Filtrační pás - Filter strip

Travní filtrační pás a zalesněný pobřežní nárazník sloužící k ochraně toku před znečištěním ze zdrojů mimo zemědělství

Filtrační proužky, označované také jako nárazníkové pásy, jsou malé plochy vegetační půdy na okraji pole, které se používají ke snížení kontaminace povrchových vod. Primárně se používají v zemědělství k řízení znečištění ze zdrojů, které nejsou bodové, lze je však také použít ke snížení sedimentů při odtoku dešťové vody ze stavenišť.[1] Existuje několik typů filtračních proužků, včetně vegetativních filtračních proužků, zalesněných pobřežních nárazníků a větrných nárazníků. V zemědělství jsou vysoce účinné při snižování koncentrace dusíku (N) a fosforu (P) v odtoku do povrchové vody[2][3] a jsou také účinné při snižování eroze sedimentů a odstraňování pesticidů.[4] To pomáhá předcházet eutrofizaci a souvisejícímu zabíjení ryb a ztrátě biologické rozmanitosti. Použití filtračních proužků je ve vyspělých zemích velmi běžné[5] a je v některých oblastech vyžadován zákonem.[6] Implementace a údržba filtračních proužků je levná a ukázalo se, že jejich použití je nákladově efektivní.[7]

Funkce

Filtrační proužky se primárně používají v zemědělství ke kontrole znečištění z jiných zdrojů. Fungují tak, že snižují rychlost vody a umožňují infiltraci půdy a odtoku a rozpuštěných anorganických molekul.[8] Vegetace poté tyto anorganické molekuly, zejména dusík a fosfor, absorbuje a snižuje jejich koncentrace v okolních povrchových vodách.

Filtrační proužky lze také použít jako lapače sedimentů ke snížení odtoku dešťové vody ze stavenišť.[1]

Dopad na životní prostředí

Eutrofizace v jezeře způsobená nemístním znečištěním ze zemědělství

Eutrofizace v jezeře způsobená nonpointovým znečištěním ze zemědělství Filtrační pásy se běžně používají k prevenci eutrofizace v povrchových vodách. Eutrofizace je rozšířený problém v řekách, jezerech, ústí řek a pobřežních oceánech, který je přímo způsoben nadměrným obohacováním dusíku a fosforu; jehož zdrojem je drtivá většina nesmyslného znečištění ze zemědělství.[9] Přebytek těchto živin vede k nekontrolovanému růstu rostlin a řas (a fytoplanktonu v prostředí slané vody). Při jejich rozkladu mikroorganismy je kyslík vyčerpán, což vede k hypoxie. To může vést k rybí zabití a hromadné úhyny jiné fauny, což vytváří stav výrazně snížené biologické rozmanitosti.

Dopad na lidské zdraví

Snížením koncentrace chemických hnojiv v povrchové vodě mají filtrační proužky pozitivní vliv na lidské zdraví. Přestože zvýšené koncentrace fosforu ve vodě nejsou pro člověka přímo toxické, představují dusičnany vážné riziko pro lidské zdraví.[9] Při vysokých koncentracích může požití dusičnanů vést k akutnímu stavu známému jako methemoglobinemie ve kterém je narušena kapacita kyslíku hemoglobinu.[10] Kojenci jsou obzvláště citliví, a proto se tato nemoc hovorově označuje jako „syndrom modrého dítěte“.

V oblastech, kde se lidé při výživě spoléhají na rybolov nebo na vodní hospodářství, může snížení populace ryb a měkkýšů vést k podvýživě a souvisejícím chorobám.

Typy

Vegetativní filtrační proužek

Vegetativní filtrační proužky jsou malé plochy vegetační půdy na okraji pole. Tento typ filtračního pásu je osázen vytrvalou trávou nebo luštěninami, které mají vysokou míru fixace dusíkem. Používá se několik druhů. Nejběžnější trávy jsou trávy, trávy a vysoké kostřavy. Typickými luštěninami jsou jetel a vojtěška.

Prairie filtrační proužek

Prairie filtrační proužky fungují stejným způsobem jako vegetativní filtrační proužky, jsou však osídleny místními prériemi. Používání prérijní trávy má některé výhody, zejména zvýšenou biologickou rozmanitost, na rozdíl od vegetativních filtračních pásů, a jejich vícevrstvé kořenové systémy a silné stonky je činí vhodnějšími pro nepříznivé počasí.[11]

Zalesněný pobřežní nárazník na Bear Creek v Story County v Iowě

Zalesněný pobřežní nárazník

Stejně jako prérijní filtrační proužky jsou zalesněné nárazníkové nárazníky filtrační proužky, které nejsou vysazeny, ale jsou naopak osídleny původními stromy a jinou flórou. Jsou schopni lépe podporovat místní suchozemskou faunu. Na rozdíl od nerušené půdy podporují pobřežní nárazníky podstatně větší počet druhů ptáků a členovců. Nejsou však schopny podporovat tak velké množství druhů jako nenarušená země.[12]

Větrný nárazník

Větrné nárazníky (označované také jako větrolamy) jsou řady vysazených stromů nebo keřů, které se používají k prevenci eroze půdy na polích. Kromě toho mohou být použity k zabránění unášení sněhu na vozovky a ke snížení hluku podél dálnic.[13]

Účinnost

Filtrační proužky jsou vysoce účinné při snižování koncentrace dusíku (N) a fosforu (P) v odtoku do povrchové vody.[2] Zhou a kol. (2014) zjistili, že prérijní filtrační proužky snížily koncentraci dusičnanů, celkového dusíku a celkového fosforu v odtoku o 35%, 73% a 82%. Abu-Zreig, Majed a kol. (2003) zjistili, že vegetativní filtrační proužky byly účinné při snižování koncentrace fosforu, přičemž výsledky se pohybovaly od 61% do 89% pro 2m široké filtrační proužky a 15m široké filtrační proužky.[3] To znamená, že filtrační proužky jsou účinné i při malých šířkách.

Ukázalo se také, že filtrační proužky jsou velmi účinné při zachycování sedimentů. Studie odstraňování sedimentů zjistila, že prérijní filtrační proužky měly po dobu 4 let účinnost zachycení 96% sedimentů.[4] Stejně jako při redukci dusíku a fosforu se účinnost zachycování sedimentu filtračního pásu liší podle řady faktorů, včetně podpovrchových podmínek, povrchových podmínek a charakteristik sedimentu.[14]

Prevalence

Použití filtračních proužků je ve vyspělém světě velmi běžné.[5] Jejich použití je v některých oblastech stanoveno zákonem. Například Minnesota vyžaduje, aby zemědělci instalovali filtrační pás podél všech veřejných vodních a odvodňovacích příkopů.[6]

Náklady

Hlavními náklady spojenými s filtračními proužky je pokles výnosu v důsledku ztráty obdělatelné půdy.[15] Další náklady jsou náklady spojené s vytvořením, výsadbou a údržbou filtračního pásu. Bylo zjištěno, že roční soukromé náklady na údržbu dvou filtračních proužků na povodí Missouri činily 62,40 USD / ac (4046,86 mil.2),[7] i když cena se liší podle lokality v důsledku různých hodnot pozemků.

Viz také

Reference

  1. ^ A b „Vegetativní filtrační proužky - Minnesota Stormwater Manual“. bouřková voda.pca.state.mn.us. Citováno 2017-12-02.
  2. ^ A b Zhou, X .; Helmers, M. J .; Asbjornsen, H .; Kolka, R .; Tomer, M. D .; Cruse, R. M. (01.01.2014). „Odstranění živin pomocí prérijních filtračních pásů v zemědělské krajině“. Věstník ochrany půdy a vody. 69 (1): 54–64. doi:10,2489 / jswc.69.1.54. ISSN  0022-4561. S2CID  130358513.
  3. ^ A b Abu-Zreig, Majed a kol. "Odstranění fosforu ve vegetačních filtračních pásech." Journal of Environmental Quality, roč. 32, č. 2, 2003, s. 613–19, doi: 10,2134 / jeq2003.6130.
  4. ^ A b Helmers, Matthew J .; Zhou, Xiaobo; Asbjornsen, Heidi; Kolka, Randy; Tomer, Mark D .; Cruse, Richard M. (01.09.2012). „Odstranění sedimentu prahovými filtračními proužky v efemérních povodích s oříznutými řádky“. Journal of Quality Quality. 41 (5): 1531–9. doi:10.2134 / jeq2011.0473. ISSN  0047-2425. PMID  23099945.
  5. ^ A b Choi, Kyung-Sook; Lee, Seul-Gi; Jang, Jeong-Ryeol (01.12.2016). „Aplikace vegetativních filtrů (Vfs) pro odtok a správu znečištění v korejské oblasti Saemangeum“. Zavlažování a odvodnění. 65: 168–174. doi:10.1002 / ird.2043. ISSN  1531-0361.
  6. ^ A b „Nové státní financování pomůže vlastníkům půdy instalovat nárazníkové pásy podél vod Minnesoty“. Města dvojčete. 2017-07-12. Citováno 2017-12-02.
  7. ^ A b Qiu, Z. (2003). „Strategie založená na VSA pro umisťování ochranných nárazníků do povodí v zemědělství“. Management životního prostředí. 32: 299–311.
  8. ^ "Filtrační pás | RCD z Monterey County". Resource Conservation District of Monterey County. Citováno 2017-11-30.
  9. ^ A b Carpenter, S. R .; Caraco, N.F .; Correll, D. L .; Howarth, R. W .; Sharpley, A. N .; Smith, V. H. (1998-08-01). "Znečištění povrchových vod bez fosforu a dusíku". Ekologické aplikace. 8 (3): 559–568. doi:10.1890 / 1051-0761 (1998) 008 [0559: nposww] 2.0.co; 2. hdl:1808/16724. ISSN  1939-5582.
  10. ^ Ward, Mary H .; deKok, Theo M .; Levallois, Patrick; Brender, Jean; Gulis, Gabriel; Nolan, Bernard T .; VanDerslice, James (listopad 2005). „Zpráva pracovní skupiny: Dusičnan pitné vody a zdraví - nejnovější poznatky a výzkumné potřeby“. Perspektivy zdraví a životního prostředí. 113 (11): 1607–1614. doi:10,1289 / ehp.8043. ISSN  0091-6765. PMC  1310926. PMID  16263519.
  11. ^ "Ekologie a řízení přírodních zdrojů". www.nrem.iastate.edu. Citováno 2017-12-02.
  12. ^ Marczak, Laurie B. a kol. Jsou zalesněné nárazníky účinnou strategií ochrany pro pobřežní faunu? Posouzení pomocí metaanalýzy Publikováno: Wiley Stable URL: https://www.jstor.org/stable/27797793 REFERENCE Pro tento článek jsou k dispozici odkazy JSTOR: Jo. Sv. 20, č. 1, 2016, s. 126–34.
  13. ^ "Větrolamy". nac.unl.edu. Citováno 2017-12-02.
  14. ^ Osman Akan A .; Atabay Serter (01.03.2017). "Účinnost odlučovače sedimentů u vegetativních filtračních pásů". Journal of Hydrologic Engineering. 22 (3): 06016018. doi:10.1061 / (asce) he.1943-5584.0001469.
  15. ^ Helmers, Matthew J. a kol. "Nárazníky a vegetativní filtrační proužky." Seminář týkající se hypoxie v Perském zálivu a místních problémů s kvalitou vody 26. – 28. Září 2005, Ames, IA, 2006, s. 1. 17, https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/2006_8_24_msbasin_symposia_ia_session4-2.pdf.