Odvodnění dlaždic - Tile drainage

V zemědělství , dlaždice drenáž je typ drenážního systému , který odstraňuje přebytečnou vodu z půdy pod jeho povrchem. Zatímco zavlažování je postup, při kterém se půdě dodává další voda, když je přirozeně příliš suchá, drenáž snižuje vlhkost v půdě a tím zvyšuje množství vzduchu v jejích pórech, aby se zlepšily podmínky pro optimální růst plodin. Zatímco povrchovou vodu lze odvádět čerpáním, otevřenými příkopy nebo oběma způsoby, odvodnění dlaždic je často nejrozumnějším postupem pro vypouštění podpovrchové vody.

Fráze „odvodnění dlaždic“ pochází z původního složení z dlaždic z pálené hlíny , tj. Keramiky , které byly podobné terakotovým trubkám, ale ne vždy byly tvarovány 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 se používají trubky z HDPE a PVC označované jako „kachlová řada“, přesto se stále používají prefabrikované betonové a keramické dlaždice.

Přebytečná podpovrchová voda je pro zemědělství kontraproduktivní, protože vyplňuje póry půdy a evakuuje vzduch, který obsahují. Kořeny většiny plodin 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 škody na kořenech plodin inhibují nebo zabíjejí růst plodin nad zemí. Navíc, i když je vyloučena újma na kořenech plodin, dalším zásadním důvodem odvodnění je, že přebytek vody může omezit přístup na půdu, zejména těžkými stroji: vozidla a přívěsy se ponoří a roztrhnou vlhkou 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. Dokonce 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 začne hladina podzemní vody klesat. 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 se k ní dostaly, což může tento stav rostliny vážně stresovat.

Instalací drenáže dlaždic se podzemní voda účinně snižuje a rostliny mohou správně rozvíjet své kořeny. Nedostatek nasycení půdy vodou umožňuje kyslíku zůstat v pórech půdy 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 ven z půdních částic 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. Instalace dlaždic nebo obkladů linie může zahrnovat rýhovač ( Ditch Witch ), což je molární pluh , s rypadlo , nebo jiné těžké zařízení .

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 živých plotů a větrolamů jsou přirozeně přitahovány k příznivým podmínkám zalévání, které poskytují dlaždice nebo linie dlaždic sousedních polí. Hydrotropismus hraje roli, protože kořenové chloupky na dynamicky sondujících špičkách kořenů stromů reagují odlišně na vlhčí štěrbiny oproti suchým a vyměňují si hormonální zprávy se zbytkem stromu, které je povzbuzují, aby se soustředily na postup do takových příznivých výklenků. V perforacích odtokových potrubí dlaždic, stejně jako u prasklých nebo rezavých vodovodních potrubí a kanalizačních potrubí pod ulicemi města, nacházejí tyto kořeny ideální kombinaci vstupu pro vstup a bohatého přívodu vody za ním. Výsledkem je, že v kterémkoli z těchto potrubních systémů někdy dochází k ucpání a je nutné je vyčistit pomocí hada , hada rotační frézy , zvolit kopání a tahání a podobnými metodami. V některých regionech musí farmáři průběžně udržovat odvodňovací potrubí dlaždic, aby zůstaly otevřené a správně fungovaly, přičemž alespoň jednou bude každý rok vyčištěno v jedné nebo jiné části systému.

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

Starověcí římští autoři Cato starší a Plinius starší popsali odvodňovací systémy dlaždic v roce 200 před naším letopočtem a v prvním století našeho letopočtu. Podle Johnston Farm bylo odvodnění dlaždic poprvé představeno ve Spojených státech v roce 1838, kdy John Johnston použil tuto praxi ve svém rodném Skotsku na své nové farmě v Seneca County v New Yorku . Johnston položil 72 mil (116 km) hliněné dlaždice na 320 akrů (1,3 km 2 ). Toto úsilí zvýšilo jeho výnos pšenice z 12 bušlů na akr na 60. Johnston, „otec odvodnění obkladů v Americe“, se celý život zasazoval o odvodnění obkladů a svůj zemědělský úspěch přisuzoval formuli „D, C a D “, tj. Hnoj, úvěr a odvodnění.

Expanze drenážních systémů byla důležitým technickým aspektem expanze Westward ve Spojených státech v 19. století. Přestože se půda ve Spojených státech dělila podle systému veřejného průzkumu půdy, který zavedla vyhláška o půdě z roku 1785 , vývoj, zejména zemědělské půdy, byl často omezen rychlostí, s jakou byla připravena k pěstování. Například i když byla Iowa přijata jako stát USA v roce 1846, mapy, které zobrazovaly vlastnictví půdy, naznačovaly podprůměrnou hustotu obyvatelstva v severozápadní oblasti Iowy až v 70. letech 18. století, což je roh státu, který je stále známý svou vysokou hladinou podzemní vody a četnými jezery a mokřady .

Západní státy měly podobná omezení jako intenzifikace zemědělství. Mnoho států nabídlo vládní pobídky ke zlepšení půdy pro zemědělství. Například legislativa v Indianě podnítila v roce 1850 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; např. v Michiganu zůstává komisař County Drain populárně zvolen.

V desetiletích po americké občanské válce byly odvodňovací systémy rychle rozšířeny. Například historická literatura z Ohia zaznamenává, že v roce 1882 byl počet vypuštěných akrů přibližně stejný jako plocha půdy, která byla vypuštěna ve všech předchozích letech. Ve třicátých letech Civilní ochranářský sbor rozšířil odvodňovací systémy dlaždic na celém Středozápadě , z nichž většina se stále používá.

Pokroky v drenážní technologii

Až do druhé světové války zůstala technologie pokládání dlaždic podobná metodám, které byly poprvé použity v roce 1838. Ačkoli původní části z hliněných dlaždic později nahradily cementové profily, byly používány stroje k vykopávání zákopů pro dlaždice. 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 oddíly cementových dlaždic začaly do výkopu, museli instalatéři dlaždic pouze rozbalit souvislou část lehké a flexibilní linie 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 odvádět lokalizovaná mokrá místa, která nemusí vytvářet dostatečný problém, aby si zasloužily nákladnější operace. Tímto způsobem mohou zemědělci těžit ze zvýšení výnosu plodiny a zároveň ušetřit na kapitálových nákladech na instalaci dlaždic. Snad nejvíce užitečné zavést v historii odvodnění byl James B. Hill ‚s Buckeye Traction DITCHER , který položil drenážní dlaždice rekordním tempem. Hillův nouzový příkop odváděl velké černé bažiny 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 Central Flyway byl faktorem přispívajícím k poklesu počtu mnoha druhů vodního ptactva v prvních desetiletích dvacátého století, ztráta rozmnožovacího prostředí pro zemědělskou expanzi je určitě nejvýznamnější. Rané mapy středozápadních států zobrazují mnoho jezer a močálů, které dnes buď neexistují, nebo jsou výrazně omezené. Channelization , související proces soustředění a umožnění proudění vody ze zemědělských oblastí, také přispělo k tomuto rozkladu.

Odvodnění dlaždic a odpovídající změny krajiny - odvodnění mokřadů, mokrých půd a kanalizace toků - přispěly k erozivnějším řekám. 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. 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 břehů, která vede k příliš zatěžujícímu zatížení sedimentů a kritickým dopadům na přírodní prostředí a říční stanoviště.

Drenážní dlaždice někdy snižuje erozi půdy a odtok některých živin, včetně fosforu. 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 povrchových vylepšení, jako je konzervování půdy nebo pobřežní nárazníky, může odvodnění dlaždic také způsobit problémy s kvalitou vody a odtok z odvodnění dlaždic má obvykle extrémně vysoký obsah 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. 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 operace s hospodářskými zvířaty (ILO) / koncentrované krmení zvířat (CAFO) vedly k výzvám při likvidaci odpadních vod z hospodářských zvířat. Odpadní voda z hospodářských zvířat obsahuje cenné živiny, ale nesprávné použití těchto materiálů může vést k vážným ekologickým problémům, jako je například obsah živin. 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.

K odvrácení ztráty přirozeného prostředí dnes slouží řada státních a federálních iniciativ. 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.

Viz také

Reference