Home About Browse Search
Svenska


Small wetlands designed for phosphorus retention in Swedish agricultural areas

efficiency variations during the first years after construction

Kynkäänniemi, Pia (2014). Small wetlands designed for phosphorus retention in Swedish agricultural areas. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2014:70
ISBN 978-91-576-8088-4
eISBN 978-91-576-8089-1
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
6MB

Abstract

This thesis examined retention of particles and phosphorus (P) losses from agricultural clay soils in small wetlands with an initial deep area followed by a shallow area with emergent plants. Two long, narrow wetlands (Bergaholm and Nybble) specially designed for P retention (P-wetlands) were constructed, and their efficiency in sediment accumulation were compared with those of six existing wetlands with a different design.

Monthly area-specific P retention was positively correlated with P load in the Ber P-wetland, though outflow P concentrations were occasionally higher than inflow concentrations during extreme flow events or low flow periods with ice cover. However, seasonal sediment deposition was not correlated with hydraulic load (HL), particle load or concentrations, as deposition was mostly higher than particle load in spring-summer. Annual P accumulation was positively correlated with HL (up to a possible maximum) and negatively with an index for fast flow variations (FFI).

Similar annual P retention (mean 89 kg P ha⁻¹ yr⁻¹) in Bergaholm P-wetland was estimated with two independent methods. In contrast, inflow-outflow studies indicated P and particle release in the Nybble P-wetland, while results from sediment plates indicated major sediment accumulation. Measurements of water quality at a point after the deep section indicated that the discrepancy may be attributed to erosion and resuspension in that section. However, further studies are needed to confirm this, and to determine whether it was a temporary phenomenon that will disappear as the wetland bottom stabilises.

In three wetlands with different depth sections, sediment accumulation was higher in deep than in shallow areas. Annual sediment and P accumulation was generally higher in the two P-wetlands than in the other six studied wetlands, and was positively correlated with wetland length to width ratio. Overall, the results suggest that P-wetlands can efficiently retain P lost from agricultural clay soils, provided that HL is not too high or peak-based.

Authors/Creators:Kynkäänniemi, Pia
Title:Small wetlands designed for phosphorus retention in Swedish agricultural areas
Subtitle:efficiency variations during the first years after construction
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Fosforförluster från jordbruksområden bidrar till övergödningen av insjöar och hav och kan orsaka giftiga blomningar av alger och cyanobakterier, inte minst i Östersjön. Den här avhandlingen undersökte ifall små våtmarker med en initial djupdel följt av en grunddel med övervattensvegetation, kan avskilja jordpartiklar och fosfor som transporterats från lerjordar i jordbruksområden. Två långsmala sådana s.k. fosfordammar (Bergaholm och Nybble) anlades med en yta som motsvarar 0.2-0.3% av tillrinningsområdet och jämfördes med sex andra våtmarker av varierande form och anläggningssyfte. Avskiljningen uppskattades med två oberoende metoder: flödesproportionell vattenprovtagning vid inlopp och utlopp samt provtagning av ackumulerat sediment på plattor. Dessutom beräknades resuspension av partiklar som skillnaden mellan deposition av partiklar i fällor i form av cylindrar nedgrävda i botten och ackumulerat på plattor som förankrats på ytan av våtmarkens botten.

I Bergaholm fosfordamm, var fosforavskiljningen per våtmarksyta och månad hög när fosforbelastningen var hög. Fosforkoncentrationen i utflödet var högre än i inflödet vid ett fåtal högflödesperioder samt perioder med lågflöde och istäcke, som orsakade lågt släpp av fosfor vid dessa tillfällen.

Säsongsdepositionen av sediment i de studerade våtmarkerna var högre än den uppmätta belastningen av partiklar under vår-sommar säsongen. Depositionen kunde därmed inte enkelt förklaras av variationer i hydraulisk belastning, eller inflödeskoncentrationen av partiklar. Den årliga ackumuleringen av fosfor på sediment plattor ökade med den hydrauliska belastningen, men bara upp till en viss gräns. Däremot minskade ackumuleringen av sediment om flödesvariationen var alltför kraftig med många markanta flödestoppar.

I Bergaholm fosfordamm, var fosforavskiljningen densamma oberoende om den uppskattades med analys av fosfor i ackumulerat sediment eller i vattenprover. Medelavskiljningen för fyra år var 89 kg P ha⁻¹ år⁻¹. Däremot indikerade vattenproverna ett släpp av fosfor och partiklar i Nybble fosfordamm, medan sedimentplattorna visade på en stor ackumulation av sediment. Mätningar av vattenkvalitén i en provpunkt mellan den djupa och grunda våtmarksdelen indikerade att den stora skillnaden mellan metoderna skulle kunna bero på intern belastning orsakad av erosion av våtmarkens botten och kanter. Dessutom muddrades ett vägdike uppströms som orsakade ett inflöde av jord som lagrades i en hög vid inloppet och senare resuspenderades och transporterades inom våtmarken. Fortsatta studier behövs dock för att bekräfta detta, samt för att utvärdera ifall det var ett tillfälligt fenomen som kommer att försvinna när våtmarkens botten stabiliserats.

I de två fosfordammarna samt Skilleby våtmark som har sektioner med olika djup, var sedimentackumuleringen högre i de djupa våtmarksdelarna jämfört med de grunda. Den årliga fosforackumuleringen var generellt högre i de två fosfordammarna än i de övriga sex våtmarkerna som studerats här. Dessutom var ackumuleringen av fosfor i sedimentet positivt korrelerad med våtmarkers längdbreddförhållande. Våtmarker med syftet att fånga fosfor som läckt från jordbruksområden bör därför utformas långsmala med en initial djupdel och den hydrauliska belastningen bör inte vara alltför hög eller för pikig.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :1 September 2014
Volume:2014:70
Number of Pages:62
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Kynkäänniemi P., B. Ulén, G. Torstensson and K.S. Tonderski (2013). Phosphorus retention in a newly constructed wetland receiving agricultural drainage water. Journal of Environmental Quality 42 (2), 596-605.
II.Kynkäänniemi P., K.M. Johannesson, B. Ulén and K.S. Tonderski. Quantification of phosphorus retention in Swedish constructed wetlands – comparison of two independent methods. Submitted to Ecological Engineering.
III.Kynkäänniemi P., K.M. Johannesson, B. Ulén and K.S. Tonderski. Sediment deposition and resuspension in four Swedish constructed wetlands. Submitted to Ambio.
IV.Johannesson K.M., P. Kynkäänniemi, B. Ulén, S.E.B. Weisner and K.S. Tonderski (In press). Phosphorus and particle retention in constructed wetlands – a catchment comparison. Ecological Engineering.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Dept. of Soil and Environment, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-576-8088-4
ISBN for electronic version:978-91-576-8089-1
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:P Natural resources > P10 Water resources and management
P Natural resources > P11 Drainage
P Natural resources > P30 Soil science and management
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 105 Earth and Related Environmental Sciences > Oceanography, Hydrology, Water Resources
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Soil Science
Agrovoc terms:wetlands, design, phosphorus, leaching, farmland, clay soils, filters, sedimentation, water quality, sweden
Keywords:Constructed wetlands, phosphorus, clay soils, agricultural land, flow-proportional sampling, retention, sediment accumulation, temporal variations
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2080
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2080
ID Code:11471
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Soil and Environment
(S) > Dept. of Soil and Environment
External funders:Stiftelsen Lantbruksforskning
Deposited By: Pia Kynkäänniemi
Deposited On:02 Sep 2014 13:00
Metadata Last Modified:02 Dec 2014 11:08

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits