소 조건에서 용해되고, 모두 안정된 광물 협회 2 인), 칼슘 (CA-P), 마그네슘 (Mg를-P), 수 산화 환원에 민감한 (철 – P) 미네랄 협회. 또한, 퇴적물 철 : P 비율은 퇴적물의 전위 P-결합능에 대한 통찰력을 제공하기 위해 계산 될 수있다. 남아 철분이 풍부한 퇴적물P 비율은 15 위이다 (중량) 27 : 산화는 철 때 약간의 P를 해제하는 것으로 나타났다. 이러한 추가 퇴적물 분석은 내부 부하 배양 4,18,19 다음 코어에서 수행, 또는 내부 부하 코어 컬렉션의 시간에 촬영하지만, 방출 속도 측정을 위해 사용되지 않는 코어에 복제 할 수 있습니다.

퇴적물 P 플럭스의 실험 결정의 장점에도 불구하고, 접근 방식은 한계가없는 것은 아니다. 가정의 숫자는 종종 결과에 불확실성을 추가 할 수하셔야합니다 :

  • 한 가정은 퇴적물 코어의 출시 가격은 연구 호수의 상황을 대표하는 것입니다. 이러한 가정의 영향을 최소화하기 위해, 샘플링 전략 침전물 P 릴리스 가능한 공간적 및 시간적 변동의 정도를 나타내도록 설계되어야한다. 사이트를 샘플링 침전물 characterist에서 공간의 변화를 포착하기 위해 호수 내에서 가능한 한 많은 지리적 범위를 커버한다ICS 2. 가능한 경우, 수심 맵 호수 바닥 안쪽의 범위의 대표 위치를 선택하는데 사용될 수있다. 공간 변화를 포착하기위한 다른 고려 사항은 주요 지류 입력의 위치와 별개의 호수 분지의 존재를 포함한다. 가능하면 실험실 배양이 방출 속도의 시간적 변화를 포착하기 위해 각 얼음이없는 기간 동안 여러 년 동안 수행되어야한다.
  • 두 번째 가정은 배양 조건이 자연 조건을 대표하는 것입니다. 상수 무산소 상태가 자연스럽게 학습 호수에서 발생하지 않을 수 있습니다 P의 방출을위한 최적의 상황을 만듭니다. 따라서, 최대의 잠재적 인 속도와 같은 무산소 치료에 측정 출시 가격을 생각하는 것이 가장 좋은 방법 일 수 있습니다, 따라서, 무산소 처리는 침전물 P 자료를 과대 평가할 수있다.
  • 연간 내부 P로드를 계산하기 위해, 타이밍, 지속 시간 및 hypolimnetic 무산소의 공간적 범위에 대한 가정이 만들어 져야한다.예를 들어, 상대적으로 일관성있는 수심 및 hypolimnetic 무산소 확인 강하게 층화 레이크스, 일부 연구 전체 레이크 영역 연간 내부 P로드 추정의 2,4 목적 성층 기간 동안 무산소 인 것으로 가정했다. 그러나, 이는 얕은 연안 지역 4 호기 퇴적물 부하의 과대 평가 될 수 있습니다. 따라서, DIEL, 계절, 계절의, 및 산화 환원 상태에있는 공간의 변화를 포착하는 포괄적 인 용존 산소 모니터링 전략은 매우 정확한 연간 내부 부하 추정하는 것이 좋습니다.
  • 마지막으로, 실험실 배양으로 인해 완전히 자연 조건을 시뮬레이션 할 수 없다는으로 실험 유물을 소개하고있다. 퇴적물이 코어 튜브에 봉입되기 때문에 예를 들어, 투과성 퇴적물 통해 물 교환은 배제하고 있지만,이 문제를 완화 28 관류 코어 튜브를 설계하는 것이 가능하다. 다른 유물 주요 모방하는 무능력을 포함자연 시스템의 침전물의 무결성을 방해 할 수있는 사건이나 바람 웨이브 동작을 혼합.

(데이터의 여러 년보다 강력한 정보를 제공하지만) 퇴적물 코어 배양 접근 방식으로 최소 1 년에서 합리적인 내부 P 부하 추정치를 생성 할 수 있음을 감안할 때, 그것은 호수 관리 결정을 알리는 유용한 도구입니다. 호수 관리 또는 복원 계획을 개발하는 데 사용되는 경우, 재정 자원의 현명한 이용을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 내부 P 부하 관리가 이미 발생한 호수에서 퇴적물 코어 배양은 치료의 효능을 확인하고 보증하는 경우, 관리의 궤도를 수정하는 데 사용할 수.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는 기꺼이 제임스 Smit의 커트 톰슨에 의해 제공되는 필드와 실험실 지원을 인정합니다. 이 프로토콜이 개발 된 오리지날 연구를위한 자금 조달은 스프링 레이크 레이크 보드 2,13,18,19에 의해 제공되었다; 그랜드 밸리 주립 대학 짐 던컨, 데이브 Farhat의, 그리고 대통령의 사무실, 환경 품질 4의 미시간학과 대학 17.

Materials

Multiparameter sonde YSI YSI 6600 The key parameters of interest are temperature and dissolved oxygen, although other measurements may be desired depending on the goals of the study. The other major manufacturer of multiparameter sondes is Hach (Hydrolab). 
Niskin bottle General Oceanics 101005 A Van Dorn bottle can also be used.
Carboys, 10 L  Nalgene DS2213-0020 Available from many laboratory supply companies, including Fisher Scientific and VWR.
Piston corer N/A N/A Details on construction materials given in Fisher et al. 1992
Vice grips N/A N/A
Duct tape N/A N/A
Vertical rack for holding core tubes N/A N/A Custom fabricated on-site.
Environmental growth chamber Powers Scientific, Inc. DS70SD
Compressed air with regulator N/A N/A Use lab air supply or purchase from local gas supply company.
Buffered N2 gas with regulator N/A N/A Purchase from local gas supply company. 
Parker Parflex Series E (instrument grade) polyethylene tubing; 1/4" o.d., 0.04" wall, .170" i.d. Parker E-43-B-0100 Tubing (from gas to chamber)
PEEK Capillary tubing; 1/16" o.d., 1/32" i.d. Fisher Scientific 3050412 Tubing (from manifold to cores)
Union tee Parker 164C-4
Union tee nut Parker 61C-4
Nylon tubing; 1/4" o.d., 3/16" i.d. US Plastics 58042
Ferrule, front and back; 1/4" Swagelock B-400-Set
Brass nut; 1/4" Swagelock B-402-1
Brass medium-flow meterings valve; 1/4" Swagelock B-4MG
Once-piece short finger tight fittings; 1/16" Alltech 32070 Half of the sampling port
Female 10-32 to female luer; 1/4 " Alltech 20132 Half of the sampling port
Ferrule, front and back; 1/16" Swagelock B-100-Set
Brass nut fittings; 1/16" Swagelock B-102-1
Tube fitting reducer; 1/16" x 1/4" Swagelock B-100-R-4
PTFE tubing; 1/16" o.d., 0.040" i.d. Grace Davison Discovery Sciences 2106982
Low-pressure PTFE tubing; 1/8" o.d., 0.1" i.d. Fisher Scientific AT3134 Tubing from sampling port into core
AirTite all-plastic Norm-Ject syringes, 50mL (60mL) luer slip (eccentric), Sterile Fisher Scientific 14-817-35
Wheaton HDPE liquid scintillation vials, 20 mL, Poly-Seal cone liner Fisher Scientific 03-341-72D
Nylon Syringe Filter; 30mm diameter, 0.45 mm Fisher Scientific 03-391-1A
Masterflex peristaltic pump, model 755490 Cole Parmer A-77910-20
Pall Filterite filter housing, model T911257000 Pall Corporation SCO 10UP
Graver QMC 1-10NPCS filter; 10", 1.0 mm Flowtech Corp N/A
Graver Watertec 0.2-10NPCS filter; 10", 0.2 mm Flowtech Corp N/A
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Referências

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Phosphorus FluxInternal Phosphorus LoadingEutrophicationSediment CoresLaboratory IncubationsAlum TreatmentSediment ResuspensionBioturbationDissolved OxygenRedox StatusLake ManagementLake Restoration

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Ogdahl, M. E., Steinman, A. D., Weinert, M. E. Laboratory-determined Phosphorus Flux from Lake Sediments as a Measure of Internal Phosphorus Loading. J. Vis. Exp. (85), e51617, doi:10.3791/51617 (2014).
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