עיצוב ובנייה של מתקן מחקר ניגר עירוני
Summary
מאמר זה מתאר את העיצוב, בנייה, ותפקוד של מתקן 1,000 מ '2 המכיל 24 חלקות 33.6 מ 2 שדות בודדים מצוידות למדידת נפחי נגר סך הכל עם זמן ואוסף של subsamples נגר במרווחים שנבחרו לכימות של מרכיבים כימיים במים ניגר מ מדשאות בית מדומה.
Abstract
ככל שעולה האוכלוסייה העירונית, כך גם האזור של נוף עירוני שלחין. שימוש במים בקיץ באזורים עירוניים יכול להיות שימוש במי שורת 2-3x בסיס החורף בשל גידול בביקוש להשקיה נוף. שיטות השקיה פסולות ואירועי גשמים גדולים יכולים לגרום לניגר מנופים עירוניים שבו יש פוטנציאל לביצוע חומרים מזינים ומשקעים לנחלים מקומיים ואגמים שבו הם יכולים לתרום לאאוטריפיקציה. מתקן 1,000 מ '2 נבנה אשר מורכב מ24 חלקות בודדות 33.6 מ 2 שדה, כל אחד מצויד למדידת נפחי נגר סך הכל עם זמן ואוסף של subsamples נגר במרווחים שנבחרו לכימות של מרכיבים כימיים במים ניגר מנופים עירוניים מדומים. כרכים נגר מן הניסויים הראשונים והשני היו מקדם השתנות (CV) ערכים של 38.2 ו28.7%, בהתאמה. ערכי קורות חיים לpH נגר, EC, וריכוז Na עבור שני הניסויים היו כולם תחת 10%. Concentrations של DOC, TDN, DON, PO 4 -P, K +, Mg 2 +, וCa 2 + היו לי ערכי קורות חיים פחות מ 50% בשני הניסויים. בסך הכל, התוצאות של בדיקות שבוצעו לאחר התקנת טפש במתקן מצויינים אחידות טובה בין מגרשים לכרכים נגר ומרכיבים כימיים. גודל מגרש הגדול מספיק כדי לכלול הרבה של ההשתנות הטבעית ולכן מספק סימולציה טובה יותר של מערכות אקולוגיות בנוף אורבאנית.
Introduction
ארבעת המטרופולינים, המאוכלסים ביותר צומחים במהירות הרבה ביותר נמצאים בדרום ארה"ב באקלים סוב טרופי 1. בנוסף, אחוז השינוי הגדול ביותר בארץ עירונית בין 1982 ו -1997 התרחש בדרום ארה"ב 1. עם אזורים עירוניים הגדילו מגיע ביקוש במקביל למים מתוקים, הרבה מהם משמש לשימוש חיצוני במהלך חודשי קיץ 2. עם הבנייה חדשה, מערכות השקיה לתכנות קרקע ב- מותקנות לעתים קרובות. למרבה הצער, מערכות אלה לעתים קרובות מתוכנתים לספק השקיה לגינון עירוני בתדירות גבוהה יותר ו / או בהיקפים העולים על דרישות evapotranspiration של הנוף 2. כתוצאה מכך נפח משמעותי של נגר מגינון עירוני למים שקיבלו, אשר תורם למה שזכה לכינוי הנחל עירוני תסמונת 3. סימפטומים של תסמונת הזרם העירונית כוללים העלאת תדר של זרימה יבשתית וזרימה מכרסמת, עלו nitrogen, זרחן (P), רעלים, וטמפרטורה בנוסף לשינויים במורפולוגיה ערוץ, ביולוגיה של מים מתוקים, ומערכת אקולוגית (N) מעבד 3.
הפסדים של N וP ממערכות אקולוגיות חקלאיות נחקרו רבים ונמצאו כתלוי בעיקר בארבעה גורמים: מקור תזונתי, קצב יישום, עיתוי יישום, ומיקום תזונתי 4. נתונים שפורסמו פחות בעוד קיימים כיום בתנועה באתר הנחה של חומרים מזינים מנופים עירוניים, המנהלים האלה יכולים להיות מיושמים ישירות לתרבות turfgrass, בין אם במדשאות בית, חוות טפש, פארקים, או שטחים ירוקים אחרים. בנוסף, שיטות השקיה פסולות שיש בי לגרום לניגר מהנוף יכולות להחמיר הפסדים אלה.
הפסדי חומר מזין ניתן לשנות עוד יותר על ידי איכות מים להשקיה. אזורים בדרום המערב ארצות הברית לעתים קרובות לנצל יותר מלוחים או מים sodic להשקיה של מדשאות בבית ונופים עירוניים 5,6. ההרכב הכימי שלהמים להשקיה עשויים לשנות באופן משמעותי את הכימיה אדמה גורמים לשחרור של פחמן, חנקן, סידן, וקטיונים אחרים למים נגר. מחקר שנערך לאחרונה הראה כי יחס קליטת נתרן מוגבר (SAR) של המים לחילוץ עלה באופן משמעותי את הסכומים של פחמן (C) וחנקן (N) דלף מקטעי רחוב Augustinegrass, קטעי ryegrass, וחומרים אורגניים אחרים 7. יתר על כן, הפסדי אדמה ניתן להפיק מים C, N, וP מקרקעות turfgrass פנאי היו בקורלציה משמעותית עם מרכיבים כימיים במי השקיה 6.
Washbusch et al. למד נגר עירוני במדיסון, ויסקונסין, וגילה שמדשאות היו התורמים הגדולים ביותר של זרחן בסך הכל 8. בנוסף, הם גם מצאו כי 25% מP הכולל ב" Dirt רחוב "מקורו מעלים ודשא קצוץ. בסביבה כפרית טיפוסית, פסולת עלים נופלת על האדמה ולאחר מכן מתפרקת חומרים מזינים משחררים לאט בחזרה ליםסביבת נפט. עם זאת, בסביבה עירונית, כמויות משמעותיות של עלים עשירים בחומרים מזינים ודשא קצוץ עלולות ליפול או לקבל שטפו או פוצצו על hardscapes כגון חניונים, מדרכות, וכבישים, לאחר מכן עושים את דרכם אל תוך הרחובות שבם הם תורמים ל" לכלוך ברחוב " , רבים מהם מקבל שטף ישירות לתוך נתיבי מים שקיבלו.
קרקעות נוף עירוניות הן לעתים קרובות מופרעת ודחוסים מאוד במהלך הבנייה, אשר יכולה גם להגדיל את הכמויות של נגר בשל שיעורי חדירה מופחתים 9. Kelling ופיטרסון דיווחו כי שני כולל נגר ריכוזי חומרי ההזנה בניגרות ממדשאות בית נפח והם גדלו ממדשאות שנדחסו או שיש לי קשה פרופילי קרקע מופרעים בשל פעילות הבנייה קודמת 10. Edmondson et al. לעומת זאת, מצא כי קרקעות עירוניות היו פחות דחוסים בהשוואה למקיף קרקעות חקלאיות באזור העירוני ופרברי של Leicאסתר, 11 בריטניה. הם ייחסו זאת למכונות חקלאיות כבדות המשמשות, אבל הם גם ציינו כי היו לי מדשאות צפיפות בצובר אדמה גדולה מאדמה מתחת לעצים ושיחים שיוחסה לכיסוח דשא ורמיסה אנושית גדולה יותר.
נראה כי במצבים רבים, תסמונות זרם עירוניות ופרבריות מושפעות באופן משמעותי על ידי נגר ונקודת מקור פולטים 3,12. בעוד ניתן להשפיע נקודת מקורות באמצעות היתרים ומחזור, יש צורך במחקר נוסף כדי לפתח ולבדוק נהלי ניהול הטובים ביותר להקמת מדשאת הבית וניהול כדי למזער את ההפסדים מזינים לניגר. מאמצי המחקר האחרונים בנושא זה פעמים רבות במרכז לאורך אזורי חוף שבם יש קרקעות תוכן חול גבוהות, בשל חששות הקשורים להשפעות של שטיפה וניגר הפסדים של חומרים מזינים למימיי חופים. עם זאת, בעת עבודה עם קרקעות מאוד חוליים, חייב להיות אחד מדרונות תלולים ושיעורי משקעים גבוהים כדי להיות מסוגל generaטה כל נגר 13,14. בניגוד לכך, רב של הקרקעות בארצות הברית המרכזית בסדר מרקם ויש לי שיעורי חדירה נמוכים שיגרמו לכמויות משמעותיות של נגר מאירועי גשמים אפילו קטנים. לכן, זה היה רצוי לתכנן ולבנות מתקן נגר על אדמה ומדרון אופייני לאלה שעלולות להתרחש בנופי מגורים ילידים.
מאמר זה מתאר את העיצוב, הבנייה ותפקוד של מתקן 1,000 מ '2 המכיל 24 33.6 מ 2 חלקות שדה בודדות למדידת נפחי נגר סך הכל ברזולוציות זמן קטנות יחסית ואיסוף בו זמני של subsamples מי ניגר בנפח שנבחר או מרווחי זמן למדידה וכימות של מרכיבים כימיים של מי ניגר.
Protocol
Representative Results
Discussion
מים זורמים על פני, ל, ודרך קרקעות מושפעות במידה רבה על ידי הטופוגרפיה, הכיסוי וגטטיבי, ותכונות פיסיקליות האדמה. קרקעות מוגזמת דחוסים וקרקעות עם תוכן חימר גבוה יציגו שיעורי חדירה מופחתים וכמויות מוגברות של מי נגר. לכן, בעת בניית מתקן מסוג זה, יש לעשות כל מאמץ שנעשה לשימ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים בתודה להכיר תמיכה כספית מScotts Miracle-Gro החברה למתקן זה. אנחנו גם מעריכים לושות טורו לקבלת סיוע במתן בקר ההשקיה. החזון והתכנון על ידי ד"ר כריס Steigler מאוחר בשלבים המוקדמים של הפרויקט הזה השלבים הוא גם הודה בהכרת תודה. המחברים גם מבקשים להודות לגב 'נ' סטנלי לקבלת הסיוע הטכני שלה עם הכנת מדגם וניתוח.
Materials
| Flow meter | Teledyne Isco | Model 4230 | Bubbling flow meter that measures and records water flow through flume |
| Portable Sampler | Teledyne Isco | Model 6712 | Works in conjunction with the flow meter to collect water samples at predetermined intervals. |
| Flow Link Software to collect data | Teledyne Isco | Ver 5.0 | Allows communication between flow meter and computer |
| Pre-sloped trench drain | Zurn Industries, LLC | Z-886 | |
| Irrigation Controller | Toro Company | VP Satellite | Controls irrigation to each plot individually |
| Electric Valves | Hunter | 2.5 cm PGV | Opens or closes water flow to individual plots based on signal from irrigation controller |
| Spray nozzles | RainBird | HE-Van 12 | Sprays irrigation water in predetermined pattern and rate |
| Irrigation heads | Hunter | Pro Spray 4 | 4 inch pop up spray heads |
| 6 inch slotted drain pipe | Advanced Drainage Systems | 6410100 | single wall corregated HDPE – slotted |
| 6 inch plain drain pipe | Advanced Drainage Systems | 6400100 | single wall corregated HDPE – plain |
| Filter Paper | Whatman GF/F | 1825-047 | 47mm diameter, binder-free, glass microfiber filter |
| pH Meter | Fisher | Accumet XL20 | |
| Combination pH probe | Fisher | 13-620-130 | |
| Automatic Temperature Compensating Probe | Fisher | 13-602-19 | |
| Electrical conductivity probe | Fisher | 13-620-100 | Cell constant of 1.0 |
| TOC-VCSH with total nitrogen unit TMN-1 | Shimadzu Corp | TOC-VCSH with TMN-1 | dissolved C and N analyzer |
| Smartchem 200 | Unity Scientific | 200 | Discrete Analyzer for P measurement |
| ICS 1000 | Dionex | ICS 1000 | Ion Chromatography for Ca, Mg, K and Na measurment |
| Portable Soil Moisture Meter | Spectrum | FieldScout TDR 300 | 7.5 cm long probes |
| Totallizing Water Meters | Badger | 3/4 inch water meters | standard homeowner water meters |
References
- Fulton, W., Pendall, R., Nguyen, M., Harrison, A. Who sprawls most? How growth patterns differ across the U.S. The Brookings Institution Survey Series. http://www.brookings.edu/~/media/research/files/reports/2001/7/metropolitanpolicy%20fulton/fulton. , (2001).
- White, R. H., et al. How much water is ‘enough’? Using PET to develop water budgets for residential landscapes. Proc. Texas Sec. Amer. Water Works Assoc. 7, 7 (2004).
- Walsh, C. J., Roy, A. H., Feminella, J. W., Cottingham, P. D., Groffman, P. M., Morgan, R. P. The urban stream syndrome: current knowledge and the search for a cure. J. North Am. Benthol. Soc. 24, 706-723 (2005).
- . 4R Plant Nutrition: A Manual for Improving the Management of Plant Nutrition. International Plant Nutrition Institute. , (2012).
- Miyomoto, S., Chacon, A. Soil salinity of urban turf area irrigated with saline water II. Soil factors. Landsc. Urban Plan. 77, 28-38 (2006).
- Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Urban soils of Texas: Relating irrigation sodicity to water-extractable carbon and nutrients. Soil Sci. Soc. Am. J. 76, 972-982 (2012).
- Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Salt impacts on organic carbon and nitrogen leaching from senesced vegetation. Biogeochem. 112, 245-259 (2013).
- Washbusch, R. J., Selbig, W. R., Bannerman, R. T. Sources of phosphorus in stormwater and street dirt from two urban residential basins. National Conference on Tools for Urban Water Resource Management and Protection Proceedings. , (2000).
- Pitt, R., Chen, S., Clark, S. E., Swenson, J., Ong, C. K. Compaction’s impacts on urban storm-water infiltration. J. Irrigation Drainage Eng. 134, 652-658 (2008).
- Kelling, K. A., Peterson, A. E. Urban lawn infiltration rates and fertilizer runoff losses under simulated rainfall. Soil Sci. Soc. Am. J. 39, 349-352 (1975).
- Edmondson, J. L., Davies, Z. G., McCormack, S. A., Gaston, K. J., Leake, J. R. Are soils in urban ecosystems compacted? A citywide analysis. Biol. Lett. 7, 771-774 (2011).
- Cunningham, M. A., et al. The suburban stream syndrome: Evaluating land use and stream impairments in the suburbs. Phys. Geogr. 30, 269-284 (2009).
- Erickson, J. E., Cisar, J. L., Volin, J. C., Snyder, G. H. Comparing nitrogen runoff and leaching between newly established St. Augustinegrass turf and an alternative residential landscape. Crop Sci. 41, 1889-1895 (2001).
- Morton, T. G., Gold, A. J., Sullivan, W. M. Influence of overwatering and fertilization on nitrogen losses from home lawns. J. Environ. Qual. 17, 124-130 (1988).
- O’Dell, J. W. Method 415.1 Organic carbon, total (combustion or oxidation). Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes. , 415.1-415.3 (1983).
- O’Dell, J. W. Determination of phosphorus by semi automated colorimetry. Environmental monitoring systems laboratory, Office of research and development. U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- O’Dell, J. W. Determination of nitrate nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O’Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- O’Dell, J. W. Determination of ammonia nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O’Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- Gobel, P., Dierkes, C., Coldewey, W. G. Storm water runoff concentration matrix for urban areas. J. Contam. Hydrol. 91, 26-42 (2007).
- Vietor, D. M., Provin, T. L., White, R. H., Munster, C. L. Runoff losses of phosphorus and nitrogen imported in sod or composted manure for turf establishment. J. Env. Qual. 33, 358-366 (2004).
