Name: modifying the bank erosion hazard index (behi) protocol for rapid assessment of streambank erosion in northeastern ohio
Uploaded: 2015-02-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min
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The authors would like to acknowledge the Cleveland Metroparks, including J. Grieser, J. Markowitz, B. Garman, and supporting staff; Case Western Reserve University, Dr. J. Burns; and GLISTEN, the Great Lakes Innovative Stewardship through Education Network.

1. stream Identification <ol><li> Identifizieren Sie eine einheitliche Sektion Bank auf der einen Seite des Flusses. Differenzieren Sie diesen Abschnitt durch eine drastisch unterschiedliche Neigung der Bank, verschiedene Bank Material oder einer Unterbrechung der Vegetation. Dieser Abschnitt der stream sollte sichtbar von den Abschnitten auf beiden Seiten sein. Es ist keine minimale oder maximale Länge der Bank. Die Trennung von extrem langen Abschnitte in kleinere Segmente wird die Bewertung zu vereinfachen. </li></ol> 2. Pre-Screening behi Questionnaire (Abbildung 1) <ol><li> Beantworten Sie die folgenden Fragen über die einheitliche stream Abschnitt mit Ja / Nein-Antworten von Abbildung 1. <ol><li> Beantworten Sie die Frage &quot;tut die einheitliche Abschnitt Bank Ausstellung weniger als oder gleich 50% igen Schutz im Zehenbereich der Bank?&quot; Der Fuß ist an der Basis der Bank, wo er das Wasser während der Basisstrom Bedingungen erfüllt befindet; im Durchschnitt die unteren sechs bis acht Zoll der Bank. ProtReflexion umfasst Embedded Felsbrocken, eingebettete großen Totholz und verwurzelt Vegetation. Bedrock zählt als Zehenschutz; aber leicht zerbrechlichen Fundament nicht Zehenschutz. </li><li> Beantworten Sie die Frage &quot;tut, 50% oder mehr der Bank weisen einen Hinterschnitt von 0,5 Meter oder mehr?&quot; Ein Unterschnitt Bank ist ein stream die Erosion unter der Bodenoberfläche unterzogen wurde. </li><li> Beantworten Sie die Frage &quot;tut, 50% oder mehr der Bank weisen Schichtung?&quot; Die Schichtung ist eine klar definierte horizontale Bruch in Geologie. Eine Schicht der Schichtung muß eines erodierbaren Material (Sand, Kies oder Matrix) bestehen. </li><li> Beantworten Sie die Frage &quot;ist 50% oder mehr der Bank über ein Bankhöhe von drei Metern oder mehr mit 50% oder mehr Boden Exposition?&quot; </li><li> Beantworten Sie die Frage &quot;tut, 50% oder mehr der Bank weisen Wurzeln fehlen Bank Material (Boden)?&quot; </li><li> Beantworten Sie die Frage &quot;ist 50% oder mehr der Bank frei von Vegetation verwurzelt? &amp; #8221; </li></ol></li><li> Wenn es zwei oder mehr &quot;JA&quot; Antworten in der Abbildung 1 Fragebogens führen behi Beurteilung der Bank, da es eine signifikante Wahrscheinlichkeit, dass stream Erosion auftritt oder auftreten. </li><li> Wenn es weniger als zwei &quot;JA&quot; Antworten in der Abbildung 1 Fragebogen, nicht mit der Bewertung zu beginnen behi weil die Bank erfährt wenig bis gar keine Erosion (dh sehr gering bis gering behi Stern). </li></ol> 3. behi Bewertung Datenblatt (Abbildung 3) <ol><li> Notieren Sie das Datum, das Wetter, und das Personal in den Räumen auf der behi Bewertung Datenblatt zur Verfügung gestellt. </li><li> Notieren Sie die Nummer der Bank geprüft. Zum Beispiel 1 ist die erste Bank als Beurteilung an diesem Tag, 2 ist die zweite Bank als die Bewertung, 3, 4, 5 ... und so weiter. </li><li> Nehmen GPS-Koordinaten an der am weitesten stromaufwärts (in dem das Wasser fließt) und am meisten stromabwärts (in denen das Wasser is fließt) Punkte der Bank. Ständer so nahe an die Bank möglich, die Genauigkeit zu gewährleisten. </li><li> Nehmen Sie Bilder an den beiden vor- und nachgelagerten Punkte auf der Bank. Erfassen Sie die Hauptmerkmale der Bank in den Bildern. Nehmen Sie zusätzliche Bilder, um Funktionen auf der Bank oder in den Kanal (dh., Schichtung, große Totholz Marmeladen, etc.) zu erfassen. Notieren Sie die Bildnummern als Referenz. </li><li> Notieren Sie sich die Seite des Baches zu beurteile (linken Ufer oder rechtes Ufer). Bestimmen Sie den linken Ufer und rechten Ufer, wenn vor nachgeschalteten; links und rechts beziehungsweise. </li><li> Messen Sie die Bank die Höhe in Fuß, von der Spitze der Bank an die Spitze der Bank. Bestimmen Sie die Spitze der Bank von der ersten definierbarer Pause in Hanglage, in der Regel parallel zur Wasserdurchfluss liegt. </li><li> Messen Sie die Bank Länge an der Spitze, in den Füßen, zwischen den am weitesten stromaufwärts und stromabwärts die meisten Punkte auf der Bank. </li><li> Schreiben Sie die Zahl der Fragen, die mit &quot;Ja&quot; in die beantwortet wurdenersten &quot;Pre-Screening behi Fragebogen&quot; in Schritt 2. </li><li> Notieren Sie den Abstand, um die Infrastruktur und die Art der Infrastruktur (dh., Brücken, Durchlässe, Straßen, Versorgungsunternehmen, Häuser etc.). </li><li> Kreis eine der folgenden qualitativen Indikatoren, die vorhanden sind: unbewachsene Mittelkanal Bar / geflochtenen Kanal ausgesetzt Baumwurzeln auf beiden Seiten, lehnte Bäumen auf beiden Seiten, ausgesetzt Infrastruktur, hinter einem Damm, Absacken streambanks, headcuts, thront Nebenflüsse, fehlgeschlagen &quot;Best Management Practices&quot; (BMP), wie Deckwerk Wände, Gabionenkörbe oder Durchlässe. </li><li> Beachten Sie die Zusammensetzung des Bankmaterial. Notieren Sie die vorherrschenden Materialien entlang der Bank, die unter Abschnitt Auswertung ist gefunden. HINWEIS: Streambanks kann eine Mischung aus Materialien sein. Zum Beispiel kann eine Bank haben &quot;Schiefer an der Zehe und schluffigen Sand mit Spur Schotter oben&quot;. &quot;Lehmiger Sand&quot; zeigt noch mehr Sand als Schlamm und &quot;trace Kies&quot; zeigt an,eine kleine Menge an Kies. &quot;Sandy Schluff&quot; zeigt mehr als Schluff Sand. </li><li> Achten Bank wesentlichen Anpassungen auf der Grundlage der Erosionsfähigkeit des Materials. <ol><li> Subtrahieren Sie bis zu 10 Punkte für Material, das eine hohe Rate der Erosionsfähigkeit haben muss (dh., Kopfsteinpflaster). Fügen Sie bis zu 10 Punkte für äußerst erodierbaren Materialien (dh., Sand). Eine Mischung aus Material (dh., Sand mit etwas Kies oder schluffiger Sand mit Spuren Kies) ist häufiger bei Strom Systemen so eine durchschnittliche Punktzahl besser geeignet wäre (Abbildung 4). Dies ist nicht zwingend Verstellung. Siehe Abbildung 4 Im Abschnitt Ergebnisse. </li></ol></li><li> Bestimmen Sie das Verhältnis der durchschnittlichen Wurzeltiefe von Pflanzen auf das Studium Bankhöhe, ausgedrückt in Prozent, um die Haftung der Bank Material durch die Vegetation (Abbildung 5) zu schätzen. <ol><li> Visuell schätzen die Wurzeltiefe vertikal von oben von der Bank an den Zehen der Bank. Für example, wenn Wurzeln werden in der oberen Hälfte der Bank wächst, die Wurzeltiefe würde 50% betragen. Wenn es Wurzeln wachsen aus der Spitze der Bank an der Spitze würde die Wurzeltiefe 100% betragen. </li><li> Nehmen Sie einen durchschnittlichen Prozentsatz der Wurzeltiefe entlang der gesamten Abschnitt evaluiert. Denke nicht, Wurzeln, die frei von Bankmaterial (dh., Hängende Wurzeln). </li><li> Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem &quot;behi Score-Tabelle&quot;, um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 5 im Abschnitt Ergebnisse. </li></ol></li><li> Bestimmen Sie die Wurzeldichte, indem sie eine visuelle Beurteilung der Höhe der Bankwurzelmaterial, ausgedrückt als Prozentsatz. <ol><li> Denke nicht, Wurzeln, die Leere der Bank wesentlich sind. Klein, faserigen Wurzeln sehr dicht sein und eine größere Bodenrückhalte Vergleich zu den größeren Wurzelsysteme der Bäume (6A und 6B). Schätzen Sie einen Prozentsatz, basierend aufdie gesamte Bank, dann mit dem &quot;behi Score-Tabelle&quot;, um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 6 in Abschnitt Ergebnisse. </li></ol></li><li> Messen Sie den Winkel von der unteren Bank an der Wasserlinie im Basisstrom an die Spitze der Bank (Abbildung 7). Eine extrem Hinterschneidung Bank kann einen Winkel bis zu 120 Grad. <ol><li> Legen Sie einen Maßstab in einem 90 Grad Winkel zur Wasserlinie, um den Neigungswinkel-Abschätzung oder verwenden Sie einen Neigungsmesser, falls vorhanden. Nehmen eines Mittelwerts der Querneigungswinkel über den gesamten Bereich unter Auswertung. Wenn beispielsweise der Querschnitt ist meist 90 Grad mit einem kleinen Abschnitt, der 110 Grad Hinterschneidung hat, das aufgezeichnete Maß würde ungefähr 100 Grad betragen. </li><li> Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem &quot;behi Score-Tabelle&quot;, um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 7 Ergebnisse SReflexion. </li></ol></li><li> Bestimmen Sie den Oberflächenschutz vorhanden ist, die Menge der stream bedeckt und von Totholz, verwurzelt Vegetation eingebetteten Felsbrocken, Deckwerk, Grundgestein, oder andere Materialien, die die eingebetteten stream vor Erosion zu schützen (Abbildung 8) geschützt. <ol><li> Visuell schätzen den Anteil der stream nicht erosiven Kräften ausgesetzt. Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem &quot;behi Score-Tabelle&quot;, um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 8 im Abschnitt Ergebnisse. </li></ol></li><li> Visuell bestimmen die Anzahl der geschichteten Schichten. Schichtung bezieht sich auf eine klar definierte horizontale Pause in der Geologie, die das Potenzial zu verursachen und zu verbessern Zonen Präferenzerosion (Abbildung 9). <ol><li> Nehmen Sie, wie viele Ebenen der Schichtung sind vorhanden. Siehe Abbildung 9 in Abschnitt Ergebnisse. </li></ol> &lt;/ Li&gt; <li> Stellen Schichtung Anpassungen, wenn eine verstärkte Erosion wird durch die geschichteten Lagen auftreten. <ol><li> Sie können bis zu 5 Punkten für eine einzelne Schicht der Schichtung (zwei verschiedene geologische Schichten). Fügen Sie bis zu 10 Punkte für mehrere Ebenen der Schichtung (drei verschiedene geologische Schichten). Nur zur Stratifizierung einzustellen, wenn wenigstens eine Schicht aus einem Material ist erodierbaren (Sand, Kies oder Matrix). </li><li> Prüfen, wo die geschichteten Lagen sind in Bezug auf das Wasser, dh., Geschichtetes Schichten, die 50 Fuß über dem Basisstrom nicht eine erosive Wirkung. Eine geschichtete Schicht in der Nähe der Spitze der Bank kann eine extrem erodierende Wirkung. Einen Durchschnittswert kann notwendig sein, insbesondere wenn man bedenkt, wie erodierbaren Materialien sind und wobei die geschichtete Schicht im Verhältnis zu dem Wasser ist. Dies ist nicht zwingend Verstellung. </li></ol></li><li> In aller Noten zusammen, um die Gesamt geändert behi Bewertung bestimmen (sehr niedrig / niedrig: 4-15,5, moderate: 15,75211; 23,5, hoch: 23,75 bis 31,5, sehr hoch: 31,75 bis 36,5 oder extremer:&gt; 36,5) für die stream bewertet. Notieren Sie die Gesamtpunktzahl und die Bewertung in den Räumen auf dem Datenblatt. </li><li> Beachten Sie die stream Besonderheiten. Zum Beispiel ist stream auf der Außenseite einer Biegung Biegung einer großen Totholz Marmelade, einer deplatziert Düker oder starke Petroleumgeruch. Beachten Sie jede unzulänglichen Infrastruktur hier. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

The most critical steps for accurate completion of the modified BEHI protocol are to: correctly identify a uniform section of streambank to assess, if the streambank length has too much variability it is best to separate and assess smaller segments to accurately capture the erodibility of the streambank; complete the Pre-Screening Questionnaire to confirm that a BEHI assessment should be completed on that streambank, if there is uncertainty in whether a bank passes the Pre-Screening Questionnaire, a BEHI assessment shoul...

Stream Erosion ist ein natürlicher Prozess, aber übermäßige Erosion kann eine erhebliche Menge an nicht-Punktquellen in Form von Schwebstoffen 2 beitragen. Erhöhte Schwebstoffe betrifft die Wasserqualität, physikalischen und biologischen Funktionen eines Stromes 3 erhalten. Menschliche Einflüsse kann großen Einfluss auf stream Erosion und Sedimentfrachten deutlich erhöhen 4, vor allem in städtischen Systemen, bei denen es zu einem Anstieg in Regenwasserabfluss und versiegelten Flächen 5. Höhere Sedimentfrachten kann sich negativ auf die Wasserqualität und die Ökosysteme der Ströme 6. Watershed Management-Praktiken in den Cleveland Metro versuchen zu finden und Bestands die Quelle und bewerten das Risiko möglicher stream Erosion in effektiver Managementstrategien im Strom, Ufer und Lebensraumwiederherstellung zu unterstützen, als auch. David Rösgen, mit Wildland Hydrologie, entwickelte die UfererosionGefahrenindex (behi), der die Anfälligkeit von stream Erosion an einem Strom auswertet REACH auf einer Kombination mehrerer Erodierbarkeit Variablen 7 basiert. Behi verwendet eine Vielzahl von Indikatoren, um die Schwere und Wahrscheinlichkeit von stream Erosion einschließlich Bankmaterial, Schichtung, Wurzeltiefe und Dichte, Querneigung, die bankfull Höhe auf Bank Höhe-Verhältnis, und die Menge an Oberflächenschutz vorhanden Rang. Die behi Beurteilung weist einen Zahlenwert, die zu einer Gesamt behi Rating (sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch, sehr hoch, oder extreme) entspricht, für einen bestimmten stream. Dieses Protokoll wurde wirksam bei der Beurteilung potenzieller stream Erosion 8-10 und kann in Verbindung mit anderen Wasserqualität und Lebensraumbewertung verwendet werden. Streambanks das eine hohe behi Bewertung wurde gezeigt, dass weniger vielfältig und weniger stabil Makrozoobenthos entsprechen, im Wesentlichen bestehend aus opportunistischen Art 11. Obwohl die ursprüngliche behi Verfahren is nützlich, kann es sehr zeitaufwändig, schwierig für Nicht-Profis, und auf bestimmte geomorphologischen Regionen beschränkt, die speziell für alluviale Strom Bedingungen 12 zugeschnitten sein. Änderungen an diesem Protokoll wurden, um diese Beschränkungen Adresse notwendig. Ein &quot;Pre-Screening Questionnaire&quot; (Abbildung 1) wurde entwickelt, um zu identifizieren und zu beseitigen streambanks die wahrscheinlich Rang sehr niedrig oder niedrig sind, damit die sich die Beurteilung auf höhere Erosionsflächen und Verringerung der Menge an Zeit und Ressourcen erforderlich, um eine behi führen Bewertung auf einer ganzen Strom. Der Fragebogen geht auch geologischen Unterschiede zwischen angeschwemmten und nichtSchuttStrom Bedingungen in Northeastern Ohio gesehen, wie extrem erodierbaren Schiefergestein 13, die nicht als erodierbares Material, basierend auf dem ursprünglichen behi Protokolls beurteilt werden würde. Abschaffung der Studienbank Höhe Verhältnis metrischen einschließlich der bankfull Bühne, die sein können,sehr schwer zu bestimmen, erlaubt eine schnellere streamBewertung und für Nichtfachleute, die Beurteilung mit einführenden Ausbildung abzuschließen. Diese Eliminierung der Studie Bank Höhe Verhältnis wurde auf einem von Joe Rathbun an der Michigan Department of Environmental Quality 14 entwickelt modifizierte behi Verfahren. Um die Notwendigkeit für zusätzliche Berechnungen auf dem Gebiet zu beseitigen, werden alle anderen Messgrößen in Prozent mit Ausnahme der Bankwinkel und Schichtung und Bank wesentlichen Anpassungen zum Ausdruck gebracht. Wurzeldichte wurde zunächst als Prozent des Bodens von Wurzeln, wo die Wurzeln ausgereicht ausgedrückt. Dies wurde durch die Wurzeltiefe multipliziert, um für die gesamte Bank Höhe ausmachen; aber wir ersetzen diese durch eine einfache Abschätzung der Dichte der Wurzeln in der gesamten Bank. Ergebnis Anpassungen zur ursprünglichen behi Scoring-System, um die Beseitigung der Studie Bank Höhe Verhältnis metrischen und geschätzten Prozentsätze vorgenommen. Wie in der ursprünglichen behi beschriebenProtokoll die gemessenen Kennzahlen wurden auf eine Risikobewertung von 1-10 (10 die höchste Risikostufe) umgewandelt. Die Risiko-Ratings von 1 bis 10 entsprechen, um die Bewertungen der sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch, sehr hoch, und extreme Potenzial Erosion zu riskieren. Diese Beziehungen wurden auf der Grundlage eines Katalogs von Feldbeobachtungen 10 etabliert. In der modifizierten behi Protokoll wurden Noten für die Studie Bank Höhe Verhältnis Metrik von der ursprünglichen behi Punktesystem abgezogen, um neue Gesamtwerte und Risikobewertungen (Abbildung 2) zu reflektieren. Diese Änderungen richten die Grenzen des ursprünglichen behi Protokoll in Northeastern Ohio und in die Konsistenz und die Verringerung der Benutzer Bias unterstützt. Die modifizierte behi Protokoll wurde verwendet, um mehrere Ströme mit hoher Priorität innerhalb der Cleveland Metro bewerten. Die ursprüngliche behi Einschätzung wurde durch geschultes Personal Cleveland Metropark auf einer Länge von Strom durchgeführt, um die Wirksamkeit der Änderungen in Identi bestätigenfying streambanks mit höheren Raten von Erosion. Die modifizierte behi Protokoll wird von Fachleuten, Freiwilligen, Mitarbeitern und Studenten verwendet werden, um stream Erosion in den Cleveland Metro bewerten.

<table><tbody><tr><td>200&#039; reel tape measure</td><td></td><td></td><td>Tape measure can be used to measure bank length and height</td></tr><tr><td>Inclinometer</td><td></td><td></td><td>Inclinometer may be used to measure bank angle.</td></tr><tr><td>GPS</td><td></td><td></td><td>GPS is used to take points along the stream, make sure for mapping purposes to use a GPS that takes accurate readings.</td></tr><tr><td>Camera</td><td></td><td></td><td>Camera is used to take photos of the banks under assessment and of any major stream features.</td></tr></tbody></table>

modifying the bank erosion hazard index (behi) protocol for rapid assessment of streambank erosion in northeastern ohio

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream&#8217;s function and habitat it provides. Sediments from highly eroding streambanks are a major source of pollution in a stream system and have the potential to jeopardize habitat, infrastructure, and stream function. Watershed management practices throughout the Cleveland Metroparks attempt to locate and inventory the source and rate the risk of potential streambank erosion to assist in formulating effect stream, riparian, and habitat management recommendations. The Bank Erosion Hazard Index (BEHI), developed by David Rosgen of Wildland Hydrology is a fluvial geomorphic assessment procedure used to evaluate the susceptibility of potential streambank erosion based on a combination of several variables that are sensitive to various processes of erosion. This protocol can be time consuming, difficult for non-professionals, and confined to specific geomorphic regions. To address these constraints and assist in maintaining consistency and reducing user bias, modifications to this protocol include a &#8220;Pre-Screening Questionnaire&#8221;, elimination of the Study Bank-Height Ratio metric including the bankfull determination, and an adjusted scoring system. This modified protocol was used to assess several high priority streams within the Cleveland Metroparks. The original BEHI protocol was also used to confirm the results of the modified BEHI protocol. After using the modified assessment in the field, and comparing it to the original BEHI method, the two were found to produce comparable BEHI ratings of the streambanks, while significantly reducing the amount of time and resources needed to complete the modified protocol.

Streambanks, die nicht bestanden hat die Pre-Screening-Fragebogen und wurden mit dem modifizierten behi Protokoll beurteilt, auf Platz niedrig oder sehr niedrig, wenn sie mit dem ursprünglichen behi Protokoll (Abbildung 10) bewertet. Dies unterstützt die Verwendung von Pre-Screening-Fragebogen als eine Möglichkeit, schnell streambanks, bei denen sind mäßige bis extreme Erosionsraten zu identifizieren. Siehe Abbildung 10 unten. Im allg...

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Modifying the Bank Erosion Hazard Index BEHI Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Streambank erosion potential can be evaluated and ranked using David Rosgen&#8217;s Bank Erosion Hazard Index (BEHI), however this protocol has significant limitations. Here we present protocol modifications to address time constraints, allow nonprofessionals to complete accurate assessments, and account for non-alluvial stream conditions in Northeast Ohio.

Ändern der Ufererosion Hazard Index (behi) Protokoll für Rapid Assessment von stream Erosion in Northeastern Ohio

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream&#8217;s function and habitat it provides. ...

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Modifying the Bank Erosion Hazard Index (BEHI) Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

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Serie: Modifying the Bank Erosion Hazard Index BEHI Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use due to increased demand for landscape irrigation. Improper irrigation practices and large rainfall events can result in runoff from urban landscapes which has potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication. A 1,000 m2 facility was constructed which consists of 24 individual 33.6 m2 field plots, each equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated urban landscapes. Runoff volumes from the first and second trials had coefficient of variability (CV) values of 38.2 and 28.7%, respectively. CV values for runoff pH, EC, and Na concentration for both trials were all under 10%. Concentrations of DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+, and Ca2+ had CV values less than 50% in both trials. Overall, the results of testing performed after sod installation at the facility indicated good uniformity between plots for runoff volumes and chemical constituents. The large plot size is sufficient to include much of the natural variability and therefore provides better simulation of urban landscape ecosystems.

This paper describes the design, construction, and function of a 1,000 m2 facility containing 24 individual 33.6 m2 field plots equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated home lawns.

Design und Bau eines Stadt Abfluss Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

Forschung

Umwelt

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as plant-soil feedbacks (PSF) have large effects on plant performance, and create environmental heterogeneity that depends on the community composition. Understanding the importance of PSF for plant community assembly necessitates understanding of the role of heterogeneity in PSF, in addition to mean PSF effects. Here, we describe a protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity. Two example experiments are presented: (1) a field experiment with a 6-patch grid of soils to measure plant population responses and (2) a greenhouse experiment with 2-patch soils to measure individual plant responses. Soils can be collected from the zone of root influence (soils from the rhizosphere and directly adjacent to the rhizosphere) of plants in the field from conspecific and heterospecific plant species. Replicate collections are used to avoid pseudoreplicating soil samples. These soils are then placed into separate patches for heterogeneous treatments or mixed for a homogenized treatment. Care should be taken to ensure that heterogeneous and homogenized treatments experience the same degree of soil disturbance. Plants can then be placed in these soil treatments to determine the effect of plant-induced soil heterogeneity on plant performance. We demonstrate that plant-induced heterogeneity results in different outcomes than predicted by traditional coexistence models, perhaps because of the dynamic nature of these feedbacks. Theory that incorporates environmental heterogeneity influenced by the assembling community and additional empirical work is needed to determine when heterogeneity intrinsic to the assembling community will result in different assembly outcomes compared with heterogeneity extrinsic to the community composition.

Understanding the role of environmental heterogeneity in species coexistence has typically focused on types of heterogeneity that are extrinsic to the community&#8217;s species composition. We provide novel detailed methods for creating soil heterogeneity treatments using soils subject to plant-soil feedback conditioning, or heterogeneity intrinsic to the community composition.

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The objective of this study was to characterize the effects of antecedent soil moisture content on the fate and transport of surface applied commercial urea, a common form of nitrogen (N) fertilizer, following a rainfall event that occurs within 24&#160;hr&#160;after fertilizer application. Although urea is assumed to be readily hydrolyzed to ammonium and therefore not often available for transport, recent studies suggest that urea can be transported from agricultural soils to coastal waters where it is implicated in harmful algal blooms. A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall across packed soil boxes that had been prewetted to different soil moisture contents. By controlling rainfall and soil physical characteristics, the effects of antecedent soil moisture on urea loss were isolated. Wetter soils exhibited shorter time from rainfall initiation to runoff initiation, greater total volume of runoff, higher urea concentrations in runoff, and greater mass loadings of urea in runoff. These results also demonstrate the importance of controlling for antecedent soil moisture content in studies designed to isolate other variables, such as soil physical or chemical characteristics, slope, soil cover, management, or rainfall characteristics. Because rainfall simulators are designed to deliver raindrops of similar size and velocity as natural rainfall, studies conducted under a standardized protocol can yield valuable data that, in turn, can be used to develop models for predicting the fate and transport of pollutants in runoff.

A rainfall simulator was used to apply a consistent rate of uniform rainfall to packed soil boxes in a study of the fate and transport of urea, a nonpoint source environmental contaminant. Under uniform soil and rainfall conditions, antecedent soil moisture content exerted strong control over urea loss in surface runoff.

Ein Protokoll für die Durchführung Regen Simulation zur Bodenabfluss Studieren

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

Watershed Planning within a Quantitative Scenario Analysis Framework

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall short as a result of an inability to quantify and predict complex cumulative effects of current and future land use scenarios at relevant spatial scales. The goal of this manuscript is to provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework. Sites are first selected for inclusion within the watershed assessment by identifying sites that fall along independent gradients and combinations of known stressors. Field and laboratory techniques are then used to obtain data on the physical, chemical, and biological effects of multiple land use activities. Multiple linear regression analysis is then used to produce landscape-based cumulative effects models for predicting aquatic conditions. Lastly, methods for incorporating cumulative effects models within a scenario analysis framework for guiding management and regulatory decisions (e.g., permitting and mitigation) within actively developing watersheds are discussed and demonstrated for 2 sub-watersheds within the mountaintop mining region of central Appalachia. The watershed assessment and management approach provided herein enables resource managers to facilitate economic and development activity while protecting aquatic resources and producing opportunity for net ecological benefits through targeted remediation.

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems in the face of uncertain future conditions. We provide methods for conducting a targeted watershed assessment that enables resource managers to produce landscape-based cumulative effects models for use within a scenario analysis management framework.

Watershed Planung innerhalb eines Quantitative Szenarioanalyse Rahmen

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental changes. Repeated sampling to monitor these changes in forest soils is a relatively new practice that is not well documented in the literature and has only recently been broadly embraced by the scientific community. The objective of this protocol is therefore to synthesize the latest information on methods of soil resampling in a format that can be used to design and implement a soil monitoring program. Successful monitoring of forest soils requires that a study unit be defined within an area of forested land that can be characterized with replicate sampling locations. A resampling interval of 5 years is recommended, but if monitoring is done to evaluate a specific environmental driver, the rate of change expected in that driver should be taken into consideration. Here, we show that the sampling of the profile can be done by horizon where boundaries can be clearly identified and horizons are sufficiently thick to remove soil without contamination from horizons above or below. Otherwise, sampling can be done by depth interval. Archiving of sample for future reanalysis is a key step in avoiding analytical bias and providing the opportunity for additional analyses as new questions arise.

Repeated soil sampling has recently been shown to be an effective way to monitor forest soil change over years and decades. To support its use, a protocol is presented that synthesizes the latest information on soil resampling methods to aid in the design and implementation of successful soil monitoring programs.

Methoden der Boden Resampling zur Überwachung von Veränderungen in der chemischen Konzentrationen von Waldböden

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in water resources is a prerequisite for understanding the drivers of the pollutant loads and for making informed water resource management decisions. The commonly used &#34;grab sampling&#34; method provides the concentrations of pollutants at the time of sampling (i.e., a snapshot concentration) and may under- or overpredict the pollutant concentrations and loads. Continuous monitoring of nutrients and sediment has recently received more attention due to advances in computing, sensing technology, and storage devices. This protocol demonstrates the use of sensors, sondes, and instrumentation to continuously monitor in situ nitrate, ammonium, turbidity, pH, conductivity, temperature, and dissolved oxygen (DO) and to calculate the loads from two streams (ditches) in two agricultural watersheds. With the proper calibration, maintenance, and operation of sensors and sondes, good water quality data can be obtained by overcoming challenging conditions such as fouling and debris buildup. The method can also be used in watersheds of various sizes and characterized by agricultural, forested, and/or urban land.

With the advancement of technology and the rise in end-user expectations, the need and use of higher temporal resolution data for pollutant load estimation has increased. This protocol describes a method for continuous in situ water quality monitoring to obtain higher temporal resolution data for informed water resource management decisions.

Kontinuierliche Instream Überwachung von Nährstoffen und Sediment in landwirtschaftlichen Wasserscheiden

Pollutant concentrations and loads in watersheds vary considerably with time and space. Accurate and timely information on the magnitude of pollutants in ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

Messung und Mapping-Muster von Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit Boden-Karbonat-Konzentrationen unter Landbewirtschaftung

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. However, they are vulnerable parts of the landscapes that are often poorly understood and understudied. Land use and management practices, as well as climate change are thought to be a contribution to the global amphibian decline. However, more research is needed to understand the extent of these impacts. Here, we present methodology for characterizing a vernal pond's morphology and detail a monitoring station that can be used to collect water quantity and quality data over the duration of a vernal pond's hydroperiod. We provide methodology for how to conduct field surveys to characterize the morphology and develop stage-storage curves for a vernal pond. Additionally, we provide methodology for monitoring the water level, temperature, pH, oxidation-reduction potential, dissolved oxygen, and electrical conductivity of water in a vernal pond, as well as monitoring rainfall data. This information can be used to better quantify the ecosystem services that vernal ponds provide and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services.

Understanding the ecosystem services and processes provided by vernal ponds and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services requires intensive hydrologic monitoring. This sampling protocol using in-situ monitoring equipment was developed to understand the impact of anthropogenic activities on water levels and quality.

Kontinuierliche hydrologischen und Qualitätsüberwachung von Vernal Teichen

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. ...

Laboratory and Field Protocol for Estimating Sheet Erosion Rates from Dendrogeomorphology

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to severe environmental impacts. The understanding of sheet erosion is, consequently, a worldwide issue with implications for both environment and economies. However, the knowledge on how erosion evolves in space and time is still limited, as well as its effects on the environment. Below, we explain a new dendrogeomorphological protocol for deriving eroded soil thickness (Ex) by acquiring accurate microtopographic data using both terrestrial laser scanning (TLS) and microtopographic profile gauges. Additionally, standard dendrogeomorphic procedures, dependent on anatomical variations in root rings, are utilized to establish the timing of exposure. Both TLS and microtopographic profile gauges are used to obtain ground surface pro&#64257;les, from which Ex is estimated after the threshold distance (TD) is determined, i.e., the distance between the root and the sediment knickpoint, which allows de&#64257;ning the lowering of the ground surface caused by sheet erosion. For each profile, we measured the height between the topside of the root and a virtual plane tangential to the ground surface. In this way, we intended to avoid small-scale impacts of soil deformation, which may be due to pressures exerted by the root system, or by the arrangement of exposed roots. This may provoke small amounts of soil sedimentation or erosion depending on how they physically affect the surface runoff. We demonstrate that an adequate microtopographic characterization of exposed roots and their associated ground surface is very valuable to obtain accurate erosion rates. This finding could be utilized to develop the best management practices designed to eventually halt or perhaps, at least, lessen soil erosion, so that more sustainable management policies can be put into practice.

Characterizing erosion from dendrogeomorphology has usually focused on accurately finding the starting time of root exposure, by examining macroscopic or cell level changes caused by exposure. Here, we offer a detailed description of different novel techniques to obtain more precise erosion rates from highly accurate microtopographic data.

Labor und Feld-Protokoll für die Schätzung der Blatt-Erosion-Raten von Dendrogeomorphology

Sheet erosion is among the crucial drivers of soil degradation. Erosion is controlled by environmental factors and human activities, which often lead to ...

Parameterizing V-notch Weir Equations for Flow Monitoring in a Drainage Control Structure

Accurate estimation of drainage discharge (flow rate or water volume per unit time) is essential for calculating nutrient loads delivered to surface water and assessing the performance of edge-of-field conservation practices. Determining drainage flow rates requires monitoring the head in a drainage control structure and applying an appropriate equation for the weir installed in the structure. Previous studies that developed calibrated equations for weirs in control structures have produced different equations (i.e., different weir flow equation coefficients) for the same type of weir and control structure size. This study describes procedures for setting up experimental water flow rate and head measurements within a drainage control structure and developing a weir equation for flows contained within a V-notch weir. Additionally, the procedure for obtaining a weir equation for overtopping flows -- when the water level exceeds the top of the V-notch weir -- is outlined. This process involves using the weir equation developed in the laboratory for a V-notch weir and an online tool, the &#34;Weir Flow Equation Coefficients Calculator&#34;, developed by the authors. The online tool can also generate weir flow equation coefficients for both V-notch-contained and overtopping flows across various sizes of Agri Drain water control structures, even when users lack site-specific flow rate vs. head relationship.

This protocol describes methods for obtaining weir flow equation coefficients for a V-notch weir within a drainage control structure using (1) a laboratory calibration procedure and (2) an online tool, the "Weir Flow Equation Coefficients Calculator", developed by the authors. These methods apply to flows contained within the V-notch and overtopping flows.

Accurate estimation of drainage discharge (flow rate or water volume per unit time) is essential for calculating nutrient loads delivered to surface water ...