التي تحددها المختبر الفوسفور الجريان من بحيرة الرواسب كمقياس للتحميل الفوسفور الداخلية

Summary

بحيرة المغذيات هي قضية نوعية المياه في جميع أنحاء العالم، مما يجعل الحاجة لتحديد والسيطرة على مصادر المواد الغذائية الهامة. تقرير المختبر معدلات إطلاق الفوسفور من قلوب الرسوبيات هو نهج قيمة لتحديد دور الداخلية الفوسفور التحميل وتوجيه القرارات الإدارية.

Abstract

التشبع الغذائي هي قضية نوعية المياه في البحيرات في جميع أنحاء العالم، وهناك حاجة ماسة لتحديد والسيطرة على مصادر المواد الغذائية. الفسفور الداخلية (P) التحميل من رواسب البحيرات يمكن أن تمثل جزءا كبيرا من العبء P الكلي في حسن التغذية، وبعض mesotrophic والبحيرات. تقرير المختبر من معدلات الانبعاث P من قلوب الرسوبيات هو نهج واحد لتحديد دور الداخلية P التحميل وتوجيه القرارات الإدارية. وجود بديلين الرئيسي في تقرير التجريبية من الرواسب الإفراج P لتقدير حمولة الداخلية: القياسات الموقعية التغيرات في P hypolimnetic مع مرور الوقت وP توازن الكتلة. المنهج التجريبي باستخدام حضانات الرواسب المختبري لقياس حمولة P الداخلي هو الطريقة المباشرة، مما يجعلها أداة قيمة لإدارة البحيرة والترميم.

يمكن حضانات المختبر من قلوب الرسوبيات مساعدة في تحديد الأهمية النسبية للداخلية مقابل الأحمال P الخارجية،وكذلك يمكن استخدامها للرد على مجموعة متنوعة من إدارة البحيرة والبحوث الأسئلة. نحن لتوضيح استخدام حضانات الأساسية الرواسب لتقييم فعالية كبريتات الألومنيوم من (الشب) العلاج للحد من الرواسب الإفراج P. الأسئلة البحثية الأخرى التي يمكن أن يتم التحقيق باستخدام هذا النهج تشمل آثار إعادة تعليق الرواسب والتعكير على الإفراج P.

لديه النهج أيضا القيود. يجب أن يتم الافتراضات فيما يتعلق: استقراء النتائج من قلوب الرسوبيات إلى البحيرة بأكملها؛ البت بشأن ما فترات زمنية لقياس تحرر العناصر الغذائية، ومعالجة الآثار المحتملة أنبوب الأساسية. استراتيجية رصد الأوكسجين المذاب شاملة لتقييم حالة الأكسدة الزمانية والمكانية في البحيرة توفر قدرا أكبر من الثقة في الأحمال P السنوية المقدرة من حضانات الأساسية الرواسب.

Introduction

كما أن عددا متزايدا من البحيرات في جميع أنحاء العالم يعانون من زيادة المغذيات الثقافية، وتحديد أسباب تدهور نوعية المياه أصبحت ذات أهمية متزايدة لإدارة البحيرة والترميم. الفوسفور (P) لتحميل البحيرات متورط عموما في زيادة المغذيات، كما هو الحال في معظم الأحيان على المواد الغذائية يحد من نمو الطحالب ^1. تاريخيا، ركزت الكمي للP التحميل إلى البحيرات على المصادر الخارجية، أو P منشؤها في مستجمعات المياه عبر نقطة والمصادر غير المحددة. ومع ذلك، التحميل من رواسب البحيرات الداخلية يمكن أن تمثل نسبة كبيرة، إن لم يكن الأغلبية، من الحمولة الإجمالية P في البحيرات بالنباتات المائية ^2-5. وبالتالي، يمكن حتى تخفيضات كبيرة في التحميل الخارجي إلى البحيرات لم تؤد إلى تحسين نوعية المياه بسبب تأثير الأسمى الإفراج P من الرواسب ^5-8. بسبب الآثار البيئية والاجتماعية للP التحميل، بما في ذلك تكلفة وصعوبة السيطرة P، فمن الأهمية بمكان أن تكون الأحمال Pتم تحديدها بدقة قبل سن استراتيجية الإدارة.

اثنين على الأقل من آليات مختلفة هي المسؤولة عن إطلاق الفوسفور من الرواسب. 1) يمكن خلال فترات نقص الأكسجين أو نقص الأكسجة، والحد من ظروف تؤدي إلى الامتزاز من الفوسفات من oxyhydroxides الحديد في الكوامن والمياه، مما تسبب في انتشار الفوسفات الذائب من الرواسب في عمود الماء ^9-11. 2) اضطراب سطح الرواسب، من خلال الناجم عن الرياح إعادة تعليق والتعكير، يمكن أن يؤدي إلى إطلاق سراح P في عمود الماء إما عن طريق الامتزاز من P من جزيئات الرسوبيات معلق أو إطلاق المنحل P من الرواسب المياه المسام لعمود الماء ، على التوالي ^11-13.

تتوفر لقياس الداخلية P التحميل إلى البحيرات ^14،15 ثلاثة مناهج رئيسية. (1) في القياسات الموقعية التغيرات في الفوسفور الكلي hypolimnetic (TP) مع مرور الوقت يمكن استخدامها عند الرصدتتوافر عنها بيانات. تعاني تقديرات الحمل الداخلي على أساس القياسات الموقعية من التباين العالية المرتبطة التباين المكاني والزماني المتأصلة البيانات البيئية ويمكن أن تتأثر بسبب عدم كفاية الرصد تردد ^14. (2) يمكن استخدام الرصيد الجماهيري لتقدير التحميل الداخلية، عندما الميزانيات P كاملة يمكن بناؤها. ومع ذلك، فإنه من النادر أن تتوافر بيانات كافية متوفرة على المدخلات P والصادرات لبناء ميزانية كاملة P ^16. يمكن (3) يمكن استخدامها تجريبيا في أسعار الإفراج الرواسب P، بالاشتراك مع المعلومات على النطاق المساحي ومدة الإفراج P (أي الفترة نقص الأكسجين)، لحساب الحمل P الداخلية. هذه هي طريقة مباشرة لالداخلية الكمي الحمل P، على الرغم من أنه لديه قيود جدا (انظر أدناه).

لأن قرارات الإدارة في كثير من الأحيان يجب أن يتم في الوقت المحدد مضغوط موازين بسبب قيود التمويل أو الضغوط الاجتماعية، وتقرير التجريبية الداخلية Pالحمل يمكن أن يكون لها أكبر فائدة لإدارة البحيرة واستعادة لأنه يتطلب وقتا والبيانات أقل من في الموقع ونهج التوازن الشامل. حضانات المختبر من قلوب الرسوبيات، جنبا إلى جنب مع مراقبة الأحمال الخارجية، وقد استخدمت لتحديد المساهمات النسبية من الداخلية والخارجية الأحمال P، بهدف توجيه القرارات الإدارية لتحسين المغذيات التحكم بالمصادر ^2،4،17. في بحيرتين ميشيغان مع تطوير الشاطئ واسعة ونسب عالية من سطح منيع (> 25٪) في الأحواض الفرعية المتاخمة مباشرة إلى البحيرة، وقدرت حمولة P الداخلية لحساب لمدة تصل إلى 80٪ من إجمالي حمولة P، مما دفع التوصيات للتركيز جهود الإدارة على الحد من الرواسب الإفراج P ^2،4. في المقابل، أظهرت الدراسات التجريبية من الرواسب من بحيرة الأقل نموا في المنطقة نفسها التي تتألف الداخلية التحميل 7٪ فقط من إجمالي حمولة P، مما دفع توصية للتركيز استراتيجيات إدارة P في واtershed ^17. التجارب الأساسية الرواسب كما استخدمت في بحيرة ميشيغان لتحديد مدى فعالية المحتملة للكبريتات الألومنيوم (الشبة) العلاج للحد من الرواسب P معدلات الانبعاث ^2، والشب الأكثر فعالية الجرعات والآثار تركيز الرواسب إعادة تعليق ^13، وفعالية ل العلاج الشب الموضع 1 سنة ¹⁸ و 5 سنوات ¹⁹ في بعد العلاج. تقرير التجريبية من الحمل P الداخلية هو نهج فعالة لتوفير الإجابات على الأسئلة الأساسية للإدارة في البحيرات بالنباتات المائية.

Protocol

1. أخذ العينات الميدانية

1. إجراء أخذ العينات مرة واحدة خلال كل موسم خالية من الجليد (إن وجد) لمدة 1-2 سنوات، إذا كان ذلك ممكنا (أي 3 مرات / سنة في مناخ معتدل شمال). إذا كان الوقت و / أو الأموال تحظر أخذ العينات الموسمية، وإجراء أخذ العينات مرة واحدة في السنة خلال منتصف إلى أواخر الصيف.
2. تحديد مواقع تجميع الرواسب لتغطية مناطق جغرافية مختلفة داخل البحيرة. اختيار أقرب المواقع لنوعية المياه التاريخية و / أو مواقع أخذ العينات الرواسب، عند توافرها، وغالبا ما يكون من المرغوب فيه للاستفادة من البيانات التاريخية. خلاف ذلك، محاولة لتحديد المواقع التي تمثل أنواع الرواسب المختلفة في البحيرة.
3. إجراء أخذ العينات نوعية المياه قبل الرواسب جمع الأساسية.
   1. كحد أدنى، وقياس عمق المياه والمقاطع الرأسية من درجة حرارة الماء والأوكسجين المذاب. ينبغي أن تؤخذ القياسات قرب القاع أقرب إلى الرواسب السطحية ممكن، من دون إزعاج الرواسب.
   2. جمع أي وات أخرىإيه نوعية البيانات والعينات التي يتم المطلوب لتحقيق الأهداف المحددة للدراسة. وتشمل الأمثلة المقاطع الرأسية من درجة الحموضة، والموصلية، والتعكر؛ عمق سيكي؛ التمثيل الضوئي الإشعاع النشط (PAR) لمحات؛ الكلوروفيل أ؛ الأنواع والنيتروجين؛ الفوسفور القابل للذوبان رد الفعل (الخطة)؛ الفوسفور الكلي (TP).
4. في كل موقع أخذ العينات، وملء الدامجانة زجاجة كبيرة 10 لتر مع المياه التي تم جمعها 1 متر فوق سطح الرواسب باستخدام فان دورن أو Niskin زجاجة. هذا وسوف تستخدم في الإعداد الأولي من قلوب الرسوبيات في المختبر لإعادة تعبئة والنوى بعد أخذ العينات أثناء الحضانة. وضع الدامجانة زجاجة كبيرة في برودة مع الجليد.
5. 6 جمع قلوب الرسوبيات في الموقع باستخدام مكبس ^2،20 أخذ العينات الجوفية.
   1. الرجوع إلى فيشر وآخرون ²⁰ للحصول على إرشادات محددة بشأن بناء جهاز الحفر. لفترة وجيزة، ويتكون الجهاز من الحفر تخرج 0.6 متر البولي طويلة أنبوب الأساسية (7 سم هوية)، البولي فينيل كلورايد (PVC) التجمع المرفقات للاقتران لقضبان الألومنيوم محرك، مكبس شيدت من اثنين من سدادات المطاط والترباس العين، برقية المكبس البلاستيك المغلفة مع مقطع قطب، وقضبان الألومنيوم محرك. تجميع جهاز الحفر وفقا للخطوات التالية:
      1. الموضوع مقطع نهاية قطب من كابل المكبس من خلال الجزء العلوي من التجمع مرفق PVC. توجيه أنبوب الأساسية مع فتحات الترباس تواجه التصاعدي وتمديد الكابلات من خلال طول الأنبوب الأساسية. مقطع كابل المكبس إلى الترباس العين من سدادة المكبس.
      2. نعلق الأنبوب الأساسية للجمعية مرفق PVC باستخدام سلك قفل عقبة دبوس. سحب كابل مكبس لدفع مكبس 20 سم من الجزء السفلي من أنبوب الأساسية للحفاظ على طبقة المياه على رأس السطح أثناء جمع الرواسب الأساسية.
      3. إرفاق قضيب محرك الألومنيوم إلى الطرف الآخر من التجمع مرفق PVC باستخدام سلك قفل عقبة دبوس. انخفاض جهاز الحفر رأسيا في الماء، مضيفا أقسام إضافية لمحرك الألومنيومقضيب حسب الحاجة.
   2. ضع أخذ العينات الجوفية عموديا في واجهة مياه الرواسب ودفع الهبوط، مع كابل المكبس المتبقية ثابتة. لإنجاز هذا، وسحب كابل المكبس مشدود مرة واحدة في أخذ العينات الجوفية في مكان في واجهة مياه الرواسب، ونعلق نائب السيطرة إلى كابل، وخطوة على كابل إلى داخل نائب والسيطرة، ومن ثم دفع نحو الانخفاض.
   3. جلب الأساسية إلى السطح وختم مع سدادة مطاطية قبل كسر سطح الماء. تأمين سدادة أسفل مع شريط لاصق.
   4. ينشق المكبس إلى أعلى الأنبوب الأساسية للحفاظ على ثابتة أثناء النقل. وضع أنبوب الأساسية في رفوف الرأسي والحفاظ على درجة الحرارة المحيطة بحيرة قرب القاع، وذلك باستخدام الثلج إذا لزم الأمر.

2. الحضانة المختبر

1. عند عودتهم من الميدان، وضبط النوى لاحتواء العمق المطلوب من الرواسب وعمود الماء المغطي. الرواسب الزائدة يمكن السماح بعناية أسفل أنبوب الأساسية كتبها removing سدادة أسفل؛ إضافة الماء من الدامجانة زجاجة كبيرة تم جمعها في الموقع المقابل، إذا لزم الأمر. شائعة الاستخدام الرواسب وعمود الماء أعماق هي 20 سم من الرواسب مع 25 سم المغطي عمود الماء ^{2،4،13،17-19،} ولكن يمكن تعديل هذه المبالغ كما تريد.
2. وضع أنابيب الأساسية الرواسب في غرفة مظلمة النمو البيئية، مع الحفاظ على درجة الحرارة لتتناسب مع درجات حرارة المياه المحيطة أسفل قياس في هذا المجال.
3. فضح النوى لعلاج الأكسدة. لعلاج ناقصة الأكسدة، فقاعة عمود الماء من 3 النوى / الموقع مع الهواء. فقاعة عمود الماء من ثلاثة النوى المتبقية في الموقع مع N ₂ (~ 350 جزء في المليون مع CO ₂ لتخفيف درجة الحموضة) لعلاج نقص الأكسجين. ضمان وجود معدلات فقاعة بطيئة وثابتة وهذا هو غير متقطعة على سطح الرواسب.
4. في يوم 1 من الحضانة الأساسية، وتصفية كل 10 L الدامجانة زجاجة كبيرة تحتوي على الماء قرب القاع التي جمعت من كل موقع في هذا المجال. باستخدام مضخة وفلتر خرطوشة تحويالإسكان، وتصفية المياه أولا من خلال مرشح 1 ميكرون، تليها 0.2 ميكرون التصفية. تخزين المياه التي تمت تصفيتها في 4 درجات مئوية لمدة الحضانة الأساسية.
5. عينة النوى لP معدل الإفراج خلال مدة فترة الحضانة ^2،3. لأن هذا هو تجربة حساسة الأكسدة، واتخاذ الاحتياطات للحفاظ على ظروف العلاج الأكسدة كلما أمكن ذلك.
   1. مع حقنة، وإزالة عينة المياه 40 مل من خلال منفذ أخذ عينات من كل الرواسب الأساسية في الأيام 0 (أي في الوقت الذي وضعت النوى في غرفة النمو)، 1، 2، 4، 6، 8، 12، 20، 24 ، و 28 من الحضانة الأساسية. (ملاحظة: إذا كنت تريد تغييرات على فترات زمنية قصيرة جدا، ونظام أخذ العينات يمكن تعديلها لأخذ عينات في ساعة 1، 2، 4، 8، الخ ومع ذلك، فإن النظام لا يزال في كثير من الأحيان توازنه خلال ساعة ال 12 الأولى، لذلك الإفراج P يمكن أن تكون ديناميكية متغيرة جدا في بداية حضانات.)
   2. مباشرة بعد الإزالة، تستغني 20 مل0؛ عينة فرعية إلى قارورة التلألؤ وبردت لتحليل TP. تحديد عينة فرعية أخرى 20 مل من خلال مرشح 0.45 ميكرون الغشاء وإلى قارورة التلألؤ وتجميد لتحليل SRP.
   3. استبدال عينة فرعية 40 مل مع حجم مساو من الماء المصفى (انظر الخطوة 2.4) من موقع المقابلة.

3. P الإصدار قيم الحساب

1. حساب التدفق (معدل إطلاق) على أساس التغيير في TP عمود الماء أو SRP باستخدام المعادلة التالية ^2:
   
   P _{ص ص} = (C _ر - C ₀₎ × V / A
   
   حيث P _{ص ص} هو صافي الإفراج P (قيم موجبة) أو الاحتفاظ (قيم سالبة) سعر لكل وحدة مساحة من الرواسب (ملغم P / م ² / د)، C _t هو TP أو تركيز SRP في عمود الماء في وقت ر ، C ₀ هو TP أو تركيز SRP في وقت 0، V هو حجم المياه في عمود الماء لر الأساسيةيوب، و A هي مساحة سطح مستو من قلوب الرسوبيات. حساب معدل P الإفراج باستخدام جزء خطية من تركيز مقابل منحنى الوقت لإعطاء أقصى معدل إطلاق الواضح ^{4،13،18،19.} لتجنب التحيز المحتمل على المدى القصير، واختيار مواعيد أخذ العينات غير متتابعة لC و C _{ر 0} ^18،19.

4. الداخلية الحساب P تحميل

1. حساب تدفق P السنوية.
   1. لكل موسم خلال أخذ العينات التي وقعت، وتتضاعف تدفق الأكسجين وناقصة الأكسدة بشكل فردي من قبل عدد الأيام في ذلك الموسم. جمع القيم الموسمية لانتاج تدفق الأكسجين وناقصة الأكسدة السنوي (ملغ / م ² / سنة). إذا تم أخذ عينات مواقع متعددة في نفس البحيرة، هذا الحساب لا يمكن أن يؤديها إما بشكل منفصل لكل موقع أو باستخدام القيم تدفق متوسط ​​لجميع المواقع (انظر القسم 4.2.2).
   2. الإفراج P من الرواسب عادة ما يكون منخفضا جدا خلال فصل الشتاء نظرا لانخفاض درجات الحرارة. إذا لم تجر أخذ العينات خلال فصل الشتاء،نفترض أن P التمويه وكان لهذا الموسم 0 ^14،15.
   3. لأن الغالبية العظمى من الإفراج P الداخلية يحدث خلال فصل الصيف، وتدفق P الداخلية السنوية يمكن تقدير خشن من القياسات الصيف وحده في غياب البيانات الموسمية ^2،15،17. لهذا النهج، وحساب تدفق P وفقا للقسم 4.1.1 وتحمل 0 تدفق لجميع المواسم ما عدا فصل الصيف. ندرك أن هذا لن يكون تقدير متحفظ للإفراج P السنوية.
   4. إذا كانت متوفرة، ويمكن استخدام البيانات الأوكسجين المذاب لتحسين تدفق P الحساب السنوي ^2،4. قد تكشف هذه البيانات أن بحيرة يواجه نقص الأكسجين أو نقص الأكسجين لنسبة معينة من السنة، أو خلال مواسم معينة. في تلك الحالات، استخدم تدفق الأكسجين وناقصة الأكسدة وفقا لنسبة أو الموسم المناسب وجمع القيم لحساب تدفق P الداخلية السنوية.
      1. على سبيل المثال، إذا تم قياس نقص الأكسجة أو نقص الأكسجين فقط خلال فصل الصيف، وحساب القسم 4.1.1 باستخدام تدفق الأكسجين لفصل الصيف وتدفق ناقصة الأكسدة لالفصول المتبقية. جمع القيم للحصول على تدفق P الداخلية السنوية. وبالمثل، إذا تشير بيانات الرصد الأوكسجين المذاب الروتينية التي البحيرة يواجه نقص الأكسجين أو نقص الأكسجين 35٪ من السنة، وتتضاعف تدفق الأكسجين السنوية من القسم 4.1.1 بنسبة 0.35 ناقصة الأكسدة وتدفق سنوي من القسم 4.1.1 بنسبة 0.65 وجمع القيم لحساب تدفق P الداخلية السنوية.
   5. البحيرات Polymictic تشكل تحديا خاصا لحساب الحمل الداخلية P، وذلك بسبب كثرة الاختلاط والتغير المكاني والزماني في حالة الأكسدة ^14. نورنبرغ وآخرون ¹⁶ وضعت نموذجا لحساب عدد الأيام نقص الأكسجين قد تواجه بحيرة polymictic خلال موسم أو السنة. منطقة نشطة الإفراج الرواسب والوقت (AA)، والذي يمثل طول الوقت (أيام / موسم) أن مساحة مماثلة لمساحة سطح البحيرة هو الافراج بنشاط P، يمكن أن تحسب على النحو التالي:
      
      AA + = -36.2 50.2 سجل (P _{الموسم)} + 0.762 ض / A ⁰.5
      
      حيث P هو متوسط ​​تركيز TP عمود الماء خلال موسم معين، z غير عمق متوسط، و(أ) هو مساحة البحيرة. لحساب تدفق P الداخلية السنوية، وتتضاعف AA من قبل تدفق الأكسجين وعدد الأيام التي كتبها ناقصة الأكسدة تدفق ناقصة الأكسدة لكل موسم، ثم جمع كل القيم.
2. زيادة تدفق P الداخلية لمنطقة البحيرة بأكملها.
   1. مضاعفة تدفق P السنوية من الخطوة 4.1 من مساحة البحيرة بالكامل لحساب الحمل P الداخلية السنوية. ما لم يحسب تدفق P السنوية وفقا لأقسام 4.1.4 أو 4.1.5، استخدم التدفق السنوي نقص الأكسجين لحساب الحمل P الداخلية السنوية. خلاف ذلك، استخدم تدفق المحسوبة في الأقسام 4.1.4 أو 4.1.5.
   2. إذا تم أخذ عينات مواقع متعددة في نفس البحيرة، ويمكن تقسيم البحيرة إلى مناطق الجغرافية المرتبطة بكل موقع. مضاعفة تدفق السنوي نقص الأكسجين P (أو تدفق السنوي من أقسام 4.1.4 أو 4.1.5) لكل موقع من المساحة السطحية للمنطقة، ثم جمع القيم للحصول على آنالسياقية الحمل P الداخلية ^لل4،17 البحيرة بأكملها. بدلا من ذلك، يعني تدفق P السنوية لجميع المواقع التي يمكن أن تستخدم في القسم 4.2.1.
   3. قد تشير البيانات التفصيلية التي الأوكسجين المذاب مجالات محددة من الخبرة بحيرة ميتة أو ظروف نقص الأكسجين (مثل المناطق العميقة)، في حين لا تزال مناطق أخرى ناقصة الأكسدة مدار السنة. إذا كانت متوفرة، واستخدام هذه المعلومات لتحسين تدفق حساب منطقة × (ستينمان وآخرون، في الإعدادية). مضاعفة مساحة نقص الأكسجين من تدفق الأكسجين السنوية ومضاعفة مساحة ناقصة الأكسدة من تدفق ناقصة الأكسدة السنوية، وخلاصة القول القيمتين لحساب الحمل P الداخلية السنوية.

النتائج

وقد تم قياس الإفراج P الداخلية من النوى الرواسب التي تم جمعها في منى ليك، ميشيغان، لتحديد المساهمة النسبية للداخلية مقابل الأحمال P الخارجية ^4. وأخذت عينات من أربعة مواقع على مدى ثلاثة مواسم لتقدير حمولة P الداخلية السنوية، وهو ما يمثل التباين المكاني في تدفق P. وحضنت قلوب الرسوبيات عن 20-28 يوما في ظل ظروف نقص الأكسجين وناقصة الأكسدة، وأخذت عينات عمود الماء المغطي للSRP وتركيزات TP على فترات منتظمة أثناء فترة الحضانة. أثار علاج نقص الأكسجين وإطلاق SRP TP من الرواسب، ولكن نحن نقدم فقط النتائج تدفق TP لأغراض التوضيح. وكانت تركيزات أعلى TP خلال فصل الصيف في العلاجات نقص الأكسجين، وكان التباين المكاني في الإفراج TP واضحا خلال كل المواسم (الشكل 1). يعني كان تدفق TP الداخلية أقل من 1.4 ملغم P / م ² / يوم في جميع النوى ناقصة الأكسدة؛ أشارت القيم السلبية في التدفق 3 من 4 مواقع خلال الخريف أن الرواسب ناقصة الأكسدةو كانوا يتصرفون كما بالوعة بدلا من مصدر P خلال ذلك الموسم ⁴ (الجدول 1). وكانت معدلات الإفراج TP أعلى بكثير في النوى نقص الأكسجين، مع تدفق عالية مثل 15.56 ملغم P / م ² / يوم في فصل الصيف ومنخفضة تصل إلى 0.80 مغ P / م ² / يوم في فصل الربيع ⁴ (الجدول 1). واستخدمت هذه القيم لحساب تدفق الموسمية تدفق P الداخلية بناء على الظروف قياس الأكسجين الذائب في وقت جمع الرواسب الأساسية ^4. تم حساب الموسمية الحمل P الداخلية من خلال زيادة تدفق في كل موقع إلى المساحة السطحية للمنطقة الجغرافية المقابلة ^4؛ تم تلخيص القيم الموسمية لتقدير حمولة P الداخلية السنوية، على افتراض 0 تدفق خلال فصل الشتاء. وقدرت حمولة السنوية P الداخلية لتكون 3.4 طن متري، مع الغالبية العظمى من الحمل التي تحدث خلال فصل الصيف (الجدول 2). مقارنة هذه النتائج مع تقديرات الحمل P الخارجية المتزامنة، فإن التقديرات تشير إلى أن الرواسب في منى ليك إسهاماتالشركة المصرية للاتصالات بين 9-82٪ من مجموع P الحمل السنوي ⁴ (الجدول 2).

وقد أجريت سلسلة من التجارب في الربيع بحيرة، ميشيغان، لتحديد 1) فعالية المحتملة للكبريتات الألومنيوم (الشبة) العلاج في الحد من الداخلية P التحميل ² و 2) فعالية العلاج الشب الموضع ^18،19 في. أظهرت التجارب المعملية محاكاة تطبيق على نطاق بحيرة الشب انخفاضا كبيرا في الإفراج P الداخلية مع العلاج ² (الشكل 2). تشبه المثال أعلاه، نحن نقدم فقط الافراج TP من هذه التجارب كنتائج ممثل. في النوى من دون علاج نقص الأكسجين الشب (محاكاة الظروف الطبيعية في الصيف الرواسب الربيع بحيرة)، يعني بلغت تركيزات TP في عمود الماء المغطي أكثر من 1.2 ملغ / لتر (الشكل 2). في المقابل، كان النوى نقص الأكسجين مداوي مع الشب كانت عمليا أي الإفراج P وتركيزات لا تختلف عن أي منالعلاجات ناقصة الأكسدة ² (الشكل 2). كشفت الحضانة الأساسية الرواسب التي أجريت 1 سنة التالية تطبيق على نطاق بحيرة الشب في الربيع بحيرة أن العلاج كان فعالا للغاية في الحد من الرواسب الإفراج P، مع معدلات الانبعاث مماثلة بين العلاجات نقص الأكسجين وناقصة الأكسدة ¹⁸ (الشكل 3A). عندما تكررت التجربة 5 سنوات بعد العلاج الشب، ظلت الإفراج TP أقل بكثير من المعالجة ولكن كان أكبر من أن يقاس 1 سنة بعد العلاج، مما يشير إلى انخفاض طفيف في فعالية ¹⁹ الشب (الشكل 3B).

الشكل 1. الفوسفور الكلي (TP) تركيزات (ملغم / لتر) خلال قياس حضانات المختبر من النوى الرواسب التي تم جمعها من منى ليك، ميشيغان، خلال. الربيع (A)، الصيف (B)، وسقوط (C) ⁴ تم قياس TP في المياه التي تغمر قلوب الرسوبيات من 4 مواقع البحيرة أكثر من 20 - إلى الحضانة 28 يوما. الرسالة في أسطورة يشير إلى الأكسدة الدولة (A = علاج نقص الأكسجين؛ O = المعاملة ناقصة الأكسدة)، ويشير إلى عدد تكرار الرقم (1-3). ملاحظة جداول مختلفة على ص محاور بين المواسم. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الموسم	موقع	تدفق الأكسجين، P ملغ / م 2 / يوم	تدفق ناقصة الأكسدة، P ملغ / م 2 / يوم
ربيع	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
الصيف	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
خريف	1	4.48 ± 1.56	± 0.22 -0.66
	2	2.87 ± 0.97	± 0.93 -1.14
	3	3.10 ± 4.08	0.51 ± 0.13
	4	6.46 ± 4.66	± 0.23 -0.79

الجدول 1. متوسط ​​(± SD) كحد أقصى تدفق واضح TP (ملغم P / م ² / يوم) في قلوب الرسوبيات التي تم جمعها من منى ليك، ميشيغان، وحضنت تحت ظروف نقص الأكسجين وناقصة الأكسدة ^4. تم حساب الجريان من التغير في تركيزات TP مع مرور الوقت، كما هو موضح في الشكل 1.

الموسم	P الداخلية الحمل، ر	الخارجية P الحمل، ر	تحميل الداخلية مساهمة،٪
ربيع	0.055	0.557	9.0٪
الصيف	2.272	0.862	72.5٪
خريف	1.127	0.242	82.3٪
شتاء	0.000
سنوي	3.454

المحتويات "> الجدول 2. التقديرات السنوية والموسمية داخلي حمل P (طن متري، ر) لمنى ليك، ميشيغان، وتحسب على أساس الحد الأقصى لتدفق TP الواضح ⁴ (كما هو موضح في الجدول رقم 1). مقارنة تقديرات الحمل P الداخلية الموسمية لP الخارجية وتقدر حمولة لتحديد مساهمة الحمل الداخلي إلى إجمالي حمولة P.

الشكل 2. متوسط ​​(± SD) TP تركيزات (ملغم / لتر) خلال قياس حضانات المختبر من النوى الرواسب المجمعة من بحيرة الربيع، ميشيغان، وتعامل مع كبريتات الألومنيوم تجريبيا (الشب) في ظل ظروف ناقصة الأكسدة والأكسجين ^2. تم قياس TP في عمود الماء المغطي قلوب الرسوبيات خلال فترة الحضانة 20 يوما. تم تعديل هذا الرقم من ستينمان وآخرون. ² أعيد طبعها من قبلإذن، ASA، مساعدة الضمان الاجتماعي الشاملة، SSSA. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 3. متوسط ​​(± SD) TP تركيزات (ملغم / لتر) خلال قياس حضانات المختبر من النوى الرواسب المجمعة من بحيرة الربيع، ميشيغان بعد 1 سنة ¹⁸ (أ) و 5 سنوات بعد ¹⁹ (ب) تطبيق على نطاق بحيرة الشب. النوى الرواسب تعرضوا للعلاجات ناقصة الأكسدة والأكسجين وتم أخذ عينات عمود الماء المغطي للتركيز TP أكثر من 22 يوما (A) إلى 25 يوما (B) الحضانة. تم تعديل هذا الرقم من ستينمان وآخرون ^18؛ وحة ألف وستينمان وآخرون ^19؛ وحة B . طبع بإذن، ASA، مساعدة الضمان الاجتماعي الشاملة، SSSA. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

Discussion

المغذيات التحميل إلى البحيرات يمكن أن يؤدي إلى ضعف البيئية والاقتصادية على حد سواء ^21-23، وبالتالي، فمن الأهمية بمكان أن يفهم طبيعة المجتمع من مصادر المواد الغذائية وكيفية إدارتها. محاولات مكلفة للحد من تحميل المغذيات قد لا تحسين نوعية المياه إذا لم يتم استهداف مصدر المساهمة المناسبة (أي رواسب البحيرات أو المدخلات مستجمعات المياه) للعمل الإدارة، مما يؤدي إلى انتكاسات في استعادة البحيرة والإحباط من جانب أصحاب المصلحة. ولا سيما في البحيرات بالنباتات المائية الضحلة، القياس الكمي للتحميل الفوسفور الداخلي هو خطوة حاسمة في تحديد استراتيجية الإدارة لتحسين ظروف ونوعية المياه. حتى عندما يتم تورط الرواسب كمصدر رئيسي من العناصر الغذائية، يجب تضمين تخفيضات في الحمل P الخارجية في أي استراتيجية لإدارة البحيرة لتخفيف التشبع الغذائي، لأن المدخلات الخارجية من P تتراكم في نهاية المطاف في الرواسب والوقود التحميل الداخلية المستقبل ^{24،25 <}/ سوب>.

على الرغم من وجود مناهج أخرى لتقدير حمولة P الداخلية، وتحديد التجريبية من معدلات الانبعاث P هو الطريقة المباشرة التي يمكن تعديلها للرد على مجموعة متنوعة من إدارة البحوث والأسئلة. حضانات المختبر من النوى الرواسب المجمعة من بحيرة الربيع، ميشيغان، واستخدمت لتحديد مدى فعالية المحتملة للعلاج الشب ² وتركيز التطبيق الأكثر كفاءة ^13. نتيجة من نتائج هذه الدراسات المعملية، وضعت أصحاب المصلحة الثقة أن العلاج الشب يمكن السيطرة الافراج P في الرواسب الربيع بحيرة. وبالتالي، فإنها وافقت على تقييم 10 عاما لتمويل علاج الشب؛ كشفت اللاحقة حضانات الأساسية الرواسب أن العلاج كان فعالا في تقليل الرواسب P تدفق 1 سنة ¹⁸ و 5 سنوات ¹⁹ بعد العلاج. كما تم استخدام حضانات الأساسية الرواسب لتقييم آثار الرواسب إعادة تعليق ¹³ والتعكير (G. نوجارو وA. هاريس، بيانات غير منشورة) على الإفراج P.

العديد من التحليلات الرواسب إضافية يمكن القيام بها بالتعاون مع حضانات الأساسية لتوفير معلومات مفيدة في تفسير النتائج الرواسب الإفراج P. أعلى 5 أو 10 سم من الرواسب يمكن مقذوف من النوى لتحليل الرواسب TP، porewater SRP، متتابعة P تجزئة، والمعادن ^4،18،19. مثال على متسلسلة P تجزئة ²⁶ يمكن أن تكون مفيدة في الدراسات التحميل الداخلية ينطوي على تحديد مبلغ P بد أن 1) الألومنيوم (سورة P) أو الحديد (الحديد P)، وهو ما يمثل الأكسدة حساسة (آل P) و جمعية المعدنية حساسة الأكسدة (الحديد ف) التي يمكن أن تصبح قابلة للذوبان في ظل ظروف نقص الأكسجين، و2) الكالسيوم (CA-P) أو المغنيسيوم (مغ-P)، وكلاهما الجمعيات المعدنية مستقرة. علاوة على ذلك، الرواسب الحديد: نسب P يمكن أن تحسب لتقديم فكرة عن القدرات ملزم P المحتملة من الرواسب. الرواسب الغنية بالحديد التي لا تزال قائمةأكسدة وقد ثبت للافراج عن القليل جدا عندما P الحديد: نسب P هم فوق 15 (من حيث الوزن) ^27. هذه التحليلات الرواسب إضافية لا يمكن أن يؤديها على النوى التالية الحمل الحضانة الداخلية ^4،18،19، أو على تكرار النوى التي اتخذت في وقت جمع حمولة الأساسية الداخلية ولكنها لا تستخدم لقياس معدل الإصدار.

على الرغم من فوائد تقرير التجريبية من الرواسب P التمويه، والنهج لا يخلو من القيود. يجب في كثير من الأحيان أن قدم عدد من الافتراضات التي يمكن أن تضيف إلى حالة عدم اليقين النتائج:

• واحد الافتراض هو أن معدلات الانبعاث من قلوب الرسوبيات هي ممثل الأوضاع في البحيرة الدراسة. لتقليل أثر هذا الافتراض، ينبغي أن تصمم استراتيجيات أخذ العينات لتمثيل أكبر قدر من التباين المكاني والزماني ممكن في الرواسب الإفراج P. يجب أخذ العينات المواقع تغطية النطاق الجغرافي قدر الإمكان داخل بحيرة لالتقاط التباين المكاني في الرواسب characteristICS ^2. إذا كانت متوفرة، وخرائط الأعماق يمكن استخدامها لتحديد المواقع التي هي ممثل مجموعة من أعماق القاع في البحيرة. وتشمل الاعتبارات الأخرى لالتقاط التباين المكاني موقع رافد المدخلات الرئيسية ووجود أحواض البحيرات متميزة. عندما يكون ذلك ممكنا، ينبغي إجراء حضانات المختبر خلال كل موسم خالية من الجليد وعلى مدى سنوات متعددة لالتقاط التغير الزمني في معدلات الانبعاث.
• والافتراض الثاني هو أن ظروف الحضانة هي ممثل الظروف الطبيعية. وهناك شرط نقص الأكسجين المستمر يخلق الوضع الأمثل لإطلاق سراح P، والذي قد لا يحدث بشكل طبيعي في البحيرة الدراسة. وبالتالي، قد علاجات نقص الأكسجين نبالغ الرواسب الإفراج P، وبالتالي، قد يكون من الأفضل أن نفكر في معدلات الإفراج يقاس في العلاجات نقص الأكسجين كحد أقصى معدلات المحتملة.
• وذلك لحساب الحمل P الداخلية السنوية، ولا بد من بذل افتراضات حول توقيته ومدته، ومدى المكاني لنقص الأكسجين hypolimnetic.على سبيل المثال، في البحيرات الطبقية بقوة مع عمق المياه متسقة نسبيا وأكد hypolimnetic نقص الأكسجين، ويفترض بعض الدراسات أن منطقة البحيرة بأكمله هو نقص الأكسجين أثناء فترات الطبقية لغرض الحمل P الداخلية التقدير السنوي ^2،4. ومع ذلك، وهذا قد يؤدي إلى المبالغة في تقدير الحمل بسبب الرواسب في المناطق الساحلية ناقصة الأكسدة الضحلة ^4. وبالتالي، ينصح بشدة استراتيجية الرصد الأكسجين المذاب الذي يلتقط شاملة DIEL، الموسمية، والتغيرات المكانية في حالة الأكسدة لتقدير حمولة دقيقة الداخلي السنوية.
• أخيرا، قد حضانات المختبر يعرض التحف التجريبية نظرا لعدم القدرة على محاكاة الظروف الطبيعية تماما. على سبيل المثال، لأنه يتم تضمينه في الرواسب في أنابيب الأساسية، ويمنع صرف المياه من خلال نفاذية الرواسب؛ ومع ذلك، فمن الممكن تصميم أنابيب التدفق من خلال الأساسية التي تخفف من هذه المسألة ^28. وتشمل القطع الأثرية الأخرى عدم القدرة على تقليد الرئيسيةخلط الأحداث أو عمل الرياح الموجة، التي قد تعطل سلامة الرواسب في النظم الطبيعية.

بالنظر إلى أن النهج الحضانة الأساسية الرواسب يمكن استخدامها لتوليد تقديرات الحمل P الداخلية معقولة في اقل من سنة واحدة (على الرغم من سنوات متعددة من البيانات توفر معلومات أكثر قوة)، بل هو أداة قيمة لإعلام قرارات إدارة البحيرة. عند استخدامها لتطوير إدارة البحيرة أو ترميم خطط، فإنه يمكن أن يساعد على ضمان الاستخدام الحكيم للموارد المالية. في البحيرات حيث وقعت إدارة الأحمال P الداخلية بالفعل، يمكن حضانات الأساسية الرواسب التحقق من فعالية العلاج ويمكن استخدامها لتعديل مسار الإدارة، وإذا اقتضى الأمر.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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.20
Vice grips	N/A	N/A
Duct tape	N/A	N/A
Vertical rack for holding core tubes	N/A	N/A	Custom fabricated onsite.
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 in o.d., 0.04 in wall, 0.170 in i.d.	Parker	E-43-B-0100	Tubing (from gas to chamber)
PEEK Capillary tubing; 1/16 in o.d., 1/32 in 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 in o.d., 3/16 in i.d.	US Plastics	58042
Ferrule, front and back; 1/4 in	Swagelock	B-400-Set
Brass nut; 1/4 in	Swagelock	B-402-1
Brass medium-flow meterings valve; 1/4 in	Swagelock	B-4MG
Once-piece short finger tight fittings; 1/16 in	Alltech	32070	Half of the sampling port
Female 10-32 to female luer; 1/4 in	Alltech	20132	Half of the sampling port
Ferrule, front and back; 1/16 in	Swagelock	B-100-Set
Brass nut fittings; 1/16 in	Swagelock	B-102-1
Tube fitting reducer; 1/16 in x 1/4 in	Swagelock	B-100-R-4
PTFE tubing; 1/16 in o.d., 0.040 in i.d.	Grace Davison Discovery Sciences	2106982
Low-pressure PTFE tubing; 1/8 in o.d., 0.1 in i.d.	Fisher Scientific	AT3134	Tubing from sampling port into core
AirTite all-plastic Norm-Ject syringes, 50 ml (60 ml) 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; 30 mm diameter, 0.45 μm	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 in, 1.0 μm	Flowtech Corp	N/A
Graver Watertec 0.2-10NPCS filter; 10 in, 0.2 μm	Flowtech Corp	N/A