Odvodnění dlaždic - Tile drainage

v zemědělství, odvodnění dlaždic je typ odvodňovací systém který odstraňuje přebytečnou vodu z půda pod jeho povrchem. Zatímco zavlažování Jedná se o postup dodávání další vody do půdy, když je přirozeně příliš suchá, odtok snižuje vlhkost v půdě a tím zvyšuje množství vzduchu v jejích pórech, aby se zlepšily podmínky pro optimální růst plodin. Zatímco povrchová voda lze odvodnit čerpáním, otevřenými příkopy nebo oběma způsoby, odvodnění dlaždic je často nejrozumnějším postupem pro vypouštění podpovrchové vody.

Fráze „odvodnění dlaždic“ pochází z původního složení z dlaždice vystřelil jíl, i. E., keramický, které byly podobné jako terakota trubky, ale ne vždy tvarované jako trubky. V 19. století byla kanálová dlaždice ve tvaru písmene „C“ běžně umístěna jako oblouk na vrchní straně ploché dlaždice, označované jako „hrnek“ a „podešev“. Dnes je odvodnění dlaždic jakoukoli variantou tohoto původního systému, který funguje ve stejném režimu. Běžně HDPE a PVC hadice je však použita denominovaná „dlaždice“ prefabrikovaný beton a keramický dlaždice se stále používají.

Přebytek podpovrchové vody je pro zemědělství kontraproduktivní, protože vyplňuje póry vody půda a evakuuje vzduch, který obsahují. Kořeny rostlin vyžadují k životu a růstu kvantum vzduchu, a proto přebytečná podpovrchová voda brzdí jejich růst, a pokud je na dostatečně dlouhou dobu zbavuje vzduchu, způsobuje jejich hnilobu a smrt. Takové poškození kořenů plodin inhibuje nebo zabíjí růst plodin nad zemí. Navíc, i když je vyloučeno poškození kořenů plodin, dalším zásadním důvodem pro odvodnění je to, že přebytek vody může omezit přístup na půdu, zejména těžkými stroji: vozidla a přívěsy se ponoří a roztrhnou mokrou půdu a mohou se zaseknout to. Přístup na pole je zásadní, protože většina moderního zemědělství závisí na použití těžkých strojů k kultivaci seťového lůžka; zasadit plodinu; kultivovat půdu po výsadbě; aplikovat hnojiva, herbicidy, pesticidy atd.; a sklizeň.

Zvýšené výnosy plodin

Většina plodin vyžaduje specifické podmínky půdní vlhkosti a nerostou dobře ve vlhké, bahnité půdě. I v půdě, která není bahnitá, kořeny většiny rostlin nerostou mnohem hlouběji než spodní hladina. Na začátku vegetačního období, kdy je vody dostatek, jsou rostliny malé a nevyžadují tolik vody. Během této doby nemusí rostliny vyvíjet své kořeny, aby se dostaly k vodě. Jak rostliny rostou a používají více vody, voda se stává vzácnějším. Během této doby vodní stůl začíná padat. Rostliny pak musí vyvinout kořeny, aby se dostaly do vody. Během období sucha může hladina podzemní vody klesat rychleji, než je rychlost, při které rostliny dorůstají do kořenů, aby ji dosáhly, což může tyto rostliny rostliny vážně stresovat.

Instalací drenáže dlaždic se podzemní voda účinně snižuje a rostliny mohou správně rozvíjet své kořeny. Nedostatek nasycení půdy vodou umožňuje, aby kyslík zůstal v pórech půda pro použití kořeny. Odtoková taška zabraňuje tomu, aby byly kořeny ve vlhkém období pod hladinou podzemní vody, což může rostliny stresovat. Odstraněním přebytečné vody plodiny efektivněji využívají vodu, ke které mají jejich kořeny. Zvýšení výnosu plodiny lze shrnout tak, že nutí rostliny vyvíjet více kořenů, aby mohly absorbovat více živin a vody.

Stejný princip funguje v květináčích pokojových rostlin: jejich drenážní otvory ve spodní části odvádějí přebytečnou vodu z média, takže vzduch může vyplnit póry média a být k dispozici kořenům, které, pokud jsou zbaveny vzduchu nasycením médium s vodou po dostatečně dlouhou dobu, zhnije a zemře. Instalace odvodnění dlaždic do pole ve vzoru mřížky dosáhne stejného efektu pro pole několika stovek akrů.

Instalatérství odtokové dlaždice

Vlnitá drenážní trubka z polyethylenu, Ida Township, Michigan

V systému odvodnění obkladů a dlažeb je pod povrchem zemědělských polí instalováno jakési „instalatérství“, které účinně sestává ze sítě podzemních trubek, které umožňují, aby se podpovrchová voda pohybovala z prostoru mezi půdními částicemi a do potrubí. Voda protékající dlaždicemi se často nakonec ukládá do bodů povrchové vody - jezer, potoků a řek - umístěných v nižší nadmořské výšce než zdroj. Voda vstupuje do linie dlaždic buď mezerami mezi sekcemi dlaždic, v případě starších návrhů dlaždic, nebo malými perforacemi v moderních plastových dlaždicích.[1] Instalace dlaždic nebo linie dlaždic může zahrnovat a příkop (Ditch Witch ), a krtek pluh, a rypadlo nakladač, nebo jiný těžká výbava.

Typ půdy výrazně ovlivňuje účinnost kachlových systémů a určuje, do jaké míry musí být plocha obložena, aby byla zajištěna dostatečná drenáž. Pískovité půdy budou potřebovat jen malé, pokud vůbec nějaké, dodatečné odvodnění, zatímco půdy s vysokým obsahem jílu udrží vodu těsnější, což vyžaduje, aby byly dlaždice umístěny blíže k sobě.

Údržba

Kořeny stromů živý plot a větrolam stromy jsou přirozeně přitahovány k příznivým podmínkám zalévání, které poskytují dlaždice nebo linie dlaždic sousedních polí. Hydrotropismus hraje roli jako kořenové chloupky na dynamicky sondujících špičkách kořenů stromů reagují odlišně na vlhčí štěrbiny oproti suchým, směňují se hormonální zprávy se zbytkem stromu, které je povzbuzují, aby se soustředily na postup do takových příznivých výklenků. V perforacích odtokových potrubí dlaždic, stejně jako v prasklinách nebo rezivění vodní potrubí a kanalizační potrubí pod městskými ulicemi najdou tyto kořeny ideální kombinaci vstupu pro vstup a velkého množství vody za ním. Výsledkem je, že v kterémkoli z těchto potrubních systémů někdy dochází k zablokování a je nutné je odstranit hadí, rotační fréza hadí, vyberte kopání a tahání a podobné metody. V některých regionech musí zemědělci neustále udržovat odvodňovací potrubí dlaždic, aby zůstaly otevřené a správně fungovaly, přičemž alespoň jednou bude každý rok vyčištěno v jedné nebo jiné části systému.[2]:304–305

Historie odvodnění dlaždic

Hrnek a podešve
Staré odtokové dlaždice vykopané ze staveniště na farmě v Monmouth County, NJ
Vypusťte dlaždice ze země ze stejného místa

Staří římští autoři Cato starší a Plinius starší popsal odvodňovací systémy dlaždic v roce 200 před naším letopočtem a v prvním století našeho letopočtu. Podle Johnston Farm,[3] dlaždice odvodnění byl poprvé představen na Spojené státy v roce 1838, kdy John Johnston použil tuto praxi u svého rodáka Skotsko na své nové farmě v Seneca County, New York. Johnston položil 72 mil (116 km) hliněné dlaždice na 320 akrů (1,3 km)2). Toto úsilí zvýšilo jeho výnos z pšenice z 12 bušlů na akr na 60. Johnston, „otec odvodnění dlaždic v Americe“,[4] se po celý svůj život nadále zasazoval o odvodnění dlaždic a svůj zemědělský úspěch přisuzoval formuli „D, C a D“, tj. e., hnůj, úvěr a odvodnění.[5]

Rozšíření odvodňovacích systémů bylo důležitým technickým aspektem Expanze na západ v Spojené státy v 19. století. Ačkoli přistát v Spojené státy byla rozdělena podle Veřejný systém zeměměřičství že Pozemkové nařízení z roku 1785 zaveden, rozvoj, zejména zemědělské půdy, byl často omezen rychlostí, s jakou se stal kultivovatelným. Například i když Iowo byl přijat jako stát USA v roce 1846, mapy, které zobrazovaly vlastnictví půdy, ukazovaly na podprůměrnou hustotu obyvatelstva v severozápadní oblasti Iowy až v 70. letech 19. století, což je roh státu, který je stále známý svou vysoká hladina podzemní vody a četná jezera a mokřady.

Západní státy měly podobná omezení jako intenzifikace zemědělství. Mnoho států nabídlo vládní pobídky ke zlepšení půdy pro zemědělství. Například právní předpisy v Indiana v roce 1850 podnítil federální zákon, který stanovil prodej bažin se slevou zemědělcům podmíněným jejich odvodňováním půdy a jejím zlepšením pro zemědělskou produktivitu. Aby se toto zlepšení usnadnilo, zavedla většina států vládní agentury, aby regulovaly instalaci odvodnění dlaždic. I v současnosti místní volby ve venkovských státech často zahrnují volby členů odvodňovacích dozorčích rad; E. např. v Michigan komisař hrabství Drain zůstává populárně zvolen.

V desetiletích po americká občanská válka odvodňovací systémy byly rychle rozšířeny. Například historická literatura z Ohio[6] zaznamenává, že v roce 1882 se počet odvedených akrů rovnal přibližně rozloze půdy odčerpané ve všech předchozích letech. Ve třicátých letech 20. století Civilní ochranářský sbor rozšířil odvodňovací systémy dlaždic v celém Středozápad, z nichž většina se stále používá.

Pokroky v drenážní technologii

Až do druhé světové války zůstala technologie pokládání dlaždic podobná metodám, které se poprvé používaly v roce 1838. Ačkoli původní části z hliněných dlaždic později nahradily cementové profily, stroje se používaly k vykopávání zákopů pro obkladové linie, proces zůstal docela pracný - intenzivní a omezené na specializované dodavatele.

Zavedení plastových dlaždic pomohlo snížit jak náklady na instalaci dlaždic, tak i množství vynaložené práce. Namísto toho, aby jednotlivé části cementových dlaždic začaly do výkopu, museli instalatéři dlaždic pouze rozbalit souvislou část lehké a flexibilní řady dlaždic. Na konci dvacátého století, kdy se na amerických farmách staly běžnější velké traktory s pohonem všech kol, se na trhu objevily kachlové nářadí. Díky zlevnění pokládky dlaždic a umožnění její realizace podle harmonogramu vlastníka půdy jsou zemědělci schopni odvodnit lokalizovaná mokrá místa, která nemusí vytvářet dostatečný problém, aby si zasloužily nákladnější operace. Tímto způsobem si mohou zemědělci užívat zvýšení výnosu plodin a zároveň ušetřit na kapitálových nákladech na instalaci dlaždic. Snad nejužitečnějším nástrojem v historii odvodnění bylo James B. Hill je Buckeye Traction Ditcher, který rekordním tempem pokládal drenážní dlaždice. Hillův příkopový stroj vypustil Velká černá bažina v Ohiu, rozsáhlé úseky Louisiany a bažiny na Floridě.

Sociální a ekologické dopady odvodnění dlaždic

Ekologicky mělo rozšíření odvodňovacích systémů obrovské negativní účinky. Stovky tisíc mokřadních druhů zaznamenaly výrazný pokles populace, protože jejich stanoviště bylo stále více rozdrobeno a zničeno. Ačkoli lov na trhu v rámci EU Centrální Flyway byl faktorem přispívajícím k poklesu počtu mnoha druhů vodního ptactva v prvních desetiletích dvacátého století, ztrátě stanoviště pro rozmnožování zemědělská expanze je určitě nejvýznamnější. Rané mapy středozápadních států zobrazují mnoho jezer a močálů, které dnes buď neexistují, nebo jsou výrazně omezené. Kanalizace, související proces soustředění a usnadnění toku vody ze zemědělských oblastí, také přispěl k této degradaci.[Citace je zapotřebí ]

Odvodnění dlaždic a odpovídající změny krajiny - odvodnění mokřadů, mokrých půd a kanalizace toků - přispěly k erozivnějším řekám.[7] Tato reakce řek způsobená odtokem je výsledkem zkrácení doby zdržení vody v krajině. Například srážky se dříve zadržovaly v mokřadech a na / na povrchu půdy, nepřetržitě se odpařovaly nebo se používaly transpirací rostlin. Voda by pomalu odtékala krajinou a nakonec odtékala do řek. Proces odvodnění dlaždic, který se používá k rychlému a efektivnímu sušení půdy, vede k efektivnímu přenosu vody do řeky - tak efektivní, že do řek je dodáváno větší množství vody.[Citace je zapotřebí ] Účinkem vyšších objemů vody je více energie ve vodě - dynamický rovnovážný stav, ve kterém řeky existovaly po staletí (pomalu se měnící tvar a nepřetržitě transportující omezený sediment) byl a v současné době je nevyvážený. Výsledkem této ztráty rovnováhy je extrémní množství eroze břehu, která vede k nadměrnému zatížení sedimentů a kritickým dopadům na přírodní prostředí a říční stanoviště.[Citace je zapotřebí ]

Drenážní dlaždice někdy snižuje erozi půdy a odtok některých živin, včetně fosforu.[8] Fosfor je důležitá živina, kterou je třeba kontrolovat, protože je omezující živinou ve většině vodních ekosystémů. Fosfor je tedy hlavním viníkem eutrofizace povrchových vod; jiná omezující živina, dusík, však způsobuje značné škody na vodách. Například dusík se podílí na hypoxii zálivu. Drenážní dlaždice někdy zvyšuje kvalitu vody, protože voda teče do země a pak na dlaždici, místo aby stékala z pole do příkopu a nesla s sebou půdu a živiny. Půda má šanci filtrovat vodu, než vstoupí do potoků a řek. Avšak obcházením vylepšení povrchu, jako je konzervace půdy nebo pobřežní nárazníky, může odvodnění dlaždic také způsobit problémy s kvalitou vody [9] a odtok z odtoku dlaždic má tendenci být extrémně vysoký v dusíku. Některé odvodnění dlaždic navíc někdy obsahuje velmi vysoké hladiny jiných chemikálií. Vzhledem k tomu, že povrchové formy ochranářského zemědělství jsou v systémech odvodňovaných z dlaždic méně účinné, mohou být účinnější i jiné postupy, jako je řízené odvodnění nebo vybudované mokřady.[9] Ve velmi plochých oblastech, kde přirozená topografie neposkytuje gradient potřebný pro tok vody, lze kopat „zemědělské vrty“, aby byl zajištěn dostatečný odtok dlaždic. V těchto případech se jedná o spodní vodu, která je znečištěna nefiltrovaným výdejem dlaždic.

Intenzivní chovy hospodářských zvířat (ILO) /koncentrované krmení zvířat (CAFO) vedly k výzvám při likvidaci odpadních vod hospodářských zvířat. Odpadní voda z hospodářských zvířat obsahuje cenné živiny, ale nesprávné použití těchto materiálů může vést k vážným ekologickým problémům, jako je zatížení živinami. Vstřikování odpadní vody přímo do země je jednou z metod, kterou používají aplikátory hnoje ke zlepšení absorpce živin. Drenážní dlaždice mohou zvýšit prosakování vstřikovaného hnoje do povrchových vodních cest ze vstřikování hnoje, protože tekutý hnoj prosakuje půdou a poté odteče z pole a do vodních cest pomocí drenážních dlaždic.[Citace je zapotřebí ]

Dnes řada státních a federálních iniciativ slouží ke zvrácení úbytku stanovišť. Mnoho programů povzbuzuje a dokonce vyplácí zemědělcům přerušení odtoku lokalizovaných mokrých děr na jejich pozemku, často přerušením příjmu dlaždic nebo úplným odstraněním dlaždic. Vlastníci půdy jsou často částečně nebo plně odškodněni za ztrátu schopnosti pěstovat plodiny na této půdě. Tyto programy a spolupráce vlastníků půdy v celé zemi měly významné pozitivní účinky na populace nejrůznějších druhů vodního ptactva.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ Americká agentura pro ochranu životního prostředí Zemědělství 101 - Odvodnění
  2. ^ Rhodes, Richarde (1989). Farma: Rok v životě amerického farmáře. New York: Simon & Schuster. ISBN  0-671-63647-2.
  3. ^ Johnson Farm
  4. ^ Jones, E. R. Poznámky k odvodnění: Učebna, pole a laboratorní cvičení pro studenty odvodňování. Madison, Wisconsin: demokrat, 1908. Strana 95.
  5. ^ Ahoj, Donald L. a Nancy S. Philippi. Případ pro obnovu mokřadů. New York, New York: Wiley, 1999. Strana 31.
  6. ^ [1]
  7. ^ „Schottler a kol. Hydrologické procesy: Odtoky ze zemědělství ve dvacátém století vytvářejí erozivnější řeky“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2014-07-14. Citováno 2014-01-09.
  8. ^ „Publikace o zemědělském odtoku: Problémy a odpovědi“. Archivovány od originál dne 05.01.2013. Citováno 2014-01-09.
  9. ^ A b Lemke a kol. Vyhodnocení osvědčených postupů v oblasti zemědělství v dílčích povodích řeky Mackinaw, Illinois, vyčerpaných dlaždicemi