Våren i Amerikas hjärta är ofta blöt. Det gör dess jord för mjuk för plantering. En lösning på det problemet är kakeldränering. Odlare sätter in en serie rör (avloppsplattor) under sina åkrar, som dränerar vatten från marken till närliggande vattendrag och sjöar.

Många av de befintliga kakelavloppen installerades för över 50 år sedan och bidrog till att öka avkastningen. Odlare kunde komma in på sina fält tidigare för att plantera utan att packa ihop jorden. Deras växtsäsong förlängdes med flera veckor, vilket kan öka avkastningen avsevärt.

Dock, i slutet av 1980-talet, ett nytt problem upptäcktes:nitrat från fälten i Mellanvästern kom in i Mexikanska golfen. Den gick en stig som började vid kakelavloppen, sedan ut i bäckarna, nerför Mississippifloden, och in i viken. Samtidigt som att ta bort kakelavloppen kunde ha löst detta problem, odlare skulle inte kunna producera samma mängd mat.

Forskare började utveckla metoder utanför fältet så att odlarna kunde behålla den tidiga plantering som erbjuds av kakelavloppen samtidigt som de skyddade närliggande bäckar - och Mexikanska golfen - från nitratförorening.

En av dessa vetenskapsmän är Tom Isenhart, en agronom och professor vid Iowa State University. Under 2013, Isenhart och hans kollegor publicerade data om förmågan hos mättade remsor av naturaliserad mark nära bäckar att ta bort nitrat från kakeldräneringsvatten. Det var goda nyheter. "Den första studien om mättade strandbuffertar var lovande, " säger Isenhart. "Och det ledde till att USDA utvecklade en bevarandestandard för praktiken."

Det fanns en stor skillnad i buffertremsorna som studerats av detta team. Kakelavlopp tenderade att löpa under typiska buffertremsor i Mellanvästern. Detta team kopplade tillbaka vattenflödet tillbaka till jorden. "Typiska strandbuffertar i kakelbelagda dränerade landskap tar inte bort mycket nitrat eftersom vattenflödet inte är anslutet genom jorden, säger Isenhart.

Vatten som rinner ner och genom jord innan det når en vattenkälla renas genom naturliga processer. Installation av kakelavlopp leder vattnet direkt till bäcken, skära ut bufferten. Det vattnet gynnas inte av buffertens förmåga att biologiskt avlägsna nitrat.

Teamets lösning var att avleda en bråkdel av vattenflödet som grunt grundvatten i bufferten. "Vi grävde ut kakelutloppet i buffertremsan, ", säger Isenhart. "Sedan installerade vi en kontrollbox med uttag fästa på ett nytt perforerat rör som fungerar som distributionsrör. Vi skapade också ett system som gör att vi kan justera vattennivåerna. Detta säkerställer att vattnet rinner från gårdarnas åkrar ner i buffertremsan. En annan fördel med detta system är att när det väl har installerats, dessa system behöver inte drivas aktivt av jordbrukaren."

Isenhart hans team kunde utöka studien av mättade strandbuffertar till ytterligare fem platser i Iowa. "Dessa ytterligare studier krävdes för att bekräfta de första resultaten på vår första studieplats, " säger Isenhart. De fastställde också effektiviteten av mättade strandbuffertremsor på andra platser. Dessa olika platser hade olika jordar och landskap – viktig information för odlare. Dessutom, studien utökades till flera år. Detta gav forskarna data om buffertarna under varierande väderförhållanden, särskilt varierande nederbörd.

Andra forskare arbetar på andra lösningar för att minska nitrathalterna från kakeldränerade fält. Isenhart och hans team beräknade kostnaderna för avlägsnande av nitrat för olika system för avlägsnande av nitrat. Kostnaden per pund borttaget nitrat för mättade strandbuffertar var 1,33 USD (eller per kilogram, $2,94), med en livstid på 40 år. Denitrifierande träflisbioreaktorer har en livslängd på cirka 10 år (innan flisen behöver bytas ut) och har en kostnad på $0,95 per pund (eller per kilogram, 2,10 USD) av kväve borttaget.

"Mättade strandbuffertremsor är jämförelsevis enklare, billigare, och snabbare att installera än många system, " säger Isenhart. "Men de är inte lämpliga för alla gårdsfält. De kräver specifika jordar och landskapsegenskaper för att fungera korrekt. Detta kan begränsa deras användning inom vissa typer av vattendelar."

Genom att återansluta vattenflödet tillbaka genom jorden, mättade strandremsor drar fördel av jordens naturliga rengöringsförmåga. När fältförhållandena är mottagliga för deras installation, de är ett effektivt verktyg för att minska nitratbelastningar i närliggande vattendrag och sjöar, gör det möjligt för odlare att fortsätta använda kakelavlopp.