爱荷华州 AMES — 两名爱荷华州立大学4008云顶集团人员在一次专业会议后集思广益，开始开发一项新技术，用于净化爱荷华州瓷砖排水田水中的营养物质。他们在 2010 年的“餐巾纸背面”讨论导致了饱和河岸缓冲区的开发，这是一种新的保护实践，正在爱荷华州及其他地区迅速引起人们的兴趣。
他们所面临的挑战——如何使传统的河岸保护缓冲区更有效地减少养分污染——已成为自然资源生态与管理教授 Tom Isenhart 和美国农业部农业4008云顶集团局农业与环境国家实验室土壤科学家、农学副教授 Dan Jaynes 的主要4008云顶集团焦点。
4008云顶集团表明，传统的河岸缓冲区由沿溪流或排水沟种植的树木、灌木和草组成，具有多种保护效益。它们可以稳定河岸，减少侵蚀，为野生动物和传粉者提供栖息地，并固碳。由于地表径流通过缓冲区的植被和土壤进行过滤，它们还可以改善水质。
但是，河岸缓冲区只能净化流经其中的水。在爱荷华州的农业景观中，广泛的地下瓷砖排水系统通常绕过传统的河岸缓冲区，将地下的水和污染物直接输送到溪流和排水沟。
为了解决这个问题，艾森哈特和杰恩斯创建了一个系统，可以在瓷砖流入溪流之前拦截排水。安装了新的水控制结构或箱，并在较浅的深度将穿孔分配管连接到箱。该结构将一部分地下瓷砖排水作为浅层地下水流引导至缓冲区，而不是直接将其排放到地表水中。
“饱和缓冲区的优点在于它可以让地砖水继续流动，因此不会在农田中积水，”艾森哈特说。 “它必须保护农民的排水系统。当降雨稀少时，缓冲区会过滤大部分排水。当天气潮湿时，更多的水会绕过饱和的缓冲区并直接流入溪流。”
“这是一个非常简单的想法，”杰恩斯说。 “即便如此，我们仍然对饱和缓冲区的工作效果感到惊讶。”
他们的4008云顶集团结果表明，饱和缓冲区保留了传统河岸缓冲区的多种优点，同时过滤了瓷砖水中的大部分氮。它们甚至会降低植物不生长的冬季氮浓度。
根据 Jaynes 和 Isenhart 最近在《期刊》上发表的4008云顶集团，饱和缓冲液可以去除瓷砖水中高达 100% 的氮，估计平均减少 40%，具体取决于许多因素，包括其大小和排水面积环境质量杂志.
4008云顶集团人员表示，比氮减少的百分比更重要的是从水中去除的氮的总磅数。在高降雨量期间，当更多的水流过瓷砖时，缓冲器可以处理较小比例的水，但可以去除更多的总体污染物负荷。
“最终，对水质产生影响的是在到达水道之前减少负荷，”艾森哈特说。
艾森哈特和杰恩斯预测，饱和缓冲区的使用寿命将达到 20 至 40 年或更长，并且随着植被和土壤碳的发展，预计将变得更加有效。它们可能需要最少的维护，主要是检查控制结构并每隔几年清理根部以防止堵塞。
“人们对饱和的河岸缓冲区很感兴趣，”杰恩斯说。 “如果位置合适，它们很容易安装，特别是对于已经拥有传统缓冲区的土地所有者而言。只需在一些额外的管道上进行少量投资，即可对水质产生更大的影响。”
Jaynes 和 Isenhart 的4008云顶集团估计，安装饱和缓冲区的成本约为 4,400 美元，具体取决于缓冲区的地点和大小。这意味着在缓冲器的使用寿命期间每去除一磅氮大约需要 1.34 美元，类似于生物反应器和水处理湿地估计的氮减少量的成本。
得益于爱荷华州立大学4008云顶集团人员的工作，美国农业部自然资源保护局于 2016 年批准饱和河岸缓冲区作为一种保护做法，使其有可能有资格获得成本分摊资金。这种做法也被添加到爱荷华州营养减少战略中推广的选项菜单中。
科学家们发现爱荷华州立4008云顶集团农场和全州私人土地上安装了 15 个饱和缓冲区。他们还收到了计划在其他州、加拿大和丹麦安装的团体的来信。
“作为4008云顶集团人员，保持领先地位是一项挑战，”艾森哈特说。 “我们知道饱和河岸缓冲区效果很好，并且适合许多地点。但这仍然是一项新技术，我们希望继续更多地了解其性能以及如何改进它们。”
在爱荷华州营养4008云顶集团中心和其他来源的资助下，4008云顶集团人员正在进行三个项目，4008云顶集团增加更多分配管线或其他修改可能将更多水带入饱和缓冲区的影响。他们与爱荷华州的其他合作伙伴最近发表了4008云顶集团结果，表明一氧化二氮（一种温室气体）的排放量在饱和缓冲区中低于附近施肥的玉米和大豆田。
另一个相关项目也由爱荷华州营养4008云顶集团中心资助并由爱荷华州立大学工程学院领导，正在4008云顶集团缓冲区内的地下水流，以及土壤类型和水的保留时间等因素如何影响其有效性，以开发饱和缓冲区过程的模型。
除了爱荷华州营养4008云顶集团中心外，饱和河岸缓冲区4008云顶集团的资金还来自美国农业部农业4008云顶集团服务处、利奥波德可持续农业中心、爱荷华州大豆协会、美国农业部自然资源保护服务保护创新补助金、美国农业部农业食品4008云顶集团计划补助金、美国农业部国家食品和农业4008云顶集团所 农业和爱荷华州农业和土地管理部的水质倡议。
有关饱和河岸缓冲区的更多信息，请访问https://www.waterquality.cals.iastate.edu/content/qa-dan-jaynes-usda-ars-scientist-and-isu-collaborating-faculty-agronomy-builting-and