Фильтрующая полоса
Фильтрующие полосы , также называемые буферными полосами, представляют собой небольшие участки земли с растительностью, расположенные по краям поля и используемые для уменьшения загрязнения поверхностных вод. В основном они используются в сельском хозяйстве для контроля загрязнения из неточечных источников, однако их также можно использовать для уменьшения количества отложений в ливневых стоках со строительных площадок. [1] Существует несколько типов фильтрующих полос, включая растительные фильтрующие полосы, прибрежные лесные буферы и ветрозащитные полосы. В сельском хозяйстве они высокоэффективны для снижения концентрации азота (N) и фосфора (P) в стоках в поверхностные воды. [2] [3] а также эффективны в уменьшении эрозии отложений и удалении пестицидов. [4] Это помогает предотвратить эвтрофикацию и связанную с ней гибель рыбы и потерю биоразнообразия . Использование фильтрующих полосок очень распространено в развитых странах. [5] и требуется по закону в некоторых областях. [6] Установка и обслуживание фильтрующих полосок недороги, и их использование оказалось экономически эффективным. [7]
Функции
[ редактировать ]Фильтровальные ленты в основном используются в сельском хозяйстве для контроля загрязнения из неточечных источников. Они действуют, 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 можно использовать в качестве отстойников для уменьшения количества отложений в ливневых стоках со строительных площадок. [1]
Влияние на окружающую среду
[ редактировать ]
Эвтрофикация озера, вызванная неточечным загрязнением в результате сельского хозяйства.Фильтрующие полосы обычно используются для предотвращения эвтрофикации поверхностных вод. Эвтрофикация — широко распространенная проблема в реках, озерах, эстуариях и прибрежных океанах, непосредственно вызванная чрезмерным обогащением азота и фосфора; источником которого в подавляющем большинстве случаев является неточечное загрязнение от сельского хозяйства. [9] Избыток этих питательных веществ приводит к неконтролируемому росту растений и водорослей (и фитопланктона в соленой воде). Поскольку они разлагаются микроорганизмами, кислород истощается, что приводит к гипоксии . Это может привести к гибели рыбы и массовой гибели другой фауны, что приведет к резкому сокращению биоразнообразия.
Влияние на здоровье человека
[ редактировать ]Снижая концентрацию химических удобрений в поверхностных водах, фильтр-полоски положительно влияют на здоровье человека. Хотя повышенные концентрации фосфора в воде не являются напрямую токсичными для человека, нитраты представляют серьезную опасность для здоровья человека. [9] При высоких концентрациях прием нитратов может привести к острому состоянию, известному как метгемоглобинемия , при котором нарушается способность гемоглобина переносить кислород. [10] Младенцы особенно восприимчивы, поэтому это заболевание в просторечии называют «синдромом голубого ребенка».
В районах, где люди в качестве источника питания полагаются на рыболовство или аквафермерство, сокращение популяций рыбы и моллюсков может привести к недоеданию и связанным с ним заболеваниям.
Типы
[ редактировать ]Вегетативная фильтрующая полоска
[ редактировать ]Полосы растительного фильтра представляют собой небольшие участки земли с растительностью, расположенные по краям поля. Фильтрующую полосу такого типа засаживают многолетней травой или бобовыми, имеющими высокую степень фиксации азота. Используются несколько видов. Наиболее распространенными травами являются просо, просо садовое и овсяница тростниковая. Типичными бобовыми являются клевер и люцерна.
Фильтрующая полоска Prairie
[ редактировать ]Фильтровальные полосы прерий действуют так же, как и растительные фильтрующие полосы, однако они заселены местными травами прерий. Использование травы прерий имеет некоторые преимущества, особенно увеличение биоразнообразия, в отличие от вегетативных фильтрующих полос, а их многослойная корневая система и сильные стебли делают их более приспособленными к неблагоприятным погодным условиям. [11]
Лесной прибрежный буфер
[ редактировать ]Подобно фильтрующим полосам прерий, прибрежные лесные буферные зоны представляют собой фильтрующие полосы, которые не засажены растениями, а, скорее, заселены местными деревьями и другой флорой. Они лучше способны поддерживать местную наземную фауну. В отличие от нетронутой земли, прибрежные буферы поддерживают значительно большее количество видов птиц и членистоногих. Однако они не способны поддерживать такое большое количество видов, как нетронутая земля. [12]
Ветровой буфер
[ редактировать ]Ветровые буферы (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 дороги и снижения шума на автомагистралях. [13]
Эффективность
[ редактировать ]Фильтровальные ленты очень эффективны для снижения концентрации азота (N) и фосфора (P) в стоках, попадающих в поверхностные воды. [2] Чжоу и др. (2014) обнаружили, что полоски прерийных фильтров снижают концентрацию нитратов, общего азота и общего фосфора в стоках на 35%, 73% и 82% соответственно. Абу-Зрейг, Маджед и др. (2003) обнаружили, что фильтрующие полосы с растительностью эффективно снижают концентрацию фосфора: результаты варьируются от 61% до 89% для фильтрующих полос шириной 2 м и 15 м соответственно. [3] Это указывает на то, что фильтрующие полоски эффективны даже при небольшой ширине.
Также было доказано, что фильтрующие полоски очень эффективны в улавливании осадка. Исследование удаления отложений показало, что полоски прерийного фильтра имели эффективность улавливания осадка 96% за 4-летний период. [4] Как и в случае восстановления азота и фосфора, эффективность улавливания осадка фильтрующей полосой зависит от ряда факторов, включая подземные условия, условия на поверхности и характеристики отложений. [14]
Распространенность
[ редактировать ]Использование фильтрующих полосок очень распространено во всем развитом мире. [5] В некоторых сферах их использование предусмотрено законодательством. Миннесота, например, требует, чтобы фермеры установили фильтрующие полосы вдоль всех общественных водоемов и дренажных канав. [6]
Расходы
[ редактировать ]Основные затраты, связанные с фильтрующими полосами, — это снижение урожайности из-за потери обрабатываемой земли. [15] Другие затраты связаны с созданием, установкой и обслуживанием фильтрующей полосы. Годовые частные затраты на содержание двух фильтрующих полос на водоразделе Миссури составили 62,40 доллара за акр (4046,86 млн долларов). 2 ), [7] хотя стоимость варьируется в зависимости от местоположения из-за разной стоимости земли.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «Фильтральные полоски с растительным материалом – Руководство по ливневой воде Миннесоты» . Stormwater.pca.state.mn.us . Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чжоу, X.; Хелмерс, MJ; Асбьёрнсен, Х.; Колька, Р.; Томер, доктор медицины; Круз, РМ (1 января 2014 г.). «Удаление питательных веществ фильтрующими полосами прерий в сельскохозяйственных ландшафтах» . Журнал охраны почвы и воды . 69 (1): 54–64. дои : 10.2489/jswc.69.1.54 . ISSN 0022-4561 . S2CID 130358513 .
- ^ Перейти обратно: а б Абу-Зрейг, Маджед и др. «Удаление фосфора в фильтрующих полосках с растительностью». Журнал качества окружающей среды, том. 32, нет. 2, 2003, стр. 613–19, дои : 10.2134/jeq2003.6130
- ^ Перейти обратно: а б Хелмерс, Мэтью Дж .; Чжоу, Сяобо; Асбьёрнсен, Хайди; Колька, Рэнди; Томер, Марк Д.; Круз, Ричард М. (1 сентября 2012 г.). «Удаление отложений фильтрующими полосами прерий в пропашных эфемерных водоразделах» . Журнал качества окружающей среды . 41 (5): 1531–9. дои : 10.2134/jeq2011.0473 . ISSN 0047-2425 . ПМИД 23099945 .
- ^ Перейти обратно: а б Чхве, Кён Сук; Ли, Сыль Ги; Чан, Чон Рёль (01 декабря 2016 г.). «Применение полос растительного фильтра (Vfs) для управления стоками и загрязнением в районе Сэмангым в Корее». Орошение и дренаж . 65 : 168–174. дои : 10.1002/ird.2043 . ISSN 1531-0361 . S2CID 113508153 .
- ^ Перейти обратно: а б «Новое государственное финансирование поможет землевладельцам установить буферные полосы вдоль вод Миннесоты» . Города-побратимы . 12 июля 2017 г. Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Цю, З. (2003). «Стратегия на основе VSA по размещению природоохранных буферов в сельскохозяйственных водосборах». Экологический менеджмент . 32 : 299–311.
- ^ "Фильтровая полоса | RCD округа Монтерей" . Район охраны ресурсов округа Монтерей . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Карпентер, СР; Карако, Северная Каролина; Коррелл, Д.Л.; Ховарт, RW; Шарпли, АН; Смит, В.Х. (1 августа 1998 г.). «Неточечное загрязнение поверхностных вод фосфором и азотом». Экологические приложения . 8 (3): 559–568. doi : 10.1890/1051-0761(1998)008[0559:nposww]2.0.co;2 . hdl : 1808/16724 . ISSN 1939-5582 .
- ^ Уорд, Мэри Х.; деКок, Тео М.; Леваллуа, Патрик; Брендер, Джин; 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 . ПМЦ 1310926 . ПМИД 16263519 .
- ^ «Экология и управление природными ресурсами» . www.nrem.iastate.edu . Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Марчак, Лори Б. и др. Являются ли лесные буферные зоны эффективной стратегией сохранения прибрежной фауны? Оценка с использованием мета-анализа Опубликовано: Wiley Stable URL: JSTOR 27797793 ССЫЛКИ Связанные ссылки доступны на JSTOR для этой статьи: Yo. Том. 20, нет. 1, 2016, стр. 126–34.
- ^ «Ветроломы» . nac.unl.edu . Архивировано из оригинала 30 сентября 2017 г. Проверено 2 декабря 2017 г.
- ^ Осман Акан А.; Атабай Сертер (01.03.2017). «Эффективность улавливания взвешенных осадков с помощью вегетативных фильтрующих полос». Журнал гидрологической техники . 22 (3): 06016018. doi : 10.1061/(asce)he.1943-5584.0001469 .
- ^ Хелмерс, Мэтью Дж. и др. «Буферы и вегетативные фильтрующие полоски». Семинар по гипоксии Персидского залива и проблемам местного качества воды, 26–28 сентября 2005 г., Эймс, Айова, 2006 г., с. 17, https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/2006_8_24_msbasin_symposia_ia_session4-2.pdf .