Chất dinh dưỡng trên bề mặt bãi đậu xe nhựa đường trong môi trường đô thị

Water, Air and Soil Pollution: Focus - Tập 4 - Trang 371-390 - 2004
Diane Hope1,2, Markus W. Naegeli2, Andy H. Chan1, Nancy B. Grimm1,2
1Center for Environmental Studies, Arizona State University, Tempe, U.S.A.
2School of Life Sciences, Arizona State University, Tempe, U.S.A.

Tóm tắt

Lượng chất dinh dưỡng dễ hòa tan trên bề mặt bãi đậu xe nhựa đường đã được đo tại bốn vị trí ở khu vực đô thị Phoenix, Arizona, Hoa Kỳ. Sử dụng mô phỏng mưa, các sự kiện mưa ngắn và mạnh đã được tạo ra để mô phỏng dòng chảy 'rửa trôi đầu tiên'. Mẫu được thu thập từ các mảng 0,3 m2 bề mặt nhựa đường tại 8 đến 10 địa điểm trên mỗi bãi đậu xe, trong mùa trước mùa mưa vào tháng 6 đến tháng 7 năm 1998 và được phân tích cho NO3--N hòa tan, NH4+-N, phosphate phản ứng hòa tan (SRP), và carbon hữu cơ hòa tan (DOC). Nồng độ dòng chảy thay đổi đáng kể cho NO3--N và NH4+-N (giữa 0,1 và 115,8 mg L-1) và DOC (26,1 đến 295,7 mg L-1), nhưng ít hơn cho SRP (0,1 đến 1,0 mg L-1), đại diện cho tải trọng bề mặt trung bình lần lượt là 191,3, 532,2 và 1,8 mg m-2. So với dữ liệu tương tự thu thập từ bề mặt đất sa mạc chưa được phát triển bên ngoài thành phố, tải trọng NO3--N và NH4+-N trên bề mặt nhựa đường lớn hơn lần lượt 91 và 13 lần. Ngược lại, tải trọng SRP cho thấy ít sự khác biệt giữa bề mặt nhựa đường và sa mạc. Lưu lượng dinh dưỡng trong dòng chảy từ một cơn bão xảy ra ngay sau các thí nghiệm đã được sử dụng để ước tính ngân sách đầu vào - đầu ra cho 3 bãi đậu xe trong nghiên cứu. Các đầu ra đo lường của DOC và SRP tương tự như những gì được dự đoán bằng cách sử dụng lượng mưa và tải trọng bề mặt xác định qua thực nghiệm, nhưng đối với NH4+-N và đặc biệt là NO3--N, đầu vào mưa ước tính và dòng chảy bề mặt cao hơn đáng kể so với xuất khẩu trong dòng chảy. Điều này cho thấy rằng các bãi đậu xe có thể là những địa điểm quan trọng cho việc tích lũy và lưu trữ tạm thời chất dinh dưỡng trong các vùng đô thị khô cằn.

Từ khóa

#nhựa đường #chất dinh dưỡng #runoff #đô thị #Phoenix

Tài liệu tham khảo

ADEQ: 1999, ‘Air Quality Report’ (A.R.S. #49-424.10) Appendix I. Arizona Department of Environmental Quality, Phoenix, Arizona. Artaxo, P., Oyola, P. and Martinez, R.: 1999, ‘Aerosol composition and source apportionment in Santiago de Chile’, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 150, 409-416. Asman, W. A. H., Sutton, M. A. and Schjorring, J. K.: 1998, ‘Ammonia: emission, atmospheric transport and deposition’, New Phytol. 139, 27-48. Baker, L. A., Hope, D., Xu, Y., Lauver, L. and Edmonds, J.: 2001, ‘Nitrogen balance for the Central Arizona-Phoenix ecosystem’, Ecosystems 4, 582-602. Burian, S. J., Streit, G. E., McPherson, T. N., Brown, M. J. and Turin, H. J.: 2001, ‘Modeling the atmospheric deposition and stormwater washoff of nitrogen compounds’, Environ. Model. Software 16, 467-479 Bytnerowicz, A. and Fenn, M. E.: 1996, ‘Nitrogen deposition in California forests: A review’, Environ. Pollut. 92, 127-146. Deletic, A.: 1998, ‘The first flush load of urban surface runoff’, Water Res. 32, 2462-2470. Dignon, J. and Hameed, S.: 1989, ‘Global emissions of nitrogen and sulfur-oxides from 1860 to 1980’, J. Air Water Manage. Assoc. 39, 180-186. EPA: 1983, ‘Results of the Nationwide Urban Runoff Program - Volume 1 - Final Report. Water Planning Division, US Environmental Protection Agency’, Report # PB84-185552, Washington D.C. Fernando, H. J. S., Lee, S. M., Anderson, J., Princevac, M. Pardyjak, E. and Grossman-Clarke, S.: 2001, ‘Urban fluid mechanics: Air circulation and contaminant dispersion in cities’, Environ. Fluid Mech. 1, 107-164. Goulding, K. W. T., Bailey, N. J., Bradbury, N. J, Hargreaves, P., Howe, M., Murphy, D. V., Poulton, P. R. and Willison, T.W.: 1998, ‘Nitrogen deposition and its contribution to nitrogen cycling and associated soil processes’, New Phytol. 139, 49-58. Grennfeld, P. and Hultberg, H.: 1986, ‘Effects of nitrogen deposition on the acidification of terrestrial and aquatic ecosystems’, Water, Air, Soil Pollut. 30, 945-963. Grossman-Clarke, S. G., Hope, D., Lee, S. M., Fernando, H. J. S., Hyde, P. G., Stefanov, W. L. and Grimm, N. B.: ‘Modeling temporal and spatial characteristics of nitrogen dry deposition in the Phoenix metropolitan area’, Environ. Sci. Technol., submitted. Hicks, B. B.: 1998, ‘Wind, water, earth, and fire - a return to an Aristotelian environment’, Bull. Am. Meteorol. Soc. 79, 1925-1933. Howarth, R. W., Billen, G., Swaney, D., Townsend, A., Jaworski, N., Lajtha, K., Downing, J. A., Elmgren, R., Caraco, N., Jordan, T., Berendse, F., Freney, J., Kudeyarov, V., Murdoch, P. and Zhu, Z.-L.: 1996, ‘Regional nitrogen budgets and riverine N and P fluxes for the drainages to the North Atlantic Ocean: Natural and human influences’, Biogeochemistry 35, 75-139. Kleeman, M. J. and Cass, G. R.: 1998, ‘Source contributions to the size and composition of urban particulate air pollution’, Atmos. Environ. 32, 2803-2816. Latimer, J. S., Hoffman, E. J., Hoffman, G., Fasching, J. L. and Quinn, J. G.: 1990, ‘Sources of petroleum hydrocarbons in urban runoff’, Water, Air, Soil Pollut. 52, 1-21. Leopold, L. B.: 1968, ‘Hydrology for Urban Land Planning - A Guidebook on the Hydrologic Effects of Urban Land Use’, Geological Survey Circular 554, U.S. Geological Survey, Washington, D.C. Likens, G. E. and Wetzel, R. G.: 1991, Limnological Analysis, 2nd edition, Springer-Verlag, New York. Lopes, T. J., Fossum, K. D., Phillips, J. V. and Monical, J. E.: 1995, ‘Statistical summary of selected physical, chemical, and microbial characteristics, and estimates of constituents loads in urban stormwater’, Maricopa County, Arizona, U.S. Geological Survey,Water Resources Investigations Report 94-4240, U.S. Geological Survey, Tucson, Arizona, U.S.A. Lopes, T. J., Fallon, J. D., Rutherford, D. W. and Hiatt, M. H.: 2000, ‘Volatile organic compounds in storm water from a parking lot’, J. Environ. Eng. 126, 1137-1143. Lovett, G. M., Traynor, M. M., Pouyat, R. V., Carreiro, M. M., Zhu, W. X. and Baxter, J. W.: 2000, ‘Atmospheric deposition to oak forests along an urban-rural gradient’, Environ. Sci. Technol. 34, 4294-4300. Miller, J. F., Frederick, R. H. and Tracy, R. J.: 1973, ‘NOAA atlas 2: Precipitation frequency atlas of the western United States, Volume VIII - Arizona’, U.S. Department of Commerce, Silver Spring, Maryland, U.S.A. Pagotto, C., Legret, M. and Le Cloirec, P.: 2000, ‘Comparison of the hydraulic behaviour and the quality of highway runoff water according to the type of pavement’, Water Res. 34, 4446-4454. Peterjohn,W. T. and Schlesinger,W. H.: 1990, ‘Nitrogen loss fromdeserts in the southwestern United States’, Biogeochemistry 10, 67-79. Pitt, R. E. and Amy, G.: 1973, ‘Toxic materials analysis of street surface contaminants’, EPA Report # EPA-R2-73-283, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. Ricci, E. D.: 1984, ‘Final Report Urban Stormwater Runoff: A Review Submitted to the Environmental Services Department Salt River Project’, Center for Environmental Studies, Arizona State University, Tempe, Arizona. Russell, A. G., McRae, G. J. and Cass, G. R.: 1993, ‘Mathematical modeling of the formation and transport of ammonium nitrate aerosol’, Atmos. Environ. 17, 949-964. Sansalone, J. J., Koran, J. M., Smithson, J. M. and Buchberger, S. G.: 1998, ‘Physical characteristics of urban roadway solids transported during rain events’, ASCE J. Environ. Eng. 124, 427-440. Sartor, J. D. and Boyd, G. B.: 1972, ‘Water Pollution Aspects of Street Surface Contaminants’, EPA-R2-72-081, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC. Schlesinger, W. H.: 1997, Biogeochemistry, second edition, Academic Press, London. Sehmel, G. A.: 1980, ‘Particle and gas dry deposition: A review’, Atmos. Environ. 14, 983-1011. Singh, H. B.: 1987, ‘Reactive nitrogen in the troposphere’, Environ. Sci. Technol. 21, 320-326. Smith, R. A., Alexander, R. B. and Lanfear, K. J.: 1994, ‘Stream Water Quality in the Conterminous United States - Status and Trends of Selected Indicators During the 1980’s’, U.S. Geological Survey, Washington, DC. Smith, R. I., Fowler, D., Sutton, M. A., Flechard, C. and Coyle, M.: 2000, ‘Regional estimation of pollutant gas dry deposition in the UK: Model description, sensitivity analysis and outputs’, Atmos. Environ. 34, 3757-3777. Solorzano, L.: 1969, ‘Determination of ammonia in natural waters by the phenolhypochlorite method’, Limnol. Oceanogr. 14, 799-801. Stefanov, W. L., Ramsey, M. S. and Christensen, P. R.: 2001, ‘Monitoring urban land cover change: An expert system approach to land cover classification of semiarid to arid urban centers’, Remote Sens. Environ. 77, 173-185. Steinberger, Y. and Sarig, S.: 1993, ‘Response by soil nematode populations and the soil microbial biomass to a rain episode in the hot, dry Negev desert’, Biol. Fertility Soils 16, 188-192. Thomsen, B. W. and Shuman, H. H.: 1968, ‘Water resources of the Sycamore Creek watershed, Maricopa County, Arizona, U.S.A.’, U.S. Geological Survey, Water-Supply Paper 1861, Tempe, Arizona. Vishnevetsky, S. and Steinberger, Y.: 1997, ‘Bacterial and fungal dynamics and their contribution to microbial biomass in desert soil’, J. Arid Environ. 37, 83-90. Vitousek, P. M., Aber, J. D., Howarth, R.W., Likens, G. E., Matson, P. A., Schindler, D. W., Schlesinger, C. A. and Tilman, G. D.: 1997, ‘Human alterations of the global nitrogen cycle: Causes and consequences’, Issues in Ecology 1, Ecological Society of America, Washington, D. C. Westerhoff, P. and Pinney, M.: 2000, ‘Dissolved organic carbon transformations during laboratoryscale groundwater recharge using lagoon-treated wastewater’, Waste Manage. 20, 75-83.