Весна в сердце Америки часто бывает влажной. Это делает его почву слишком мягкой для посадки. Одним из решений этой проблемы является дренаж плитки. Земледельцы устанавливают под своими полями серию труб (дренажных плиток), по которым вода из почвы отводится в близлежащие ручьи и озера.
Многие из существующих плиточных трапов были установлены более 50 лет назад и помогли повысить урожайность. Фермеры смогли раньше попасть на свои поля, чтобы сажать, не уплотняя почву. Их вегетационный период был продлен на несколько недель, что может значительно увеличить урожай.
Однако в конце 1980-х обнаружилась новая проблема: нитраты с месторождений Среднего Запада попадали в Мексиканский залив. Он путешествовал по пути, который начинался у водостоков, затем в ручьях, вниз по реке Миссисипи и в залив. Хотя удаление стоков могло бы решить эту проблему, производители не смогли бы производить такое же количество еды.
Ученые начали разрабатывать методы работы на краю поля, чтобы производители могли сохранить ранние посадки, обеспечиваемые черепичными стоками, одновременно защищая близлежащие ручьи и Мексиканский залив от загрязнения нитратами.
Одним из таких ученых является Том Изенхарт, агроном и профессор Университета штата Айова. В 2013 году Изенхарт и его коллеги опубликовали данные о способности насыщенных водой полос натурализованной земли вблизи ручьев удалять нитраты из дренажных вод. Были хорошие новости. «Первоначальное исследование насыщенных прибрежных буферов было многообещающим», - говорит Изенхарт.«И это побудило Министерство сельского хозяйства США разработать стандарт сохранения для этой практики».
Была большая разница в буферных полосах, изученных этой командой. Водостоки, как правило, проходят под типичными буферными полосами на Среднем Западе. Эта команда снова соединила поток воды с почвой. «Обычные прибрежные буферы в покрытых плиткой осушенных ландшафтах не удаляют много нитратов, потому что поток воды не проходит через почву», - говорит Айзенхарт..
Вода, которая стекает вниз и проходит через почву до того, как она достигает источника воды, очищается естественными процессами. Установка плиточных трапов направляет воду прямо к ручью, вырезая буфер. Эта вода не выигрывает от способности буфера биологически удалять нитраты.
Команда решила отвести часть водного потока в виде неглубоких грунтовых вод в буферной зоне. «Мы выкопали выход плитки в буферной полосе, - говорит Изенхарт. «Затем мы установили блок управления с отводами, присоединенными к новой перфорированной трубе, которая служит распределительной трубой. Мы также создали систему, позволяющую регулировать уровень воды. Это обеспечивает сток воды с сельскохозяйственных полей в почву буферной полосы. Еще одним преимуществом этой системы является то, что после ее установки фермеру не нужно активно управлять этими системами».
Изенхарт и его команда смогли расширить исследование насыщенных прибрежных буферов еще на пять участков в Айове. «Эти дополнительные исследования были необходимы для подтверждения первоначальных результатов в нашем первом исследовательском центре», - говорит Айзенхарт. Они также определили эффективность насыщенных прибрежных буферных полос в других местах. В этих разных местах были разные почвы и ландшафты - важная информация для производителей. Кроме того, исследование было растянуто на несколько лет. Это дало исследователям данные о буферах при различных погодных условиях, особенно при различных осадках.
Другие ученые работают над другими решениями по снижению уровня нитратов на полях, осушенных плиткой. Изенхарт и его команда рассчитали затраты на удаление нитратов для различных систем удаления нитратов. Стоимость фунта нитрата, удаленного для насыщенных прибрежных буферов, составляла 1,33 доллара (или 2,94 доллара за килограмм) при сроке службы 40 лет. Биореакторы для денитрификации древесной щепы имеют срок службы около 10 лет (до замены древесной щепы) и стоят 0,95 доллара за фунт (или за килограмм, 2,10 доллара) удаленного азота.
«Насыщенные прибрежные буферные полосы сравнительно проще, дешевле и быстрее в установке, чем многие системы», - говорит Изенхарт. «Но они не подходят для всех сельскохозяйственных полей. Для их правильного функционирования требуются определенные характеристики почвы и ландшафта. Это может ограничивать их использование в определенных типах водоразделов».
Повторно соединяя поток воды через почву, насыщенные прибрежные буферные полосы используют естественную очищающую способность почвы. Когда полевые условия подходят для их установки, они являются эффективным инструментом для снижения содержания нитратов в близлежащих ручьях и озерах, позволяя производителям продолжать использовать плиточные дренажи.