Биореакторы снижают содержание фосфора в сельскохозяйственных дренажных водах, показывает исследование

от

Дренаж через плитки — распространённая практика на сельскохозяйственных полях для удаления лишней воды. Однако она также способствует переносу вредных питательных веществ в водоёмы, что приводит к цветению водорослей и лишению водных обитателей кислорода.

Биореакторы с древесной щепой — эффективный способ снижения загрязнения азотом путём очистки воды при её выходе с поля. Однако эти денитрифицирующие биореакторы могут вымывать фосфор из древесной щепы в окружающую среду.

Новое исследование Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне оценивает данные из 10 биореакторов в Иллинойсе, чтобы определить, являются ли они источником загрязнения фосфором. Результаты опубликованы в Journal of Environmental Quality.

Ведущий автор исследования Лора Кристиансон, доцент кафедры сельскохозяйственных наук, входящей в состав Колледжа сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук в Иллинойсе, сказала: «У штата Иллинойс есть цель сократить количество азота, которое мы отправляем в бассейн реки Миссисипи, на 45%. Биореакторы с древесной щепой — одна из рекомендуемых практик сохранения, которые используются для очистки воды от нитратного загрязнения. Однако мы не хотим создавать проблему с фосфором».

Денитрифицирующие биореакторы обычно состоят из большого бассейна с древесной щепой, расположенного на краю сельскохозяйственного поля. Когда вода, обогащённая азотом, течёт через траншею, естественным образом обитающие бактерии потребляют углерод из древесной щепы, питая процесс, который преобразует нитраты в безвредный газ.

Кристиансон сказала: «В древесной щепе есть фосфор, потому что это одно из питательных веществ, которые поглощают деревья во время роста. Мы хотели оценить, вымывают ли биореакторы с древесной щепой фосфор, потому что важно также сократить количество фосфора, которое мы отправляем вниз по течению».

Исследователи проанализировали данные из 10 полноразмерных биореакторов в Иллинойсе в течение 23 человеко-лет (то есть каждый исследовательский участок умножили на количество лет, в течение которых он участвовал в исследовании). Измеряли приток и отток биореактора для расчёта суточных расходов воды. Исследователи проанализировали пробы качества воды, чтобы определить содержание растворённого реактивного фосфора (DRP) — формы фосфора, доступной для поглощения растениями и водорослями.

Результаты показали, что вместо увеличения концентрации DRP на самом деле произошло небольшое снижение для 15 из 23 человеко-лет, что указывает на то, что биореакторы обеспечивают чистую выгоду для удаления фосфора. Однако результаты колебались в течение года.

Соавтор исследования Ричард Кук, профессор кафедры сельскохозяйственной и биологической инженерии (ABE), входящей в состав Колледжа ACES и Инженерного колледжа Грейнджера в Иллинойсе, сказал: «Когда идут сильные дожди, происходит скачок в удалении фосфора, особенно после внесения навоза на поле».

В первые несколько месяцев жизни биореактора происходит значительное вымывание фосфора из древесной щепы. После этого фосфор в основном поступает из воды для дренажа через плитки на поле. Данные также показали, что с возрастом биореакторы становятся менее эффективными в удалении фосфора.

Срок службы биореактора составляет около 10 лет, поэтому, если в первые несколько месяцев происходит кратковременный всплеск фосфора, но после этого он удаляет больше, чем выпускает в течение большей части своего срока службы, это того стоит, сказал Кук.

Биореакторы — это действенная практика для удаления азота, и обнаружение того, что они также обеспечивают небольшое удаление фосфора, является двойной выгодой, добавила Кристиансон.

«Во-первых, когда фосфор попадает в водные пути, его трудно и дорого вычищать. Во-вторых, биореакторы вообще не должны обеспечивать такую выгоду, так что это как бы бонус, который мы получаем», — сказала она.

Денитрифицирующие биореакторы — относительно недавняя практика сохранения окружающей среды, и 9 миллионов акров Иллинойса, осушенных с помощью дренажных плиток, предоставляют множество возможностей для её внедрения. Сельскохозяйственные производители, заинтересованные в установке биореакторов на своих полях, могут обратиться в местную Службу охраны природных ресурсов за помощью. Существуют программы совместного финансирования и федеральные программы стимулирования, которые помогут компенсировать инвестиции. После установки биореактору требуется минимальное обслуживание; фермеру просто нужно проверять его несколько раз в год, чтобы убедиться, что ничего не блокирует поток.

Существуют и другие практики по снижению содержания азота, такие как сокращение норм внесения удобрений, более точное время внесения удобрений или посадка покровных культур.

«Производители должны рассмотреть, какой вариант будет наилучшим для их фермы, и, возможно, использовать комбинацию практик, если это возможно. По моему опыту, фермеры — хорошие хозяева земли; они будут думать о своём наследии и о том, что они оставляют своим детям, поэтому они будут заинтересованы в практиках, которые работают хорошо», — сказал Кук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте