瓷砖排水

瓷砖排水是农业排水系统的一种形式，它可以从田地中去除多余的地下水，从而在土壤中留出足够的空气空间，进行适当的耕作，并通过重型机械来照料和收割庄稼。虽然地表水可以通过抽水、开沟或两者兼而有之的方式排出，但瓷砖排水通常是排出地下水的最有效方式。瓷砖排水一词源于其原始成分，来自烧制粘土的瓷砖，类似于陶土管，但并不总是像管子一样。在19世纪，C形槽形瓷砖通常像拱形一样放置在平面瓷砖上，分别命名为杯子和鞋底。今天，瓷砖排水是这个原始系统的任何变体，以相同的模式运行。通常使用以HDPE和PVC管材命名的瓷砖线，但仍使用预制混凝土和瓷砖。

该图说明了最常用的灌溉技术以及排水处理和回收利用最少的选项。在水库中收集营养丰富的灌溉水并在干旱期间将其抽回农田是一种负担得起的做法，并且在爱荷华州、印第安纳州、俄亥俄州、伊利诺伊州和明尼苏达州等州的农民中越来越受欢迎。在美国西部各州，水盐度通常较高，直接回收不是可行的选择。需要先进的处理技术，如反渗透，使排水适合再利用。

农民使用两种类型的排水系统：

• 地表排水：通过沟渠和保持自然渠道使水在重力作用下向下移动。
• 地下排水：通过将管道埋在地下以去除土壤剖面中的多余水分。

地下排水被农民广泛使用。它有很多优点：

• 它增加了土壤湿度并导致更好的作物产量。
• 它可以阻止盐分的积累，让农民更灵活地种植不同类型的作物。
• 它减少了田地表面沉积物的堆积，从而降低了磷的浓度。

通常使用两种技术来控制排水：

• 在排水渠中添加插板立管等结构，以控制灌溉水在根区的停留时间：当这些结构被移除时，地下排水会更快地进行，并且沟渠中的水量会减少。这种技术不仅允许管理田间的水位，而且允许在田间内xxx限度地储存水以供作物利用。
• 一种更先进的控制排水形式包括地下排水管，这些排水管连接到收集管，用于卸载控制水库中的径流。这些水库被称为尾水回收系统。他们保存径流并将其抽回灌溉农田。它们充当生物过滤器，从农业径流中去除不同类型的污染物，包括细菌、营养物质和杀虫剂。

循环利用农业排水是解决干旱地区水资源短缺问题的一种有效的非常规方法。在美国，虽然《联邦水污染控制法》在国家层面对水质和污染进行了立法，但中水回用法律法规是各州和地方政府的责任。农业中的再生水是一种迅速增加的做法，特别是在德克萨斯州、内华达州、亚利桑那州和加利福尼亚州等干旱州。这些州通过了以下法律来执行农业用水回用标准。

• 加利福尼亚州水资源控制委员会于2009年推出了循环水政策，提出了盐分和营养管理计划，并解决了再生水中新出现的污染物问题。加州水法规定了用于灌溉和住宅景观美化的水循环利用。
• 在亚利桑那州，水资源部和环境质量部是参与水循环利用的主要部门。亚利桑那州行政法规第18条规定了再生水的许可和运输质量。
• 在内华达州，水资源部是通过行政法规445A.274至445A.280负责水再利用立法的主要机构。
• 在得克萨斯州，得克萨斯州环境质量委员会实施的行政法典第30篇规定了农业用水的再利用。
• 许多其他州，如纽约和康涅狄格州，没有任何法规对农业用水循环利用进行立法。阿拉巴马州、乔治亚州和夏威夷州等其他州没有通过实施可强制执行的一般准则的阶段。

灌溉农业取决于充足的数量和可接受的质量。水中溶解盐的量是决定其是否适合灌溉的主要因素。当盐在土壤中积累时，它会保留水分并使作物无法获得水分，从而导致植物面临水分胁迫。根据加州大学顾问委员会水质指南：

• 超过3dS/m的电导率被认为是严重的盐度，会导致产量下降。
• 正常的钠吸附比(SAR)必须在3到9SAR的范围内。
• 总溶解固体(TDS)是影响水盐度的另一个因素，当该值高于2000mg/L时，植物会遇到严重的生长限制。
• 灌溉水中存在的某些离子在高浓度时可能对植物有毒。用于地表灌溉的氯化物浓度不应超过每升10毫当量(me/L)。
• 当硼在水中的浓度介于0.7和3.0mg/L之间时，它是植物必需的微量营养素。
• 过量的氮对农作物有毒。浓度超过30mg/L会延迟作物成熟并导致过度生长。
• 适当的pH值应保持在6.5至8.4的范围内。
• 灌溉水中的碳酸氢盐含量不应超过8.5立方米/升。

大多数农作物的根需要充足的空气才能生长。过量的地下水会填满土壤中的孔隙，并通过剥夺根部的空气来抑制其生长，从而导致根部腐烂和植物死亡。地下排水的另一个原因是确保有足够的土壤硬度，以便重型机械进行耕作和其他通道以照料和收获农作物。

大多数作物需要特定的土壤湿度条件，并且在潮湿、粘稠的土壤中不能很好地生长。即使在不粘稠的土壤中，大多数植物的根也不会长得比地下水位深得多。在水供应充足的生长季节初期，植物很小，不需要那么多水。在此期间，植物不需要长出根部即可到达水中。随着植物的生长和使用更多的水，水变得更加稀缺。在此期间，地下水位开始下降。然后植物需要生根才能到达水中。在干旱时期，地下水位下降的速度可能比植物生根到达它的速度更快，这种情况会给植物带来严重的压力。通过安装瓷砖排水，有效地降低了地下水位，植物可以正常发育它们的根。土壤水分饱和度的缺乏使氧气保留在土壤的孔隙中供根系使用。排水瓦可防止在潮湿时期根部位于地下水位下方，这会对植物造成压力。通过去除多余的水分，作物可以更有效地利用其根系可以获取的水。作物产量的增加可以概括为迫使植物长出更多的根，以便它们能够吸收更多的养分和水分。室内植物的盆中也有同样的原理：它们底部的排水孔将多余的水分从培养基中排出，这样空气就可以充满培养基的孔隙并进入根部，如果根部因植物的饱和而失去空气。介质与水保持足够的时间，会腐烂和死亡。以网格模式在田地中安装瓷砖排水对于数百英亩的田地达到相同的效果。

在瓷砖排水系统中，一种管道安装在农田地表下方，有效地由地下管道网络组成，允许地下水从土壤颗粒之间流出并进入瓷砖线。流经瓦线的水通常最终沉积到地表水点——湖泊、溪流和河流——位于比水源低的高度。水通过瓷砖部分之间的间隙进入瓷砖线，在旧瓷砖设计的情况下，或者通过现代塑料瓷砖的小穿孔。瓷砖或瓷砖线的安装可能涉及挖沟机（DitchWitch）、鼹鼠犁、反铲或其他重型设备。土壤类型极大地影响了瓷砖系统的功效，并决定了该区域必须铺设瓷砖的程度以确保足够的排水。沙质土壤几乎不需要额外的排水，而粘土含量高的土壤会更紧密地保持水分，需要将瓷砖线放置得更近。

树篱和防风树的树根自然会被相邻田地的瓷砖或瓷砖线提供的有利浇水条件所吸引。亲水性发挥作用，因为树根动态探测尖端的根毛对潮湿裂缝和干燥裂缝的反应不同，与树的其余部分交换荷尔蒙信息，鼓励他们专注于进入这样有利的生态位。在瓷砖排水管的穿孔中，就像在城镇街道下的破裂或生锈的水管和下水道中一样，这些根部找到了入口和后面充足的供水的理想组合。结果是，在任何这些管道系统中，有时都会发生堵塞，需要通过蛇​​行、旋刀蛇行、选择挖掘和拉动等类似方法来清除它们。

古罗马作家老卡托和老普林尼分别在公元前200年和公元一世纪描述了瓷砖排水系统。根据约翰斯顿农场的说法，瓷砖排水系统于1838年首次引入美国，当时约翰斯顿在他的家乡苏格兰在他位于纽约塞内卡县的新农场中使用了这种做法。约翰斯顿在320英亩（1.3平方公里）的土地上铺设了72英里（116公里）的粘土砖。这一努力将他的小麦产量从每英亩12蒲式耳提高到60蒲式耳。约翰斯顿，美国瓷砖排水之父，一生都在倡导瓷砖排水，将他的农业成功归功于公式D、C和D，即、粪便、信用和排水。排水系统的扩建是19世纪美国向西扩张的一个重要技术方面。尽管美国的土地是根据1785年《土地条例》制定的公共土地调查系统划分的，但开发，尤其是农业用地，往往受到其能够耕种的速度的限制。例如，尽管爱荷华州在1846年被承认为美国的一个州，但描绘土地所有权的地图显示，直到1870年代，爱荷华州西北部地区的人口密度低于平均水平，这是该州的一个角落，仍然以其高地下水位和众多的湖泊和湿地而闻名。西方国家对农业集约化也有类似的限制。许多州提供政府激励措施来改善农业用地。例如，印第安纳州的立法促成了1850年的一项联邦法规，该法规规定以折扣价向农民出售沼泽地，条件是他们对土地的排水情况和对农业生产力的改进。为了促进这种改进，大多数州设立了政府机构来规范瓷砖排水的安装。即使是现在，更多农村州的地方选举也经常包括选举排水监督委员会成员；eg,inMichigantheCountyDrainCommissionerremainspopularlyelected.在美国xxx后的几十年里，排水系统迅速扩大。例如，俄亥俄州的历史文献记载，1882年排水的英亩数大约等于所有前几年排水的土地面积。在1930年代，平民保护团在整个中西部增加了瓷砖排水系统，其中大部分仍在使用。

在生态方面，排水系统的扩建产生了巨大的负面影响。数十万湿地物种的种群数量显着下降，因为它们的栖息地越来越分散并转化为其他用途。尽管中央飞行路线内的市场狩猎是20世纪初许多水禽物种数量下降的一个促成因素，但农业扩张导致繁殖栖息地的丧失无疑是最重要的。中西部各州的早期地图描绘了许多今天不存在或面积显着减少的湖泊和沼泽。渠道化，一个集中和促进农业地区水流的相关过程，也促成了这种退化。瓷砖排水和景观的相应变化-排水湿地、潮湿的土壤和渠道化的溪流-促成了更具侵蚀性的河流。河流因排水而产生的这种反应是水在景观中停留时间缩短的结果。例如，降水过去一直保持在湿地和土壤表面/表面，持续蒸发或通过植物的蒸腾作用使用。水会慢慢地从景观中流失，最终流入河流。用于快速有效地干燥土壤的瓷砖排水过程可以有效地将水输送到河流中——事实上，效率如此之高，以至于更多的水被输送到河流中。水量越大，水中的能量就越多——河流存在了几个世纪的动态平衡状态（缓慢改变形状和不断输送有限的沉积物）过去和现在都处于失衡状态。这种失去平衡的结果是大量的河岸侵蚀，导致过重的沉积物负荷以及对自然环境和河流栖息地的严重影响。排水瓦有时会减少土壤侵蚀和一些养分的径流，包括磷。磷是一种需要控制的重要营养素，因为它是大多数水生生态系统中的限制性营养素。因此，磷是地表水富营养化的罪魁祸首；然而，另一种限制性营养物质氮会对水体造成重大损害。例如，氮与海湾缺氧有关。排水瓦有时会提高水质，因为水会流入地下，然后流入瓦片，而不是从田间流进沟渠，带走土壤和养分。土壤有机会在水进入溪流和河流之前对其进行过滤。然而，通过绕过保护性耕作或河岸缓冲区等地表改进，瓷砖排水也会产生水质问题，瓷砖排水的流出物往往含有极高的氮。此外，一些瓷砖排水有时含有非常高水平的其他化学物质。由于保护性农业的表面形式在瓷砖排水系统中效果较差，因此其他做法，如控制排水或人工湿地可能更有效。在非常平坦的地区，自然地形不提供水流所需的坡度，可以挖农业井，为瓷砖线提供足够的出口。在这些情况下，未经过滤的瓷砖输出会污染地下水。由于保护性农业的表面形式在瓷砖排水系统中效果较差，因此其他做法，如控制排水或人工湿地可能更有效。在非常平坦的地区，自然地形不提供水流所需的坡度，可以挖农业井，为瓷砖线提供足够的出口。在这些情况下，未经过滤的瓷砖输出会污染地下水。由于保护性农业的表面形式在瓷砖排水系统中效果较差，因此其他做法，如控制排水或人工湿地可能更有效。在非常平坦的地区，自然地形不提供水流所需的坡度，可以挖农业井，为瓷砖线提供足够的出口。在这些情况下，未经过滤的瓷砖输出会污染地下水。集约化畜牧业(ILO)/集中式动物饲养业(CAFO)对畜牧业污水处理提出了挑战。牲畜流出物含有宝贵的营养物质，但这些物质的滥用会导致严重的生态问题，例如营养物质负荷。将污水直接注入地下是施肥者用来提高养分吸收的一种方法。排水瓦可能会增加从肥料注入到地表水道中的注入肥料渗入，因为液体肥料会渗入土壤，然后通过排水瓦排出田地并进入水道。今天，一些州和联邦的举措有助于扭转栖息地的丧失。许多计划鼓励甚至补偿农民中断其财产上局部湿洞的排水，通常是通过破坏瓷砖进水口或完全移除瓷砖。土地所有者通常会因丧失在这片土地上种植作物的能力而获得部分或全部补偿。此类计划和全国土地所有者的合作对各种水禽的种群产生了显着的积极影响。