Полоса фильтра - Filter strip

Травяная фильтрующая полоса и лесной прибрежный буфер, используемые для защиты ручья от сельскохозяйственного загрязнения из неточечных источников

Полосы фильтра, также называемые буферными полосами, представляют собой небольшие участки на краю поля, покрытые растительностью, которые используются для уменьшения загрязнения поверхностных вод. Они в основном используются в сельском хозяйстве для контроля загрязнения из неточечных источников, однако они также могут использоваться для уменьшения наносов в ливневых стоках со строительных площадок.[1] Существует несколько типов фильтрующих лент, включая растительные фильтрующие ленты, прибрежные леса и буферы для ветра. В сельском хозяйстве они очень эффективны в снижении концентрации азота (N) и фосфора (P) в стоках в поверхностные воды.[2][3] и также эффективны для уменьшения эрозии отложений и удаления пестицидов.[4] Это помогает предотвратить эвтрофикацию и связанный с этим вылов рыбы и потерю биоразнообразия. Использование фильтрующих лент очень распространено в развитых странах.[5] и требуется по закону в некоторых областях.[6] Установка и обслуживание фильтрующих полос недороги, а их использование оказалось рентабельным.[7]

Функции

Полосы фильтра в основном используются в сельском хозяйстве для контроля загрязнения из неточечных источников. Они работают, уменьшая скорость воды, позволяя стокам и растворенным неорганическим молекулам проникать в почву.[8] Затем растительность поглощает эти неорганические молекулы, особенно азот и фосфор, снижая их концентрацию в близлежащих поверхностных водах.

Полосы фильтра также могут использоваться в качестве уловителей осадка для уменьшения отложений в ливневых стоках со строительных площадок.[1]

Влияние на окружающую среду

Эвтрофикация озера, вызванная неточечным загрязнением от сельского хозяйства

Эвтрофикация в озере, вызванная неточечным загрязнением от сельского хозяйства. Обычно для предотвращения загрязнения используются полосы фильтра. эвтрофикация в поверхностных водах. Эвтрофикация - широко распространенная проблема в реках, озерах, эстуариях и прибрежных океанах, непосредственно вызванная чрезмерным обогащением азотом и фосфором; источником которых является преимущественно неточечное загрязнение от сельского хозяйства.[9] Избыток этих питательных веществ приводит к неконтролируемому росту растений и водорослей (и фитопланктона в морской среде). Поскольку они разлагаются микроорганизмами, кислород истощается, что приводит к гипоксия. Это может привести к рыбалка и массовая гибель другой фауны, в результате чего биологическое разнообразие резко сократилось.

Влияние на здоровье человека

Снижая концентрацию химических удобрений в поверхностных водах, фильтрующие ленты положительно влияют на здоровье человека. Хотя повышенные концентрации фосфора в воде не токсичны для человека напрямую, нитраты представляют серьезную опасность для здоровья человека.[9] В высоких концентрациях прием нитратов может вызвать острое состояние, известное как метгемоглобинемия при котором кислородная способность гемоглобина нарушена.[10] Особенно восприимчивы младенцы, поэтому болезнь в просторечии называется «синдромом синего ребенка».

В районах, где люди полагаются на рыболовство или аквафарм для получения пищи, сокращение популяций рыбы и моллюсков может привести к недоеданию и связанным с ним заболеваниям.

Типы

Вегетативная фильтрующая полоса

Полосы растительного фильтра - это небольшие участки земли, засаженной растительностью, на краю поля. Этот тип фильтрующей ленты засаживают многолетними травами или бобовыми, которые имеют высокую степень азотфиксации. Используются несколько видов. Наиболее распространенными злаками являются просо, фруктовый сад и овсяница высокорослая. Типичные бобовые культуры - клевер и люцерна.

Полоса фильтра Prairie

Полосы фильтра прерий действуют так же, как полоски фильтра растительности, однако они населены местными травами прерий. Использование луговых трав имеет некоторые преимущества, особенно увеличение биоразнообразия, по сравнению с вегетативными фильтрующими полосами, а их многослойная корневая система и сильные стебли делают их более приспособленными для неблагоприятных погодных условий.[11]

Лесной прибрежный буфер на берегу реки Беар-Крик в округе Стори, штат Айова.

Лесной прибрежный буфер

Подобно фильтрующим полосам в прериях, прибрежные леса - это фильтрующие полосы, которые не засажены, а населены местными деревьями и другой флорой. Они лучше способны поддерживать местную наземную фауну. В отличие от нетронутой земли, прибрежные буферные зоны поддерживают значительно большее количество видов птиц и членистоногих. Однако они не в состоянии поддерживать такое большое количество видов, как нетронутая земля.[12]

Буфер ветра

Буферы ветра (также называемые ветрозащитными полосами) представляют собой ряды посаженных деревьев или кустарников, которые используются для предотвращения эрозии почвы на полях. Кроме того, их можно использовать для предотвращения заноса снега на проезжую часть и снижения шума на автомагистралях.[13]

Эффективность

Полосы фильтра очень эффективны в снижении концентрации азота (N) и фосфора (P) в стоках в поверхностные воды.[2] Чжоу и др. (2014) обнаружили, что полоски фильтра прерий снижают концентрацию нитратов, общего азота и общего фосфора в стоке на 35%, 73% и 82% соответственно. Абу-Зрейг, Маджед и др. (2003) обнаружили, что полоски фильтра с растительностью были эффективны в снижении концентрации фосфора, с результатами в диапазоне от 61% до 89% для полос фильтров шириной 2 м и полос фильтров шириной 15 м соответственно.[3] Это означает, что полоски фильтра эффективны даже при небольшой ширине.

Полосы фильтра также оказались очень эффективными для улавливания отложений. Исследование по удалению отложений показало, что фильтрующие полосы прерий имеют эффективность улавливания отложений 96% за 4-летний период.[4] Как и в случае восстановления азота и фосфора, эффективность улавливания отложений полосой фильтра зависит от ряда факторов, включая подземные условия, состояние поверхности и характеристики отложений.[14]

Распространенность

Использование фильтрующих лент очень распространено во всем развитом мире.[5] Их использование в некоторых сферах предусмотрено законом. Миннесота, например, требует, чтобы фермеры установили полосу фильтра вдоль всех общественных водоемов и дренажных канав.[6]

Расходы

Основная стоимость фильтрующих лент - снижение урожайности из-за потери пахотных земель.[15] Другие затраты связаны с созданием, посадкой и обслуживанием фильтрующей ленты. Ежегодные частные затраты на обслуживание двух фильтрующих полос на водоразделе Миссури составили 62,40 долл. США на акр. (4046,86 млн.2),[7] хотя стоимость варьируется в зависимости от местоположения из-за разной стоимости земли.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б «Растительные фильтрующие полосы - руководство по ливневым водам Миннесоты». stormwater.pca.state.mn.us. Получено 2017-12-02.
  2. ^ а б Чжоу, X .; Helmers, M. J .; Asbjornsen, H .; Колка, Р .; Tomer, M.D .; Круз, Р. М. (01.01.2014). «Удаление питательных веществ с помощью фильтрующих полос прерий в сельскохозяйственных ландшафтах». Журнал охраны почв и воды. 69 (1): 54–64. Дои:10.2489 / jswc.69.1.54. ISSN  0022-4561. S2CID  130358513.
  3. ^ а б Абу-Зрейг, Маджед и др. «Удаление фосфора из растительных полосок фильтра». Журнал качества окружающей среды, вып. 32, нет. 2, 2003 г., стр. 613–19, DOI: 10.2134 / jeq2003.6130.
  4. ^ а б Хелмерс, Мэтью Дж .; Чжоу, Сяобо; Асбьорнсен, Хайди; Колка, Рэнди; Томер, Марк Д .; Круз, Ричард М. (01.09.2012). «Удаление отложений с помощью полос прерийного фильтра в эфемерных водосборах, обрезанных рядами». Журнал качества окружающей среды. 41 (5): 1531–9. Дои:10.2134 / jeq2011.0473. ISSN  0047-2425. PMID  23099945.
  5. ^ а б Чой, Кён-Сук; Ли, Сыль-Ги; Чан, Чон-Рёль (01.12.2016). «Применение растительных фильтровальных полос (VFS) для управления стоком и загрязнением в районе Сэмангым в Корее». Орошение и дренаж. 65: 168–174. Дои:10.1002 / ird.2043. ISSN  1531-0361.
  6. ^ а б «Новое государственное финансирование поможет землевладельцам установить буферные полосы вдоль вод Миннесоты». Города-побратимы. 2017-07-12. Получено 2017-12-02.
  7. ^ а б Цю, З. (2003). «Стратегия на основе VSA для размещения буферных запасов в сельскохозяйственных водосборах». Управление окружением. 32: 299–311.
  8. ^ "Полоса фильтра | УЗО округа Монтерей". Район сохранения ресурсов округа Монтерей. Проверено 30 ноября 2017.
  9. ^ а б Карпентер, С. Р .; Caraco, N.F .; Коррелл, Д. Л .; Howarth, R.W .; Шарпли, А. Н .; Смит, В. Х. (1 августа 1998 г.). «Неточечное загрязнение поверхностных вод фосфором и азотом». Экологические приложения. 8 (3): 559–568. Дои:10.1890 / 1051-0761 (1998) 008 [0559: nposww] 2.0.co; 2. HDL:1808/16724. ISSN  1939-5582.
  10. ^ Уорд, Мэри Х .; deKok, Theo M .; Леваллуа, Патрик; Брендер, Жан; Гулис, Габриэль; Нолан, Бернард Т .; ВанДерслис, Джеймс (ноябрь 2005 г.). «Отчет рабочей группы: нитраты питьевой воды и здоровье - последние результаты и потребности в исследованиях». Перспективы гигиены окружающей среды. 113 (11): 1607–1614. Дои:10.1289 / ehp.8043. ISSN  0091-6765. ЧВК  1310926. PMID  16263519.
  11. ^ «Экология и управление природными ресурсами». www.nrem.iastate.edu. Получено 2017-12-02.
  12. ^ Марчак, Лори Б. и др. Являются ли лесные буферные зоны эффективной стратегией сохранения прибрежной фауны? Оценка с использованием мета-анализа Опубликовано: Wiley Stable URL: https://www.jstor.org/stable/27797793 ССЫЛКИ Связанные ссылки для этой статьи доступны в JSTOR: Yo. Vol. 20, нет. 1. 2016. С. 126–34.
  13. ^ «Ветрозащитные полосы». nac.unl.edu. Получено 2017-12-02.
  14. ^ Осман Акан А .; Атабай Сертер (01.03.2017). «Эффективность улавливания взвешенных отложений растительных фильтровальных полос». Журнал гидрологической инженерии. 22 (3): 06016018. Дои:10.1061 / (восхождение) он.1943-5584.0001469.
  15. ^ Хелмерс, Мэтью Дж. И др. «Буферы и растительные полоски фильтра». Семинар «Гипоксия Персидского залива и местные проблемы качества воды» 26–28 сентября 2005 г., Эймс, ИА, 2006 г., с. 17, https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/2006_8_24_msbasin_symposia_ia_session4-2.pdf.