전 세계 농업의 확장으로 인해 영양소 침출 및 지표수 오염과 관련된 중대한 환경 문제가 발생했으며, 이는 종종 수자원의 부영양화 및 분해를 초래합니다 (그림 1)
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덴마크에서는 농업의 확장에 습지 및 이탄과 같은 수로 가공 된 지역의 집중 배수가 수반되었으며, 이는 방전이 하류에 도달하기 전에 입자 결합 영양소 및 생물 지 화학 공정의 침강을 통해 상류에서 토지의 영양소 하중을 자연적으로 감소시켰다. 이 사건은 농업 분야에서 영양분의 손실과 침출을 통제하기위한 토지의 용량을 상당히 줄였습니다. 더욱이 덴마크 농업 지역은 배수가 높아져 (> 50%) 다른 물 유출 경로와 비교하여 해안 및 내륙 해역으로의 영양소 수송 속도가 빨라집니다.
덴마크에서, 표면 흐름 구성 습지는 유압 거주 시간을 증가시키고 탈질이 발생하도록함으로써 질소 하중을 줄이기위한 평균으로 인식된다 (도 2). 그러나 두 가지 새로운 연구는 인 (P)가 가라 앉기 때문에 이러한 시스템의 잠재력을 평가했습니다 (Mendes et al., 2018b, 2018c). 연구 전에, 이전 연구에 따르면, 성능이 이벤트 중심 배수 방전을 수신하는 시스템에서 다소 가변적 일 수 있다는 점을 고려할 때, 이들 시스템의 P 보유가 중요하고 일관 될지 의심의 여지가 있었다. 더욱이, 토양/퇴적물에 유지 된 P의 지구 화학적 안정성은 일반적으로 흡착 부위의 이용 가능성에 의해 불확실하고 제어된다. 초기 연구에 따르면 덴마크의 저지대 무산소 및 철이 풍부한 토양은 철 철을 철저한 철분으로 감소 시켜서 방출되는 경향이 있음을 보여 주었다 (Forsmann and Kjaergaard, 2014). 또한, 예비 결과는 조사 된 습지의 토양이 상당히 감소되었음을 보여 주었고, 이는 산화 환원에 민감한 철 형태에 P의 용해와 물 기둥에 방출이 예상되었다는 것을 의미한다.
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연구 문제를 적절하게 해결하기 위해, 3 개의 표면 흐름은 유사한 설계를 갖는 습지를 구성했지만, 가변 P 하중 및 지배적 p 형태 (미립자 또는 용해)를 수신하고 다른 지질 학적 영역에 위치하여 체계적으로 모니터링되었다 (도 3). 습지는 퇴적 연못 (깊이 1m)으로 구성되며, 3 개는 깊이 (1m)이고 2 개는 얕습니다 (0.3m)입니다. 이 시스템의 영역은 집수 영역의 1%를 나타냅니다.
먼저, 연구에 따르면 습지는 3 년 모니터링 기간 동안 P 싱크 (0.3-10.5 g m yr)로 작동 한 것으로 나타났습니다. P 부하는 P 보유율의 변화의 52-72%를 설명했으며, 즉, 이전 연구와 동의 한 주요 설명 변수였습니다. 그러나, P 하중은 P 보유 효율 (%)에 거의 영향을 미치지 않았는데, 그 변동은 부분적으로 지배적 인 p 형태 - 입증 형태에 기인 한 변동이 용해 된 형태보다 상부 퇴적물의 퇴적물을 통해 더 쉽게 유지되었다. 유지.
P 안정성이 감소 된 토양 및 철 결합 P의 잠재적 방출에 의해 P 안정성이 손상 될 것이라는 초기 신념에도 불구하고, P 보유 효율은 여전히 대표적이었다 (41-51%). 이러한 결과는 두 번째 연구 (Mendes et al., 2018c)로 이어졌으며, 이는 P 보유 메커니즘을 조사하고 토양/퇴적물의 P 안정성을 보장하는 요소 (그림 4). 실험 설정에는 습지 전역의 다른 지점에서 토양/퇴적물 지구 화학, 산화 환원 역학 및 P 농도의 분석이 포함되었습니다.
새로운 발견은 P가 주로 철과 관련된 퇴적물에서 유지되었다는 것을 보여 주었다. 더욱이, P의 지속적인 로딩에도 불구하고, 증착 된 퇴적물은 일반적으로 높은 p 흡수 용량 및 철의 P에 대한 가용성을 나타냈다. 그러나 일관된 토양 감소 조건을 고려할 때 철분 결합 P의 안정성과 관련하여 여전히 문제는 여전히 남아 있었다. 퇴적물-물 계면 근처의 용존 산소 농도의 측정은 명확한 연간 변화를 보여 주었지만 주로 주로 유산소 조건을 보여 주었다. 이것은 감소 된 토양으로부터 철분 결합 P의 모든 방출이 퇴적물-물 계면에서의 호기성 조건에 의해 상쇄 될 것이라는 가설을지지했으며, 이는 P의 결합에 유리한 다음 상단 퇴적물에 대한 침전을 선호한다. 물 컬럼에서 용해 된 반응성 P 농도와 퇴적물-물 계면 근처의 용존 산소 농도 사이의 음의 유의 한 상관 관계 (p ≤ 0.05)
상기 연구는 P 싱크로서 표면 흐름 구성 습지의 효율이 배수 배출의 P 하중 및 퇴적물-물 인터페이스 근처의 산화 환원 조건과 관련하여 P 흡수제 (예를 들어, 철, 알루미늄 및 망간)의 입력에 밀접하게 연결되어 있음을 시사했다. 따라서, P 흡착제의 높은 입력 및 호기성 조건의 유병률은 증착 된 퇴적물에서 P 흡착 부위의 가용성을 지원할 것이며, P의 안정성은 각각 산화 환원-민감성 철 형태로 결합하여 시스템 수명을 연장시킨다. 이 연구는 또한 대부분의 p 보유가 발생할 수 있기 때문에 주로 입자상 형태로 많은 p를받는 습지에서 첫 번째 처리 단계로서 침전 연못의 중요성을 강조했다. 따라서, 유지 보수 작업은 특히 시스템의 P 포화를 늦추고 결과적으로 수명을 연장시키기 위해 퇴적 연못에 과량의 퇴적 된 퇴적물 및 축적 된 p의 발굴을 목표로 할 수있다.
.실험과 발견은 농업 배수 물을 대상으로 한 표면 흐름 구성 습지에서의 인 보유라는 제목의 기사에 설명되어 있으며, 저널 생태 공학 및 지오르메르마에 발표 된 표면 흐름 구성 습지의 인 축적 및 안정성. 이 작품은 Lipe Renato Dantas Mendes, Bo Vangsø Iversen 및 Aarhus University의 Charlotte Kjaergaard, Linköping University의 Karin Tonderski가 수행했습니다.
연구 프로젝트는 Danish Strategic Research Council, GUDP 및 Capes Foundation에서 자금을 지원했습니다.
*2020 년 3 월 7 일에 개정.
