Summary

Kontinuerlig hydrologiske og vann kvalitet overvåking av Vernal dammer

Published: November 13, 2017
doi:

Summary

Forstå økosystemtjenester og prosesser vernal dammer og virkningene av menneskelige aktiviteter på deres evne til å yte tjenester krever intensiv hydrologiske overvåking. Denne prøvetaking protokollen bruker på plass overvåking utstyr ble utviklet for å forstå virkningen av menneskelige aktiviteter på vannstand og kvalitet.

Abstract

Vernal dammer, også kalt vernal bassenger, gi kritiske økosystemtjenester og habitat for en rekke truet og Eskortetjenester. Men er de sårbare deler av landskap som er ofte dårlig forstått og lite studert. Arealbruk og ledelsesmetoder, samt klimaendringer antas å være et bidrag til global amfibier nedgangen. Men er mer forskning nødvendig å forstå omfanget av disse konsekvenser. Her presenterer vi metodikk for å karakterisere en vernal dam morfologi og detaljer en overvåking stasjon som kan brukes til å samle inn vann kvantitet og kvalitet data over varigheten av en vernal dam hydroperiod. Vi gir metodikk å gjennomføre feltet undersøkelser for å karakterisere morfologi og utvikle scenen-lagring kurver for en vernal dam. I tillegg gir vi metodikk for overvåking av vannstanden, temperatur, pH, oksidasjon-reduksjon potensial, oppløst oksygen og elektrisk ledningsevne vann i en vernal dam, i tillegg til å overvåke nedbør data. Denne informasjonen kan brukes til å bedre kvantifisere økosystemtjenester som vernal dammer gi og virkningene av menneskelige aktiviteter på deres evne til å yte tjenester.

Introduction

Vernal dammer er midlertidige, grunne våtmarker som vanligvis inneholder vann fra høsten til våren, og er ofte tørre i sommermånedene. Oversvømmelse perioden vernal dammer, som hydroperiod, styres hovedsakelig av nedbør og fordampning1.

Vernal dammer kan også bli referert til som vernal bassenger, flyktige dammer, midlertidige dammer, sesongmessige dammer og geografisk isolert våtmarker2. I nordøstlige USA, er vernal dammer ofte preget av kritisk habitat de gir for amfibier, som avl grunn og gi støtte under tidlige livsstadier (dvs., rumpetroll) og metamorfose. I California, er vernal dammer preget av den unike vegetasjon og truede plantearter at de støtter2.

Disse er stadig truet grunn til land bruk og klimaendringer og amfibier befolkningsgrupper opplever en betydelig global nedgang skyldes menneskelige aktiviteter3,4. Vann kvalitet bekymringer på grunn av forurensning er også antatt å være medvirkende faktorer i siste amfibier avslår globalt5. I tillegg har nyere undersøkelser avdekket en økt forekomst av tvekjønnet egenskaper i frosker bor vernal dammer påvirket av menneskelige avløpsvann6. Det er derfor behov for å utføre mer intensiv overvåking av både naturlige og påvirket vernal dammer å forstå bidragsyterne til globale amfibier nedgangen.

Fysisk parameterne vernal dammer som skal måles og overvåket inkluderer dammen morfologi og vann. Morfologi er geometrien av dammen, og er utviklet av gjennomfører en undersøkelse for å finne endringer i høyde over dammen. Undersøkelsen data brukes deretter til å opprette en stadium-lagring kurve, slik at volumet på dammen fastsettes basert på vannstanden målinger. Fordi vannstanden i en vernal dam er sterkt påvirket av nedbør, gjøres mål på en timelig høyoppløselig beste forstå både kort (dvs.på minutter til timer) og langsiktig svingninger (dvs. på måneder til år) i vannet.

Vann kvalitet parametere av interesse som er kjent for å påvirke funksjonen til vernal dammer inkluderer temperatur, pH, elektrisk ledningsevne, oppløst oksygen nivåer og oksidasjon-reduksjon potensialet. Disse parametrene kan alle være målt i situ med relativt billig teknologier og sensornettverk. Noen vann kvalitet parameterene steder som noen næringsstoffer arter (dvs., totalt Kjeldahl nitrogen) og andre forurensende stoffer (dvs., nye miljøgifter) krever eksempler som skal samles inn og brakt til et laboratorium for behandling og analyse.

Kritiske parametere som påvirker evnen til vernal dammer å fungere som passende beboelse for avl amfibier og tidlig i utviklingen etapper i rumpetroll inkluderer vann nivå, pH, og oppløst oksygen konsentrasjon. Forhold til vernal dammer i relativt uberørte landskap, forhøyede nivåer av elektrisk ledningsevne, høyere pH, redusert oppløst Oksygenkonsentrasjoner, og høy næringsinnholdet registrert i vernal dammer påvirket av menneskeskapte aktiviteter2,7. Redusere eller anaerobe forholdene kan oppstå i disse habitater, spesielt de som er påvirket av menneskelige aktiviteter. Dette kan forårsake en endring i mikrobiologisk samfunnet, endre næringsstoffer sykling i dammen og potensielt redusere nedbrytning av endokrine forstyrre forbindelser og andre miljøgifter8,9.

Målet med denne utredningen er å gi informasjon om hvordan du oppretter en stasjon for kvantitet og kvalitet av et vernal tjern. Denne metoden kan brukes til alle vernal dammen, men krever tilgang til området (dvs.området må være på offentlig eiendom eller grunneier tillatelse til å installere utstyr).

Protocol

1. gjennomfører en undersøkelse av en Vernal dammen morfologi Velg et sted å angi som målestokk og merke det med en liten undersøkelse eller merke flagget. Merk: Hvor skal en høyere høyde enn dammen og har line-of-sight fra alle steder over dammen. Tilordne referanseporteføljen en referanse høyde; det eksakte antallet spiller ingen rolle, det bare gir en referanse som alle andre høyder kan sammenlignes. Bruker et målebånd og merking flagg, gjør transects med 3 m mellomro…

Representative Results

Vernal dammer kan vise en rekke morfologi, med alt fra konveks til rett stigningstallet til konkav-profiler. Eksempel morfologi for en vernal dam i det sentrale Pennsylvania er vist i figur 1, sammen med resultatene av scenen-lagringen kurven for denne dammen (figur 2, tabell 1). Maksimal dammen dybde er ikke en god indikator på areal som hydroperiod har bare en svak sammenheng med dammen morfologi<sup class="xr…

Discussion

Betydning når det gjelder eksisterende metoder

Mens overvåking av bekker har veletablerte metoder utviklet av United States Geological Survey (USGS), finnes ingen slike omfattende Overvåkingsprogram for forståelse vernal dammen dynamics. Denne protokollen søker å gi veiledning om hvordan du tilnærming hydrologiske og vannkvalitet overvåking forskning ved et vernal tjern sted, med mål å forstå hvordan fysiske og kjemiske faktorer kan endres over tid på et gitt områ…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne vil gjerne takke Pennsylvania State University Office av fysiske anlegg (OPP) for finansiering å støtte denne forskningen. I tillegg vil vi gjerne takke Dr. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller og Tracy Langkilde på The Pennsylvania State University for deres Samarbeidsstøtte for dette prosjektet.

Materials

CR1000 Campbell Scientific 16130-23 Measurement and Control Datalogger
ENC12/14-SC-MM Campbell Scientific 30707-88 Weatherproof Enclosure Box (12" x 14")
CS451-L Campbell Scientific 28790-82 Pressure Transducer
CM305-PS Campbell Scientific 20570-3 47" Mounting Pole (Tripod)
TE525-L Texas Electronics 7085-111 Tipping Bucket Rain Gauage (0.01 inch)
CS511-L Campbell Scientific 26995-41 Dissolved Oxygen Sensor
SP10 Campbell Scientific 5278 10 W Solar Panel
PS150-SW Campbell Scientific 29293-1 12 V Power Supply with Voltage Regulator & 7 Ah Rechargeable Battery
CSIM11-ORP Wedgewood Analytical 22120-72 Oxidation-reduction potential probe
CSIM11-L Wedgewood Analytical 22119-151 pH probe
CS547A-L Campbell Scientific 16725-229 Water conductivity probe
A547 Campbell Scientific 12323 CS547(A) Conductivity Interface
CST/berger SAL 'N' Series Automatic Level Package CST/berger 55-SLVP32D Automatic Survey Level, Tripod, and 8' survey rod

Referências

  1. Korfel, C. A., Mitsch, W. J., Hetherington, T. E., Mack, J. J. Hydrology physiochemistry, and amphibians in natural and created vernal pool wetlands. Restor. Ecol. 18 (6), 843-854 (2010).
  2. Colburn, E. A. . Vernal Pools: Natural History and Conservation. , (2004).
  3. Collins, J. P. Amphibian decline and extinction: What we know and what we need to learn. Dis Aquat Org. 92, 93-99 (2013).
  4. Wake, D. B., Vredenburg, V. T. Are we in the midst of the sixth mass extinction? A view from the world of amphibians. Proc Nat Acad Sci USA. 105, 11466-11473 (2008).
  5. IUCN. . Conservation International and Nature Conservancy. , (2004).
  6. Smits, A. P., Skelly, D. K., Bolden, S. R. Amphibian intersex in suburban landscapes. Ecosphere. 5 (1), 11 (2014).
  7. Brooks, R. T., Miller, S. D., Newsted, J. The impact of urbanization on water and sediment chemistry of ephemeral forest pools. J. Freshwater Ecol. 17 (3), (2002).
  8. Czajka, C. P., Londry, K. L. Anaerobic transformation of estrogens. Environ. Sci. Technol. 367, 932-941 (2006).
  9. Dytczak, M. A., Londry, K. L., Oleszkiewicz, J. A. Biotransformation of estrogens in nitrifying activated sludge under aerobic and alternating anoxic/aerobic conditions. Water Environ. Res. 80 (1), 47-52 (2008).
  10. Field, H. L. . Landscape Surveying. , (2012).
  11. . Solar Angle Calculator. Solar Electricity Handbook. , (2017).
  12. Brooks, R. T., Hayashi, M. Depth-area-volume and hydroperiod relationships of ephemeral (vernal) forest pools in southern New England. Wetlands. 22 (2), 247-255 (2002).
  13. Laposata, M. M., Dunson, W. A. Effects of spray-irrigated wastewater effluent on temporary pond-breeding amphibians. Ecotox. Environ. Safe. 46 (2), 192-201 (2000).
  14. Qian, Y. L., Mecham, B. Long-term effects of recycled wastewater irrigation on soil chemical properties on golf course fairways. Agron. J. 97 (3), 717-721 (2005).
  15. Karraker, N. E., Gibbs, J. P., Vonesh, J. R. Impacts of road deicing salt on the demography of vernal pool-breeding amphibians. Ecol. Appl. 18 (3), (2008).
  16. Gall, H. E., Jafvert, C. T., Jenkinson, B. Integrating hydrograph modeling with real-time monitoring to generate hydrograph-specific sampling schemes. J. Hydrol. 393, 331-340 (2010).
  17. Gall, H. E., Sassman, S. A., Lee, L. S., Jafvert, C. T. Hormone discharges from a Midwest tile-drained agroecosystem receiving animal wastes. Environ. Sci. Technol. 45, 8755-8764 (2011).
  18. Pittman, S. E., Jendrek, A. L., Price, S. J., Dorcas, M. E. Habitat selection and site fidelity of Cope’s Gray Treefrog (Hyla chrysoscelis) at the aquatic-terrestrial ecotone. J. Hepatol. 42 (2), 378-385 (2008).
  19. Vandewege, M. W., Swannack, T. M., Greuter, K. L., Brown, D. J., Forstner, M. R. J. Breeding site fidelity and terrestrial movement of an endangered amphibian, the Houston Toad (Bufo Houstonensis). Herpet. Conserv. Bio. 8 (2), 435-446 (2013).
  20. Homan, R. N., Atwood, M. A., Dunkle, A. J., Karr, S. B. Movement orientation by adult and juvenile wood frogs (Rana Sylvatica) and american toads (Bufo Americanus) over Multiple Years. Herpet. Conserv. Bio. 5 (1), 64-72 (2010).
check_url/pt/56466?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Mina, O., Gall, H. E., Chandler, J. W., Harper, J., Taylor, M. Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds. J. Vis. Exp. (129), e56466, doi:10.3791/56466 (2017).

View Video