1  

 

Center for Science and Policy Applications for Coastal Environments (C‐SPACE) 

Final Report (2005‐2009) 

 

 

 

 Tampa Bay, Florida (NASA) 

     Period Covered by the Report: 9/1/2005 – 02/28/2010 Date of Report: 02/28/2010 EPA Agreement Number:  X‐83230201 Title: Center for Science and Policy Applications for Coastal Environments Investigators: Melanie Riedinger‐Whitmore, Ph. D and Mark J. Walters, D.V.M. Institution: University of South Florida St. Petersburg Research Category: 2004‐STAR; RFA: Targeted Research Center (2004) Project Period: 9/1/2005 – 02/28/2010 

2  

 

Table of Contents  

Executive Summary ....................................................................................................................................... 3 

Introduction ................................................................................................................................................ 17 

C‐SPACE 2004 Phase I Funding .................................................................................................................... 18 

Project 1: Past and Present Water Quality in Florida Coastal Waters. ........................................... 18 

Project 2: Cyanobacteria Proliferation and Eutrophication in Florida Lakes .................................. 19 

Project 3: Reactive Metal Particle Emulsions for Removal of PCBs. ............................................... 21 

Project 4: The Social and Environmental Dimensions of Xeriscaping: A Pathway for Ameliorating Coastal Environments. .................................................................................................................... 23 

Project 5: An Historical Perspective on the Economic and Environmental Impacts of the Phosphate Industry on the Tampa Bay Region. .............................................................................. 26 

Project 6: Using RUSLE and SWAT to Estimate Fluxes and Fates of Eroded Soil Organic Carbon in the Hillsborough River Basin. .......................................................................................................... 30 

Project 7: Acquisition of Counters for Gamma‐emitting Radioisotopes. ....................................... 38 

Project 8: Guided Surface Vehicles. ................................................................................................ 38 

Project 9: Science Journalism. ......................................................................................................... 42 

C‐SPACE 2007 Phase II Funding ................................................................................................................... 42 

Project 1: Water Quality Sampling Strategies for Monitoring Coastal Rivers & Estuaries – Applying Technological Innovations to Tampa Bay & Tributaries., ............................................................... 42 

Project 2: Investigation of terrestrial and groundwater nutrient fluxes to the coastal waters off Pinellas County, Florida, and their importance for harmful algal blooms. ..................................... 48 

Project 3: Tree Islands of the Everglades:  Ecological Shifts in Response to Nutrient Loading. ..... 49 

Project 4: Arsenic contamination of Florida lakes from MSMA herbicide mobility: implications for human and aquatic vertebrate health. ........................................................................................... 51 

Project 5: An Integrated GIS and Remote Sensing‐Based Strategy for Assessing the Ecological Outcomes of Social Marketing. ....................................................................................................... 56 

Project 6: Using RUSLE and SWAT to Estimate Fluxes and Fates of Eroded Soil Organic Carbon in the Hillsborough River Basin. .......................................................................................................... 60 

Project 7: Acquisition of Support Equipment and Instrumentation. .............................................. 66 

Project 8: UPTAQ – Understanding the Profile of Tampa Bay’s Aquatic Quality. ........................... 66 

Project 9: Communicating Science to the Public ‐ A Workshop for Scientists and Journalists. ..... 71 

Future Directions ........................................................................................................................................ 80 

3  

Executive Summary  

The focus of C‐SPACE was to provide funding for research and outreach  in five core areas:   Fate, Effects  and  Remediation  of  Pollutants;  Society and  Policy;  Data  Management,  Modeling  and Analysis;  Monitoring  and  Analytical  Support Services;  and  Education  and Outreach.    These core areas were chosen by the C‐SPACE Execu‐tive Committee and the previous C‐SPACE direc‐tors,  to  support  a broad diversity of pilot,    in‐terdisciplinary,  research  projects,  to  highlight the  research and academic strengths of  faculty researchers  affiliated  with  the  Center,  and  to address  the  scientific,  social,  educational,  and technical needs of our partner agencies, as well as the citizens of coastal Florida.  

Seven  pilot  projects  were  funded  under  the Fate, Effects and Remediation of Pollutants core area.  Most projects  focused on water pollution in  freshwater  and  marine  habitats.    Projects funded in the first phase of C‐SPACE assembled historical  records  of  red  tide  from  nearshore habitats and  tracked historic changes  in cyano‐bacteria  in eutrophic freshwater  lakes.   Labora‐tory  approaches  to  remove  PCBs  from  aquatic habitats  were  examined  and  assessed  for broader  application.   During  the  second phase of  funding,  a  greater  emphasis was  placed  on documenting  sources  of  contamination,  and improving  techniques  for  sampling and analys‐es.    Projects  funded  during  this  period  ex‐amined the role of nutrients from groundwater and  terrestrial  sources  in  harmful  algal  bloom development, measured  and  identified  poten‐tial sources of arsenic contamination  in wildlife and  sediments  in  several  freshwater  lakes, de‐scribed  the  impact  of  nutrient  enrichment  in the Everglades on tree island development, and explored different  sampling  strategies  in docu‐menting nutrients in estuaries and rivers.   

Our Society and Policy core  initiative examined economically and environmentally important  

 

 

 

issues  to  coastal  residents.   During phase one, two  projects were  funded,  one  exploring  how socio‐economic  factors  influence  landscaping practices and the acceptance of xeriscaping as a tool to reduce water consumption and nutrient pollution  in coastal regions, and the second ex‐amining  the  economic  and  environmental  im‐pact  of  the  phosphate  industry  in  Tampa  Bay and  central  Florida.     One  project was  funded during phase two, to use GIS and remote sens‐ing  to  examine  patterns  of  water  use,  water quality and residential  land use, and to explore social  marketing  for  water  conservation  and reduced fertilizer use.   

Projects  funded  in  our  Data  Management, Modeling, and Analysis core area critically eva‐luated  various  modeling  approaches  used  to examine water  availability  and  flow  in  Florida rivers, and   to  identify sources and variation of organic  carbon.    These  projects  assessed  the accuracy  and  effectiveness  of  these models  in tracking past variability and their use as predic‐tive tools in resource management. 

The Monitoring and Analytical Support Services core area was designed  to provide  funding  for instrumentation  needed  to  support  C‐SPACE projects, and for instrumentation development.  Funding  in  this  core  area was  used  to  acquire gamma  counters  for measuring  radioisotopes, which  were  used  to  track  radionuclides  in groundwater and coastal waters, and to assem‐ble  Pb‐210  chronologies  for  several  of  our projects.    Funding  was  provided  for  develop‐ment and design modifications of  remote  con‐trolled  guided  surface  vehicles  (GSVs).    GSVs, outfitted  with  sensors,  were  modified  to  use Google Earth in locating and documenting sam‐pling sites.   Several C‐SPACE projects  funded  in phase one and  two employed GSVs  for collect‐ing data and describing sampling sites.      

 

4  

The  focus of our Education and Outreach  core area was to communicate science to the public in  a  variety  of  formats.   We  hosted  a  Science and Media Conference in 2008, to bring togeth‐er  scientists  and  journalists  to  discuss  the  key scientific  issues  and  concerns  of  today,  to  ex‐amine factors that inhibit effective communica‐tion of science to the general public, and to de‐velop strategies to  increase scientific  literacy of journalists  and  the  public.    C‐SPACE  hosted  a workshop  which  brought  key  individuals  from local, state and  federal agencies,  together with university researchers and private environmen‐tal  consultants,  to  discuss  future  modeling needs of the Tampa Bay area.   A 2008 summer institute, UPTAQ  ‐ Understanding the Profile of Tampa Bays' Aquatic Quality, introduced middle school  teachers  to  laboratory  and  field  ap‐proaches used to assess water quality, and pro‐vided  age‐appropriate  lesson  plans  for  use  in Tampa Bay grade schools.   

Objective(s) of the Research Project:  This fund‐ing  supports an  interdisciplinary  center  for  the study,  protection  and  amelioration  of  the coastal  environment.    The  center  aims  to  en‐hance understanding of ways that human activi‐ty  in  rapidly  developing  coastal  areas  affects ecological  systems  and  of  human  institutions and  practices  for managing  such  effects.    The center  focuses primarily on subjects and  issues relating  to  the  use  and  protection  of  natural waters in the coastal zone of Florida.  The main thrusts  of  the  project  concern:  (1)  the  use, supply  and  quality  of  freshwater;  (2)  the  fate, effects,  assessment  and  remediation of water‐borne pollutants; (3) water quality and quantity driven  changes  in  inland  and  coastal  ecosys‐tems; and (4) management and policy of coastal freshwater and marine ecosystems. 

Summary of Progress:  C‐SPACE began with ten individual projects within  four component core areas were  supported by  the  initial EPA award (referred to herein as “Phase I” projects) for the initial  year  of  the  Center’s  operation.  These projects were originally planned for completion in  a  2‐year  period  (Sept.  2005  through  Aug. 

2007), but with the awarding of “Phase II” fund‐ing  in  2006,  projects were  either merged  into continuing funding or allowed to continue sepa‐rately  through  the  end  of  the  grant  period  in Sept.  2009.    Much  of  the  initial  laboratory‐based work was dependent on  the  acquisition of new equipment  (cf. project 7) and  the com‐pletion  of  a  new  facility  we  are  sharing  with USGS, which was occupied in 2006. Ten individ‐ual new projects in five component core theme areas  plus  a  management  and  administration project were supported by the second C‐SPACE award in 2006.  The research in these projects is also nearly completed.  Both C‐SPACE 2004‐ and 2006‐funded  projects  are  summarized  below.  Findings to date are summarized below by fund‐ing phase on a project‐by‐project basis. 

Summary  C‐SPACE  “Phase  I”  Funding  (2004 Award) 

Project  1:  Past  and  Present Water Quality  in Florida Coastal Waters.  Joseph M. Smoak, Me‐lanie  Riedinger‐Whitmore  and  Matthew  N. Waters (UNC‐Chapel Hill).   

We have been working  to  identify  the pigment Gyroxanthin‐diester  in  sediment  core  samples from  the  Florida  west  coast.    Gyroxanthin‐diester  is  unique  to  Florida  Red  Tide  (Karenia Brevis) and has been used  to  identify Red Tide in the water column.  It is our goal to determine the  feasibility  of  using  Gyroxanthin‐diester  in the sediments to reconstruct past occurrence of Florida Red Tide at selected bay sites.  Previous‐ly we  identified Gyroxanthin‐diester  in  several cores  from  Sarasota Bay and Tampa Bay.   The identification was based on  comparison with a monoculture  sample  of  K.  Brevis,  a  K.  Brevis standard, and comparison with published spec‐tra  of  Gyroxanthin‐diester  in  water  samples.  Unfortunately these cores were not suitable for dating due most  likely to anthropogenic distur‐bances.  In the past year we collected additional cores from more protect areas  in Sarasota Bay.  Gyroxanthin‐diester  was  not  present  in  these cores.  We also collected samples from the Ten Thousand  Islands  area  in  which  Gyroxanthin‐

5  

diester was  present. We  are  in  the  process  of measuring Pb‐210 in order to date the cores.   

Project 2: Cyanobacteria Proliferation and Eu‐trophication in Florida Lakes.   

Melanie  Riedinger‐Whitmore  and  Thomas  J. Whitmore.    Cyanobacterial  algal  blooms  are common  in  many  eutrophic  lakes  in  Florida.  Although  cyanobacteria have had  considerable impact  on  freshwater  quality within  the  state since  the mid 1900s,  the  timing  and  causes of their  appearance  have  remained  unknown  be‐cause water‐quality monitoring began in Florida only after 1980.  This project’s researchers pro‐posed  to  recover  sediment  cores  from  six  eu‐trophic central Florida  lakes and  to analyze  se‐dimented algal pigments to document the onset of cyanobacterial presence.  Their goals were to track the appearance and persistence of cyano‐bacteria,  and  using  existing  paleolimnological data  on  historical  water  quality  from  these sites, to examine the relationship between cya‐nobacterial  proliferation  and  eutrophication.  Their objective  also was  to determine  the wa‐ter‐quality  conditions  that  promote  cyanobac‐terial persistence and  lead  to a  shift  to  cyano‐bacterial  dominance.    Sediment  cores representing  ~  100  yrs  of  deposition were  re‐covered from Lakes Harris, Newnans, Yale, Little Jackson, Weir,  and  Lulu  for  this project during the  first phase of  this project.   Sediment cores from an additional  lake, Little Bonnet, were re‐covered during the project's second phase. Field assistance was provided by personnel from the Land Use and Environmental Change Institute at the University of Florida.   Sedimented pigment profiles  indicated  that  cyanobacteria  were present  throughout  the  records  of  all  seven lakes.  The cyanaobacterial pigments oscillaxan‐thin and myxoxanthophyll were historically  low in sediments from three study sites, Lakes Weir, Little Jackson, and Newnans, but cyanobacterial pigment concentrations  increased  in  recent se‐diment deposits.   Cyanobacterial pigment pro‐files  from  three  lakes,  Lakes  Harris,  Yale,  and Little Bonnet,  showed  several historic peaks  in cyanobacteria,  suggesting  that  cyanobacterial 

populations  frequently  fluctuate  in  these  sys‐tems.   Only one  lake, Lake Lulu, demonstrated decreases  in  cyanobacterial proliferation  in  re‐cent  sediments.    Highest  cyanobacterial  con‐centrations  were  found  near  the  base  of  the sediment  record  in  this  lake.    Peaks  in  cyano‐bacterial  pigment  concentrations  were  com‐pared with  existing  paleolimnological  data  for inferred  total phosphorus and  trophic  state  in‐dex (TSI) values for six of the study lakes, to ex‐amine  the  relationship  between water  quality and cyanobacterial proliferation.  Cyanobacteri‐al population  increases  in most study  lakes oc‐curred  when  inferred  TSI  ranged  from  51‐67, and TP values  ranged  from 44‐70 µg/L.   These ranges  are  consistent  with  paleolimnological data for cyanobacterial proliferation in 14 other central Florida  lakes and suggest  that predicta‐ble  threshold  levels  for shifts  to cyanobacterial dominance exist.   These  values might  serve as reference  points  for  predicting  and/or manag‐ing  cyanobacterial dominance.   The  lake histo‐ries examined in this project represent 4 central Florida  lake  regions  (75‐08,  75‐14,  75‐31,  and 75‐33).   There  is some evidence of regional dif‐ferences in threshold values.  For example, Lake Weir  and  Little  Lake  Jackson both experienced cyanobacterial increases at TSI or TP values that were  considerably  lower  than  the  other  lakes examined  in  this study.     These  lakes are  in re‐gions with deeply weathered and nutrient‐poor watershed soils, and might be more vulnerable to  cyanobacterial  establishment  at  lower  thre‐shold  levels.    In  the next phase of  this project, the researchers will infer TSI and total phospho‐rus values from sedimented diatoms from Little Bonnet and  compare  them with  the  cyanobac‐terial  record.    They will  continue  to define  re‐gional patterns  in threshold response to cyano‐bacterial dominance, and will be exploring  the influence of invasive aquatic plants, and aquatic plant  community  shifts,  on  changes  in  algal community  structure  and  cyanobacterial  do‐minance in a new suite of study lakes. 

 

6  

Project  3:  Reactive  Metal  Particle  Emulsions for Removal of PCBs.   

Kathleen Carvalho‐Knighton, PI  , Cherie Geiger, Christian Clausen. PCB’s, along with PAH’s  and organochlorine  pesticides  are  contaminants  in the Tampa Bay area that have been monitored since  1993.    Four  locations  in  the  Tampa  Bay have  been  significantly  studied  including  the lower  Hillsborough  River,  the  Palm  River,  the Alfia River, and the Little Manatee River.  PCB’s have been detected  in extremely high  concen‐trations  in  the  Palm  River,  moderate  to  high concentrations  in  the  Hillsborough  River  and low  to moderate  concentrations  in portions of upper  Hillsborough  Bay.    Based  on  the  areas already affected by PCB’s additional work must be done  in  areas of  the  Ybor  channel  and  the Seddon Channel. Storm water  runoff and  land‐fill  leaching are considered  to be  likely sources of PCB’s  in the Tampa Bay area.   PCB sediment contamination in Tampa Bay has led to morpho‐logical  and  histochemical  changes  in  fish  and increased defense mechanisms in oysters. Since the high  levels of PCB’s  in  the Tampa Bay area are of  concern,  there  is a need  for a  low  cost, effective  remediation  technique.  This  project seeks to develop the necessary technique for in situ remediation of PCB’s in the Palm River.  The project  is  proceeding  as  planned  and  has  the participation of many enthusiastic and strongly motivated students  from USF and UCF.   Task 1 was  to obtain  reagents and  supplies and begin feasibility  studies.  Aroclor  1254  standards  and individual PCB congeners have been purchased. An  emulsion  consisting  of  Pd/Mg  bimetal,  oil, water,  and  SPAN  85  was  tested  with  Aroclor 1254. Degradation was slow (>10% in a week) ‐‐ possible explanation may be PCBs remaining  in oil  layer  and  not  diffusing  into water  layer  to react with metal, so the researchers began for‐mulating other possible emulsions.   Task 2 was to  continue  feasibility  studies  and  perform  ki‐netic studies.  Several different emulsion formu‐las  have  been  tested.  Emulsions  consisting  of varying  amounts  of  Pd/Mg  bimetal,  ethanol, water  and  SPAN  85  –  not  stable.    Emulsions consisting of varying amounts of Pd/Mg bimet‐

al, methanol, water and SPAN 85 – not  stable. Current  emulsions  being  tested  consisting  of Pd/Mg bimetal, methanol, water and Triton X‐100, a  surfactant proven  successful  in PCB  soil remediation.  Kinetic studies have been focused on  several  individual  congeners  with  neat Pd/Mg.  PCB 77 was chosen because of the high TEF  (toxicity equivalent  factor) value.   PCB   52, 61, 62, 65, 70, and 80 were examined for struc‐tural  reasons and  to  compare  to PCB 77.   PCB 93, 95 (pentachlorobiphenyls) and PCB 151, 153 (hexachlorobiphenyls) were  examined  and  by‐products  were  identified.    Kinetics  indicate  a pseudo  first  order  reaction  and  rate  constants have been determined for all of the above con‐geners.    The  mechanism  appears  to  be  step‐wise with  biphenyl  as  the  final  product.  In  all congener  studies,  reaction with Pd/Mg  is  slow for  first  30  minutes,  rapid  dechlorination  be‐tween 30 – 50 minutes and then levels off.  The research performed indicative that the mechan‐ism  for  degradation  of  polychlorinated  biphe‐nyls  varies  depending  on  the  solvent  system that  is used.   Not only are  the relative  rates of dechlorination different when comparing ortho, meta,  and  para,  but  the  final  byproducts  also are  different.    The  individual  congener  studies have  been  completed  and  a  stable  bimetallic emulsion is currently being prepared. 

Project  4:  The  Social  and  Environmental  Di‐mensions of Xeriscaping: A Pathway for Ameli‐orating Coastal Environments.  

Rebecca  Johns, PI,  James Krest,  Joseph Dorsey.  More than 80% of the domestic water in Florida is  used  for  lawn  and  garden maintenance  de‐spite  the  relative high  expense  and  scarcity of this  important  resource.    Established  xeriscap‐ing  techniques  could  be  implemented  by  citi‐zens to conserve water, but growth in the adop‐tion of sustainable  lawn management practices has been slow.  This project is a pilot study con‐ducted in the racially‐ and economically diverse neighborhoods of Pinellas County to investigate the  socio‐economic  underpinnings  of  Florida residents’ lawn management decisions, the per‐sistence of cultural preferences for certain lawn 

7  

types, and  the specific  impact of xeriscaping  in ameliorating  pollution  from  yard  runoff.    The study  investigates  the  relationship  between characteristics  of  ethnicity,  gender  and  socio‐economic class in St. Petersburg and degrees of receptivity  to  environmentally  appropriate landscaping. The second year of the project was spent  in  finalizing data collection, data analysis and  publication  of  data.  Three  journal  articles were completed, submitted and published (two articles  in  Interdisciplinary  Environmental  Re‐view, and one in the Papers and Proceedings of the  Applied  Geography  Conferences),  and  a fourth  was  completed,  submitted  and  is  cur‐rently  under  review  at  Environment  and  Plan‐ning D. Summaries of the data were sent to  in‐dividuals who assisted  in the data gathering for the project; one presentation of the results was made  at  an  academic  conference,  and  one presentation was made at a community gather‐ing. 

Project 5: An Historical Perspective on the Eco‐nomic  and  Environmental  Impacts  of  the Phosphate Industry on the Tampa Bay Region. Antoinette Criss and James Krest.   

The phosphate mining  industry confers positive economic  impacts  on  the  state  of  Florida  and the  Tampa  Bay  region.  However,  because  the industry  is  dependent  upon  a mined  resource whose  stocks  are being diminished,  the  future of the industry is limited by the economic viabil‐ity  of  continued  extraction  of  this  resource.  Fortunately,  extraction  levels have been main‐tained  according  to  the most  recent published data  for  2007.   Significant  consolidation  and vertical integration (with fertilizer producers) of the  industry  has  taken  place,  enabling  the  in‐dustry to maintain itself for the near term.  Dis‐solution  of  the  Florida  Phosphate  Council,  the lobbying  group  for  the  industry,  is,  however, consistent with the decline of the industry.  The environmental  concerns  that have been  raised with respect to the industry are currently being addressed  through  local  advertising  efforts. Fieldwork addressing the environmental impact of waste discharge on Tampa Bay is being com‐

pleted  in Spring 2009. This  fieldwork has been concentrated  in  Bishops  Harbor  (where  phos‐phogypsum  stack wastewater was  actively dis‐charged between 2002 and 2007), and  in Cock‐roach Bay, which  is being used  as  a  control  in this  study due  to  its  similar  size  and drainage. Water  and  sediment  samples  were  collected over the summer 2006 and Spring 2007. Further sampling  is planned  for Spring 2009  for  follow‐up  data.  For  samples  collected  to  date, water samples show no difference  in phosphate  load‐ing  in the water column, most‐likely due to the short residence time of water in the bays. Aver‐age  orthophosphate  concentrations  in  Bishop Harbor,  collected  in  2006,  were  0.2  +/‐  0.15 mg/l.  Concentrations from Cockroach Bay were 0.4 +/‐ 0.3 mg/l.   Similarly pore‐water  invento‐ries from Cockroach Bay and Bishop Harbor are not  significantly  different.  This  suggests  that discharge  of  contaminated  water  into  Bishop Harbor  had  little  or  no  discernible  long‐term impact  on  the  ecosystem  even  though  there were  reports  of  enhanced macro‐algal  growth in Bishop Harbor during the peak discharge pe‐riods. Additionally, sediment samples were also collected  to  look  at  solid‐phase  storage  in  the sediment  column.  These  samples  are  being  processed  for  total phosphorus  concentrations which should provide more  insight  into storage of  phosphorus  in  the  bays.  This  study    has funded  research  and  senior  thesis  projects  for several  USF  St.  Petersburg  Environmental Science  students,  culminating  in  short  papers and academic presentations. Preliminary results of  one  of  these  projects were  presented  by  a student at a small conference sponsored by the American Chemical Society in March 2007. 

Project  6:  Interfacing  SWAT  and  PHABSIM:  A Potential GIS‐based Water  Resource Manage‐ment Tool.   Barnali Dixon, PI, James Gore, An‐dy Casper.  

Based on investigations and research in the past five  years,  climatologists  believe  that  multi‐decadal periods of warming and cooling of  the North Atlantic Ocean’s surface waters ultimate‐ly  affect  precipitation patterns  across much of 

8  

the United. Since river  flows are  largely rainfall dependent, variation  in rainfall should result  in variations in river flow to coastal areas, as well. Flow  increases  in  the  northern  part  of  Florida and  flow  decreases  in  peninsular  Florida  are consistent with the AMO and the reported rela‐tionship  with  rainfall.  These  relationships  ex‐tend not only to rivers  in Florida but to the en‐tire  southeastern  United  States,  both  Atlantic and Gulf coastal rivers. Although spatially expli‐cit  data  layers  commonly  used  in  hydrologic models are readily available, accessibility of me‐teorological  data  with  adequate  spatial  and temporal  coverage  remains  a  challenge.    The ability  to accurately predict stream  flow with a model,  for  example,  can  be  strongly  impacted by the input data.  The goals of this study are  to (1) determine sensitivity of  the SWAT  (Soil and Water  Assessment  Tool) model  to  the  use  of measured,  local  versus  simulated meteorologi‐cal data for a given resolution of soils,  land‐use and  Digital  Elevation Models  (DEMs)  required by  the  model  and  (2)  explore  integration  of SWAT with PHABSIM as a potential tool for GIS‐Based water  resources Management.    The  key findings  are  as  follow:  (1)  the model  does not appear to respond to the difference  in meteor‐ology  in a significant manner;  (2)  for  this basin at least, the model does not appear to respond to the detail of the original soils layers as much as to the resolution to which it is resampled; (3) the  SWAT model  and  the  validation data  from USGS both suggest that there  is more going on in  the  system at  the upper  reaches of  the wa‐tershed  than can be easily explained by simply modeling and calibrating  the outlet;  (4)  resolu‐tion of  input data, particularly DEMs cannot be ignored  or  simply  resampled  to meet  the  de‐sires  of  the model  without  consequences;  (5) processes occurring within the watershed  itself (perhaps  pumping/groundwater  irrigation, groundwater  revaporation/discharge)  may  be contributing to the discrepancy between meas‐ured  streamflow  in  the  sub‐basins when  com‐pared to the basins in the times of high rain; (6) finer the DEM resolution used in SWAT or other GIS‐based basin models  (currently  30 m  is  the best  widely  available)  the  more  realistic  the 

long‐term hydrograph  records  are  likely  to be; and  (7) we demonstrate  that  linking  these  two different  types  of  models  (i.e.  using  a  SWAT model to develop  long‐term discharge patterns from  watershed  characteristics  and  precipita‐tion  records)  is  a  viable  option,  though  not without technical limitations. 

Project 7: Acquisition of Counters for Gamma‐emitting  Radioisotopes.    Jim  Krest,  Donny Smoak, Kathy Carvalho‐Knighton.  

 Instrumentation was acquired to support ongo‐ing C‐SPACE research projects: (1)  in support of Projects 1 and 5, a germanium‐crystal gamma‐detector configured with a 1.5‐cm well for anal‐ysis  of  naturally  occurring  radioisotopes  con‐centrated  from  water  samples;  (2)  a  germa‐nium‐crystal  gamma‐detector  with  a  planar configuration for analysis of naturally occurring radioisotopes  in soil and sediment samples;  (3) a Gas Chromatograph with an Electron Capture Detector (GC‐ECD) to be used for the detection of  halogenated  compounds  in  Project  3.    This instrumentation  has  been  set  up  and  is  now operating well.  Initial problems with high back‐ground  counts  for  the germanium‐crystal gam‐ma‐detector have been resolved by better ven‐tilation and “curing” of walls and floors in newly constructed  spaces.   A  Shimadzu Gas Chroma‐tograph was  ordered  in November,  2005,  and was  set‐up  during  Spring  2006.  It  is  currently being used in support of Project 3.  Two Gamma Detectors  were  ordered  from  Princeton  Gam‐ma‐Tech  in  December  2005,  and  lead  shields were ordered from Gamma Products, Inc, at the same  time. Part of  the  shipment  (lead  shields) was delayed until  June 2006, and were moved into new  facilities  at USGS building when  they became available in August 2006. Initial site visit for  set‐up  of  detectors  discovered  problems with  electronics,  and  detectors  were  shipped back to PGT. The detectors came back to USF in the  beginning  of  November,  2006,  and  were set‐up by a  technician on November 15, 2006. Both  detectors  are  currently  up  and  working, and are being used in support of Projects 1 and 5. 

9  

Project  8:  Guided  Surface  Vehicles.  Eric Steimle.  

Guided  Surface  Vehicles  (GSV’s)  are  finding  a niche  as  mobile  instrument  platforms  with many  uses  ranging  from  environmental moni‐toring to security‐oriented monitoring. They are versatile,  inexpensive  and  easily  configurable. USF  St.  Petersburg’s  GSV  (dubbed  “Rocky”)  is outfitted  with  a  wireless  computer  interface that allows instrumentation to be deployed and controlled  by  a  remote  user  or  autonomously by the vehicle. “Rocky” is currently 72” long and 38”  wide,  has  a  250‐pound  payload  capacity and can travel at speeds up to 4 knots. “Rocky” is battery powered, utilizing a twin‐screw design for  steering,  making  it  highly  maneuverable.  Although  this  C‐SPACE  project  per  se  has reached  it  conclusion,  the development of  the GSV  still  continues  with  funding  from  other projects and building on what we have accom‐plished  with  C‐SPACE  funding.  In  the  final phase, we changed the GPS overlay system for a custom geo‐referenced database with a Google Earth  interface.    This  allows  the  user  to  easily find  images  using  the  familiar  Google  Earth software.   The data can also be exported to an ARCGIS compatible  file  to employ  the standard spatial analysis tools. An example of this can be seen in Project 2 in CSPACE Phase II funding. We also performed a survey of a 10‐acre retention pond  for  the  city  of  Kissimmee  using  SONDE multi parameter water quality  sensor and bot‐tom  classification  sonar.  We  completely  sur‐veyed  the  pond  in  4  hours  and  collected  ap‐proximately 11,000 geo‐referenced data points. Each point contained depth to bottom, bottom type,  dissolved  oxygen,  turbidity,  chlorophyll, temperature, and conductivity and Cyanobacte‐ria  count  for  a  total  of  88,000  individual  data points.  

 Project  9:  Science  Journalism. Mark Walters, PI, Tony Silvia.   

Project 9  is  the  first of  two parts  that have ex‐tended  from  CSPACE  Phase  I  funding  into CSPACE Phase  II  funding, Project 9  “Communi‐cating  Science  to  the  Public.”    In  the  first  “re‐

search”  component we  sought  background  in‐formation for the second and larger component —  a  conference on  the  subject.   Our  goal has been to identify the obstacles to better scientif‐ic communication to the public and attempt to remedy  these  in  the  approach we  take  to  the conference through a search of the quantitative literature.    In  the  second  conference  compo‐nent, described below, we offered a communi‐cation  workshop  and  conference  to  C‐SPACE participants and the larger Tampa Bay scientific community  aimed  to  help  them  communicate their ideas, research and knowledge clearly and forcefully  to  the  public.  Based  upon  reviewer comments for our proposal for the second year of  funding  for  C‐SPACE, we  conserved  Phase  I funds  to  combine  the  Science  Communication Workshop and the Conference and do one larg‐er,  high‐impact  event  rather  than  to  conduct two  smaller,  separate  events.    This  successful conference is reported on more fully in Phase II, Project 9. 

Summary  C‐SPACE  “Phase  II”  Funding  (2006 Award) 

Project  1: Water  Quality  Sampling  Strategies for  Monitoring  Coastal  Rivers  &  Estuaries  – Applying  Technological  Innovations  to  Tampa Bay & Tributaries.   

Barnali Dixon, PI, Eric Steimle, James Gore, Pau‐la Coble, and Robyn Conmy and Andrew Casper. Rivers, estuaries, reservoirs, and lakes are multi‐use  systems  that  supply water  for  agricultural, industrial, and human consumption while simul‐taneously  assimilating  both  point‐  and  non‐point  source  discharges.  Existing  methods  of data  collection  are  generally  limited  to  snap‐shots  in space and time while a comprehensive view of spatial variability remains elusive. Acce‐lerating  the  integration  of  existing  in‐situ  sen‐sors,  geospatial  analysis  techniques,  and  relia‐ble  autonomous  sampling  platform  technolo‐gies provide  immediate  improvements for sam‐pling  and  assessment  programs. We  provide  a demonstration of  this  integration  for high  spa‐tial  resolution  sampling  and  analysis  in  a  non‐wadeable  river with an  inexpensive unmanned 

10  

sampling  platform  (USV),  standards  sensor  ar‐rays,  and  widely  used  geospatial  techniques. These are used to creating 2‐D maps of temper‐ature,  conductivity,  salinity,  turbidity,  chloro‐phyll  florescence  and  chromophoric  dissolved organic matter (CDOM). 2‐D surface water qual‐ity  maps  show  significant  influences  on  local water  quality  from  tributary  confluences,  sub‐marine  groundwater  plumes,  flood‐plain/riparian  interfaces and other patchily dis‐tributed  limnological  features.  Moreover,  this project  demonstrates  how  sensors,  autonom‐ous vehicles, and geospatial  technologies work in concert to create a more comprehensive spa‐tial picture compared to the standard systemat‐ic  sampling  grid with  data  displayed  as means and standard deviations.  During academic year 2007‐2008,  project  PI Dr. Andrew  Casper  took another position at  the Waterways Experiment Station, US Army Corps of Engineers, Vicksburg, MS.   Dr. Barnali Dixon became  the nominal PI for  this  project,  although  Dr.  Casper  remains active in completing the project.   All field sam‐pling  and  initial  geospatial  analysis  are  com‐plete. Currently the focus of this project  is pro‐ducing a revised manuscript for the Journal Wa‐ter  Resources  Research  and  disseminating  re‐sults  through  conferences  and  seminars.  2D maps of 7 water quality parameters have been produced  (shapefiles)  for  all  3  sampling  dates (11/06,  02/07,  and  09/07).  A manuscript  was prepared  and  not  accepted  by  Environmental Science and Technology and is in revision. 

Project  2:  Investigation  of  terrestrial  and groundwater nutrient fluxes to the coastal wa‐ters off Pinellas County, Florida, and  their  im‐portance  for  harmful  algal  blooms.  James Krest, PI, Peter Swarzenski and Eric Steimle. A  

survey transect was set up to get baseline data on  the  distribution  and  inventories  of  radium isotopes and inorganic nutrients in lower Tampa Bay and offshore, coastal waters. Samples were also  taken  from  the  larger  streams  and  rivers flowing  into Tampa Bay  to determine  freshwa‐ter fluxes of these species. The transect has cur‐rently  been  sampled  3  times,  with  additional 

sampling  scheduled  for  Spring  and  Summer 2009.  Results  from  the  short‐lived  radium  iso‐topes  (Ra‐224  and  Ra‐223)  indicate  that  only about  10%  of  their  dissolved  inventory  is  sup‐plied  from  freshwater  surface  water  sources. Rough  calculations  indicate  that  another  10% can be supplied by molecular diffusion from the bottom  sediments.  The  remaining  inventory (80%)  must  be  supplied  from  groundwater, most‐likely as  some  combination of  submarine groundwater discharge  (undersea outflow) and tidal  pumping  of  recycled  sea  water  through sediments.  Longer‐lived  isotopes  (Ra‐228  and Ra‐226) will help us to constrain these terms as their slow regeneration rates will provide  limits on the bottom sediment flushing depths. These isotopes are still being analyzed on the gamma‐counters due to long counting times and a large queue of samples. Nutrient analyses are crucial to this study, and sampling was temporarily cur‐tailed  until we  could work  out  issues with  in‐strumentation  for  this  purpose.  Technician funds were used  to hire an experience analyst on a part‐time basis to work out the kinks with our Technicon analyzer. We are currently seeing excellent results, and are ready to recommence sampling.  Sampling  is  also  being  coordinated with  Florida Wildlife  and  Research  Institute  to get  complementary  HAB  organism  identifica‐tion. As we might have anticipated,  there have been no HAB’s in the area since the start of the project, so correlation of nutrient budgets with HAB organisms is not possible at this time. 

Project 3: Tree  Islands of  the Everglades: Eco‐logical Shifts in Response to Nutrient Loading.  

Joseph  Smoak,  PI  and  Charles  Holmes.    This project  funded  a  postdoctoral  fellow  to  work within  the  Florida  Everglades  on  two  projects described  below.  (1)  Tree  Island  Paleorecon‐struction  ‐ Tree  islands are accepted as one of the most ecologically  important settings within the Everglades.   However,  little  is known about how  these  islands  have  changed  ecologically over  the  last  100  years.    Most  investigators attribute the decline  in the tree  islands directly with  the  hydrological  changes  that  occurred 

11  

since  the 1950s  impoundment.   This  investiga‐tion uses the sediment record to document the ecological shifts on a tree  island  in response to the  hydrologic modifications  over  the  last  100 years.  The  results  reveal  that mass  accumula‐tion rates began to  increase circa 1950s on this tree  island.    Coincident  with  increasing  mass 

accumulation rates both 15N and 13C values of sediment  organic matter  decreased.    The  de‐

crease  in  15N  could  indicate  a  change  in  the vegetation on the island as a result of change in hydroperiod and/or a decrease  in bird popula‐tion  on  this  island.    The  former  hypothesis  is supported  by  the  C/N  ratios  which  increased since  the 1950s and by  sedimentary photosyn‐thetic  pigment  data  that  indicate  increases  in macrophytes and algae on  the  island  since  the 1950s.    This  does  not  exclude  the  possibility that  bird  populations  on  this  island  decreased along with  a  shift  in  vegetation.    Decrease  in bird population reduced the contribution of bird guano which was enriched in 15N.   In conclusion impoundment produced  longer periods of high water  beginning  in  the  1950s  and  promoted encroachment  of  different  vegetation  on  the island or a change  in  the dominant vegetation. The 1950s was a period of major change  in the Everglades with the transition from drainage to impoundment.  (2) Calculating Historic Nutrient Loading  in  WCA‐2A  Wetlands.  The  northern Everglades Water Conservation Areas have ex‐perienced  recent  ecological  shifts  in  primary producer  community  structure  involving  marl periphyton mats and dense typha stands.  Mul‐tiple  investigations have  identified  phosphorus as  a  driver  of  primary  producer  community structure,  but  the  effects  of  water  impound‐ment  beginning  in  the  1950s  have  also  been identified  as  a  concern.    Unfortunately,  long term  monitoring  data  does  not  exist  for  the Everglades  so  primary  producer  community structure  prior  to  1950  is  inconclusive.    In  an effort to understand pre‐1950 primary producer community  structure  and  identify  community shifts since 1950, we measured paleolimnologi‐cal proxies on  four sediment cores collected  in Water Conservation Area‐2A  (WCA‐2A) along a phosphorus enrichment gradient.  We conclude 

that  a  concentration  of  650  to  700  g/kg  of phosphorus  in the sediments  is needed to pro‐mote typha dominance.  It has been shown that the  marl  periphyton  communities  serve  as  a mechanism  for  removing  water‐column  phos‐phorus and depositing it into the sediments.  In addition,  inorganic  phosphorus  is  co‐precipitated  with  the  calcium  carbonate  asso‐ciated with the marl.   These  increasing concen‐trations  of  sedimentary  phosphorus  and  inor‐ganic  phosphorus  provide  optimal  conditions for  typha  growth.    These  temporal  and  spatial differences  indicate  that  the  water‐column phosphorus  gradient  is  the  primary  driver  of primary producer community structure in WCA‐2A. The establishment of the marl periphyton in the middle and southern areas of WCA‐2A cor‐respond to the  impoundment period beginning in 1950.   We  infer  from paleolimnological data that hydroperiod works as a secondary driver in determining  primary  producer  community structure.    Possible  mechanisms  could  be  in‐creased  delivery  of  water‐column  phosphorus farther  into  WCA‐2A,  decreased  dry  periods that  could  desiccate  and  destroy  primary  pro‐ducers  and  alternations  to  biogeochemical processes  regulating  sedimentary  phosphorus concentrations.   Nevertheless,  these data  con‐firm the historic significance of phosphorus and hydroperiod  in  regulating  primary  producer community structure  in WCA‐2A and should be considered  when  making  future  management decisions. 

Project  4:  Arsenic  contamination  of  Florida lakes  from MSMA herbicide mobility:  implica‐tions for human and aquatic vertebrate health.   

Thomas Whitmore,  PI,  and Melanie  Riedinger‐Whitmore.    Our  studies,  beginning  in  2005, found  large‐scale arsenic  (As) contamination  in sediments  of  Little  Lake  Jackson,  Highlands County, Florida because of monosodium methy‐larsonate  (MSMA)  application  to  adjacent  golf courses.    Total As  concentrations  reached  435 µg/l  in pore waters and 148 mg/kg  in dry sedi‐ment, Total As  inventory was ~555 kg of As  in >19,000 metric tons of sediment and 10.8 x 104 

12  

m3  of  porewaters.  Total  As  content  in  surface sediments  (mean = 47.3 mg/kg) exceeded con‐sensus‐based  sedimentary  concentration  for probable  toxicity  effects  in  freshwater  benthic fauna.  Initial results were presented at the 10th International  Paleolimnology  Symposium  in 2006.    In  2007, we  documented  total  As  con‐centrations 4‐11 times higher than the U.S. EPA Maximum Contamination Level for drinking wa‐ters  in  the  surface  and  subsurface waters  that enter the lake.  Findings were published in 2008 (Whitmore et al. 2008).  Our present study doc‐uments  total  As,  As(III),  As(V), DMA,  AsB,  and MMA  content  in  fish,  crustacean,  and  reptile tissues  at  various  levels  in  food  chains  of  two MSMA‐contaminated.   The objective  is  to eva‐luate  the  biotoxicity  potential  for  the  aquatic vertebrate  fauna,  as  well  as  for  humans  who consume aquatic fauna.  We compiled informa‐tion about  location and age of 330 golf courses in  an  8‐county  area  of  Florida.    Dr.  Natalia Hoyos (Department of Geography, University of Florida) prepared GIS maps  that enabled us  to target  13  lakes  based  on  proximity  to  golf courses and duration of MSMA exposure.   We collected sediments from all 13  lakes, and ana‐lyzed total As content.  Lakes Little Jackson and Little Bonnet  (Highlands Co.) were  selected  for bioaccumulation  studies.    Collection  permits were  obtained  from  Florida  Fish  and  Wildlife Conservation  Commission.    Herpetologist George  Heinrich  collected  specimens  of  cray‐fish, 8  species of  fish, non‐lethal  samples  from two species of turtles, and watersnake tail clips using hoop nets and  live  traps.   Sirens, amphi‐umas,  and  salamanders  were  absent  entirely, suggesting  amphibian  vulnerability  to  toxicity.  Tissue  samples were  freeze dried  and  sent  for arsenic  speciation  to  the  Trace  Elements  Core Facility  in  the Center  for Environmental Health Sciences  at Dartmouth  College.    Total  As  con‐centrations  were  remarkably  high  in  some sportfish specimens  in Little Lake  Jackson: blue tilapia  showed  total As  concentrations  as  high as 11.63 ppm in organs and 1.52 ppm in muscle tissue.  These values are comparable to total As values  measured  in  tilapia  from  the  Human Blackfoot Disease  area of Taiwan, where As  in 

wellwaters  leads  to necrosis and need  for am‐putation  in humans.   Bluegills  showed  total As content as high as 10.75 ppm in organs and 1.3 ppm  in  tissue.   Maximum  total  As  content  in Little Bonnet sportfish was significant but lower (e.g. 2.05 ppm  in organs).   Most  tissue As gen‐erally  was  in  the  form  of  arsenobetaine,  fol‐lowed  by  As(V),  DMA,  MMA,  and  As(III),  al‐though  digestion might  have  favored  oxidized forms.   Lead  (Pb) content also was exceedingly high  in  both  lakes,  and  we  are  determining whether  the Pb  source  is atmospheric or  from pesticides. As  our  project  closes, we  are  com‐pleting analyses and anticipating 4 manuscripts with colleagues at University of Florida (Geolog‐ical Sciences) and Dartmouth College concerned with:  1.  As  bioaccumulation  in  food  chains  of Lakes  Little  Jackson  and  Little  Bonnet  (manu‐script  in prep.). 2. Pb fractionation of sediment samples  from  Lakes  Little  Jackson  and  Little Bonnet  to  determine  whether  Pb  sources  are agricultural or atmospheric (manuscript in prep. by  late November 2008). 3. As accumulation  in sediments  of  Little  Bonnet,  which  we  believe might arise from agricultural pesticides used for citrus.  3 sediment cores have been 210Pb dated and  analyses  are  near  completion  for  total  As content and citrus amendment markers (manu‐script in prep. by December 2008). 4. Lead con‐tent of tissue samples from Lakes Little Jackson and  Little  Bonnet  for  bioaccumulation  assess‐ment  (analyses  pending  with  Dartmouth  Col‐lege). 

Project 5: An Integrated GIS and Remote Sens‐ing‐Based Strategy for Assessing the Ecological Outcomes  of  Social Marketing. Barnali Dixon, PI, Richard Flamm and Karin Braunsberger.  

The overall objectives are: (1) conduct a market analysis  in  preparation  for  a  social marketing campaign on  lawn watering and smart fertilizer use;  (2) explore methods  for monitoring beha‐vioral  change using  integrated GIS and  remote sensing methods,  (3)  refine methods  for water use  and  quality motioning  for  isolating  urban impacts so  that we can estimate  the effects of residential  land‐use  practices  on  water  re‐

13  

sources; and  (4) develop a systems‐science ap‐proach for tying the 3 components together in a framework that can serve as a template to oth‐er  local  initiates  that  seek  to  encourage  envi‐ronmental stewardship. However, as part of the mini  pilot  project we will  only  conducted  pre‐liminary  remote  sensing  data  analysis  and GIS integration to demonstrate that effectiveness of the proposed methodology viz. ability to identi‐fy health of grass (as a results of amendments) or  impervious  surfaces  using  remotely  sensed data. Analysis has been performed on remotely sensed  data  to  determine  the  impervious  sur‐face  extent  for  a  selected  part  of  the  Central Florida  study  area.    This  entailed  using  Leica Geosystems ERDAS  Imagine  software  to derive impervious  surfaces  from high  resolution  color infra‐red  (CIR)  aerial  photography  obtained from the Southwest Florida Water Management District  (SWFWMD),  along  with  accompanying LiDAR to separate classes of  impervious surfac‐es  into four categories: driveways, parking  lots, roofs and roads.  Image analysis is complete for the  selected  pilot  study  area.  Additional  sup‐plementary work was done with the Soil & Wa‐ter  Assessment  Tool  (SWAT)  model  to  deter‐mine the impacts of urbanization on a primarily un‐urbanized watershed  in  terms  of  predicted steam  flow.  The  second  approach was  to  use FEMA  GIS  coverages  and  the  categories  of  A (100yr no base flood elevation (BFE)), AE (100yr with BFE) and A + AE to determine the  impacts of  urbanization  in  the  more  low‐lying  flood‐plain. The  third approach was  to vary  the  land use only and run the SWAT model.  Analysis was done  reading  in various LU  for 1988, 1995 and 2004  from  the  SWFWMD. We  currently  are  in the process of isolating grass from imageries for two time period. 

Project 6: Using RUSLE and SWAT  to Estimate Fluxes and Fates of Eroded Soil Organic Carbon in the Hillsborough River Basin.  

Barnali Dixon, PI, J. A. Gore.   Climatologists be‐lieve that multi‐decadal periods of warming and cooling  of  the  North  Atlantic  Ocean’s  surface waters  ultimately  affect  precipitation  patterns 

across much  of  the  United  States.  Since  river flows are largely rainfall dependent, variation in rainfall  should  result  in  variations  in  river  flow to  coastal areas, as well. Flow  increases  in  the northern part of  Florida and  flow decreases  in peninsular Florida are consistent with the AMO and  the  reported  relationship  with  rainfall. These relationships extend not only to rivers  in Florida  but  to  the  entire  southeastern  United States, both Atlantic and Gulf coastal rivers. Al‐though  spatially  explicit  data  layers  commonly used  in hydrologic models are readily available, accessibility  of  meteorological  data  with  ade‐quate spatial and temporal coverage remains a challenge.    The  ability  to  accurately  predict streamflow with a model,  for example,  can be strongly  impacted by the  input data.   The goals of  this study are  to  (1) determine sensitivity of the  SWAT  (Soil  and  Water  Assessment  Tool) model  to  the use of measured,  local versus  si‐mulated meteorological data for a given resolu‐tion  of  soils,  land‐use  and  Digital  Elevation Models  (DEMs)  required by  the model  and  (2) explore integration of SWAT with PHABSIM as a potential  tool  for  GIS‐Based  water  resources Management.  With respect to the first goal, he model  does  not  appear  to  respond  to  the  dif‐ference  in meteorology  in a significant manner; at  least  for  this basin,  the model does not ap‐pear to respond to the detail of the original soils layers as much as to the resolution to which it is resampled; the SWAT model and the validation data from USGS both suggest that there is more going on  in the system at the upper reaches of the watershed  than  can be easily explained by simply modeling and calibrating the outlet; res‐olution of  input data, particularly DEMs cannot be  ignored  or  simply  resampled  to  meet  the desires  of  the  model  without  consequences; processes occurring within the watershed  itself (perhaps  pumping/groundwater  irrigation, groundwater  revaporation/discharge)  may  be contributing to the discrepancy between meas‐ured  streamflow  in  the  sub‐basins when  com‐pared  to  the  basins  in  the  times  of  high  rain.  With  respect  to  the  second  goal, we  now  are able to bridge the conceptual and digital divide between  watershed  and  in‐stream  hydraulic 

14  

modeling.  While  we  demonstrate  that  linking these two different types of models (i.e. using a SWAT  model  to  develop  long‐term  discharge patterns  from  watershed  characteristics  and precipitation records) is a viable option, though not without  technical  limitations.  Results  con‐firm  that  accuracy  of  the  SWAT‐predicted  hy‐drograph declines significantly when either  the DEM resolution becomes coarser or if DEM data is resampled. The effect  is due to both changes in  the  size  and  shape  of  the  river  basin  with DEMs and subsequent shifts  in the proportions of  physical  input  characteristics  like  land  use, soils, and elevation. Despite  this  limitation,  the results  still  show  that  the use of 30 m or  finer DEMs produced hydrographic patterns that are amenable  for using of  in‐stream habitat proto‐cols  like  the PHABSIM model  in ungauged  sys‐tems,  especially where  no  other  hydrographic information  exists.  We  also  recommend  that, since  the  effects  of  resolution  and  resampling are  obvious  significant  and  potentially  non‐intuitive,  the  resolution  of  base  topographic data must be chosen and documented as meta‐data carefully whenever using SWAT or any GIS‐based watershed model to generate hydrologic data for water resource management or regula‐tory  decisions  such  as  determination  of mini‐mum flows and levels. 

Project  7:  Acquisition  of  Support  Equipment and  Instrumentation.    Melanie  Riedinger‐Whitmore, PI, James Krest and Joseph Smoak.   

This  project  was  essentially  completed  during Phase  I.   See Phase  I Project 7 above  for more detail.  This project provided for the purchase of an additional gamma detector  to  facilitate and enhance  sample  counting.    A  purchase  order was placed for a germanium crystal gamma de‐tector with a 1.5 cm intrinsic well in February of 2007 from Princeton Gamma Tech Instruments. Concurrently,  lead  shielding  for  the  detector was  ordered  from  Gamma  Products,  Incorpo‐rated.  Both  items  were  initially  received  and set‐up  during  the  summer  of  2007  with  high expectations. Unfortunately, we have been un‐able  to  get  the  gamma  detector  to  function 

properly. The detector  is currently at Princeton Gamma  Tech  where  they  are  troubleshooting the  instrument.  This  detector  was  ordered  to help  us  cover  the  demand  of  the  CSPACE projects,  and  the  continued  delays  have  pre‐vented us  from analyzing many of  the samples collected for project 2. 

Project 8:   UPTAQ – Understanding the Profile of Tampa Bay’s Aquatic Quality.  

 Kathy Carvalho‐Knighton, PI, Ashanti Pyrtle and Malcolm B. Butler. The Tampa Bay area ecosys‐tem  totals  approximately  7,000  km2  including estuarine waters, wetlands and drainage basins. Waters of the bay are typically shallow with an average depth of 3.5 m and coastal vegetation is  dominated  by  mangrove  forest  with  some areas of salt marsh. People have lived in Florida more  than  12,000  years.  The  drainage  basin currently  supports  a  population  of  over  2 mil‐lion, as compared to an estimated population of 300,000  indigenous  people  statewide  prior  to the Spanish explorers’ arrival in the early 1500’s (FDS, 2005; Hann, 1996). This dramatic popula‐tion growth has been accompanied by  industri‐al,  agricultural,  and  other  anthropogenic‐related  activities  that  have  resulted  in  natural resource  depletion,  nutrient  loading,  coastal erosion,  increased  pollution  and  other  various environmental  stresses  in  Tampa Bay  and  sur‐rounding  regions  (Wilmore  and  Pyrtle,  2004).  Historical  records  and  scientific  investigations have provided valuable  insight (via quantitative and qualitative information) regarding the anth‐ropogenic  impact to the Tampa Bay’s water re‐sources. In the past, such insight has often been utilized to develop water resource management practices, conservation measures, usage restric‐tion policies, monitoring programs, and restora‐tion  activities  throughout  the  state  of  Florida. This  information  is  summarized  and presented to participating teachers in order to contextual‐ize the proposed teaching and learning activities that will  be  conducted  in  certain  geographical locations throughout Pinellas, Hillsborough and Manatee Counties. This project  is a 16 month‐long  interdisciplinary  endeavor,  involving  ele‐

15  

mentary  teachers,  university  faculty,  and  ele‐mentary,  undergraduate  and  graduate  stu‐dents.  The activities that have been completed to date include: 

 •Designing and developing a new  science edu‐cation course for in‐service teachers, 

 •Hands‐on  teaching and  learning opportunities for  USF  St.  Petersburg  graduate  students  and elementary  students  from  three  Tampa  Bay area counties; and 

 •Collaborating with USF St. Petersburg Colleges of Arts and Sciences and Education and USF Col‐lege  of  Marine  Science  faculty  to  implement teaching  and  training  activities  throughout  the USF  St.  Petersburg  campus.   A  formal  teacher learning and training occurred during July 2008 for  5  weeks.    During  the  program,  teachers worked  alongside  graduate  students  in  hands on  environmental projects  in which water  and soil  samples  are  collected,  analyzed  and  eva‐luated for purposes of reporting a status of the environment.  

Project 9: Communicating Science  to  the Pub‐lic:  ‐A Workshop for Scientists and Journalists. Mark Walters, PI and Ann Tihansky.  

Funded  principally  by  the  Environmental  Pro‐tection Agency  through  the CSPACE grant,  this conference,  held  in  Feb.  2008, was  a  partner‐ship  of  the University  of  South  Florida  St.  Pe‐tersburg,  the  U.S.  Geological  Survey  and  the Florida  Department  of  Environmental  Protec‐tion's Rookery Bay National Estuarine Research Reserve Coastal Training Program.  The goals of the  Conference were  to  1)  assist  scientist  and journalists  to  communicate  more  effectively with one another and the public; 2) provide tips and  tools  that will  encourage  collaborative  ef‐forts  to  bridge  the  communication  gaps  be‐tween scientists and journalists; 3) facilitate the “presentation”  of  critical  scientific  information 

to the public and policy makers; and 4) educate participants  about  predicted  effects  of  global climate on Florida’s coastal environment by way of  economic,  fresh  water,  public  health,  and ecological  impacts.  This  conference  either met or  exceeded  the  goals  set  forth  in  the  grant proposal.  The  total  attendance  exceeded  our ideal  goal  of  75.  An  evaluation  questionnaire was  distributed  to  participants,  and  the  re‐sponse to the program was highly positive.  See Phase II, Project 9 for the results of this evalua‐tion. 

 

Project 10: Modeling and Monitoring Needs for Tampa Bay and  its Watershed – What Are the Next Steps?   Christopher D’Elia, PI, Erika Asa‐no, Richard Eckenrod, James Gore, Mark Luth‐er, Frank Muller‐Karger, Robert Weisberg and Kim Yates.  

There  has  long  been  an  understanding  among state  and  local  agencies,  consulting  firms,  and the  academic  community  that  the  sophistica‐tion of models need  for  the Tampa Bay  region must  be  increased.    Accordingly,  C‐SPACE project 10 was conceived to bring together key individuals  to  discuss  future  modeling  needs. The first modeling workshop was conducted on 27 April 2007 at the USGS in St. Petersburg and was attended by over 50  individuals, and a fol‐low‐up  workshop  is  under  consideration,  but may  not  be  essential  given  the  success  of  the first  workshop.    The  workshop  was  organized first with  a  series of  keynote presentations by respected  and  knowledgeable  individuals  look‐ing  at modeling needs  from different perspec‐tives.    Keynote  presentations  were  presented by Betti  Johnson, TBRPC, Holly Greening, TBEP, Sid  Flannery,  SWFWMD,  and  Tim MacDonald, FWRI.   There was broad consensus that model‐ing  efforts  for  the  Tampa  Bay  Estuary  and  its watershed  need  to  be  improved.   Recommen‐dations were made with  regard  to  the desired model: 1. infrastructure, 2. scale, 3. data resolu‐tion,  4.  open  source  availability,  5.  database characteristics, 6. kind, 7. and data needs.   Ad‐ditional recommendations concerned the  inclu‐

16  

sion of human and  societal elements and edu‐cation needs. A complete summary of the meet‐ing  and  its  participants  can  be  found  at http://www.stpt.usf.edu/cspace/workshopi.asp.    It was  also  recommended  that  future work‐shops be held to continue the discussions.   The C‐SPACE  project  recognizes  that  these  work‐shops will require the  initiative of state and  lo‐cal agencies, as well as  the Tampa Bay Estuary Program. 

Project  11:  Administration  and  Outreach.  Christopher  F. D’Elia  and  James A. Gore.    This project  is  for  administrative  support  including program  leadership,  advisory  board  activities, meetings, administrative travel, etc. Administra‐tive  efforts  continue  apace.    This  project  has essentially continued  into  the C‐SPACE Phase  II (2006 Award) as Project 11.   Administrative ef‐forts have gone quite well.   This  is a multi‐year program  and  this project  is  simply  a  continua‐tion of Phase I Project 10. Because of the multi‐project structure of the C‐SPACE program, most administrative needs  concern  budgeting needs and  interfacing  with  EPA  program  managers.  We are now in the final year of the project and are  beginning  to  enter  the  “wrap  up”  phase.  Project  PI’s  are,  as  anticipated,  focusing  their efforts on pursuing funding from other sources and building, when possible, on  their projects, and  several  have  been  successful  in  doing  so. Several  of  the  original  project  PI’s  have  taken positions  at  other  universities,  and  we  have reorganized  accordingly.    The  large  scope  and number of researchers have made  it difficult to coordinate a program  centered around a  com‐mon,  focused  topic.   As expected,  the diversity of  activities,  even  though  organized  internally 

around  theme  areas,  have  as  anticipated,  re‐sulted in a number of fairly independent lines of research  dealing  with  coastal  environmental concerns.    The  outreach  function  of  the  pro‐gram  continues  to  function  very  effectively.  With other  local agencies  (especially USGS), C‐SPACE is a proud co‐sponsor of the Community, Science,  and  Environmental  Policy  Brown  Bag Discussion,  referred  to  for short as  the “Brown Bag.”    (See  http://www.stpt.usf.edu/  brown‐bag/.)   This 75‐minute public  forum  is held  the second  Friday  of  the month,  now  in  a  perma‐nent  home,  the Normille  Conference  Room  at USGS  on  the  USF  St.  Petersburg  campus.    A wide  range  of  speakers  touch  on  a  variety  of environmental  science  and  policy  issues,  with ample opportunity  for open  and public discus‐sion being provided.  This session is attended by from  40‐100  people  from  the  USF  system,  its partner institutions, and the public. However, in the past year, two additional and successful ac‐tivities  complementary  to  C‐SPACE  have  in‐volved  PI  D’Elia’s  time  to  such  an  extent  that the Brown Bag has been temporarily suspended until  the  Spring  2009  semester.    (During  Aca‐demic Year 2007‐2008, D’Elia also served as  In‐terim  Vice  Chancellor  for  Academic  Affairs.)  These are  the Progress Energy Florida’s Energy and  Environment  Speaker  series  (http:// www.stpt.usf.edu/energy/Lecture.htm),  which included  as  speakers  the  former  EPA Adminis‐trator, Carol Browner, NBC News  journalist Ro‐bert  Bazell,  former  NRC  Chair  Nils  Diaz,  and Stanford ecologist Paul Ehrlich; and the Coastal Cities  Summit  conference  (www.coastalcities. org). In addition to these activities, the C‐SPACE Program  has  hosted  a website  since  its  incep‐tion.    See    http://www.  stpt.usf.edu/cspace.

   

17  

Introduction  

This funding supported an interdisciplinary cen‐ter for the study, protection and amelioration of the  coastal  environment.    The  center  aims  to enhance  understanding  of  ways  that  human activity  in  rapidly  developing  coastal  areas  af‐fects  ecological  systems  and of human  institu‐tions and practices for managing such effects.   

The  center  focuses  primarily  on  subjects  and issues relating to the use and protection of nat‐ural waters  in  the coastal zone of Florida.   The main thrusts of the project concern: (1) the use, supply  and  quality  of  freshwater;  (2)  the  fate, effects,  assessment  and  remediation of water‐borne pollutants; (3) water quality and quantity driven  changes  in  inland  and  coastal  ecosys‐tems; and (4) management and policy of coastal freshwater and marine ecosystems. 

The focus of C‐SPACE was to provide funding for research and outreach  in five core areas:   Fate, Effects  and  Remediation  of  Pollutants;  Society and  Policy;  Data  Management,  Modeling  and Analysis;  Monitoring  and  Analytical  Support Services;  and  Education  and Outreach.    These core areas were chosen by the C‐SPACE Execu‐tive Committee and the previous C‐SPACE direc‐tors,  to  support  a broad diversity of pilot,    in‐terdisciplinary,  research  projects,  to  highlight the  research and academic strengths of  faculty researchers  affiliated  with  the  Center,  and  to address  the  scientific,  social,  educational,  and technical needs of our partner agencies, as well as the citizens of coastal Florida.  

Seven  pilot  projects  were  funded  under  the Fate, Effects and Remediation of Pollutants core area.  Most projects  focused on water pollution in  freshwater  and  marine  habitats.    Projects funded in the first phase of C‐SPACE assembled historical  records  of  red  tide  from  nearshore habitats and  tracked historic changes  in cyano‐bacteria  in eutrophic freshwater  lakes.   Labora‐tory approaches to remove PCBs from  

 

 

aquatic  habitats  were  examined  and  assessed for  broader  application.    During  the  second phase  of  funding,  a  greater  emphasis  was placed  on  documenting  sources  of  contamina‐tion,  and  improving  techniques  for  sampling and  analyses.    Projects  funded  during  this  pe‐riod  examined  the  role  of  nutrients  from groundwater and  terrestrial sources  in harmful algal bloom development, measured and identi‐fied potential sources of arsenic contamination in wildlife and  sediments  in  several  freshwater lakes, described  the  impact of nutrient enrich‐ment  in  the Everglades on  tree  island develop‐ment,  and  explored  different  sampling  strate‐gies  in documenting nutrients  in estuaries  and rivers.  

Our Society and Policy core  initiative examined economically  and  environmentally  important issues  to  coastal  residents.   During phase one, two  projects were  funded,  one  exploring  how socio‐economic  factors  influence  landscaping practices and the acceptance of xeriscaping as a tool to reduce water consumption and nutrient pollution  in coastal regions, and the second ex‐amining  the  economic  and  environmental  im‐pact  of  the  phosphate  industry  in  Tampa  Bay and  central  Florida.     One  project was  funded during phase two, to use GIS and remote sens‐ing  to  examine  patterns  of  water  use,  water quality and residential  land use, and to explore social  marketing  for  water  conservation  and reduced fertilizer use.   

Projects  funded  in  our  Data  Management, Modeling, and Analysis core area critically eva‐luated  various  modeling  approaches  used  to examine water  availability  and  flow  in  Florida rivers, and   to  identify sources and variation of organic  carbon.    These  projects  assessed  the accuracy  and  effectiveness  of  these models  in tracking past variability and their use as predic‐tive tools in resource management. 

18  

The Monitoring and Analytical Support Services core area was designed  to provide  funding  for instrumentation  needed  to  support  C‐SPACE projects, and for instrumentation development.  Funding  in  this  core  area was  used  to  acquire gamma  counters  for measuring  radioisotopes, which  were  used  to  track  radionuclides  in groundwater and coastal waters, and to assem‐ble  Pb‐210  chronologies  for  several  of  our projects.    Funding  was  provided  for  develop‐ment and design modifications of  remote  con‐trolled  guided  surface  vehicles  (GSVs).    GSVs, outfitted  with  sensors,  were  modified  to  use Google Earth in locating and documenting sam‐pling sites.   Several C‐SPACE projects  funded  in phase one and  two employed GSVs  for collect‐ing data and describing sampling sites.      

The  focus of our Education and Outreach  core area was to communicate science to the public in  a  variety  of  formats.   We  hosted  a  Science and Media Conference in 2008, to bring togeth‐er  scientists  and  journalists  to  discuss  the  key scientific  issues  and  concerns  of  today,  to  ex‐amine factors that inhibit effective communica‐tion of science to the general public, and to de‐velop strategies to  increase scientific  literacy of journalists  and  the  public.    C‐SPACE  hosted  a workshop  which  brought  key  individuals  from local, state and  federal agencies,  together with university researchers and private environmen‐tal  consultants,  to  discuss  future  modeling needs of the Tampa Bay area.   A 2008 summer institute, UPTAQ  ‐ Understanding the Profile of Tampa Bays' Aquatic Quality, introduced middle school  teachers  to  laboratory  and  field  ap‐proaches used to assess water quality, and pro‐vided  age‐appropriate  lesson  plans  for  use  in Tampa Bay grade schools.   

C­SPACE 2004 Phase I Funding  

Project 1: Past and Present Water Quality in Florida Coastal Waters.  Joseph M. Smoak, Melanie Riedinger‐Whitmore and Matthew N. Waters (UNC‐Chapel Hill). 

Project Description 

Nutrient enrichment of natural waters in Florida is a pressing concern, and possible relationships between  nutrient  enrichment  have  been  pro‐posed  as  causes of  red  tides, but evidence  for this  is  circumstantial  at  best.    Project  1  ad‐dresses  this  issue  and  hopes  to  understand some of the sources of nutrients and history of enrichment  using  natural  radiotope  tracers, stable  isotopes,  N  and  P  concentrations,  and elemental  ratios  in  cores.    It  also  seeks  to de‐velop  new  pigment  tracers  for  the  causative agent  of  red  tide,  Karenia  brevis  that  can  be correlated with other data  from  the  cores  col‐lected. 

Project Progress and Findings 

 The researchers on this project aim to  identify the  pigment  Gyroxanthin‐diester  in  sediment core  samples  from  Tampa  and  Sarasota  Bay.  Gyroxanthin‐diester  is  unique  to  Florida  Red Tide (Karenia brevis) and has been used to iden‐tify red tide  in the water column.   Their goal  is to  determine  the  feasibility  of  using  Gyroxan‐thin‐diester  in  the  sediments  to  reconstruct past occurrence of  Florida  red  tide at  selected bay sites.  Two sediment cores were collected in Sarasota Bay near Mote Marine Lab, and cores were  collected  from  the  Terra  Ceia  (one  core) and  Apollo  Beach  (two  cores)  area  of  Tampa Bay.   HPLC analysis of  the pigments have been performed on all five cores.   Initial results have identified Gyroxanthin‐diester  in all  four cores, two of which are shown here (Fig. 1‐1).  This is a preliminary  identification based on comparison with  a  monoculture  sample  of  K.  brevis  and comparison with published spectra of Gyroxan‐thin‐diester  in water samples.   Our next step  is to perform a series of experiments on sediment samples  to confirm our  identification of Gyrox‐anthin‐diester.   Lead‐210 was measured on the Sarasota  Bay  cores,  but  the  results  were  not suitable for dating.   Lead‐210 will be measured on  the other cores as soon as counting  time  is available.  

19  

 

Figure 1. Gyroxanthin‐diester profile in Sarasota Bay core 1 (left) and 2 (right). 

Publications/Presentations 

Smoak,  J.M.  and M.N. Waters.  Identifying His‐torical Occurrences of HABs Using Sedimentary Algal Pigments, EOS Transactions, in press. (Pre‐sented at Fall, 2008, AGU meeting  in San Fran‐cisco) 

Smoak, J.M. and M.N. Waters. Past and Present Water Quality in Florida Coastal Waters:  Track‐ing the History of Red Tide Events Using the Se‐diment  Record.    (Poster  presented  at  USGS Building dedication 2008). 

Project 2: Cyanobacteria Proliferation and Eutrophication in Florida Lakes. Melanie Riedinger‐Whitmore, PI, Thomas J. Whitmore 

Project 2: Cyanobacteria Proliferation and Eu‐trophication in Florida Lakes.  Melanie Riedin‐ger‐Whitmore and Thomas J. Whitmore.  Cya‐nobacterial algal blooms are common in many eutrophic lakes in Florida.  Although cyanobac‐teria have had considerable impact on freshwa‐ter quality within the state since the mid 1900s, the timing and causes of their appearance have remained unknown because water‐quality mon‐itoring began in Florida only after 1980.  We recovered sediment cores from six eutrophic central Florida lakes and analyzed sedimented algal pigments to document the onset of cya‐

nobacterial presence.  Our goals were to track the appearance and persistence of cyanobacte‐ria, and using existing paleolimnological data on historical water quality from these sites, to ex‐amine the relationship between cyanobacterial proliferation and eutrophication.  A key objec‐tive  was to determine the water‐quality condi‐tions that promote cyanobacterial persistence and lead to a shift to cyanobacterial dominance.  

Sediment cores representing ~ 100 yrs of depo‐sition were recovered from Lakes Harris, New‐nans, Yale, Little Jackson, Weir, and Lulu during the first phase of this project.  Previous paleo‐limnological studies of these systems had do‐cumented historic changes in water quality, us‐ing sedimented diatoms to infer past total phosphorus (TP) and trophic state index (TSI) values.  Most of these lakes are listed as im‐paired by Florida Department of Environmental Protection.  Cores from an additional lake, Little Bonnet, were added during the project's second phase.  Little Bonnet was one of the study sites examined in another C‐SPACE project, "Arsenic contamination of Florida lakes from MSMA her‐bicide mobility: implications for human and aq‐uatic vertebrate health".  Water quality data from Florida LAKEWATCH had indicated that this lake currently is eutrophic.  This study site is surrounded by citrus agriculture and by a golf course, and we postulated that fertilizer use within the watershed of Little Bonnet contri‐buted to its eutrophication.    

We used two algal pigments, oscillaxanthin and myxoxanthophyll, to document past presence of  cyanobacteria for our study.  Oscillaxanthin is found in Oscillatoriales, a group of cyanobac‐teria that generally appear during cultural eu‐trophication.  Myxoxanthophyll is a cyanobac‐terial pigment present in most cyanobacterial species. 

Sedimented pigment profiles indicated that cyanobacteria were present throughout the records of all seven lakes.  Cyanobacterial pig‐ments were historically low in sediments from three study sites, Lakes Weir, Little Jackson, and Newnans, but pigment concentrations in‐

0

2.5

5

7.5

10

0 3600000

gyro (area'g org)

Dep

th (

cm)

0

5

10

15

20

25

0 1750000gyro (area/g org)

Dep

th (

cm)

20  

creased in recent sediment deposits.  Cyano‐bacterial pigment profiles from three lakes, Lakes Harris, Yale, and Little Bonnet, showed several historic peaks in cyanobacteria, suggest‐ing that cyanobacterial populations frequently fluctuate in these systems.  Only one lake, Lake Lulu, demonstrated decreases in cyanobacterial proliferation in recent sediments.  Highest cya‐nobacterial concentrations were found near the base of the sediment record in this lake.   

Peaks in cyanobacterial pigment concentrations were compared with existing paleolimnological data for inferred total phosphorus (TP) and trophic state index (TSI) values for six of the study lakes, to examine the relationship be‐tween water quality and cyanobacterial prolife‐ration.  Cyanobacterial population increases in most study lakes occurred when inferred TSI ranged from 51‐67, and TP values ranged from 44‐70 µg/L.  These ranges are consistent with paleolimnological data for cyanobacterial proli‐feration in 14 other central Florida lakes that we have examined and suggest that predictable threshold levels for shifts to cyanobacterial do‐minance exist.  These values might serve as ref‐erence points for predicting the onset of cyano‐bacteria in systems at risk for eutrophication due to land‐use patterns.  These values also might have application in managing cyanobac‐terial dominance in nutrient impaired lakes. 

The lake histories examined in this project represent 4 central Florida lake regions (75‐08, 75‐14, 75‐31, and 75‐33).  Florida has 47 lake regions, defined by geology and soil characteris‐tics.  There is some evidence of regional differ‐ences in threshold values.  For example, Lake Weir and Little Lake Jackson both experienced cyanobacterial increases at TSI or TP values that were considerably lower than the other lakes examined in this study.  These lakes are in re‐gions with deeply weathered and nutrient‐poor watershed soils, and might be more vulnerable to cyanobacterial establishment at lower thre‐shold levels.  Though preliminary and based on a small subset of lakes, our data suggest that lakes in different regions might have different 

levels of vulnerability with respect to cyanobac‐teria proliferation and dominance.  Geological and soil differences need to be considered when developing management strategies for nutrient pollution and cyanobacteria in Florida lakes.  

We've processed sedimented diatoms samples from Little Lake Bonnet, and will be analyzing changes in sediment diatoms with depth to in‐fer past TSI and TP values for this site.  We've also analyzed sedimentary TP values, and stable isotopes (C‐13, and N‐15) to track historical changes in water quality for this lake, and have assembled a Ph‐210 chronology.  We will be preparing a manuscript in the coming months, summarizing the historical nutrient changes in this lake, and focusing on the influence of citrus and golf course fertilization on the nutrient his‐tory.   We've presented one poster at an inter‐national conference summarizing our threshold data, and will be preparing a manuscript on these results this year.   

Field assistance for much of this project was provided by personnel from the Land Use and Environmental Change Institute at the Universi‐ty of Florida.  William Kenney collected cores for most of the lakes examined in the first phase of the project.  Jaime Escobar and Natalia Hoyos helped collect sediment cores for Little Bonnet.  Jaime Escobar and William Kenney provided Pb‐210 dating for the Little Bonnet cores.  Jason Curtis provided the isotope data, and William Kenney provided the TP data for Little Bonnet.  

 

 

Myxoxanthophyll (ug pigment/g organic matter)

Depth (cm

)

10

20

30

40

50

60

70

90

80

100

120

110

010 20 30 40 50 60 700

Oscillaxanthin (ug pigment/g organic matter)

10

20

30

40

50

60

70

90

80

100

120

110

10 20 30 40 50 6000

70

Depth (cm

)

Lake Weir

80

21  

 

Cyanobacterial pigment data from Lake Weir and Lake Harris showing recent increases in cyanobacterial presence in these two eutrophic lakes.   

Project 3: Reactive Metal Particle Emul­sions for Removal of PCBs.  Kathleen Carval‐ho‐Knighton, PI, Cherie Geiger, Christian Clau‐sen 

 Project Description 

 PCB’s, along with PAH’s and organochlorine pesticides are contaminants in the Tampa Bay area that have been monitored since 1993.  Four locations in the Tampa Bay have been sig‐nificantly studied including the lower Hillsbo‐rough River, the Palm River, the Alfia River, and the Little Manatee River.  PCB’s have been de‐tected in extremely high concentrations in the Palm River, moderate to high concentrations in the Hillsborough River and low to moderate concentrations in portions of upper Hillsbo‐rough Bay.  Based on the areas already affected by PCB’s additional work must be done in areas of the Ybor channel and the Seddon Channel. Storm water runoff and landfill leaching are considered to be likely sources of PCB’s in the Tampa Bay area.  PCB sediment contamination in Tampa Bay has led to morphological and his‐tochemical changes in fish and increased de‐fense mechanisms in oysters. Since the high levels of PCB’s in the Tampa Bay area are of concern, there is a need for a low cost, effective remediation technique. This project seeks to develop the necessary technique for in situ re‐mediation of PCB’s in the Palm River. 

 Project Progress and Findings 

 The project is proceeding as planned.  We are exceptionally fortunate to have the participa‐tion of many enthusiastic and strongly moti‐vated students. Brittany Halle (USF undergra‐duate) and Brian Aitken (UCF undergraduate) working directly on emulsion formulation.  Luke Talalaj (USF MS student) working on mechanism studies of individual congeners along with Ro‐bert DeVor (UCF PhD student).  A summary of progress is provided in the following outline. 

Task 1: Obtain reagents and supplies and begin feasibility studies 

Aroclor 1254 standards and individual PCB con‐geners have been purchased  

Emulsion consisting of Pd/Mg bimetal, oil, wa‐ter, and SPAN 85 was tested with Aroclor 1254  

Degradation slow (>10% in a week)  

Possible explanation may be PCBs remaining in oil layer and not diffusing into water layer to react with metal  

Began formulating other possible emulsions  

Task 2: Continue feasibility studies and perform kinetic studies 

Several different emulsion formulas have been tested  

Emulsions consisting of varying amounts of Pd/Mg bimetal, ethanol, water and SPAN 85 – Not Stable  

Emulsions consisting of varying amounts of Pd/Mg bimetal, methanol, water and SPAN 85 – Not Stable  

Current emulsions being tested consisting of Pd/Mg bimetal, methanol, water and Triton X‐100  

Triton X‐100 is a surfactant proven successful in PCB soil remediation  

Myxoxanthophyll (ug pigment/g organic matter)

Depth (cm

)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

00 100 200 300 400 500 600

Oscillaxanthin (ug pigment/g organic matter)

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0

Depth (cm

)

40 806020 1400 120100

Lake Harris

22  

Kinetic studies have been focused on several individual congeners with neat Pd/Mg  

PCB 77 was chosen because of the high TEF (toxicity equivalent factor) value  

PCB  52, 61, 62, 65, 70, and 80 were examined for structural reasons and to compare to PCB 77  

PCB 93, 95 (pentachlorobiphenyls) and PCB 151, 153 (hexachlorobiphenyls) were examined and by‐products were identified  

Kinetics indicate a pseudo first order reaction and rate constants have been determined for all of the above congeners  

Mechanism appears to be step‐wise with bi‐phenyl as the final product  

In all congener studies, reaction with Pd/Mg is slow for first 30 minutes, rapid dechlorination between 30 – 50 minutes and then levels off  

Current studies are focusing on different sol‐vent systems and lower chlorinated PCBs to elucidate mechanism  

 Task 3: Interpret data, present results, and write final report 

Kinetic studies on several individual congeners with neat Pd/Mg in different solvent systems have been completed  

The results show that the dechlorination reac‐tions are solvent specific.

 

 

Figure 1. Degradation of biphenyl in (A) methanol and (B) 90:10 water:methanol w/10% Mg/Pd. (The mechanism of the reaction has also been determined to be pseudo‐first order) 

 

23  

Figure 2. Kinetic plot of degradation of (A) PCB‐001, (B) PCB‐002, and (C) PCB‐003 with Mg/Pd in 90%/10% Water/Methanol. 

 

Publications/Presentations 

 Carvalho‐Knighton, K.M. “Liquid Membranes Incorporated with Metal Particles for Remedia‐tion of PCBs” October 2006. University of South Florida Tampa Environmental Research Inter‐disciplinary Colloquium (ERIC) (Invited Talk) 

Carvalho‐Knighton, K.M. “Remediation of Envi‐ronmental Contaminants using Zero‐valent Bi‐metallic Systems” October 2006. University of South Florida St. Petersburg Environmental Science, Policy, and Geography (Invited Talk) 

Carvalho‐Knighton, K.M. “Liquid Membranes Incorporated with Metal Particles for Remedia‐tion of PCBs” September 2006. University of South Florida College of Marine Science (Invited Talk) 

Carvalho‐Knighton, K.M. “Environmental Che‐mistry Research” April 2006. University of South Florida College of Marine Science  (Invited Talk) 

DeVor, R., B. Aitken, C.A. Clausen, C.L. Geiger, L. Talalaj, and K. Carvalho‐Knighton. “Kinetics and Mechanistic Study of the Stepwise Dechlorina‐tion of a PCB using Mechanically Alloyed Palla‐dized Magnesium. Battelle Fifth International Conference on Remediation of Chlorinated and Recalcitrant Compounds, Monterey, California; May 22‐25, 2006. 

DeVor, Robert, Kathy Carvalho‐Knighton, Brian Aitken, Phil Maloney, Erin Holland, Lukasz Tala‐laj, Christian A. Clausen, Cherie L. Geiger. Me‐chanism of the Degradation of Individual PCB Congeners using Mechanically Alloyed Mg/Pd in Methanol. Environ Sci Tech. In review. 

DeVor, Robert; Aiken, Brian; Holland, Erin; Ma‐loney, Phil; Geiger, Cherie L.; Clausen, Christian A.; Talalaj, Luke;  and Carvalho‐Knighton, Kath‐leen M. “Kinetics and mechanistic study of the dechlorination of three monochlorobiphenyl 

congeners using mechanically alloyed palladized magnesium.” 71st Florida Academy of Sciences Annual Meeting. St. Petersburg, FL, March 2007. (Oral Presentation) 

DeVor, Robert, Kathy Carvalho‐Knighton, Brian Aitken, Phil Maloney, Erin Holland, Lukasz Tala‐laj, Seth Elsheimer, Christian A. Clausen, Cherie L. Geiger. 2008. Dechlorination Comparison of Mono‐substituted PCBs with Mg/Pd in Different Solvent Systems. Chemosphere. 73 (6): 896‐900. 

DeVor, Robert; Carvalho‐Knighton, Kathleen M.; Geiger, Cherie L. and Clausen, Christian A. “Ki‐netic and Mechanistic Study of the Degradation of PCB‐151 by Mg/Pd.” 70th Florida Academy of Sciences Annual Meeting. Melbourne, FL, March 2006. (Oral Presentation) 

Halle, Brittany; Carvalho‐Knighton, Kathleen M.; Geiger, Cherie L. and Clausen, Christian A. “De‐halogenation of PCBs with zero valent bimetallic emulsion systems.” 71st Florida Academy of Sciences Annual Meeting. St. Petersburg, FL, March 2007. (Poster Presentation) 

Talalaj, Luke; Halle, Brittany R.; DeVor, Robert; Carvalho‐Knighton, Kathleen M.; Geiger, Cherie L.; and Clausen, Christian A. “Dehalogenation of PCBs with zero valent bimetallic systems.” 231st ACS National Meeting, Atlanta, GA, March 26, 2006 (Poster Presentation) 

Talalaj, Luke; Halle, Brittany R.; DeVor, Robert; Carvalho‐Knighton, Kathleen M.; Geiger, Cherie L. and Clausen, Christian A. “Dehalogenation of PCBs with zero valent bimetallic systems.” 70th Florida Academy of Sciences Annual Meeting. Melbourne, FL, March 2006. (Oral Presentation) 

Project 4: The Social and Environmental Dimensions of Xeriscaping: A Pathway for Ameliorating Coastal Environments.  Rebec‐ca Johns, PI, James Krest, Joseph Dorsey 

24  

Project Description 

More than 80% of the domestic water in Florida is  used  for  lawn  and  garden maintenance  de‐spite  the  relative high  expense  and  scarcity of this  important  resource.    Established  xeriscap‐ing  techniques  could  be  implemented  by  citi‐zens to conserve water, but growth in the adop‐tion of sustainable  lawn management practices has been slow.  This project is a pilot study con‐ducted in the racially‐ and economically diverse neighborhoods of Pinellas County to investigate the  socio‐economic  underpinnings  of  Florida residents’ lawn management decisions, the per‐sistence of cultural preferences for certain lawn types, and  the specific  impact of xeriscaping  in ameliorating  pollution  from  yard  runoff.    The study  investigates  the  relationship  between characteristics  of  ethnicity,  gender  and  socio‐economic class in St. Petersburg and degrees of receptivity  to  environmentally  appropriate landscaping. The second year of the project was spent  in  finalizing data collection, data analysis and  publication  of  data.  Three  journal  articles were completed, submitted and published (two articles  in  Interdisciplinary  Environmental  Re‐view  (2006  and  2007),  and  one  in  the  Papers and Proceedings of the Applied Geography Con‐ferences  (2008)),  and  a  fourth  has  been  ac‐cepted and  is  forthcoming  in Environment and Planning D:  Society and  Space  in  Spring 2010.. Summaries of the data were sent to  individuals who  assisted  in  the  data  gathering  for  the project; three presentations of the results were made  at  academic  conferences,  and one pres‐entation was made at a community gathering. 

Changes in Personnel 

PI Dr. Tom Smucker resigned from USFSP at the end of academic  year 2005‐2006. He was  sub‐sequently removed as Principal Investigator and replaced  by  Dr.  Rebecca  Johns.  Dr.  Smucker continues to participate  in the project  from his new  university.  Dr.  Daanish  Mustafa  also  re‐signed from USFSP at the end of academic year 2005‐2006.  He  continues  to  participate  in  the project  from  Kings  College  London.  Both  Drs. Smucker and Mustafa will be coming  to St. Pe‐

tersburg  in  January  2007  to  participate  in  a project  staff  meeting  concerning  the  prelimi‐nary analysis of the data.  Rene Shumbusho was also removed from the project.  Dr. Joseph Dor‐sey was added to the project staff as a Co‐PI  in 2006. 

Project Progress and Findings 

The  first  two months  of  2006 were  spent  col‐lecting  census  data;  mapping  the  socio‐economic characteristics of  the study area; de‐veloping the survey instrument and seeking ap‐proval  from  the  Institutional  Review  Board.  Data collection began  in March. This was done through door‐to‐door distribution of hard copy survey  questionnaires;  and  through  the  distri‐bution of survey questionnaires at over twenty neighborhood  groups  and  organizations.  Four focus groups were conducted in the study area. In May,  the group assessed  the data collection and determined  that  there was a  less  than 5% return rate from this method of survey dissemi‐nation. 

The decision was made  in June 2006 to expand the study area  to all of Pinellas County, and  to put  the written survey questionnaire  into elec‐tronic  format  using  SurveyMonkey  software. The IRB at USF approved these changes, and the survey was  loaded online and went  live  in  July 2006. During August and September, the online survey was posted on a variety of websites,  in‐cluding the Pinellas County website, the Florida Native  Plant  Society website,  and  in  the  new‐sletters and websites of neighborhood associa‐tions  in  Pinellas  County  in  an  attempt  to  in‐crease  return  rate on  the  survey. Research As‐sistant  Shanon  Connelly  continues  to  contact neighborhood organizations  to  request posting of the online survey in their publications and on their  websites.    Research  Assistants  also  con‐ducted  a  photographic  survey  and  assessment of 441 yards  in  the original  study area  to aug‐ment the survey questionnaire data.  

Data  collection has  continued  through  the  Fall 2006. Additional  focus groups and personal  in‐terviews will  be  conducted  through December 

25  

(Table 4‐1). Fliers advertising  the online survey are  being  distributed  in  libraries  and  at  public events. On December 31, 2006, data collection will cease and the survey will be shut down. 

 

Table 4‐1. Progress and projected data collection for Project 4. 

Actual Data Collected (as of October 31, 2006)

Target Data Collected (Dec. 15)

Hard Copy survey questionnaires 100 Online survey questionnaires completed 261 Total surveys 361 400 Focus Groups conducted 4 6 Personal in-depth interviews conducted 10 20 Field/photographic survey of yards 441 441 Census Maps of study area Completed

26  

Publications/Presentations 

 Johns,  Rebecca  A.,  2005.  "The  Potential  of Geographic  Analysis  in  Solving  Environmental Dilemmas.”  Interdisciplinary  Environmental  Re‐view. Vol. VII, No. 2, pgs. 13‐33. 

Johns, Rebecca A. “The Potential of Geographic Analysis  in  Solving  Environmental  Dilemmas,” presented at  the Annual Conference of  the  In‐terdisciplinary  Environmental  Association,  Or‐lando, FL, June, 2005. 

Smucker,  Thomas,  Johns,  Rebecca,  Mustafa, Daanish, Dorsey, Joseph, Krest, James, and Mil‐ler, Drea, Connelly, Shanon and Rumschlag,  Jo‐shua.  “The  Social  and  Environmental  Dimen‐sions of Xeriscaping  in St. Petersburg Florida: A Pathway  for  Ameliorating  Coastal  Environ‐ments,”  a  poster  presentation  at  the  Annual Meeting of  the Florida Society of Geographers, St.  Petersburg,  Florida,  February,  2006.    See: http://www.stpt.usf.edu/cspace/xeriscaping.pdf. 

Johns, Rebecca A. and Dorsey,  Joseph D. 2006. Xeriscaping as Coastal Amelioration: using “Flor‐ida  Friendly  Landscaping”  to  reduce  pollutant runoff and water consumption in Pinellas Coun‐ty,  Florida.  Conference  Abstract,  Interdiscipli‐nary Environmental Review. 

Project 5: An Historical Perspective on the Economic and Environmental Impacts of the Phosphate Industry on the Tampa Bay Region. Antoinette Criss and James Krest 

Project Description 

While  there  are  a  variety of  sources,  including the  Florida  Institute  of  Phosphate  Research, that  provide  information  on  some  aspects  of the impact of the phosphate industry in Florida, 

there  is not  a  recent  survey of both economic and  environmental  impacts.    In  addition,  the research  does  not  appear  to  be  specifically geared  towards  the  impacts on  the Tampa Bay region.  The objective of the present research is to  fill  in  these gaps.    In so doing, a clearer pic‐ture  of  current  conditions,  and  future  trends, should  emerge.    Since  the  Center  for  Science and  Policy  Applications  for  Coastal  Environ‐ments  (SPACE)  is  concerned  with  coastal  wa‐ters,  one  significant  industry  to  investigate  is the phosphate  industry.   This project addresses the  significance  of  the  phosphate  industry  to the Tampa Bay region by analyzing the value of phosphate production,  trade  in phosphate and related  products,  and  the  impact  on  regional employment  and wages  in  phosphate  and  re‐lated  industries.   This project also  is evaluating the  impact of phosphate production  and  ferti‐lizer usage on coastal waters by analyzing acci‐dental  spills  and  other  releases  of  acidified wastewater and  the  related clean‐up and miti‐gation costs associated with these events. 

Project Progress and Findings 

Marketable  Production  of  Phosphate  Rock  . 1992 through 2003 are the only years for which information on marketable production of phos‐phate rock is available from USGS for the entire US  and  the  Florida/North  Carolina  reporting region, and from the Florida Phosphate Council for Florida itself (Fig. 1).  Combined, Florida and North  Carolina  represented  85.4%  of  US  pro‐duction  on  average,  while  Florida  alone  ac‐counted  for 75% of US production on average.  Most  of  Florida’s  phosphate  mining  and processing  activities  are  located  in  the  Tampa Bay  region,  especially  Hillsborough,  Polk,  and Hardee counties, thus Florida’s total phosphate activities  are  especially  important  to  Tampa Bay.  

27  

 

Fig. 1. 

Over the period 1992 to 2003, marketable pro‐duction declined by 25.5% for the US, by 26.2% for  the  Florida/North  Carolina  region,  and  by 20.7% for Florida.  According to the USGS, since 2003 US marketable production has  fluctuated only slightly  from  its 2003  level.   Since  there  is no  longer  published  information  by  state  (be‐cause  of  issues  of  proprietary  company  infor‐mation due to the small number of producers), one could only speculate that production at the state  level  has  followed  the  same  pattern.  (Source:  U.S. Department of Interior, U.S. Geo‐logical  Survey, Minerals Yearbook – Phosphate Rock, various years; Florida Phosphate Council, Florida Phosphate Facts, Tallahassee, FL, various years.) 

Information  on  Active Mines. Over  the  period 1992‐2007,  the  number  of  active  phosphate rock mines  in  Florida  declined  slightly.    There were 12 active mines  in Florida  in 1999, which fell  to  9  in  2000,  to  8  during  2001‐2003,    re‐turned to 9 in 2004‐2005 (one of the 9 closed in late 2005), and fell to 7  in 2006‐2007 (Table 1).  Because of changes in reporting, the total num‐ber  of mines  is  difficult  to  determine  prior  to 1999.    Changes  in  permitting  procedures  have significantly slowed  the opening of new mines.  The table below reports information about Flor‐ida’s  active  mines  from  1999‐2007  (years  for which data available). 

 

 

 

 

 

 

Marketable Production of Phosphate Rock (Source: Minerals Yearbook & Florida Phosphate Facts)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Year

Mil

lio

n m

etri

c to

ns

USFlorida & North CarolinaFlorida

28  

Table 1. Active mines in Florida.  (Source:  U.S. Department of Interior, U.S. Geological Survey, Minerals Yearbook – Phosphate Rock, various years.) 

 

Mine County Owner Years Active

Swift Creek Hamilton PCS 1999, 2000-07

South Pasture Hardee CF Industries 1999, 2000-07

Fort Green Polk Mosaic

IMC

IMC-Agrico

2004-06 (to May)

2000-03

1999

Hookers Prairie Polk Mosaic

Cargill

2004-07

1999, 2000-03

South Fort Meade Polk Mosaic

Cargill

2004-07

1999, 2000-03

Kingsford Polk/Hillsborough Mosaic

IMC

IMC-Agrico

2004, 2005 (to Sept.)

2000-03

1999

Hopewell Hillsborough Mosaic

IMC

IMC-Agrico

2004-07

2000-03

1999

Four Corners Hillsborough/Manatee/Polk Mosaic

IMC

IMC-Agrico

2004-07

2000-03

1999

Wingate Creek Manatee Mosaic

Nu-Gulf

2004-05, 2007

1999

Nichols Polk Agrifos 1999, 2000 (to Aug.)

 

29  

Industry  Consolidation.  The  Florida  phosphate rock  industry  during  the  years  1992‐2007  (the most  recent  data)  consolidated  in  the  face  of changes in the profitability of operations due to economic and environmental  issues.   There has long  been  vertical  integration  in  the  industry between mining  and  processing  (primarily  for fertilizer) operations.   

In 1992,  the Florida phosphate  rock mining  in‐dustry  consisted  of  the  following  producers:  Agrico  Chemical  Co.  (a  division  of  Freeport‐McMoRan  Resource  Partners  LP);  Cargill  Ferti‐lizer Inc.;   IMC Fertilizer Inc.; Mobil Mining and Minerals Corp.; Nu‐Gulf  Industries  Inc.; Se‐minole Fertilizer Corp.; US Agri‐Chemicals Corp. (owned by Sinochem  (USA)  Inc.); and, Occiden‐tal Chemical Agricultural Products Inc. 

Between  1992  and  2004,  consolidation  took place via the following changes.  Nu‐Gulf ceased operations  in 1992 (although  it briefly returned from  1998‐2000),  Cargill  bought  Seminole  in 1993, and  IMC and Agrico merged  in 1993.   CF Industries  Inc.  apparently  did  not  produce  in 1992,  although  it  did  in  1991  and  beginning again  in 1993.    In 1995, Potash Corporation of Saskatchewan  Inc.  (PCS)  acquired  Occidental Chemical.  In 1996, Mobil sold part of its opera‐tions to Cargill, and part to Agrifos LLC, so that by  1997 Mobil was  no  longer  a  producer.   US Agri‐Chemicals also ceased operations  in 1997.  In 1999, IMC‐Agrico consolidated to its majority partner, IMC Global.  Agrifos ceased its produc‐tion  in  late  2000.    Finally,  in  2004  Cargill  and IMC merged to form Mosaic Co. 

Thus, beginning in 2004 and continuing to 2007, the  following  producers  made  up  the  Florida phosphate  rock mining  industry:   CF  Industries Inc.;  Mosaic  Co.;  and,  Potash  Corporation  of Saskatchewan  Inc.  (PCS).    (Source:    U.S.  De‐partment  of  Interior,  U.S.  Geological  Survey, Minerals  Yearbook  –  Phosphate  Rock,  various years.) 

Environmental Impact of Wastewater Discharge on  Bishop  Harbor,  Tampa  Bay,  FL.    Fieldwork addressing  the  environmental  impact of waste 

discharge on Tampa Bay  is being  completed  in Spring  2009.  This  fieldwork  has  been  concen‐trated  in  Bishops  Harbor  (where  phosphogyp‐sum  stack wastewater was  actively  discharged between 2002 and 2007), and in Cockroach Bay, which  is  being  used  as  a  control  in  this  study due  to  its similar size and drainage. Water and sediment  samples  were  collected  over  the summer  2006  and  Spring  2007.  Further  sam‐pling  is  planned  for  Spring  2009  for  follow‐up data. For samples collect to date, water samples show no difference  in phosphate  loading  in the water column, most‐likely due to the short resi‐dence  time  of water  in  the  bays.  Average  or‐thophosphate concentrations  in Bishop Harbor, collected in 2006, were 0.2 +/‐ 0.15 mg/l.  Con‐centrations  from  Cockroach  Bay  were  0.4  +/‐ 0.3 mg/l.  

Similarly  pore‐water  inventories  from  Cock‐roach  Bay  and  Bishop  Harbor  are  not  signifi‐cantly different. This suggests that discharge of contaminated  water  into  Bishop  Harbor  had little or no discernible  long‐term  impact on the ecosystem  even  though  there were  reports  of enhanced macro‐algal growth  in Bishop Harbor during the peak discharge periods. Additionally, sediment samples were also collected to look at solid‐phase  storage  in  the  sediment  column. These  samples  are  being    processed  for  total phosphorus  concentrations  which  should  pro‐vide more insight into storage of phosphorus in the bays.  

 

 

30  

Publications/Presentations

Ayala,  Oscar.  Florida’s  Phosphate  Industry. ESP&G Senior Project Presentation and Report, August 2006.  (Oral Presentation and Literature Review) 

Hartmann,  Carey,  and  Krest,  Jim.  Effects  of waste water  dispersal  from  Piney  Point  Phos‐phate  Plant  into  Bishop  Harbor.  3rd  Annual Meeting  in Miniature, University of South Flori‐da St. Petersburg, March 2007.  (Oral Presenta‐tion) 

Hartman, Carey. Effects of waste water disper‐sal  from  Piney  Point  Phosphate  Plant  into  Bi‐shop  Harbor.  ESP&G  Senior  Project  Presenta‐tion and Report, April 2007.  (Oral Presentation and Report) 

McGraw,  Rachel.  Orthophosphate  distribution in  Cockroach  Bay,  Bishop  Harbor,  and  Tampa Bay.  ESP&G  Senior  Project  Presentation  and Report,  August  2006.  (Oral  Presentation  and Report) 

Project 6: Using RUSLE and SWAT to Esti­mate Fluxes and Fates of Eroded Soil Or­ganic Carbon in the Hillsborough River Ba­sin.  Barnali Dixon, PI and J.A. Gore. 

Project Description 

Based on investigations and research in the past five  years,  climatologists  believe  that  multi‐decadal periods of warming and cooling of  the North Atlantic Ocean’s surface waters ultimate‐ly  affect  precipitation patterns  across much of the United. Since river  flows are  largely rainfall dependent, variation  in rainfall should result  in variations in river flow to coastal areas, as well. Flow  increases  in  the  northern  part  of  Florida and  flow  decreases  in  peninsular  Florida  are consistent with the AMO and the reported rela‐tionship  with  rainfall.  These  relationships  ex‐tend not only to rivers  in Florida but to the en‐tire  southeastern  United  States,  both  Atlantic and Gulf coastal rivers. 

Although spatially explicit data layers commonly used  in hydrologic models are readily available, accessibility  of  meteorological  data  with  ade‐quate spatial and temporal coverage remains a challenge.    The  ability  to  accurately  predict streamflow with a model,  for example,  can be strongly  impacted by  the  input data.   The goal of this study is to 1) determine sensitivity of the SWAT  (Soil and Water Assessment Tool) model to  the use of measured,  local versus simulated meteorological  data  for  a  given  resolution  of soils,  land‐use  and  Digital  Elevation  Models (DEMs)  required  by  the model  and  2)  explore integration of SWAT with PHABSIM as a poten‐tial  tool  for  GIS‐Based  water  resources  Man‐agement. 

Project Progress and Findings 

Goal 1: Sensitivity of SWAT to Resolution of Da‐ta. Data were collected for the Alafia River wa‐tershed  in the Tampa Bay Estuary  in West Cen‐tral Florida.  The soil input layers were analyzed at two different resolutions; viz. 30m (obtained from  Soil  Survey Geographic Database  ‐  SSUR‐GO)  and  250m  (obtained  from  the  State  Soil Survey  Database  ‐  STATSGO).    Land‐use  data photo‐interpreted  from  1:12,000  (3m)  color‐infrared  digital  ortho‐quarter  quadrangles (DOQQs)  were  obtained  from  the  Southwest Florida  Water  Management  District (SWFWMD).    A  DEM  was  obtained  from  the United States Geological Survey  (USGS) at 30m resolution.    This  study was  performed  at  30m and  240/250m  resolution  (LU  and DEMs were resampled  to  240m  for  the  model  runs  with STATSGO data,  as  close  as mathematical  accu‐racy allows).   Eight rain stations (five with tem‐perature and rain) for local meteorological data were used  in  the  “real” model  runs  (for wet  ‐ 1994‐1996  and  dry  ‐  1998‐2000  periods)  and the  simulated weather data were used  for  the same periods.   The output variable of compari‐son was model flow out.   

We  can make  a  number  of  conclusions  about the  model  at  both  the  annual  and  monthly scales (Table 6‐1). 

31  

Table 6‐1. Model characteristics and sensitivities on annual and monthly scales. 

 

Annual Monthly

Model output seemed to greatly depend on input resolution, resampled or not. Real meteorology with 30m SSURGO soils data seemed to be consistently the closest to the USGS measured data, followed closely by real meteor-ology with STATSGO soil data resampled to 30m, which suggests the model is not as sensitive to the soil dataset as the model resolution itself (i.e., the model did not respond noticeably to STATSGO @250m vs. SSURGO @240m, re-sampled or not). On the wetter years, the higher resolution inputs (240m & 250m soils) greatly over-predicts with real and modeled meteorology. On the drier years, model predictions follow the same trend, however the results are closer to the USGS measured outflow. Overall the SWAT model does not appear to fa-vor real meteorology over modeled in these at-tempts.

Model output tends to generally follow the same trend as annual, lower resolution (30m) is closer to the USGS measured outflow. The monthly model runs do not show a signifi-cant difference between soil data sources. On wetter months, the model appears to roughly follow the measured streamflow trend, but re-sponds more quickly to the rain than the USGS station measurements. On wetter months, the better resolution (30m) tends to over-predict the actual streamflow, whereas the lower (240/250m) resolution tends to under-predict the actual streamflow. On drier months, the model agrees better with the lower resolution input data (240/250m).

 

In 2008, intensive study was done utilizing the SWAT model to predict streamflow in a relative‐ly untouched (anthropogenically) basin in Cen‐tral Florida.  This basin was also selected due to the fact that the U.S. Geological Survey had in‐stalled (for a short time) gauging stations at up‐stream sub‐basins from the main outlet.  This allowed researchers the unique opportunity to  

 

 

not only run SWAT at varying resolutions, but to test how well the sub‐basins were being pre‐dicted and what types of losses or gains were happening along the main river system before the overall outlet of the watershed (Figure 6‐1).  This is a compelling study in that data are usual‐ly not available upstream in a watershed to use to compare model results to or even see what it happening as the water cascades through the system.   

 

32  

 

 Figure 1.  Uncalibrated and calibrated SWAT Monthly Flow Model Results Compared to USGS Measured Results, 4 sub‐basins modeled flow combined with overall Charlie modeled and measured. 

Further  research  recently  completed was  a  ri‐gorous  study  on  the  issues  of  resampling  and utilizing DEMs  at  differing  resolutions  and  the impact that has on the model.  The result of this research  is accepted with revision  for  the  jour‐nal of Hydrologic Processes, but can be summa‐rized  as  follows:  1)  DEMs  lose  their  integrity when  resampled  to  higher  (or  lower)  resolu‐tions, particularly  if  that  new  resolution  is not an even mathematical calculation of the original 

(viz. 30m  resolution  resampled  to 90m  is mul‐tiplied evenly by 3, vs. 300m resampled to 90m would  be  a  division  by  3.33),  2)  30m  original resolution  is  not  the  same  as  30m  resampled from  90m  or  300m‐information  is  lost  in  the process  and  3)  highest  flows/rain  inputs  are never matched by the model or USGS validation data when summed to compare with the outlet measurements or predicted data (Figure 6‐2). 

 

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Jan-04

Feb-04

Mar-04

Apr-04

May-04

Jun-04

Jul-04

Aug-04

Sep-04

Oct-04

Nov-04

Dec-04

Jan-05

Feb-05

Mar-05

Apr-05

May-05

Jun-05

Jul-05

Aug-05

Sep-05

Oct-05

Nov-05

Dec-05

Flo

w (

m3)

USGS Measured Charlie OverallCombined SWAT Calibrated Sub-basinsCombined SWAT Uncalibrated Sub-basinsSWAT Calibrated CharlieSWAT Calibrated Buckhorn CreekSWAT Calibrated Little Charley/BowlegsSWAT Calibrated Charlie @ CrewsvilleSWAT Calibrated Oak Creek

33  

 

Figure 2.  Charlie Creek Area at 300m, 90m and 30m Resolution with USGS Gage, z units = meters. 

 

Key  Findings  and  Recommendations  for  Sensi‐tivity of resolution of data to SWAT:  

The model does not appear  to  respond  to  the difference  in meteorology  in a significant man‐ner. 

Further, at  least  for  this basin,  the model does not appear to respond to the detail of the origi‐nal soils  layers as much as  to  the  resolution  to which it is resampled. 

The SWAT model and  the validation data  from USGS both suggest that there  is more going on in  the  system at  the upper  reaches of  the wa‐tershed  than can be easily explained by simply modeling and calibrating the outlet. 

Resolution of input data, particularly DEMs can‐not be ignored or simply resampled to meet the desires of the model without consequences. 

Processes occurring within the watershed  itself (perhaps  pumping/groundwater  irrigation, groundwater  revaporation/discharge)  may  be contributing to the discrepancy between meas‐ured  streamflow  in  the  sub‐basins when  com‐pared to the basins in the times of high rain. 

Goal 2: Explore integration of SWAT with PHAB‐SIM  as  potential  water  resource management tools.    Further,  we  have  integrated  SWAT  to PHABSIM to estimate flow. We have a paper  in review  called  Ecohydrology  in  ungauged  river basins:  Constraints  in  integration  watershed hydrology models with instream habitat models when  setting  minimum  flows  and  levels.  The 

34  

objectives of this paper are to test a three‐step procedure  for  analyzing minimum  flows  in  an ungauged system and then tested the sensitivi‐ty of  the procedure  to  three DEM  resolutions. First  river  basin  characteristics  and  rainfall records  were  used  to  produce  a  hydrograph with  SWAT.  The hydrograph was  then used  to develop  a  habitat‐discharge  relationship  with the  Physical  HABitat  SIMulation model  (PHAB‐SIM).  In order  to evaluate  the  influence of dif‐ferent resolutions of DEM data upon the SWAT‐produced hydrograph, a two‐part assessment of the most widely available DEM resolutions was conducted (Figure 6‐3). The first part was a sen‐sitivity analysis  to determine  the comparability of the main DEM resolutions (300, 90, and 30m) and  reclassifications  among  those  resolutions available for use in SWAT. Then the best SWAT‐estimated mean monthly hydrograph was com‐pared to actual observations from a USGS gaug‐ing station. Finally, the effect of a range of wa‐ter withdrawals scenarios on fish habitat availa‐bility were compared  through  time‐series anal‐ysis (TSLIB). This final step amounted to a test of the  accuracy  of  applying GIS‐based  calculation of weighted useable area (WUA) of fish habitat in  the  assessment  and  regulation  minimum flows and levels in ungauged river basins. While we  hypothesized  that  coarser  DEM  resolution would lead to greater deviation from the actual (USGS measured) hydrograph,  the ultimate ob‐jective was  to determine  if  this  integrated and modeling  approach  could  be  applied  to  the management of ungauged river systems. 

To  test  whether  an  integrated  approach  for modeling river basin‐fish habitat relationships in ungauged river systems is accurate and reliable, we  need  to  know  both  the  minimum  quali‐ty/characteristics  of  the  individual  input  data‐sets  required by SWAT as well as  the accuracy of  the  hydrograph  produced  as model  output. By using different DEMs but holding  the other SWAT  model  input  parameters  constant,  we isolated and tested the sensitivity of the hydro‐graph  simulation  to  various  grid  resolutions. DEMs  are  a  continuous  surface  interpolated from a grid of measured points. Thus, one con‐

cern  should  be  the  effect  of  the  inherent smoothing on surface hydrology, especially  fla‐shiness related to increases in instantaneous or seasonal  surface  runoff or  the potential  short‐ening of a flow path. We felt that, with all other variables  controlled,  that  this would  have  the tendency  to  make  a  flashy  hydrograph  with higher  yields  through  the  cumulative  loss  of numerous  small  depressions.  Surprisingly,  the SWAT versus USGS HUC delineated basin boun‐daries we compared also showed how strongly DEM  resolution  affected  the  hydrograph through  changes  basin  size  and  land  use  pro‐portions. River basins with  irregular boundaries can  be  changed  substantially  because  of  the smoothing  and/or  shrinking  the  boundaries  of different DEM  resolutions  (found  in  other  stu‐dies as well).  

Comparison of the Hillsborough river basin deli‐neated  from  DEMs  with  USGS  HUC  suggests that,  in  low  gradient  systems  like  this  coastal basin,  changes  in  size  and  shape  of  the  DEM derived  boundary  is  not  uniform  or  limited  to an edge effect.  Instead,  specific geographic  lo‐cations and components are being  lost as reso‐lution  shifts.  In  a  basin where  there  are  rapid shifts  in population and  land development  like southwest Florida, a great deal of confusion and discrepancy  among  agencies  and  stakeholder planning and analyses could result from the use different base data. Further, the question about which basin boundary delineation is most accu‐rate, recent DEM‐based or a hand drawn basin boundary that may be up 50+ years old, is both important  and,  as  yet,  unanswered.  What  is clear  is  the  discrepancy  between  the  two  is large. However the  influence that changing the size or shape can have is not just limited to the amount of water delivered  to  the basin. Lower DEM  resolutions  can  also  strongly  affect  the proportions of the different landscape characte‐ristics  that  SWAT  component‐models  use  to calculate  overland  and  subsurface  flow  from precipitation (i.e. soils, surface topography, land use,  land  cover).  In  our Hillsborough  example, both the 90 and 300 m resolutions show a sub‐stantial loss of high elevation topography in the 

35  

northwestern  corner  of  the  basin.  This  is  an area that  is not urban but  is experiencing rapid development  and  population  expansion.  This large  area  is not  incorporated  in  the  SWAT  si‐mulations,  thus  the net effect  is an overrepre‐sentation of urban  lands and  simultaneous un‐der  representation  of  the  influence  of  a  sub‐basin  on  total  surface  water  yield/river  dis‐charge.  If  the assumption  is  that 20  to 30 year hydrograph  records  are  needed  for  establish‐ment  of  robust minimum  flows  and  levels  via PHABSIM  modeling  of  instream  habitat,  then SWAT  simulation or arbitrary choice of coarser DEM  resolution will  introduced error. We  con‐clude that the finer the DEM resolution used  in SWAT  or  other  GIS‐based  basin  models  (cur‐rently  30  m  is  the  best  widely  available)  the more  realistic  the  long‐term  hydrograph records are likely to be. 

Key  Findings  and  recommendations  for  SWAT and PHABSIM Integration:  

As changes in land use and the demand for wa‐ter accelerate,  regulators and  resource manag‐ers are  increasingly asked to evaluate  increases in  water  allocation  against  protection  of  in‐stream  habitat.  However,  nationwide,  only  a small number of river basins have the long‐term gauging  data  typically  required  to make  these assessments.  In  response  GIS‐based  modeling of  basin‐discharge  patterns  have  increasingly been promoted as a way to fill data gaps in this decision‐making process. This paper presents an example  of  how  to  bridge  the  conceptual  and 

digital divide between watershed and in‐stream hydraulic modeling. While we demonstrate that linking these two different types of models (i.e. using a SWAT model  to develop  long‐term dis‐charge patterns  from watershed characteristics and  precipitation  records)  is  a  viable  option, though  not  without  technical  limitations.  We present  an  example  of  both  how  to  link  the models and the data limitations of digital eleva‐tion  models  (DEMs)  required  using  a  Florida Gulf Coast example. Results confirm  that accu‐racy  of  the  SWAT‐predicted  hydrograph  de‐clines significantly when either the DEM resolu‐tion  becomes  coarser  or  if  DEM  data  is  re‐sampled.  The  affect  is due  to  both  changes  in the size and shape of the river basin with DEMs and  subsequent  shifts  in  the  proportions  of physical input characteristics like land use, soils, and  elevation.  Despite  this  limitation,  the  re‐sults  still  show  that  the  use  of  30 m  or  finer DEMs produced hydrographic patterns that are amenable  for using of  in‐stream habitat proto‐cols  like  the PHABSIM model  in ungauged  sys‐tems,  especially where  no  other  hydrographic information  exists.  We  also  recommend  that, since  the  effects  of  resolution  and  resampling are  obvious  significant  and  potentially  non‐intuitive,  the  resolution  of  base  topographic data must be chosen and documented as meta‐data carefully whenever using SWAT or any GIS‐based watershed model to generate hydrologic data for water resource management or regula‐tory  decisions  such  as  determination  of mini‐mum flows and levels. 

 

36  

 

 Figure 3. Conceptual schematic showing how SWAT and PHABSIM were used in this study. 

37  

Journal Publications 

Earls,  J. and B. Dixon.   2008. Assessing Model‐Predicted Flow in a Watershed: Basins and Sub‐basins Scale Issues.  In Progress. 

Dixon, B. and Earls,  J. 2008. Resample or not?! Effects  of  Resolution  of  DEMs  In  Watershed Modeling  [Accepted,  In  press:  Hydrologic Processes].  

Casper, A.F., B. Dixon, J. Earls, J. A. Gore. 2008. Ecohydrology  in  ungauged  river  basins:  Con‐straints  in  integration  watershed  hydrology models with instream habitat models when set‐ting minimum flows and levels. [In review: Jour‐nal of Environmental Management].  

Earls,  J.  and B. Dixon.   2008. A Comparison of SWAT Model‐Predicted Potential Evapotranspi‐ration Using Real and Modeled Meteorological Data. Vadose Zone Journal:  Multiscale Mapping Issue, May 2008.  7(2):570–580. 

Peer‐Reviewed Conference Publications 

Earls, Dixon, Bradley.  2008. AWRA  Spring  Spe‐cialty Conference ‐ GIS and Water Resources V.  Comparing SWAT Overall Drainage Basin Predic‐tions with Individual Sub‐basin Predictions. Pub‐lished on Conference CD.  San Mateo, CA. Mar 17‐19.  

Earls,  J  and  B. Dixon.  2007. Application  of  the Soil  and  Water  Assessment  Tool  (SWAT)  in modeling the effects of  landuse change on wa‐tershed hydrology. Vol. 30, pages 541‐522. In (L. Harrington &  J. Harrington,  Jr, eds.). Papers of The  Applied  Geography  Conferences.  Indian‐apolis, IN. Oct 17‐20. 

Earls,  J  and  Dixon,  B.  2006.  The  Influence  of Resolution  on  the  SWAT  Model:  Examining Neighboring Basins. In (Maidment, David R. and John  S.  Grounds  III,  eds).  GIS  and  Water  Re‐sources  IV. Proceedings of the American Water Resources  Association’s  2006  Spring  Specialty Conference. American Water Resources Associ‐ation, Middleburg, Virginia, TPS‐06‐1, CD‐ROM. ISBN 1‐882132‐70‐X  

Earls  ,  J and Dixon, B. 2006. Comparison of an‐nual calibration of SWAT model at differing res‐olutions.  In  (Mark Colosimo & Donald F. Potts, eds).  Adaptive  Management  of  Water  Re‐sources.  AWRA  Summer  Specialty  Conference MT, June 26‐28. ISBN: 1‐882132‐71‐8. 

Book Chapter 

Earls,  J.  and  Dixon,  B.  2005.  A  comparative study of  the effects of  input  resolution on  the SWAT model. Pages 213 – 222. In (C. A. Brebbia, and  J.  S.  Antunes  do  Carmo  eds.)  River  Basin Management III. WIT Press, Southampton, UK. 

Presentation  at  Professional  Meetings  and Workshops 

Earls, J., B. Dixon, F. Bradley. AWRA Spring Spe‐cialty Conference ‐ GIS and Water Resources V, San Mateo, CA.  2008.  Comparing SWAT Overall Drainage Basin Predictions with  Individual Sub‐basin Predictions. Mar 17‐19.  

Earls, J. & B. Dixon. 2008. Ocean Sciences 2008 Meeting.   The Effects of Landuse and Soil Cha‐racteristics On Nutrient Loading Using the Soil & Water Assessment Tool (SWAT): A Comparative Study.  Orlando, FL, Mar 2‐7, 2008.   

Earls,  J and B. Dixon. 2007. Applied Geography Conference.  Application  of  the  Soil  and Water Assessment Tool (SWAT) in modeling the effects of  landuse change on watershed hydrology.  In‐dianapolis, IN. Oct 17‐20. 

Earls,  J and B. Dixon. 2007. ASPRS Conference. Sensitivity Analysis  of  the  SWAT Model  to  the Resolution  of  Input,  Calibration  and Validation of Data. Tampa, FL. May. 

Earls, J. & B. Dixon. 2007. Annual Meeting Asso‐ciation of American Geographers. 2007. Evalua‐tion of Drainage Basin Delineation:  ArcHydro & the Soil & Water Assessment Tool (SWAT).  San Francisco, CA.  April 19‐22. 

Earls,  J. &  B. Dixon.  2007.  Florida Academy  of Sciences. Effects of Input Resolution on Stream‐

38  

flow Predicted by the SWAT Model. USF St. Pe‐tersburg, FL. March.  

Earls,  J.  &  B.  Dixon.  2007.  Florida  Society  of Geographers  Conference.    "Evaluation  of  the Sensitivity  of  Fractal  Dimension  Analysis  for Classification of Natural  vs. Artificial Wetlands. Jacksonville, FL. February.  

Earls, J and Dixon, B. 2006. An Evaluation of the SWAT Model Sensitivity and autocorrelation  to Regression  Analysis  of  Flow  Data  for  Charlie Creek,  Central  FL.  Applied  Geography  Confe‐rence, Tampa FL. Oct 11 – 14.  

Earls,  J  and  Dixon,  B.  2006.  A  Comparison  of Model‐Predicted  Evapotranspiration  by  the SWAT Model with Real and Modeled Meteorol‐ogy. 18th World Congress of Soil Science, Phila‐delphia, PA. July 10–14.  

Earls,  J  and  Dixon,  B.  2006.  The  Influence  of Resolution  on  the  SWAT  Model:  Examining Neighboring  Basins.    Spring  Specialty  Confe‐rence GIS and Water Resources IV. Houston, TX, May 8‐10.  

Earls,  J and Dixon, B. 2006. Comparison of an‐nual calibration of SWAT model at differing res‐olutions.  Adaptive Management  of Water  Re‐sources,  AWRA  Summer  Specialty  Conference MT, June 26‐28. 

Earls,  J.  and Dixon,  B.  2006. Utilizing  SWAT  to Model Spatio‐Temporal  Influences on River Ba‐sins  At  Differing  Resolutions.  Annual  Meeting Association of American Geographers, Chicago, IL Mar 7‐10. 

Gore, J. Dixon, B, and A. Casper. 2006. Assessing Florida's large rivers: GIS‐based data‐mining and the  impacts of the Atlantic Multi‐decadal Oscil‐lation. Great River Ecosystems Reference Condi‐tion Workshop, January 10‐11, 2006, Cincinnati, OH.  

Project 7: Acquisition of Counters for Gam­ma­emitting Radioisotopes.  Jim Krest, Donny Smoak, Kathy Carvalho‐Knighton 

Project Description 

Instrumentation was acquired to support ongo‐ing C‐SPACE research projects: (1)  in support of Projects 1 and 5, a germanium‐crystal gamma‐detector configured with a 1.5‐cm well for anal‐ysis  of  naturally  occurring  radioisotopes  con‐centrated  from  water  samples;  (2)  a  germa‐nium‐crystal  gamma‐detector  with  a  planar configuration for analysis of naturally occurring radioisotopes  in soil and sediment samples;  (3) a Gas Chromatograph with an Electron Capture Detector (GC‐ECD) to be used for the detection of  halogenated  compounds  in  Project  3.    This instrumentation  has  been  set  up  and  is  now operating well.  Initial problems with high back‐ground  counts  for  the germanium‐crystal gam‐ma‐detector have been resolved by better ven‐tilation and “curing” of walls and floors in newly constructed spaces. 

Project Progress and Findings 

A Shimadzu Gas Chromatograph was ordered in November, 2005, and was set‐up during Spring 2006.  It  is  currently  being  used  in  support  of Project 3.  Two Gamma Detectors were ordered from  Princeton  Gamma‐Tech  in  December 2005,  and  lead  shields  were  ordered  from Gamma Products, Inc, at the same time. Part of the  shipment  (lead  shields)  was  delayed  until June 2006, and were moved  into new  facilities at USGS building when they became available in August 2006. Initial site visit for set‐up of detec‐tors discovered problems with electronics, and detectors were shipped back to PGT. The detec‐tors came back  to USF  in  the beginning of No‐vember, 2006, and were set‐up by a technician on November 15, 2006. They are currently be‐ing calibrated, after which  they will be used  in support of Projects 1 and 5. 

Publications/Presentations 

N/A. 

Project 8: Guided Surface Vehicles. Eric Steimle 

Project Description and Progress 

39  

Guided  Surface  Vehicles  (GSV’s)  are  finding  a niche  as  mobile  instrument  platforms  with many  uses  ranging  from  environmental moni‐toring to security‐oriented monitoring. They are versatile,  inexpensive  and  easily  configurable. USF‐SP’s GSV (dubbed “Rocky”) is outfitted with a  wireless  computer  interface  that  allows  in‐strumentation to be deployed and controlled by a remote user or autonomously by the vehicle. “Rocky” is currently 72” long and 38” wide, has a 250‐pound payload capacity and can travel at speeds  up  to  4  knots.  “Rocky”  is  battery  po‐wered,  utilizing  a  twin‐screw  design  for  steer‐ing, making it highly maneuverable. 

Although  this  C‐SPACE  project  per  se  has reached  it  conclusion,  the development of  the GSV  still  continues  with  funding  from  other projects and building on what we have accom‐plished  with  C‐SPACE  funding.  In  the  final phase, we changed the GPS overlay system for a custom geo‐referenced database with a Google earth  interface.    This  allows  the  user  to  easily find  images  using  the  familiar  Google  Earth software.   The data can also be exported to an ARCGIS compatible  file  to employ  the standard spatial analysis tools. An example of this can be seen in Project 2 in CSPACE Phase II funding. We also performed a survey of a 10‐acre retention pond  for  the  city  of  Kissimmee  using  SONDE multi parameter water quality  sensor and bot‐tom  classification  sonar.  We  completely  sur‐veyed  the  pond  in  4  hours  and  collected  ap‐proximately 11,000 geo‐referenced data points. Each point contained depth to bottom, bottom type,  dissolved  oxygen,  turbidity,  chlorophyll, temperature, and conductivity and Cyanobacte‐ria  count  for  a  total  of  88,000  individual  data points.  An example of the bathymetric data can be seen  in Figures 1 and 2. Figure 1  is an  inter‐polated  plot  made  using  Surfer  from  Golden Software.    Figure  2  is  an ArcGIS map  showing the  color‐coded  bathymetric  data.    The  data 

show that sediment was being moved from the planned  settling basin  to  an  area  further  in  to the pond. Also we  found  a  submerged wall of sediment  that was  previously  not  known.  It  is expected that it is an artifact left from the con‐struction  of  the  pond.  This  changes  the  flow pattern of the pond. 

 Because of  its adaptability, we have been able to use  the GSV with  a number of  sensors  and detection  devices.  We  learned  that  the  GPS overlay system was inadequate to properly and rapidly  identify biological parameters over  long surveys. We have  tested  the underwater video with GPS overlay – this system is used to collect geospatially  referenced biological data. We de‐termined  through  testing  some parameters  for speed  and  depth.  We  are  currently  making modifications  to  the underwater  system  to  in‐clude  a  laser  grid  for  referencing  scale  in  the video frame.  We have done demonstrations for various companies and agencies.   For example, we recently deployed the GSV in the Indian Riv‐er  for  the  South  Florida  Water  Management District.   We will be performing extensive  field tests over the next 3 months at Fort Desoto and Lasing Park in the Tampa Bay area. We received funding from the Pinellas County Environmental Fund to restore sea grass scars and use the GSV to  monitor  the  restoration  progress  in  and around Mullet Key in the Fort Desoto Park. 

We  also  tested  the  GSV  on  a  survey  in  Cape Coral Florida to monitor the spawning behavior of Drum fish. We used a DIDSON, a 2D acoustic camera, for underwater imaging, a hydrophone, and  the  SIPPER,  a  zooplankton  imager  (Fig. 3). SIPPER  was  developed  by  the  USF  Center  for Ocean technology and is a non‐invasive imaging system. We were able to see egg development through  the  course of  an  evening  and  identify spawning  sites based on  sound  and  egg distri‐bution. Figure 3 shows some of the images that SIPPER. 

40  

 

Figure 1. An interpolated plot made using Surfer from Golden Software. 

 

 

41  

Figure 2. An ArcGIS map showing the color coded bathymetric data 

 

 

 

 

Figure 3. Images of the SIPPER zooplankton imaging system.  Insets shows “Rocky” GSV and study areas where this application of the GSV has been undertaken. 

 

42  

Publications/Presentations 

Steimle, E., Oceanology International 06 21st ‐ 23rd March 2006, London, United Kingdom, “Guided Surface Vehicle as Mobile Instrument Platforms” 

Steimle, E., Oceans 2006 in Boston, MA, “Un‐manned Surface Vehicles for Environmental Monitoring and Assessment.” 

Steimle, E., Restore America's Estuaries confe‐rence in New Orleans, LA, December 9‐13, 2006.  

Steimle, E., Fries D. and Hall, M. presented a poster, “Guided Surface Vehicle as a Mobile Instrument Package for Port and Homeland Se‐curity” at Pittcon 2006, March 16, 2006, Orlan‐do, FL. 

Steimle, E., seminar at USF‐St. Petersburg, Oct. 19, 2006 entitled “Guided Surface Vehicles for Environmental Monitoring and Assessment.” 

Project 9: Science Journalism. Mark Walters, PI, Tony Silvia 

 Project Description 

 Project 9 consists of two parts.   In the first “re‐search” component we seek background infor‐mation for the second and larger component.  Our goal is to identify the obstacles to better scientific communication to the public and at‐tempt to remedy these in the approach we take to the conference through a search of the quan‐titative literature.  In the second “conference” component we aim to offer to C‐SPACE partici‐pants, as well as to the larger Tampa Bay scien‐tific community, an intensive one‐day scientific communications conference designed to help them communicate their ideas, research and knowledge clearly and forcefully to the public.

 Project Progress and Findings 

Research.  To our surprise, searches for metho‐dologically rigorous research and references related to science communication and the pub‐

lic yielded only a handful of references, suggest‐ing that there is a great need to better under‐stand the reasons why accurate scientific in‐formation often fails to reach the public.  Most of the available information on this subject is anecdotal.  Therefore, we have modified this research project to use descriptive information available on the most common obstacles to ef‐fectively communicating science to the public.  We will begin to compile our findings as a prac‐tical guide for scientists who wish to communi‐cate beyond their peer groups to the public at large.   

Conference.  We have conducted this confe‐rence, which is described below under project 9 in C‐SPACE Phase II events 

Publications: (See C‐SPACE II) 

C­SPACE 2007 Phase II Funding  

Project 1: Water Quality Sampling Strate­gies for Monitoring Coastal Rivers & Estu­aries – Applying Technological Innovations to Tampa Bay & Tributaries., Barnali Dixon, PI, Eric Steimle, James Gore, Paula Coble, Robyn Conmy, and Andrew Casper 

Project Description 

Rivers, estuaries, reservoirs, and lakes are multi‐use systems that supply water for agricultural, industrial, and human consumption while simul‐taneously assimilating both point‐ and non‐point source discharges.  

Existing methods of data collection are general‐ly limited to snapshots in space and time while a comprehensive view of spatial variability re‐mains elusive. Accelerating the integration of existing in‐situ sensors, geospatial analysis techniques, and reliable autonomous sampling platform technologies provide immediate im‐provements for sampling and assessment pro‐grams. We provide a demonstration of this in‐tegration for high spa‐tial resolution sampling 

43  

and analysis in a non‐wade‐able river with an inexpensive unmanned sampling platform (USV), standards sensor arrays, and widely used geospatial techniques. These are used to creat‐ing 2‐D maps of temperature, conductivity, sa‐linity, turbidity, chlorophyll florescence and chromophoric dissolved organic matter (CDOM). 2‐D surface water quality maps show significant influences on local water quality from tributary confluences, submarine ground‐water plumes, floodplain/riparian interfaces and other patchily distributed limnological fea‐tures. Moreover, this project demonstrates how sensors, autonomous vehicles, and geospatial technologies work in concert to create a more comprehensive spatial picture compared to the 

standard systematic sampling grid with data displayed as means and standard deviations. 

Project Progress and Findings 

2D maps of 7 water quality parameters have been produced (shapefiles) for all 3 sampling dates (11/06, 02/07, and 09/07). A manuscript was prepared and not accepted by Environmen‐tal Science and Technology and is in revision. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1. An example from the Hillsborough River of habitats that pose equipment and logistical prob‐lems to both shore‐ and ship based sampling.  Top inset: arrangement of instruments on chassis. Lower inset: USV with pontoons in place encountering a typical sampling hazard for the Hillsborough River. 

 

 

44  

Figure 2. Water quality at the river ‐ reservoir transition on the Hillsborough River in February 2007. Note: Dots indicate both the track/individual data points.The white box highlights a boat ramp/dock. 

 

 

 ±

0 50 100 150 20025Meters

45  

 

Figure 3. Alternating inversions of water quality associated with the estuarine transition zone of the lower Hillsborough River. 

 

 

 

 

 

 

River 

Flo

±0 350 700 1,050 1,400175Meters

46  

Figure 4. Water quality associated with submarine groundwater intrusion on the Hillsborough River dur‐ing February 2007 (yellow box outlining the location of known spring.). 

±0 200 400 600 800100Meters

47  

 

Figure 5.  Spatial heterogeneity above the reservoir seen in figure 3. The blue dashed box indicates a confluence with a manmade canal. The yellow dashed box indicates the mouth of a backwater channel. 

 

Reservoir 

±0 460 920 1,380 1,840230Meters

48  

Publications/Presentations 

Casper  A.F.,  Dixon  B.,  Conmy  R.N.,  Hall  M.L., and E.T. Steimle. Monitoring Water Quality with Guided Surface Vehicles, High Resolution Data, and Geospatial Mapping Reveals New Patterns of  Spatial  Heterogeneity.    (In  Prep  for Water Resources Research Jan 2009) 

Casper,  A.F.,  M.L.  Hall,  B.  Dixon  and  Eric  T. Steimle.  Oct  2007.  Combining  Data  Collection from Unmanned Surface Vehicles with Geospa‐tial Analysis: Tools for Improving Surface Water Sampling,  Monitoring,  and  Assessment.  Pro‐ceedings  of  the  Marine  Technology  Society  / IEEE‐Ocean  Engineering  Society  Conference, Vancouver BC. 

Hall, M.L., R. Conmy, A.F. Casper, P. Coble and E. T. Steimle. Feb 2007. Unmanned Surface Ve‐hicles  as  Environmental  Monitoring  and  As‐sessment Tools. Proceedings of  the Coastal En‐vironmental  Sensor  Network  Annual  Meeting, Boston MA. 

Conference and Seminar Presentations 

June 2008 – High Resolution Mapping of Spatial and Seasonal Water Quality Variability in Urban Rivers: An example from the Hillsborough River, Tampa Florida. 2nd Symposium on Urbanization and Stream Ecology. Salt Lake Plaza Hotel, Salt Lake City, Utah. 

March 2008 – Hi‐resolution mapping of the spa‐tial  variability  in  CO2/O2/N2  CDOM,  &  chloro‐phyll  florescence  in  coastal  rivers.    American Society of  Limnology & Oceanography  Interna‐tional Conference, Orlando FL. 

January 2007 ‐ EPA supported project exploring GIS‐based modeling of ungauged streams: Does topographic  resolution  affects  hydrograph  & habitat,  independent of watershed &  in‐stream characteristics. Center  for Science & Policy Ap‐plications  for  the  Coastal  Environment  Work‐shop, USF St. Petersburg  

Project 2: Investigation of terrestrial and groundwater nutrient fluxes to the coastal 

waters off Pinellas County, Florida, and their importance for harmful algal blooms. James Krest, PI, Peter Swarzenski and Eric Steimle 

Project Description and Results 

A  survey  transect  was  set  up  to  get  baseline data on  the distribution  and  inventories of  ra‐dium  isotopes and  inorganic nutrients  in  lower Tampa Bay  and offshore,  coastal waters.  Sam‐ples were  also  taken  from  the  larger  streams and rivers flowing into Tampa Bay to determine freshwater fluxes of these species. The transect has currently been sampled 3 times, with addi‐tional  sampling  scheduled  for Spring and Sum‐mer 2009. Results  from  the  short‐lived  radium isotopes (Ra‐224 and Ra‐223) indicate that only about  10%  of  their  dissolved  inventory  is  sup‐plied  from  freshwater  surface  water  sources. Rough  calculations  indicate  that  another  10% can be supplied by molecular diffusion from the bottom  sediments.  The  remaining  inventory (80%)  must  be  supplied  from  groundwater, most‐likely as  some  combination of  submarine groundwater discharge  (undersea outflow) and tidal  pumping  of  recycled  sea  water  through sediments.  Longer‐lived  isotopes  (Ra‐228  and Ra‐226) will help us to constrain these terms as their slow regeneration rates will provide  limits on the bottom sediment flushing depths. These isotopes are still being analyzed on the gamma‐counters due to long counting times and a large queue of samples. Nutrient analyses are crucial to this study, and sampling was temporarily cur‐tailed  until we  could work  out  issues with  in‐strumentation  for  this  purpose.  Technician funds were used  to hire an experience analyst on a part‐time basis to work out the kinks with our Technicon analyzer. We are currently seeing excellent results, and are ready to recommence sampling.  Sampling  is  also  being  coordinated with  Florida Wildlife  and  Research  Institute  to get  complementary  HAB  organism  identifica‐tion. As we might have anticipated,  there have been no HAB’s in the area since the start of the project, so correlation of nutrient budgets with HAB organisms is not possible at this time.  

49  

Presentations 

Lecher, Alanna  and  James Krest.  Tracking  Sub‐marine Groundwater Discharge  into the Gulf of Mexico. 4th Annual Meeting  in Miniature, Uni‐versity  of  South  Florida  St.  Petersburg, March 2008. (Oral Presentation) 

Deszo,  Joseph. The distribution and  inventories of Ra‐223 and Ra‐224 in the coastal waters near Tampa Bay. ESP&G Senior Project Presentation and  Report,  July  2007.  (Oral  Presentation  and Report) 

Project 3: Tree Islands of the Everglades:  Ecological Shifts in Response to Nutrient Loading. Joseph M. Smoak, Charles Holmes (USGS) and Matthew N. Waters  

 Project Description and Results  

This project funded a postdoctoral fellow to work within the Florida Everglades. The post‐doc completed the two projects described be‐low. 

Tree Island Paleoreconstruction. Tree islands are accepted as one of the most ecologically important settings within the Everglades.  How‐ever, little is known about how these islands have changed ecologically over the last 100 years.  It is during this time that major modifica‐tions have taken place within the Everglades and surrounding areas.  Drainage was the focus during the first half of the 20th century.  Then starting around the 1950s the major impound‐ment efforts began.  The impoundments caused water to be held for longer periods of time therefore lengthening the hydroperiod.  It was during this period of impoundment that many tree islands were degraded and the number of tree islands decreased.  Most investigators attribute the decline in the tree islands directly with the hydrological changes that occurred since the 1950s impoundment.  This investiga‐tion uses the sediment record to document the ecological shifts on a tree island in response to 

the hydrologic modifications over the last 100 years. 

Three sediment cores were collected from Tree Island 3AS3 and one core was collected from the adjacent slough.  Dates and accumulation rates for the sediment cores were established through 210Pb dating.   Lead‐210 is an ideal trac‐er for determining dates and accumulation rates on a 100 year time scale, which is the most relevant time scale for examining consequences of recent change. Total phosphorus, total nitro-gen, organic carbon, 15N, 13C and sedimentary photosynthetic pigments (chlorophylls and ca‐rotenoids) were measured as proxies to interp‐ret the past ecological conditions on this tree island.  The timing of ecological shifts was ex‐amined through these proxies. 

The results reveal that mass accumulation rates began to increase circa 1950s on this tree isl‐and.  Coincident with increasing mass accumu‐

lation rates both 15N and 13C values of sedi‐ment organic matter decreased.  The decrease 

in 15N could indicate a change in the vegeta‐tion on the island as a result of change in hy‐droperiod and/or a decrease in bird population on this island.  The former hypothesis is sup‐ported by the C/N ratios which increased since the 1950s and by sedimentary photosynthetic pigment data that indicate increases in macro‐phytes and algae on the island since the 1950s.  This does not exclude the possibility that bird populations on this island decreased along with a shift in vegetation.  Decrease in bird popula‐tion reduced the contribution of bird guano which was enriched in 15N.   In conclusion im‐poundment produced longer periods of high water beginning in the 1950s and promoted encroachment of different vegetation on the island or a change in the dominant vegetation. The 1950s was a period of major change in the Everglades with the transition from drainage to impoundment.   

Calculating Historic Nutrient Loading in WCA‐2A 

Wetlands.  The northern Everglades Water 

Conservation Areas have experienced recent 

50  

ecological shifts in primary producer community structure involving marl periphyton mats and dense typha stands.  Multiple investigations have identified phosphorus as a driver of prima‐ry producer community structure, but the ef‐fects of water impoundment beginning in the 1950s has also been identified as a concern.  Unfortunately, long term monitoring data does not exist for the Everglades so primary producer community structure prior to 1950 is inconclu‐sive.  In an effort to understand pre‐1950 pri‐mary producer community structure and identi‐fy community shifts since 1950, we measured paleolimnological proxies on four sediment cores collected in Water Conservation Area‐2A (WCA‐2A) along a phosphorus enrichment gra‐dient.  Photosynthetic pigments, total phospho‐rus, organic matter, total organic carbon and nitrogen were used to infer historic primary producer communities and phosphorus inputs.  In addition, excess 210Pb was used to establish historic dates for the sediment cores.   

We inferred from paleolimnological proxy data that prior to 1950 the northern area of WCA‐2A established a marl periphyton community ca. 1920 in response to phosphorus inputs.  This community shifted to typha dominance around 1950.  The middle and southern areas of WCA‐2A did not develop a marl periphyton communi‐ty until the impoundment occurred in 1950.  The middle of WCA‐2A quickly developed the periphyton community within 5 to 10 years fol‐lowing the impoundment while the southern area of WCA‐2A required nearly 20 years to de‐velop the marl periphyton.  Recently, the mid‐dle of WCA‐2A has developed a typha commu‐nity while the southern area of WCA‐2A has yet to develop typha dominance.  Investigations into current typha communities in the Ever‐glades have proposed that a concentration of 

650 to 700 g/kg of phosphorus in the sedi‐ments is needed to promote typha dominance.  The results obtained from this research suggest that this concentration holds true throughout the past 100 years in WCA‐2A.  In both sedi‐ment cores collected from current typha‐dominated areas, sediments inferred as typha‐

associated corresponded to total phosphorus 

concentrations at or above 700 g/kg.  It has been shown that the marl periphyton communi‐ties serve as a mechanism for removing water‐column phosphorus and depositing it into the sediments.  In addition, inorganic phosphorus is co‐precipitated with the calcium carbonate as‐sociated with the marl.  These increasing con‐centrations of sedimentary phosphorus and inorganic phosphorus provide optimal condi‐tions for typha growth.  These temporal and spatial differences indicate that the water‐column phosphorus gradient is the primary driver of primary producer community structure in WCA‐2A. 

The establishment of the marl periphyton in the middle and southern areas of WCA‐2A corres‐pond to the impoundment period beginning in 1950.  We infer from paleolimnological data that hydroperiod works as a secondary driver in determining primary producer community structure.  Possible mechanisms could be in‐creased delivery of water‐column phosphorus farther into WCA‐2A, decreased dry periods that could desiccate and destroy primary pro‐ducers and alternations to biogeochemical processes regulating sedimentary phosphorus concentrations.  Nevertheless, these data con‐firm the historic significance of phosphorus and hydroperiod in regulating primary producer community structure in WCA‐2A and should be considered when making future management decisions. 

 Publications/Presentations 

Smoak, J.M., Waters, M.N., Binhe, G. and C. Co‐ronado; Ecological Shifts on an Everglades Tree Island Over the last 100 years, Greater Ever‐glades Ecosystem Restoration Conference, Naples, FL, 2008. 

Waters, M.N., Smoak, J.M. and C.J. Saunders. Reconstructing Primary Producer Communities in Water Conversation Area 2A in Relation to Phosphorous and Hydroperiod, Greater Ever‐glades Ecosystem Restoration Conference, Naples, FL, 2008. 

51  

Waters, M.N. and J.M. Smoak. Calculating His‐toric Nutrient Loading in Water  

Conservation Area 2A Wetlands, Final Report for South Florida Water Management District, West Palm Beach, FL, 30pp, 2008. 

Smoak, J.M., Gore, J.A. and C. Clayton. Paleore‐construction of Tree Island Hydroperiods:  A preliminary investigation, Final Report for South Florida Water Management District, West Palm Beach, FL, 63pp, 2007. 

Project 4: Arsenic contamination of Florida lakes from MSMA herbicide mobility: impli­cations for human and aquatic vertebrate health.  Thomas Whitmore, PI, and Melanie Riedinger‐Whitmore 

 

Objective: 

This study documents total arsenic (As), As(III), As(V), dimethyl arsonate (DMA), arsenobetaine (AsB), and monomethyl arsenate (MMA) con‐tent in fish, crustacean, and reptile tissues at various levels in food chains of two monoso‐dium methylarsonate (MSMA)‐contaminated lakes in Florida.  The objective was to determine whether there might be biotoxicity potential for 

the aquatic vertebrate fauna as well as for hu‐mans who consume the aquatic fauna.   

Background: 

Our previous work demonstrated large‐scale arsenic (As) contamination in sediments of Little Lake Jackson, Highlands County, Florida because of MSMA application to adjacent golf courses (Whitmore et al. 2006, Whitmore et al. 2008).  Total As concentrations reached 435 µg/l in porewaters and 148 mg/kg in dry sediment.  The total As inventory was ~555 kg of As in >19,000 metric tons of sediment and 10.8 x 104 m3 of porewaters.  Total As content in surface sediments (mean = 47.3 mg/kg) exceeded con‐sensus‐based sedimentary concentration for probable toxicity effects in freshwater benthic fauna (McDonald et al. 2000).  Dissolved total As concentrations in a stream that entered the lake from the golf courses was 44 µg/l three months after the U.S. EPA moratorium on MSMA application began.  We documented to‐tal As concentrations 11 times higher than the U.S. EPA Maximum Contamination Level for drinking waters in subsurface waters that enter the lake from the vicinity of golf courses.  The present study was proposed, therefore, to ob‐serve the effect of this contamination on aqua‐tic fauna. 

Study Approach: 

We compiled information about location and age of 341 golf courses in an 8‐county area of Florida.  Dr. Natalia Hoyos (University of Florida, now Smithsonian Tropical Research Institute) prepared GIS maps (Figure 1) that enabled us to target lakes based on proximity to golf courses and estimated duration of MSMA exposure.   

52  

 

Figure 1.  Golf course locations in an 8‐county area. 

We collected sediments from the 13 most vul‐nerable lakes, rather than the proposed 5, and analyzed for total As content.  Samples were digested using EPA method 7062 (U.S. EPA 1994a), and total As content of digestates was measured with a PS Analytical Millennium Exca‐

libur Analyzer.  Digestion efficiency was as‐sessed with NIST Standard Reference Material 2702 samples within the sample run.  Because sedimentary total As content was highest in Lakes Little Jackson (mean = 47.3 mg/kg) and Little Bonnet (mean = 15.47 mg/kg), both in Highlands Co., these lakes were chosen for the tissue bioaccumulation study.  Animal collection permits were obtained from the Florida Fish and Wildlife Conservation Commission.  Herpe‐tologist George Heinrich collected specimens of crayfish, 8 species of fish, non‐lethal samples from two species of turtles, and watersnake tail clips using hoop nets and live traps.  Tissue samples were freeze dried and sent for total As content and As speciation to the Trace Elements Core Facility in the Center for Environmental Health Sciences at Dartmouth College.   

Tissue samples were freeze dried and homoge‐nized in a ball mill, microwave digested under pressure, and total arsenic content was ana‐lyzed by ICP‐MS (Agilent 7500c).  DORM‐2 (NRC‐CNRC) standard was used as the reference ma‐terial.  Arsenic species in extracts were identi‐fied by ion chromatography coupled to ICP‐MS.  Arsenic species in samples were identified by retention time matching with single‐As species spikes of known concentrations.   

Results: Tissue samples were collected from 18 species of fish and reptiles in Little Lake Jackson (Figure 2).   

53  

 

Figure 2. (draft figure) of specimen collection sites and shoreline land‐use in Little Lake Jackson. 

Total As concentrations were remarkably high in sportfish specimens in Little Lake Jackson.  Blue tilapia (Oreochromis aureus) showed total As concentrations as high as 11.63 mg/kg in or‐gans and 1.52 mg/kg in muscle tissue.  These values are comparable to total As values meas‐ured in tilapia from the Human Blackfoot Dis‐ease area of Taiwan, where As in wellwaters leads to necrosis and need for amputation in humans (Liao et al. 2003).  Bluegill (Lepomis macrochirus) showed total As content as high as 10.75 mg/kg in organs and 1.3 mg/kg in muscle tissue.  Total As content was highest in fish spe‐

cimens collected from the west side of Little Jackson, where a canal carrying runoff from golf courses enters the lake.  Total As also was sig‐nificant in the shell of a peninsular cooter (Pseudemys floridana peninsularis) collected on the north side, but this species is a strong swimmer that would have a wide range within the lake.  

In Lake Little Bonnet, sedimentary total As con‐centrations ranged from 10.91 to 18.74 mg/kg, with highest concentrations in sediments near‐est the golf course.   

54  

 

Figure 2. Specimen collection sites and shoreline land‐use in Lake Little Bonnet. 

Total As content in sportfish of Lake Little Bon‐net was most significant in bluegill tissue (e.g., 2.05 mg/kg in organs), but As values in tissue generally were lower than in Little Lake Jackson.  Blue tilapia were absent in Little Bonnet, but elevated As values were observed in the organs of walking catfish (e.g., 1.78 mg/kg excluding liver).  Crayfish (cf. Procambarus spp.) also showed elevated total As content in body tissue (mean of 4 individuals = 1.31 mg/kg). 

Most As in tissue generally was in the form of arsenobetaine, followed by As(V), DMA, MMA, and As(III), although digestion might have fa‐vored oxidized forms.  The order of total As concentrations in tissue tended to be organs > liver > muscle tissue.  Sirens, amphiumas, and salamanders were absent entirely, suggesting that amphibians might be vulnerable to toxicity.   

Lead (Pb) content also was high in the sedi‐ments both lakes, with a mean total Pb concen‐tration  in surface sediments of Little Bonnet = 

55.5 mg/kg (n = 3), and a maximum value in Little Lake Jackson  of 55.3 mg/kg in sediments that correspond to deposition c. 1990.  In con‐junction with the present study, colleagues at the University of Florida used Pb isotopic frac‐tionation to identify the source of sedimentary Pb, although this work was outside the pro‐posed scope of the present study.  Sedimentary Pb appears to be derived from atmospheric de‐position of automobile combustion products (Escobar et al. in prep.)  In Little Lake Jackson, Pb content in animal tissue was significantly elevated in the organs of blue tilapia (range of 4 specimens = 1.47‐3.50 mg/kg) that were col‐lected near the canal on the west side, but Pb content was lower in other tissue types from Little Jackson and in tissue samples from Lake Little Bonnet.  

Conclusions: 

As our project closes, we are preparing 3 manu‐scripts with colleagues at University of Florida 

55  

(Geological Sciences) and Dartmouth College that we will submit for publication shortly.  The first manuscript (Riedinger‐Whitmore et al. in prep.) addresses the sources of sedimentary As in Lake Little Bonnet, which potentially include MSMA applications on the golf course, cacodylic acid applications to citrus crops in the wa‐tershed, and atmospheric inputs from a nearby power plant.  The timing of As deposition in the lake is highly consistent with deposition of soil amendments and foliar applications from citrus, but sedimentary As concentrations appear highest near the golf course.  A second manu‐script (Escobar et al. in prep.) addresses the source of elevated Pb in sediments of Lakes Lit‐tle Bonnet and Little Jackson and concludes that Pb is derived from atmospheric sources includ‐ing automobile emissions and a fuel‐fired power plant.  A third manuscript addresses the con‐centration and speciation of As in the tissue of aquatic fauna of Lakes Little Jackson and Little Bonnet (Whitmore et al. in prep.).  Our primary conclusions are that As does not appear to move up the food chain, but is highest in blu‐egills and tilapia organs collected near the in‐flow canal from golf courses in Little Lake Jack‐son, and nearest the golf course in Lake Little Bonnet.  Total As might be high in these species because of their contact with sediments during nesting behavior and their choice of habitats.  Total As tends to be higher in organs than in muscle tissue, so human risks from As contami‐nation can be reduced by removing organs from sportfish.  Oxidized and methylated forms of As appear to have highest concentrations in fish tissue, but we urge caution in fish consumption because of recent evidence about carcinogenici‐ty of oxidized and methylated forms, and the potential for interconversion of forms in the human body and in the environment. 

References: 

Escobar J, Whitmore TJ, Riedinger‐Whitmore MA, and Kamenov GD.  Isotopic record of at‐mospheric lead pollution in lake sediments in Florida.  In preparation for Journal of Paleolim‐nology. 

Liao CM, Chen BC, Singh S, Lin MC, Liu CW, and Han BC.  2003.  Acute Toxicity and Bioaccumula‐tion of Arsenic in Tilapia (Oreochromis mossam‐bicus) from a Blackfoot Disease Area in Taiwan. Environmental Toxicology, 18(4): 252‐259. 

MacDonald DD, Ingersoll CG, and Berger TA.  2000.  Development and Evaluation of Consen‐sus‐Based Sediment Quality Guidelines for Freshwater Ecosystems. Archives.  Environ. Contam. Toxicol. 39: 20‐31. 

Riedinger‐Whitmore MA, Whitmore TJ, Escobar J., and Hoyos N,  Historic arsenic deposition in sediments of a Florida lake influenced by herbi‐cide applications.  In preparation for Journal of Paleolimnology. 

Whitmore TJ, Riedinger‐Whitmore MA, Jackson BP, Heinrich GL, 

and Hoyos N.  Arsenic contamination of sport‐fish tissue in Florida lakes affected by herbicide applications.  In preparation for Environmental Toxicology. 

Whitmore, T.J.,  J. M. Smoak, M. A. Riedinger‐Whitmore, and E. Goddard.  2006.  Arsenic con‐tamination of lake sediments in Highlands County, Florida, U.S.A.: an historic record of mobility from watershed soils.  Poster pre‐sented at the 10th International Paleolimnology Symposium, Duluth, Minnesota, June 25‐29, 2006.   

Whitmore, T.J., M.A. Riedinger‐Whitmore, J.M. Smoak, K.V. Kolasa, E.A. Goddard and R. Bindler.  2008.  Arsenic contamination of lake sediments in Florida: evidence of herbicide mobility from watershed soils.  Journal of Paleolimnology 40: 860‐884 DOI 10.1007/s10933‐008‐9204‐8 

 

56  

 

Project 5: An Integrated GIS and Remote Sensing­Based Strategy for Assessing the Ecological Outcomes of Social Marketing.  Barnali Dixon, PI, Richard Flamm and Karin Braunsberger 

 

Project Description and Objectives 

The overall objectives are 4 fold;  first, conduct a market analysis in preparation for a social marketing campaign on lawn watering and smart fertilizer use; second, explore methods for monitoring behavioral change using inte‐grated GIS and remote sensing methods, third, refine methods for water use and quality mo‐tioning for isolating urban impacts so that we can estimate the effects of residential land‐use practices on water resources; and fourth, de‐velop a systems‐science approach for tying the 3 components together in a framework that can serve as a template to other local initiates that seek to encourage environmental stewardship. However, as part of the mini pilot project we arel only conducting preliminary remote sensing data analysis and GIS integration to demon‐strate that effectiveness of the proposed me‐thodology viz. ability to identify health of grass (as a results of amendments) or impervious sur‐faces using remotely sensed data.  

Project Progress and Findings 

Preliminary work was done utilizing land‐use and water‐quality data from wells to determine the relationship between the urban centers and water quality in the central Florida region.  Re‐sults showed that contaminated wells were as‐sociated with urban and agricultural land use and sandy soils with high permeability.  

Analysis has been performed on remotely sensed data to determine the impervious sur‐face extent for a selected part of the Central Florida study area.  This entailed using Leica Geosystems ERDAS Imagine software to derive 

impervious surfaces from high resolution color infra‐red (CIR) aerial photography obtained from the Southwest Florida Water Management District (SWFWMD), along with accompanying LiDAR to separate classes of impervious surfac‐es into four categories: driveways, parking lots, roofs and roads.  Image analysis is complete for the selected pilot study area. 

Fractal image analysis was done to differentiate between natural and man‐made wetlands (Fig‐ure1).  Work in this area can help with determi‐nation of viability of residential/industrial re‐vegetation from natural vegetation in future study. Results showed that perimeter lengths were biased upward in raster images because of the pixel segments and thus the computed pe‐rimeter‐area ratio for raster images was higher than it actually is in the real‐world.  Since the calculated areas and perimeters lengths changed, the Shape Index was also biased in raster images.  The magnitude of the variation seems related to the size of the shape. Larger patches are less influenced by the variation of the fractal dimension.  Varying the cell size of the input image affects the patch fractal dimen‐sion and natural wetlands have not yielded as clear results as man‐made ones, due to the va‐riability of the natural growing process (Figure 2). 

 

Figure 1: An example of imageries used in the study 

57  

 

 

a b

c d

e f Figure 2.  Results of a small sampling of the shape metrics for man‐made (a, c, e) and natural (b, d, f) wetlands. 

Additional supplementary work was done with the Soil & Water Assessment Tool (SWAT) mod‐el to determine the impacts of urbanization on a primarily un‐urbanized watershed in terms of predicted steam flow.  The first approach was SWFWMD 2004 LU coverages were used to si‐mulate the growth of urban LU types.  All urban 

LU were expanded (everything that started with 1000’s in the FLUCCS codes) both by 5 cells and 10 cells, to simulate urban growth (Figure 3).   These SWAT runs were conducted from 1976‐1990 and compared to USGS gage data.  The weather data for these SWAT runs were from local gauges (rain and min/max air temp). 

 

58  

Figure 3.  Flow Diagram of the Procedures Followed for the Urbanization Study with Watershed LU (Ur‐ban expanded by 10 cells). 

The second approach was to use FEMA GIS co‐verages and the categories of A (100yr no base flood elevation (BFE)), AE (100yr with BFE) and A + AE to determine the impacts of urbanization in the more low‐lying floodplain.  Three selec‐tions for LU were chosen as the potential re‐coded values for the FEMA areas:  1100 (low density residential), 1200 (medium density resi‐dential) and 1300 (high density residential).  The output of the 3 combinations were used as in‐

put into the LU for the SWAT model and 9 mod‐els were run:  FEMA A to 1100, FEMA A to 1200, FEMA A to 1300, FEMA AE to 1100, FEMA AE to 1200, FEMA AE to 1300, FEMA A+AE to 1100, FEMA A+AE to 1200 and FEMA A+AE to 1300 (Figure 4).  The weather data were from One‐Rain (rain) and local gauges (min/max air temp) and a local national station where needed due to gaps in the other data (Avon Park). 

59  

 

Figure 4.  Conceptual diagram of utilization of FEMA GIS coverage to reclass LU and run in SWAT (map is “A” FEMA category all converted to Urban). 

The third approach was to vary the land use only and run the SWAT model.  Analysis was done reading in various LU for 1988, 1995 and 2004 from the SWFWMD.  The SWAT model was held constant in all other variables (weath‐er, soils, DEM, etc).  Figure 5 below shows the approximate change in LU for the 1988 to 2004 time period (Figure 5).  Objectives of this re‐

search include: predict the effect of manage‐ment decisions on water, sediment, nutrient and pesticide yields with reasonable accuracy on large river basins and determine the relative impact of alternative input data (e.g. changes in management practices, climate, vegetation, etc.) on water quality or other variables of in‐terest can be quantified.  

1988 LU 2004 LU

 

Figure 5.  LU 1988 to 2004. 

 

60  

Additionally, we currently are  in the process of isolating grass  from  imageries  for two time pe‐riod.  

Journal Publications 

B.  Dixon  and  Earls,  J.  2007.  Examining  Spatio‐Temporal  Relationships  of  landuse  change, population  growth  and  water  quality  in  the SWFWMD  [Interdisciplinary  Environmental  Re‐view (IER). Vol. IX (no.11):71 ‐ 93.  

Earls,  J.  and  Dixon,  B.  2007. Using  the  Fractal Dimension  to Differentiate Between Natural & Artificial Wetlands.  [Accepted,  In  Press:  Inter‐disciplinary Environmental Review (IER)]. 

Professional Presentations 

Earls,  J., Dixon B. and Hernandez‐Cruz, L. 2008.  Using ERDAS Imagine to Derive Impervious Sur‐faces  from High Resolution Aerial Photography and LiDAR.  AAG, Boston, MA, Apr 15‐19. 

Dixon,  B.  2007.    Fractal Dimension Analysis  of Wetlands: a  joint venture between applied ma‐thematics and  theoretical physics. Applied Ma‐thematics Summer Workshop hosted by Applied Mathematics  Research  Center,  sponsored  by Department  of  Defense.  August  24th  –  26th. Dover, Delaware. (Invited Speaker). 

Earls, J and B. Dixon. 2007. Spatial Interpolation of  Rainfall  Data  Using  ArcGIS:  A  Comparative 

Study. 27th 

Annual ESRI  International User Con‐ference [In press] San Diego, June 18‐22, 2007.  

Earls,  J.  and  B. Dixon,  2007.  Evaluation  of  the Sensitivity  of  Fractal  Dimension  Analysis  for Classification of Natural  vs. Artificial Wetlands. Presented  at  Florida  Society  of  Geographers Annual Meeting, Jacksonville, FL, February. 

Dixon, B.  and  J.  Earls. 2006.  Examining  Spatio‐Temporal  Relationships  of  landuse  change, population  growth  and  water  quality  in  the SWFWMD  Interdisciplinary  Environmental  As‐sociation, Kona, HI, June 21‐23. 

 

Project 6: Using RUSLE and SWAT to Esti­mate Fluxes and Fates of Eroded Soil Or­ganic Carbon in the Hillsborough River Ba­sin. Dr. Barnali Dixon, Associate Professor, ESP&G 

Project Description and Objectives 

The overall goal of this project is to estimate the flux and fate of eroded SOC in the Hillsborough River  Basin.    The  tasks  to  accomplish  this  in‐clude:   Optimizing  the  resolution of  input data (DEMs, land cover, and soil maps) on the RUSLE, SWAT, and RUST model outputs; calibration and validation of the model outputs; interpret RUST in  terms  of  potential  sequestration  of  SOC  in terrestrial  depositional  sites.  These  tasks  will lead to addressing the question: “Is mobilization and  subsequent deposition a  significant poten‐tial OC sink at the scale of this and other similar river basins?” 

In addition to the initial proposed objectives we aim  to  develop  a web‐interface  for  the  RUSLE and SWAT models that is integrated with a GIS. A web‐based Decision Support System (DSS) will be  created  to  facilitate  the  broader  impact  of this  research.  The  web‐site  will  be  developed using  the  concepts  described  in  Figure  1  and using  data  described  in  Figures  2  and  3.  The proposed  system  architecture  is  described  in figure 4.  

The primary models (viz RUSLE‐V) will be devel‐oped for the Hillsborough watershed.   Then ex‐amination  of  models  at  different  region  and different  scales will  be  performed  to  facilitate understanding  of  scalability  of  the  RUSLE‐V model at different aggregation levels. Users will be able to use RUSLE and SWAT to visualize var‐ious scenarios their area of interest.  

Project Progress and Findings 

This research has been  investigating  the use of RUSLE  in  various  locations,  some  very  similar, some somewhat diverse.   Results  in a compari‐son  of  input  resolutions  to  the  RUSLE  model show that results varied with varying soils, slope 

61  

and  landuse  input  resolution.    The  amount  of maximum  erosion  detected  rose  from  1km  to 150m to 30m.   This was further confirmed by a study focused on the  impact of resolution data on  the  LS  (slope  length)  factor  in  the  RUSLE model, which showed similar changes in results for this variable with differing input resolutions.  Another study compared 3  topographically dis‐tinct  study  areas  (viz.,  West  Central  Florida, Southern  California  and  Eastern Arkansas)  and the impact that changes in input data resolution 

had  on  these  distinctly  different  locations ures 1 and 2).   Results  showed  that  regardless of  topography  the  30m  resolution  showed  a greater percentage of area with higher erosion. The different  results at  the  various  resolutions show  that  resolution of  input parameters  is an important  consideration  when  modeling  ero‐sion. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 1.  Study areas of RUSLE resolution analyses. 

 

 

 

 

 

62  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2.  Results of three topographically different areas RUSLE calculations at varying input resolutions. 

 

Further research has included analysis of 4 cen‐tral Florida watersheds, utilizing RUSLE to pre‐dict the potential for Colored Dissolved Organic materials (CDOM) loading.  

The terrestrial characteristics of a watershed including soil erosion as characterized by the RUSLE model greatly influence the concentra‐tion, composition and origin of pollutants as well as their subsequent deposition to sur‐rounding aquatic environments.  Areas that are more susceptible to soil erosion thus contribute to the source‐sink association (soil erosion and CDOM) by way of particle detachment, trans‐port and ultimately sedimentation to in‐stream environments. Soil erosion processes ultimately result in the disaggregation and dislocation of soil macromolecules as well as their associated organic material.  Watersheds were divided into two groups based on the CDOM signatures 

(Conmy, 2008). Group A watersheds were: Ala‐fia:  (1092 Km2); dominated by urban landuse and Hillsborough: (1748 Km2); dominated by urban landuse (both discharge into Upper Tam‐pa Bay), Group B watersheds were: Manatee:  (932 Km2); dominated by agricultural landuse and Peace: (6078 Km2); dominated by agricul‐tural landuse (discharging into outer Tampa Bay & Charlotte Harbor, respectively) (Figure 3). Statistical tests were performed following the calculation of the RUSLE parameters and final RUSLE number for each watershed and 18 of the 20 (92%) of comparisons of watersheds based on RUSLE erosion factors showed a signif‐icant level of difference. The comparisons of k factor values for the Hillsborough to Manatee and Peace watersheds both resulted in t‐statistic values of 0, which fell within the critical range. Thus, they support Ho = 0, or no differ‐

63  

ence between the means of the two water‐sheds. 

In‐depth investigation of the soil erosion cha‐racteristics of these four watersheds found that there was a significant difference in the two groups (A & B watersheds) in their characteris‐tics that played a role in the deposition and 

transport of CDOM.  Preliminary results of on‐going research show that soil physical characte‐ristics behave in much the same way (Figure 4).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3. Map showing the four southwest Florida watersheds comprising the two study groups. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64  

 

Figure 1. An interpolated plot made using Surfer from Golden Software. 

65  

Additionally, we are  in  the process of complet‐ing  the  SWAT  simulations  for  the Hillsborough watershed.  Once  we  complete  the  SWAT  run for the Hillsborough watershed, we will be able to compare the results of RUSEL with SWAT.  

Publications and Presentations: 

Edited  Volume(s)/  Peer  Reviewed  Conference Proceedings Papers 

Dixon, B and Earls J. 2008. An Estimation of Re‐gional Soils Erosion Vulnerability Using RUSLE‐V. In press. Papers of  IASTED  International Confe‐rence on Applied Simulation and Modeling. Cor‐fu, Greece, June 23rd – 25th.  

Thesis  work  in  Progress:  by  Fredrik  Bradley. Title:  Development  of  a  comprehensive  flow path model  to determining  factors contributing to the spatial variability of of water quality   

CDOM  Concentrations  in  selected  agricultural watersheds using GIS and RUSLE Model. 

Professional Presentations 

Bradley  F.  and  Dixon  B.  2009.  Examining  the Relationship between RUSLE and In‐Stream Wa‐ter  Quality  Parameters:  A  Statistical  Ap‐proach.15th  International  Interdisciplinary  Con‐ference  on  the  Environment.  Interdisciplinary Environmental  Association.  Daytona  Beach, Florida.  July 8‐11. 

Bradley, F. and B. Dixon. 2009. Using GIS to  In‐vestigate Soil Physical Properties  in Four South Florida Watersheds.  45th  Annual  FSG Meeting, St. Augustine, FL, Jan 23‐25. 

Bradley, F. and B. Dixon. 2008. Investigating the Impacts  of  Soil  Erosion  and  Sediment  Yield  on Water Quality.   USF 2008 Poster Symposium & Competition:  “Global  Challenges  for  the  21st Century”, Nov 6. 

Bradley, F. and B. Dixon.   2008. Using RUSLE to Investigate  the  Watershed  Source‐Sink  Rela‐tionship of CDOM. AAG Boston, MA, Apr 15‐19. 

Bradley, F., B. Dixon and  J. Earls. 2008. Charac‐terization of the Spatial Variability of Terrestrial Watershed  Properties  In Relation  to  In‐Stream CDOM  Distributions.    Spring  Specialty  Confe‐rence ‐ GIS and Water Resources V, San Mateo, CA.  Mar 17‐19. 

Dixon,  B.,  Stetson,  R.  and  Smith  S.  2007.  Ex‐amining Resolution Effects on the Prediction of the Revised Universal Soil Loss Vulnerability Eq‐uation  (RUSLE‐V).  Florida  Society of Geograph‐ers Annual Meeting, Jacksonville, FL.  February.  

Dixon, B, R. Stetson and S. Smith. 2007. Creating a  Soil  Erosion Vulnerability Map  at  3 Different Resolutions for the US Southeast” Florida Acad‐emy of Sciences Annual Meeting St. Petersburg, FL. March.  

Stetson,  R  and  B.  Dixon.  2007.  Resolution  Ef‐fects on  the Prediction of RUSLE  in 3 different Physiographic Regions of  the US” American As‐sociation of Geographers Annual Meeting,  San Francisco, CA. April.  

 Edited  Volume(s)/  Peer  Reviewed  Conference Proceedings Papers 

Dixon, B and Earls J. 2008. An estimation of Re‐gional Soils Erosion Vulnerability using RUSLE‐V. In press. Papers of  IASTED  International Confe‐rence on Applied Simulation and Modeling. Cor‐fu, Greece, June 23rd – 25th.  

Professional Presentations 

Bradley, F. and B. Dixon. 2008. Investigating the Impacts  of  Soil  Erosion  and  Sediment  Yield  on Water Quality.   USF 2008 Poster Symposium & Competition:  “Global  Challenges  for  the  21st Century”, Nov 6. 

Bradley, F. and B. Dixon.   2008. Using RUSLE to Investigate  the  Watershed  Source‐Sink  Rela‐tionship of CDOM. AAG Boston, MA, Apr 15‐19. 

Bradley, F., B. Dixon and  J. Earls. 2008. Charac‐terization of the Spatial Variability of Terrestrial Watershed  Properties  In Relation  to  In‐Stream 

66  

CDOM  Distributions.    Spring  Specialty  Confe‐rence ‐ GIS and Water Resources V, San Mateo, CA.  Mar 17‐19. 

Dixon,  B.,  Stetson,  R.  and  Smith  S.  2007.  Ex‐amining Resolution Effects on the Prediction of the Revised Universal Soil Loss Vulnerability Eq‐uation  (RUSLE‐V).  Florida  Society of Geograph‐ers Annual Meeting, Jacksonville, FL.  February. 

Dixon, B, R. Stetson and S. Smith. 2007. Creating a  Soil  Erosion Vulnerability Map  at  3 Different Resolutions for the US Southeast” Florida Acad‐emy of Sciences Annual Meeting St. Petersburg, FL. March.  

Stetson,  R  and  B.  Dixon.  2007.  Resolution  Ef‐fects on  the Prediction of RUSLE  in 3 different Physiographic  Regions  of  the US American As‐sociation of Geographers Annual Mee 

Project 7: Acquisition of Support Equipment and Instrumentation.  Melanie Riedinger‐Whitmore, PI, James Krest and Joseph Smoak.  

This  project  was  essentially  completed  during Phase  I.   See Phase  I Project 7 above  for more detail.  This project provided for the purchase of an additional gamma detector  to  facilitate and enhance  sample  counting.    A  purchase  order was placed for a germanium crystal gamma de‐tector with a 1.5 cm intrinsic well in  February of 2007 from Princeton Gamma Tech Instruments. Concurrently,  lead  shielding  for  the  detector was  ordered  from  Gamma  Products,  Incorpo‐rated.  Both  items  were  initially  received  and set‐up  during  the  summer  of  2007  with  high expectations. Unfortunately, we have been un‐able  to  get  the  gamma  detector  to  function properly. The detector  is currently at Princeton Gamma  Tech  where  they  are  troubleshooting the  instrument.  This  detector  was  ordered  to help  us  cover  the  demand  of  the  CSPACE projects,  and  the  continued  delays  have  pre‐vented us from analyzing many of the samples  

Project 8: UPTAQ – Understanding the Pro­file of Tampa Bay’s Aquatic Quality.  Kathy 

Carvalho‐Knighton, PI, Ashanti Pyrtle and Mal‐colm B. Butler 

The  Tampa Bay  area  ecosystem  totals  approx‐imately  7,000  km2  including  estuarine  waters, wetlands  and  drainage  basins.  Waters  of  the bay are typically shallow with an average depth of 3.5 m and coastal vegetation is dominated by mangrove forest with some areas of salt marsh. People have  lived  in  Florida more  than 12,000 years.  The drainage basin  currently  supports  a population of over 2 million, as compared to an estimated  population  of  300,000  indigenous people statewide prior to the Spanish explorers’ arrival  in  the  early  1500’s  (FDS,  2005;  Hann, 1996).  This  dramatic  population  growth  has been  accompanied  by  industrial,  agricultural, and other anthropogenic‐related activities  that have  resulted  in  natural  resource  depletion, nutrient loading, coastal erosion, increased pol‐lution and other various environmental stresses in  Tampa  Bay  and  surrounding  regions  (Wil‐more and Pyrtle, 2004).   Historical  records and scientific  investigations have provided valuable insight  (via  quantitative  and  qualitative  infor‐mation) regarding the anthropogenic  impact to the Tampa Bay’s water resources.  

In the past, such  insight has often been utilized to  develop water  resource management  prac‐tices,  conservation measures, usage  restriction policies, monitoring  programs,  and  restoration activities  throughout  the  state  of  Florida.  This project aims to determine the rates of sedimen‐tation  and  the  deposition  of  selected  organic pollutants  in an area of Tampa Bay heavily  im‐pacted by human  activity. A unique  feature of the  project  is  that  it  conducts  research  while also  involving  and  training  local  teachers.    In‐formation  is summarized and presented to par‐ticipating teachers in order to contextualize the proposed  teaching  and  learning  activities  that will be  conducted  in  certain geographical  loca‐tions  throughout  Pinellas,  Hillsborough  and Manatee Counties. This project seeks to provide teachers  instruction  on  utilizing  the  scientific method,  performing  scientific  research,  and engaging  elementary  students  in  current  re‐

67  

search methods. Elementary student classroom and  outdoor  learning  activities  will  occur throughout  the  fall  and  spring  semesters  and culminate  with  an  environmental  awareness day hosted on the USF St. Petersburg campus in Spring 2009.    

Project Progress and Findings 

Since  this  project  involves  teachers  in  our  re‐search,  the  project was modified  after  only  1 teacher was recruited for the Summer 2007 and 

the  field  activities  were  postponed  until  the Summer  2008.    A  budget  reallocation  request was granted allowing the teachers to be paid as research assistants for the project to encourage teacher  involvement.  After  this  request  was granted the project proceeded as planned. 

 Emerson Point and Palm River Results. A  total of six samples (four water and two cores) were analyzed from Emerson Point and Palm River in Tampa Bay, FL with  the GPS coordinates  in Ta‐ble 1 and maps shown in Figure 1. 

 

Table 1.  UPTAQ 2008 Sampling Coordinates 

Type Latitude Longitude Emerson Point Samples EP1 Water 27° 31.768’ N 82° 32.570’ W EP2 Water 27° 53.525’ N 82° 64.141’ W EP3 Core 27° 53.599’ N 82° 62.568’ W Palm River Samples PR1 Water 27° 56.4863’ N 82° 22.3575’ W PR2 Water 27° 56.5709’ N 82° 22.2406’ W PR3 Core 27° 57.0807’ N 82° 22.1262’ W

 

 

 

 Figure 1.  Maps of Emerson Point and Palm River Sample Sites 

 

Water samples were analyzed for salinity, pH, temperature, dissolved oxygen, chlorophyll content, and conductivity.  Data from samples collected at Palm River sites in are shown in Table 2.  

 

Table 2. Palm River Sample Water Quality Data 

68  

Sample Salinity pH Temp (oC) DO (mg/L) Chlorophyll (mg/L) Depth (m) PR1 16.82 7.89 29.26 0.07 8.9 0.03 PR2 14.76 8.13 29.13 0.07 3.9 0.137

 

Core samples are still being dated and processed, but we have some excellent data already.  Analysis parameters include carbon content, grain size, and concentration of PCBs, PBDEs, and nitroaromatic compounds.  Preliminary HPLC analyses for nitroaromatic compounds were below the detection limit.  Sample core data are shown in Figure 2. 

 

A B

C D

E

 

69  

Figure 2. Chromatograms on (A) HPLC and (B) GC‐MS show unidentified peaks that may require further analysis. In the Radiogeochemistry lab in Marine Science Teachers determined carbon content (C), grain size (D), and radionuclide activity (E) of their samples. 

Emerson Point Core Data. EP‐08‐PC‐14 was taken on 7/9/2008 at Latitude 27.53599 and Longitude 82.62568.  This core is a record of environmental evolution from a mangrove lagoon environment (25 cm‐bottom) to a near‐shore marine environment (Top 25 cm) with the transition occurring fairly rapidly (20‐26 cm).  Figures 3‐7 show data from several parameters we measured in the core. The bulk accumu‐lation rate has increased gradually in the recent strata, which is caused by the simultaneous increase in terrigenous material in the system.  This terrigenous material is most likely due to either more sus‐pended sediment coming from the Manatee River or the Terra Ceia Bay.  The linear accumulation rate at this position is 0.08cm/yr. 

 

Figure 3. Rapidly coarsening up-ward sequence from 26 cm to 20 cm and a gradual fining upward sequence (gradually increasing silt) from 16 cm to the top.

Figure 4. Carbonate and Total Organic Content fraction with an organic domin-ance from 36 cm to 25cm and several dominant carbonate depositional periods (16-24 cm, 6 cm, and 1 cm).

Figure 5. Bulk sediment mass accu-mulation rate (MAR) based on 210Pb chronology and the bulk density of each sample showing gradual increase in density up-core and a large deposi-tional event at 1.5 cm.

Figure 6. Terrigenous mass accumulation rate showing a gradual increase in terrigenous deposition with a large de-positional event at 1.5 cm.

Figure 7. Total organic content mass accumulation rate showing no significant increase or decrease, but several organic content depositional events at 6 cm, 4.5 cm, and 1.5 cm.

0

0

(cm)

Weight PercentageEP‐08‐PC‐14 Carbonate and TOC

TOC 

020

0 2

(cm)

g/cm^2/yr

EP‐08‐PC‐14 Bulk 

Accumulati…

Bulk

020

0

(cm)

g/cm^2/yr

EP‐08‐PC‐14 

Terrigen…

Terrigeno…

0

20

00.02

h (cm

)

g/cm^2/yr

EP‐08‐PC‐14 TOC 

Accumul…

TOC

70  

   

Teacher Participation. In effort to educate the community about their local environment, eight local elementary 4th and 5th grade teachers par‐ticipated in several environmental science in‐structional, training and learning activities. This five‐week program was designed to provide an insight to environmental research conducted at University of South Florida and environmental education that will impact local school children, their parents and members of their community.  The UPTAQ program began with a four‐week summer short course which included hands‐on learning opportunities with environmental scientists and educators in the field as well as in the laboratory. Teachers learned first‐ hand sampling procedures in local environments and analytical procedures conducted in a wide range of laboratories.  Water quality kits, field guides, curriculum activities, GPS units as well as GPS and GIS training were provided to seven Pinellas County science teachers in order to en‐hance knowledge of Tampa Bay’s natural re‐sources and research conducted at this institu‐tion. Teachers were provided customized curri‐culum designed from the national science edu‐cation digital libraries, as well as classroom field trip support and individual classroom consulta‐tions available during the 2008‐2009 school year.  This program also provided hands‐on‐teaching experience to several University of South Florida graduate students who served as Activity Leaders.    

The following is an outline of the Summer 2008 program: 

Introduction to Research 

Presentations on current research Projects 

Graduate Student Presentation 

Field Guides 

Field Sampling  

Emerson Point 

Palm River 

Laboratory Analysis 

Environmental Sciences Lab Group 

Marine Science Lab Group 

Bridging Research To Classrooms 

GPS units and Map training 

Water Quality Kits  

Lesson Plans 

Presenting Data 

Teacher Training on Data Presentation 

Making Graphs using Excel 

Making Posters using PowerPoint 

Teacher Training on Data Interpretation 

 

One of the collateral values of involving teach‐ers (Fig. 3) in our research programs is that they are now able to utilize the scientific method, perform scientific research, and engage ele‐mentary students in current research methods.  Teachers were given a pre‐ and post‐test on material covered as part of data being collected for a science education research paper. The av‐erage score on the test increased from 57% to 84%.   In addition, teachers are continuing their research appointments assisting with the re‐search projects at USFSP during the Fall 2008 and Spring 2009 semesters.  

 

71  

 

 

 

Figure 3.  Photographs of the UPTAQ 2008 Pro‐gram Participants 

After the summer program, two of the partici‐pants received additional funding to continue the work learned in the UPTAQ summer pro‐gram.  Karen Stockton and Kerry Hogan, science teachers from Westgate Elementary School, received a grant from Pinellas County Education Foundation (PCEF) for $3000 and SWFMD for $5000 to continue the research with their 4th and 5th grade students.  Additional funding is being sought to continue the UPTAQ program 

Presentations 

Simmons, Candice, Carvalho‐Knighton, Kathleen M.; and Pyrtle, Ashanti J.  “UPTAQ ‐ Under‐standing the Profile of Tampa Bay’s Aquatic Quality Program: Bridging Elementary Educa‐tion and University Research” National Associa‐tion of Black Geologists and Geophysicists 

(NABGG) 2008 Technology Conference.  Atlanta, GA (Poster Presentation  

Project 9: Communicating Science to the Public ­ A Workshop for Scientists and Journalists. Mark Walters, PI and Ann Tihansky 

Project Description 

 This was the second part of activities begun  in Phase  I Project 9.     The overall project had two parts.    In  the  first  “research”  component  the PI’s sought background  information  in prepara‐tion for the second and larger component.  Our goal  is to  identify the obstacles to better scien‐tific  communication  to  the public  and  attempt to remedy these in the approach we take to the conference through a search of the quantitative literature.    The  second  conference  component offered  to  C‐SPACE  participants,  as well  as  to the  larger  Tampa  Bay  scientific  and  media communities,  an  intensive  one‐day  scientific communications  conference  designed  to  help them  communicate  their  ideas,  research  and knowledge clearly and forcefully to the public. 

Summary  of  2008  Science &  the Media  Confe‐rence 

The  conference  was  entitled  “Global  Climate Change and Sea‐Level Rise in Florida: A Conver‐sation  between  Scientists  and  the Media.”    It was held on Wednesday, February 6, 2008 from 8:00 a.m. – 4:30 p.m.  in St. Petersburg, Florida. It was timed to take advantage of a companion event held by  the University and sponsored by Progress Energy Florida that featured the highly regarded science journalist Robert Bazell of NBC News.   While  the conference  itself was  funded principally  by  the  Environmental  Protection Agency through this grant, this conference was undertaken  in partnership between the Univer‐sity  of  South  Florida  St.  Petersburg,  the  U.S. Geological  Survey  and  the  Florida Department of Environmental Protection's Rookery Bay Na‐tional Estuarine Research Reserve Coastal Train‐ing  Program.  The  complete  program  for  the conference  can  be  found  at  http:// www.scienceandthemedia.org/schedule.html. 

72  

The  conference  either  met  or  exceeded  the goals set forth  in the grant proposal.   The total attendance exceeded our ideal goal of 75.  Fifty‐nine of these were paying attendees (subject to the  conditions  of  prior  EPA  approval),  which enabled us to cover food costs, various inciden‐tals, and expand the size and scope of the con‐ference.  The  conference  built  strong  partner‐ships among collaborators, including USFSP, the USGS  and  the  Rookery  Bay National  Estuarine Research  Reserve.    Participant  evaluations  of the  conference  were  uniformly  positive  (see details below). Major by‐products of the confe‐rence  include  a  book‐in‐progress  about  com‐municating  science  to  the  public,  media,  and multi‐media materials  that will be used  to  en‐hance the conference Web site.  

The goals of the Conference were to:  

Assist  scientist and  journalists  to  communicate more effectively with one another and the pub‐lic.  

Provide tips and tools that will encourage colla‐borative  efforts  to  bridge  the  communication gaps between scientists and journalists.  

Facilitate the “presentation” of critical scientific information to the public and policy makers.  

Educate participants about predicted effects of global climate on Florida’s coastal environment by way of economic, fresh water, public health, and ecological impacts.  

This  conference was held  at  the  Poynter  Insti‐tute for media studies in St. Petersburg, Florida. The focus of this conference was to help scien‐tists  and  journalists  communicate more  effec‐tively with  each  other  and  therefore with  the public  and policy makers. The  “case  study” di‐alogue  that  the  conference  was  centered around  was  the  economic,  ecological  and  hu‐man health impacts of sea level rise in Florida.   

Participant Evaluation (below) 

The program had 59 registered attendees from the outside community.  35 attendees, or 59%, com‐pleted evaluations.  Below is a summary of the evaluations collected at the conclusion of the confe‐rence.  Each response box includes both the number of people who responded to that question and that number converted to a percentage, separated by a dotted line. 

 

A. General Information 

Survey Question 

For Profit 

Private Busi‐ness 

Gov’t Agency  Non‐Profit  Volunteer  Public Citizen  Other 

How would you charac‐terize your profession or professional affilia‐tion? 

           

           

73  

 

 

 

B.  Logistics: Please rank the following activities 

 

 

 

  Low    Medium    High 

Conference Brochures 

0  1  9  15  7 

0%  3%  28%  47%  22% 

Conference 0  0  6  12         17 

Survey Question 

For Profit 

Private Busi‐ness 

Gov’t Agency  Non‐Profit  Volunteer  Public Citizen  Other 

How would you charac‐terize your profession or professional affilia‐tion? 

           

           

Survey Question  Media  Scientist  Citizen  Student  Other 

 How would you charac‐terize your profession or professional affilia‐tion? 

1  1  0  5  0 

3%  3%  0%  14 %  0% 

Survey Question Local 

Gov’t 

State

Gov’t   

Federal

Gov’t Business  Non‐ Profit  Educator 

How would you charac‐terize your profession or professional affilia‐tion? 

6  5  4  2  6  5 

17%  14%  11%  6%  17%  14% 

  Low    Medium    High 

General Content 

0  0  5  19  11 

0%  0%  15%  54%  32% 

Speakers 

0  1  2  16  16 

0%  3%  6%  46%  46% 

74  

Format  0%  0%  17%  34%         49% 

Workshop Organization 

0  0  2 16  16

0%  0%  6% 47% 47%

Networking Collaboration 

0  3  5 12 14

0%  9%  15% 35% 41%

Comment on Logistics 

Excellent 

Need a table with my chair to write during lecture  

Very well put together and implemented 

Not as much discussion of sea level rise as I would like 

Excellent 

Very well organized‐ loved the conversation format 

Beautiful facility 

It was difficult to hear speaker in lunch area 

Well organized, good food, excellent facilities  

Format worked very well except last speaker and participants‐ recommend  

you outlaw power points and make this a discussion among panelists and audience, 

that is what worked 

Excellent conference logistics, ease of registration, good parking, great food! 

  

 

C. As a result of this workshop 

Survey Question  Yes No Unsure

Did you increase your understand of the communica‐tion challenges that exist between scientists and the media? 

32  2  1 

91%  6%  3% 

If yes, will you use your increased understand in your work? 

25  0  4 

87%  0%  13% 

If yes, How? Network from meeting

Work harder to make info simpler  

75  

Writing on climate change communications 

Better understanding of media’s goals and objectives 

Understand reporters’ perspectives and methodologies 

Be less afraid of calls from reporters 

How I approach impending employment in the environmentally bared field 

Will attempt to build stronger long‐term relationships 

To better my networking skills with journalists 

Be more specific in my writing 

Better understand of media needs 

Explain to scientific staff 

Will rethink issues like writing press releases; for example, their impor‐tance and their likelihood of generating interest, etc.  

Understanding difficulties  scientists have in communicating science in a way presentable by the media 

Facilitating media with right information 

Writing press releases 

My direction will shift to be more effective 

Be nicer to reporters‐try to tell science in a story 

The importance of “talking points” for every project 

Making contacts with media contacts 

During strategic planning 

Better preparation for them 

 

   Yes No Unsure

Did you increase knowledge or skills that will help you actively bridge the communication gap between scien‐tists and the media? 

26  0  8 

76%  0%  24% 

If yes, will you apply these new skills in your profession? 

21  2  6 

72%  7%  21% 

76  

If yes, How? 

Nice to hear tips on press releases (so many that journalists receive!) 

I am grass‐roots, and new so this helps firm‐ my whole direction 

Create a story to share scientific info 

Methods to ensure accuracy of info and obtaining info through mutual trust 

Helpful for Florida citizens for science= FCS 

Understand the needs of media reps 

Better communicate my research 

I hate a better understanding of pressures faced by journalists 

Will attempt to learn more about “their world” 

How I will interpret different forms of information: articles, newspaper peer‐reviewed, etc.  

Be mindful of journalist methods 

During interviews with local media 

Next time a reporter calls, I’ll ask questions of purpose and try to struc‐ture remarks 

Same as earlier 

Am mulling it over 

Survey Question  Yes No Unsure

Did you increase your knowledge about the impacts of sea level rise in Florida? 

21  12  1 

62%  35%  3% 

If yes, will you apply this new understanding in your profession? 

16 3 6 

64% 12% 24%

If yes, How? 

I am planning fuller stories

Understanding how humans may adapt 

Positive activism  

Be very clear about info given to media and create good quotes that get attention of general public 

Don’t know yet 

Strategic retreat 

Noted resources to review/ read 

77  

A clearer understanding

How to better implement the info to the public 

Economics 

Did you increase your knowledge of, and access to, resources relevant to your profession? 

19  11  4 

56%  32%  12% 

 

Were you exposed to diverse ideas, perspectives, points of view or unique opinions during this confe‐rence? 

 

32  0  2 

94%  0%  6% 

 

 

Will you integrate, reflect on, or repeat new perspec‐tives, points of view or differing ideas due to participa‐tion in this conference? 

32  0  1 

97%  0%   3% 

Do you have any suggestions for improving the effec‐tiveness of this conference? 

Keep it a conversation that engages the audience‐that worked well

Difficulty in preventing duplication of info presented 

More journalists next time 

It was a comfortable setting for discussion 

Better to stay on topic if possible (identified in topic of pairing) like the paired format with moderator  

Circulate a list of attendees with e‐mail address 

No‐ well done 

I would like to see more solutions addressed in the conference 

Include a wider range of media formats: television, radio and internet 

Maybe practical example of good and bad news coverage. We dis‐cussed anecdotes, which was good, but actual examples would be bet‐ter 

Have water in the room 

Keeping the sessions on point 

Increased diversity, more ecologists 

Better info for finding institute, parking, etc. 

Built in networking time, invite more journalists! Maybe provide con‐

78  

crete examples of good/bad science journalism 

Great job, very relevant 

Please keep this going, dialogue open 

Stay on topic‐moderators must do this better 

Do not lose the intimacy‐everyone in one room and participating in the same discussion result in‐sorry‐ synergy! 

What we can do/ tell people to do that will halt/reduce climate disrup‐tion 

This is one of the best conferences I have ever attended. Great Job! 

What was the most importance thing that you learned during this conference? 

Newspaper journalist who focus on science and/or environment are becoming extinct 

Hearing the lunch speaker, Craig Pitman and also Constanza 

Increased knowledge on the effects of climate change in Florida 

Need more options to expose science to community, media more re‐ceptive to pitch if personal contact 

Debate in 3rd conversation about role of PR in science coverage, and Constanza’s work 

Some great networking, communication and discussion focused on a local level 

Challenges from perspective of media 

“Journalist crave access” and do not like gatekeepers 

How important different points of view can be 

That more people are becoming conscious about the environmental challenges we face which is good because that is the field of my planned profession and I need to make money 

Scientists’ perspectives of their own work and place in the process 

There is a lot of undue resistance to the role of “gate keepers”, we need to work harder to make journalists more trusting to achieve bet‐ter more effective interactions 

Different perspectives and ways to communicate with public about scientific ideas 

More insight into habitat impacts of SLR 

The importance of communicating science to the public and the media 

The existing work available on Ecological Communities 

How to get an Ocean Policy for Florida 

79  

Economic value of natural assets

Scientists and journalists need to understand each of their methods to be able to communicate the information needed 

The difficulties for women in sciences expressed in a private conversa‐tion at lunch 

Met people 

There is a disconnection between science and media (journalist me‐thod). Scientific results are not black and white (i.e. sea level rise is result of complex interplay of factors). The media wants an anecdote, a quote, and a number for SLR, not a complex answer and a range of SLR values. 

Trash‐proof press releases 

It will take a disaster to wake us up and initiate the change we need from government, scientists, media and the people of the U.S.  

It gave me confidence to address this issue in public and with the me‐dia.  

  

Conference‐related projects 

This  project  has  resulted  in  several  additional benefits and opportunities.  

This CSPACE project has  led to the first  in a se‐ries of communication guides for scientists. The first guidebook, stemming for a conference ses‐sion of public health and global climate change, is Communication skills  for medical profession‐als: a guide to clear, concise and effective com‐munication. It is currently in press and expected to be published  in 2010. The second  in  the se‐ries will be Communication skills for scientists: a 

guide  to clear, concise and effective communi‐cation.  This book in now in progress.  

Videos  from  the  conference  have  now  been posted on the conference website: www. scien‐ceandthemedia.org. 

Publications:  

Walters, Mark Jerome. (In press) Communica‐tion skills for health professionals: a guidebook to clear, concise and effective communication. Walters and Worth. (2010)  

 

   

80  

Future Directions  

The primary funding for C‐SPACE and for the projects sponsored by the Center has been through EPA.  This funding ended on February 28, 2010.  C‐SPACE will continue with the sup‐port of the USF‐St. Petersburg administration, and Dr. Melanie Riedinger‐Whitmore and Dr. Mark Walters will continue in their role as co‐directors.  A portion of the university overhead generated by the two EPA grants for this center will become available to C‐SPACE in the coming months, and we will be using these monies to provide modest funding for a new round of pilot projects, and for maintenance of equipment purchased and/or used by C‐SPACE.  Several faculty researchers affiliated with C‐SPACE have acquired national or state funding to pursue research related to past C‐SPACE pilot projects, and we will be working proactively with re‐searchers pursuing external funding in the fu‐ture to bring their projects through the Center.  The directors and the dean of the College of Arts and Sciences, USF‐St. Petersburg, are pre‐sently exploring additional funding avenues to support the Center and its research missions. C‐SPACE membership has changed over the years, as faculty have left USF for other academic insti‐tutions, and some colleagues from federal and  

state agencies are no longer involved in projects initiated with C‐SPACE funding.  Early this year, the C‐SPACE Executive Committee and current C‐SPACE faculty will meet to determine new membership for the Executive Committee, to prioritize future areas of research and outreach, to discuss how to allocate overhead funds in support of C‐SPACE research, and to identify opportunities to secure additional grant fund‐ing.  We will identify new partnerships with lo‐cal, state and federal agencies within the Tampa Bay region and the state of Florida, and we will actively recruit USF‐St. Petersburg faculty from social sciences, business, and education for the Center to strengthen our policy and outreach missions.  Future scientific goals of the Center include creating models to help predict the im‐pacts of climate and environmental change in coastal areas, investigating persistent organic pollutants and heavy metals in coastal and freshwater environments, and evaluating the effectiveness of Total Maximum Daily Load lim‐its and minimum flow requirements in the state of Florida.  We will be focusing our public out‐reach on journalists who cover environment, water and climate‐related issues.  Lastly, we intend to work very closely with local, state, and federal regulatory agencies to incorporate their needs in our research projects and policy initia‐tives, so that the results of C‐SPACE projects can have the greatest application and benefit to the citizens of coastal urban areas.