Özet

Continu hydrologische en Water kwaliteitsbewaking van Vernal vijvers

Published: November 13, 2017
doi:

Özet

Inzicht in de ecosysteemdiensten en processen die vernal vijvers en de effecten van menselijke activiteiten op hun capaciteit om deze services te verstrekken vereist een intensieve hydrologische controle. Dit protocol van de bemonstering met in-situ bewakingstoestellen werd ontwikkeld om te begrijpen de impact van menselijke activiteiten op de waterstanden en kwaliteit.

Abstract

Vernal vijvers, ook wel aangeduid als de vernal zwembaden, bieden kritische ecosysteemdiensten en habitat voor een verscheidenheid van bedreigde en bedreigde soorten. Nochtans, zijn zij kwetsbare delen van de landschappen die vaak slecht worden begrepen en understudied. Ruimtelijke ordening en beheerspraktijken, alsmede klimaatverandering worden verondersteld te zijn een bijdrage te leveren aan de daling van de wereldwijde amfibieën. Meer onderzoek is echter nodig om te begrijpen van de omvang van deze effecten. Hier presenteren we een methodologie voor het karakteriseren van een vernal vijver morfologie en detail een controlestation dat water kwantiteit en kwaliteit om gegevens te verzamelen over de duur van een vernal vijver hydroperiod kan worden gebruikt. Wij bieden de methodologie voor de wijze van uitvoering van onderzoeken van het veld voor het karakteriseren van de morfologie en de ontwikkeling van fase-opslag curven voor een vernal vijver. Daarnaast bieden wij methodologie voor controle van het waterpeil, temperatuur, pH, oxidation-reduction potentiële, opgeloste zuurstof en elektrische geleidbaarheid van het water in een vernal vijver, evenals regenval monitoringgegevens. Deze informatie kan worden gebruikt om beter het kwantificeren van de ecosysteemdiensten die vernal vijvers bieden en de effecten van menselijke activiteiten op hun capaciteit om deze services te verstrekken.

Introduction

Vernal vijvers zijn tijdelijke, ondiepe wetlands die doorgaans bevatten water uit de herfst naar het voorjaar en zijn vaak droog tijdens de zomermaanden. De periode van de inundatie van vernal vijvers, algemeen bekend als de hydroperiod, is in eerste instantie geregeld door neerslag en verdamping1.

Vernal vijvers kunnen ook worden hierna aangeduid als de vernal zwembaden, efemere vijvers, tijdelijke vijvers, seizoensgebonden vijvers en geografisch geïsoleerde wetlands2. In het noordoosten van de Verenigde Staten, worden vernal vijvers meestal gekenmerkt door de kritieke habitat die zij voor amfibieën bieden, de broedplaatsen bijeenkomen en ondersteuning tijdens de vroege levensstadia (d.w.z., kikkervisjes) en metamorfose. In Californië, worden vernal vijvers gekenmerkt door de unieke vegetatie en bedreigde plantensoorten dat ze2ondersteunen.

Deze habitats dreigen steeds verschuldigd op het land van gebruik en klimaatverandering en amfibieën populaties ondervindt een significante daling van de wereldwijde grotendeels te wijten aan antropogene activiteiten3,4. Water kwaliteit zorgen als gevolg van vervuiling zijn ook gedachte bijdragende factoren in recente wormsalamanders daalt wereldwijd5. Bovendien, recente studies is gebleken een verhoogde exemplaar van de intersex kenmerken in kikkers vernal vijvers beïnvloed door menselijke afvalwater6bevolken. Er moet daarom een te voeren meer intensief toezicht van zowel natuurlijke als beïnvloed vernal vijvers de bijdragen aan de daling van de wereldwijde wormsalamanders beter te begrijpen.

De fysieke parameters van vernal vijvers die moeten worden gemeten en gecontroleerd omvatten de morfologie van de vijver en het water niveau. De morfologie is de geometrie van de vijver, en is ontwikkeld door een enquête om te bepalen van de veranderingen in de hoogte in de vijver. De enquête gegevens vervolgens gebruikt worden om een etappe-opslag-curve, waardoor het volume van de vijver worden geraamd op basis van metingen van de waterstand. Omdat de waterstand in een vernal vijver is sterk beïnvloed door neerslag, moeten de metingen worden verricht met een hoge temporele resolutie te best begrijpen zowel de korte (dat wil zeggen, over de volgorde van minuten tot uren) en de lange termijn schommelingen (dat wil zeggen, over de volgorde van maanden tot jaren) in waterstand uitmaken.

Water kwaliteitsparameters van belang waarvan bekend is dat de functie van de vernal vijvers van invloed zijn op onder meer de temperatuur, pH, elektrische geleidbaarheid, gehalte aan opgeloste zuurstofniveaus en oxidation-reduction potentieel. Deze parameters kunnen allemaal worden gemeten in situ met relatief goedkope technologieën en sensornetwerken. Sommige water kwaliteitsparameters van belang zoals sommige voedingsstoffen soorten (d.w.z., totaal Kjeldahl-stikstof) en andere verontreinigende stoffen (d.w.z., opkomende verontreinigingen) eisen dat monsters worden verzameld en gebracht naar een laboratorium voor verwerking en analyse.

Kritische parameters die invloed hebben op het vermogen van de vernal vijvers functioneren als geschikte habitat voor fok amfibieën en de vroege ontwikkelingsstadia van kikkervisjes omvatten water niveau, pH, en opgeloste zuurstofconcentratie. Vergeleken met de vernal vijvers gelegen in relatief ongerepte landschappen, verhoogde niveaus van elektrische geleidbaarheid, hogere pH, verlaagde zuurstofconcentraties ontbonden, en hoge nutriëntenconcentraties liggen zijn geboekt in vernal vijvers beïnvloed door antropogene activiteiten2,7. Vermindering of anaërobe omstandigheden voordoen bij deze habitats, met name degenen die zijn beïnvloed door antropogene activiteiten. Dit kan leiden tot een verschuiving in de microbiologische Gemeenschap, veranderen de nutriënt fietsen in de vijver en potentieel vermindering van de aantasting van de hormoonhuishouding ontregelen verbindingen en andere verontreinigende stoffen8,9.

Het doel van dit document is bedoeld als informatie voor het opzetten van een station voor de controle van de water kwantiteit en kwaliteit van een vernal vijver. Deze methode kan worden toegepast op elke vernal vijver, maar vereist toegang tot de site (dat wil zeggen, de site moet worden op het openbaar domein of land-eigenaar gemachtigd om apparatuur te installeren).

Protocol

1. een enquête van een Vernal morfologie van de vijver selecteren een locatie aanwijzen als de benchmark te markeren met een kleine enquête of markering vlag. Opmerking: De locatie moet worden een hogere hoogte dan de vijver en line-of-sight vanaf alle locaties in de vijver. Toewijzen de benchmark van een verhoging van de referentie; het exacte aantal maakt niet uit, het geeft alleen een verwijzing waarmee alle andere verhogingen kunnen worden vergeleken. Met behulp van een meetlin…

Representative Results

Vernal vijvers kunnen een breed scala van morfologie, met profielen variërend van convexe tot rechte helling naar concave vertonen. Voorbeeld morfologie voor een vernal vijver in Centraal Pennsylvania is afgebeeld in Figuur 1, samen met de resultaten van de curve van de fase-opslag voor deze vijver (Figuur 2, tabel 1). Vijver van de maximale diepte is niet een sterke indicator van oppervlakte, zoals hydroperiod …

Discussion

Betekenis ten opzichte van bestaande methoden

Weliswaar toezicht voor streams gevestigde methoden die zijn ontwikkeld door de United States Geological Survey (USGS), bestaat geen dergelijke wijdverbreide monitoring programma voor begrip vernal vijver dynamics. Dit protocol strekt tot leidraad voor hoe om te beginnen met de aanpak van hydrologische en waterkwaliteit controle onderzoek op een vernal vijver-site, met het doel van het begrip van hoe fysische en chemische factoren …

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs bedank de Pennsylvania State Universiteit Office van fysieke Plant (OPP) voor financiering ter ondersteuning van dit onderzoek. Bovendien wil we Drs. Elizabeth W. Boyer, David A. Miller en Tracy Langkilde aan de Pennsylvania State University bedanken voor hun gezamenlijke steun aan dit project.

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

Referanslar

  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).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
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