Water Quality and Crop Production Improvement Using a Wetland-Reservoir and Draining/Subsurface Irrigation System

Abstract

In a wetland-reservoir system, tile drainage water and surface runoff water from agricultural fields are routed into a wetland reservoir, rather than into open-ended streams and drainage ditches. The collected water is then recycled back through a controlled tile drainage-subsurface irrigation system to provide subsurface irrigation during times of crop water deficit. The wetland reservoir provides wildlife habitat and serves as a sink to prevent off-site movement (loss) of water and sediments, and also provides a means for intercepting and recycling agricultural nutrients and chemicals via return irrigation. As a result, precipitation water is used more efficiently and the discharge of agricultural sediments and chemicals into off-site surface and ground water resources is substantially reduced. The controlled drainage/subirrigation system (CDS) reduced total nitrate loss by 41% compared to traditional tile drainage (DR). The CDS system also reduced losses of dissolved inorganic phosphorus, dissolved organic phosphorus and total dissolved phosphorus in tile drainage water by 18%, 47% and 36%, respectively, relative to the non-irrigated DR system. During the low rainfall growing seasons of 2001 and 2002, the CDS system increased corn grain yield by 91% (2001) and soybean yield by 49% (2002), relative to the DR system. Thus, the CDS system combined with a wetland-reservoir can be highly effective for improving crop yield and reducing non-point source pollution from agricultural fields.

Dans un système de réservoir en milieu humide, l'eau de drainage souterrain et l'eau d'écoulement de surface provenant des champs agricoles sont dirigées vers un réservoir en milieu humide, plutôt que vers des cours d'eau ouverts et des fossés de drainage. L'eau recueillie est ensuite recyclée et retournée à  travers un système de drainage contrôlé et d'irrigation souterraine pour assurer une irrigation souterraine en période de déficit d'eau des cultures. Le milieu humide « réservoir » offre un habitat faunique et sert de puits pour prévenir le mouvement vers l'extérieur (pertes) de l'eau et des sédiments, et sert également de véhicule permettant d'intercepter et de recycler les produits chimiques et les éléments nutritifs agricoles au moyen de l'eau d'irrigation qui retourne à  son point d'origine. Par conséquent, l'eau des précipitations est utilisée plus efficacement et le rejet des produits chimiques et des sédiments d'origine agricole dans les eaux de surface et souterraines hors site est réduit de manière considérable. Le système de drainage contrôlé et d'irrigation souterraine (DCIS) a réduit la perte d'azote totale de 41 % par rapport au drainage souterrain traditionnel. Le système de DCIS a également permis de réduire les pertes de phosphore inorganique dissous, de phosphore organique dissous et de phosphore total dissous dans l'eau de drainage souterrain de 18 %, de 47 % et de 36 %, respectivement, comparativement au système de drainage souterrain (sans irrigation). Au cours des saisons de croissance de faibles précipitations de 2001 et de 2002, le système de DCIS a accru le rendement des cultures de grains de maïs de 91 % (2001) et des cultures de soja de 49 % (2002), comparativement au système de drainage souterrain. Le système de DCIS, combiné au milieu humide-réservoir, peut donc s'avérer hautement efficace pour ce qui est d'améliorer le rendement de culture et de réduire la pollution de source non ponctuelle provenant des terres agricoles.