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来自路易斯安那州的意外之喜
发布时间:2020-09-01

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自然保护协会 (TNC) 的湿地生态学家 Joe Baustian 在南路易斯安那州 Sorrell 河道中布放了 YSI EXO2 水质仪,每小时收集一次数据。他从未想过水质仪可以在水下布放如此之久。“水质仪在水下部署了约八个月”,Baustian 说。要知道2019年的春天雨量达到了两英尺,密西西比河流域的洪水持续时间创下了纪录。“三个月后,我每时每刻在担心”。


在对监测站进行定期维护访问200多天后,Baustian和他的团队沿着 Sorrell 河口艰难跋涉,穿过盘根错节的沼泽林,取回了他们部署的全部7 个YSI探测仪。其中6个仍在收集数据,这让他喜出望外。


1、宝贵的湿地

Baustian的水质仪网络监控TNC的阿查法拉亚盆地保护区,这一保护区位于该盆地的中心位置,占地5359英亩。来自美国31个州和加拿大两个省的水流经这片140万英亩的阿查法拉亚盆地,其水量约相当于密西西比河总流量的三分之一。盆地处于健康状态时,它就像一个巨大的肾脏,在密西西比河的水流到达海岸上敏感的水生生物产卵地之前,对河水中的沉积物和营养物质予以清除。


该盆地的内陆湿地和森林是300多种陆地野生动物以及100种水生生物的家园,包括爬行动物、两栖动物和种类繁多的鱼类。无论是从生物角度还是商业角度来看,这些生物均具有重要意义。沼泽森林中的萎缩树木能够削弱洪水和风暴强度,同时储存的碳,形成了一个独特的生态系统。但随着树木的萎缩,这一生态系统也在不断萎缩。

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如今,阿查法拉亚盆地的清洁系统受到了破坏,同时遭受破坏的还有数千年培育的这片沼泽森林。在过去的100年里,工程师和疏浚人员将阿查法拉亚河固定在高高的堤坝之间,加深并拉直了河道,使巴吞鲁日港和新奥尔良港周围的洪水实现安全分流。流速缓慢的蜿蜒溪流又被称作河道支流,这些支流河道被航道和管道渠消减了,航道和管道渠高的护堤使得只有接近洪水水位的水才能排出。这样导致大片停滞流动的水,将曾经水流湍急支流变成了一湾沉闷的黑色死水。

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积水使沉积物填入低洼地区,在该盆地的某些地方,系统被剧烈地破坏,影响沼泽林地作为栖息地、过滤和上游水流缓冲区的功能。自然保护协会小组相信,可以重新开放一些 Sorrell 河口,使其在中等水位的水流,可以在正常年份滋养整个系统。Baustian解释说,我们正在寻找那些关键区域,在这些区域开放堤岸,让水流像以前一样流过沼泽,达到比现在更通常的水位,让河流与洪泛区交互作用。打破季节性水流动的障碍,让富含氧气的流水,为处于泥泞河床的鱼虾提供新鲜空气。同时,也可使仅高于海平面几英寸柏树林的水缓慢排干,有利于种子生根发芽,焕发原生林活力。

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生物污损是阿查法拉亚盆地一直面临的挑战。在长时间的部署中,EXO2 水质仪上的自动清洁刷会对传感器进行清洁,但 Joe Baustian 和他的团队仍采用塑料薄膜和管道胶带对水质仪进行了包裹,防止它成为河口生物的家园。


2、了解系统

我们需要获得一定数据,才能了解 Sorrell 河口系统的水流运动。但是,尽管路易斯安那州和美国地质调查局拥有大量关于阿查法拉亚渠道和该系统沿海湿地的数据,但有关沼泽森林的信息却很少。“从来没有人在漫滩沼泽栖息地像我们这样进行连续采样”,Baustian 说。自然保护协会在 Sorrell 河口周围打造了监测站,进行长期连续监测,以了解它的属性功能,并设定基线,最终描述出对该系统的影响。连续监测可清晰了解河口和湿地的情况。

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3、长时间间隔

为了延长访问测量站的时间间隔,Baustian为这项工作选择了EXO2多参数水质仪。因为在之前的海洋、湖泊和河流环境研究中,他就一直使用 YSI 的仪器。EXO2采用四个普通一号电池供电,具有七个通用的智能端口。每个水质仪均可接入高效能传感器系列中的任何一个,这些传感器均可进行预校准,可轻松用于现场环境。这使得部署和维护变得更为简单。在大多数年份,一般来说,我们每两到三个月就需要更换电池、下载数据、清理水质仪,但是由于今年出现洪水且水深达9英尺。


“由于某些原因,其中一个水质仪的电池比其它提前两个月耗尽。但其余六个仍在收集数据,”Baustian 惊叹道:“我下载数据时,发现不仅这些监测站之间的数据具有一致性,而且与阿查法拉亚渠道的其他监测站数据同样具有一致性。六个仍在收集数据的水质仪收集到了优质数据。”


在执行仪器的维护和恢复工作时,Baustian 随身携带的是配有溶解氧(DO)传感器YSI ProDSS。即使将EXO2水质仪布放野外八个月,EXO2数据与 ProDSS数据之间仍有很强的一致性。Baustian 将这种密切联系称之为“lagniappe”,该词在当地卡津语中意为“额外礼物”。


强大的模型

自然保护协会 (TNC) 的湿地生态学家 Joe Baustian 建立了一个持续水质监测站网络,对占地5359英亩的阿查法拉亚盆地保护区的功能进行评估,对计划修复项目的效果予以跟踪。而启发他的正是下游的一小段河段。“路易斯安那州海岸保护和恢复管理局在沿海地区打造了一个参考点系统”,Baustian 说:“我们实际上想效仿一系统,从长远角度,根据历史数据和现有数据了解情况的变化。这个沼泽地的作用和这个地区的其他沼泽地一样吗?今年是不是因为某种原因而变得异常?”Baustian 针对七个监测站网络选择了 YSI EXO2 水质仪。在墨西哥湾的大型石油钻井平台底部环境,他曾采用过 YSI 水质仪。“当时的环境与此完全不同”,他说道,“每个月都需要潜水进行维护。水深达六十英尺,水中还有藤壶和鲨鱼”。在五大湖边缘的河流和湿地的工作中,他再次使用了YSI 仪器。“水质仪的工作非常出色,”他说。到目前为止Baustian 和他的团队已在Sorrell 河口收集了四年的数据,该区域持续恢复中,他们仍将继续监测。


4、每小时测量

除了测量溶解氧外,TNC的EXO2还配备了测量水位、浊度、比电导和温度的传感器。每个水质仪的中心端口都配有旋转刷,每小时清洁两次传感器,使传感器远离的生物污损。每台仪器都装于穿孔的 4英寸PVC管中,该PVC管安装在固定的木架上。通过每小时一次的测量,Baustian和他的同事们可以观察到水质的变化,而其他频率较低的取样方案则无法实现这一点。流量的昼夜循环以重复模式在数据中体现出来。


监测站网络对2017年Sorrel河口和Little Tensas 河口洪水的监测发现,溶解氧含量出现了更多的峰值,证明将河流与漫滩沼泽相连受益良多,并凸显了洪水退去后,连接受阻,水质出现恶化的速度有多快。2019 年,水体中电导率迅速上升,溶解氧和浊度出现下降,记录到其中一个水质仪经历了一股废水。通常情况下,人们会注意不到它。但是持续的监测系统捕捉到了该情况,Baustian和他的团队将其识别为这一系统的“心跳”,当曾经停滞的黑水流入主干道的水流时,这一的系统又恢复了活力。出现这种情况,也许“肾脏”出现困扰,但该盆地的“心脏”仍在跳动。

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自然保护协会正在路易斯安那州阿查法拉亚盆地的沼泽森林开展开创性的研究。由于发生了纪录的大洪水,对 EXO2 水质仪的部署时间延长到 8 个月,也让自然保护协会无意中对 EXO2 水质仪进行了极端的野外测试。


5、带来希望

Baustian 指出,水流跨过了数十年来没有曾越过的边界,产生混合涌流,这其中蕴藏着巨大的潜力,能够帮助恢复沼泽森林生态系统。“这是生态系统恢复的一个类比”,他指出。“从生态角度来说,一切都是有意义的。这些数据给了我们希望,而系统的恢复也会使水生生态系统受益。如果我们能够展示和记录这些益处和效能,也许我们可以让更多的人接受这个概念。” YSI 的产品经理Stephanie Smith指出,Baustian不仅推动了水质仪的发展,而且也推动了湿地科学研究的发展。


“Joe 和他的团队将EXO2部署在一个极具挑战性的环境中,充满严重的生物污损。而且由于洪水的出现,水质仪的持续工作时间几乎是电池额定寿命的三倍。”Smith 说,“作为制造商,我们非常兴奋的看到如此表现。但同样令人兴奋的是,TNC正在收集的数据也为生态系统的研究带来曙光,这对于美洲大陆甚至地球都具有重要意义。”


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阿查法拉亚盆地,一只大白鹭在吃小虾。墨西哥湾北部的环境被高度破坏,在该环境中存在多种物种,此次河道和沼泽水流的恢复工作可能会使这些物种受益。


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