Mari Räty

Retaining agricultural nutrients in constructed wetlands—experiences under boreal conditions

Constructed wetlands are among the eutrophication abatement measures for which farmers may receive public subsidies in Finland. To assess the performance of constructed wetlands under boreal conditions, we monitored the retention of total suspended solids (TSS), total P (TP), dissolved reactive phosphorus (DRP), total N (TN), nitrate+nitrate-N (NOx-N) and ammonium-N (NH4-N) for 15–26 months in three constructed wetlands located in southern Finland. Annual retentions were −5–72% for TSS, −6–67% for TP, −33–33% for DRP, −7–40% for TN, −8–38% for NOx-N and −50–57% for NH4-N. The constructed wetland with the longest water residence time (WRT) showed the best performance, retaining annually about 25 kg of TP and 300 kg of TN per hectare. In contrast, the constructed wetland with the shortest WRT functioned only occasionally and was a net source for DRP and NOx-N. In addition to the WRT, high P sorption capacity of constructed wetland soil and high input concentrations appeared to promote retention. Vegetation had a limited effect, input load being transported mostly outside the growing season. When carefully designed and located, constructed wetlands may efficiently reduce nutrient loading from agriculture.

Compressive behaviour of the soil in buffer zones under different management practices in Finland.

Hydrologiselta kannalta suojavyohykkeiden ja -kaistojen tarkoitus on pintavalunnan hillitseminen ja imeynnan eli infiltraation edistaminen. Koska maan rakenne vaikuttaa keskeisesti suojavyohykkeiden ja -kaistojen toimintaan, tassa tutkimuksessa tarkasteltiin suojakaistojen hoitotoimenpiteista aiheutuvia mahdollisia muutoksia maan fysikaalisiin (irtotiheys ja ilmanjohtavuus) ominaisuuksiin ja maan kokoonpuristumisominaisuuksiin. Tutkittuja hoitotoimenpiteita olivat niitto ja niittojatteen poiskorjaaminen, laidunnus seka alueen jattaminen luonnontilaan.Jokioisilla savimaan (Vertic Cambisol) ja Maaningalla hietamaan (Haplic Regosol) koekenttien maaprofiili tutkittiin 200 cm:n (savi) ja 180 cm:n (hieta) syvyyteen saakka, ja maanaytteet otettiin kustakin horisontista. Etenkin hietamaalla oli muokkauskerroksen alapuolella kyntoantura yha havaittavissa 10 vuotta viljelyn lopettamisen ja suojakaistan perustamisen jalkeen. Savimaan syvemmissa, todennakoisesti markina lapi vuoden sailyvissa horisonteissa (90-200 cm) maan irtotiheys oli pieni ( 0,52 cm3 cm-3), vaikka orgaanisen hiilen pitoisuus (< 0,9 %) oli erittain alhainen. Maan rakenne on yha massiivinen ja hyvin heikosti kehittynyt. Suojakaistojen pintamaakerroksesta (0-3 cm) ja maaprofiilien horisonteista otetut hairiintymattomat lierionaytteet (240 cm3) kyllastettiin ja tasapainotettiin hiekkapedilla (-6 kPa). Maan ilmanjohtavuus mitattiin ja naytteita kuormitettiin 7 tunnin ajan pystysuoralla normaalivoimalla (20, 40, 70, 100, 200 ja 400 kPa), minka jalkeen kuormitus vapautettiin (1 tunti). Jannitystilan ja vastaavan muodonmuutostilan valista riippuvuutta eli maan kokoonpuristumisominaisuuksia tarkasteltiin puolilogaritmisella asteikolla toisen asteen polynomin mukaisesti sovitetun jannitys-puristumakuvaajan avulla. Maan sisaista lujuutta eli kykya vastustaa ulkoapain tulevia voimia arvioitiin ns. esitiivistysasteen avulla, joka johdettiin graafisesti ns. Casagranden menetelmalla. Maaprofiilin eri horisonttien kokoonpuristuminen oli riippuvainen maalajista, ei niinkaan hoitotoimenpiteista, ja se oli huomattavasti suurempaa savimaalla kuin hietamaalla. Molemmilla maalajeilla kokoonpuristuminen vaheni siirryttaessa pintamaasta pohjamaahan. Tama voi osaltaan selittya silla, etta veden poistuminen huokosista oli estynyt, mika esti kokoonpuristumisen. Suojakaistojen hoitotoimenpiteista laidunnus aiheutti epasuotuisia muodonmuutoksia savimaan rakenteessa, mika heijastui kaistojen heikentyneena ilmanjohtavuutena (2,7-5,1 10-5 m s-1) luonnontilaisiin kaistoihin verrattuna (15-22 10-5 m s-1). Kauttaaltaan alhaiset esitiivistysasteet voivat osin selittya varhaisella naytteenottoajankohdalla, jolloin maan rakenne on talven jaljilta heikoin mahdollinen. Laiduntaminen vaikutti kuitenkin maan kokoonpuristumisominaisuuksiin. Vaikka nuoren laidunkaistan tiivistyminen oli jo tiiviimmasta alkutilanteesta johtuen vahaista, myos puristuman kimmoinen palautuminen oli kuormituksen lakattua pienta. Vanha laidunkaista oli taas helposti tiivistyva, mutta maan pintakerrokseen keraantynyt orgaaninen aines lisasi kuormituksesta aiheutuneen puristuman palautumista. Tulosten perusteella laidunnusta tulisikin valttaa etenkin hiljattain perustetulla nurmella.

Water repellency of clay, sand and organic soils in Finland

Water repellency (WR) delays soil wetting process, increases preferential flow and may give rise to surface runoff and consequent erosion. WR is commonly recognized in the soils of warm and temperate climates. To explore the occurrence of WR in soils in Finland, soil R index was studied on 12 sites of different soil types. The effects of soil management practice, vegetation age, soil moisture and drying temperature on WR were studied by a mini-infiltrometer with samples from depths of 0-5 and 5-10 cm. All studied sites exhibited WR (R index >1.95) at the time of sampling. WR increased as follows: sand (R = 1.8-5.0) < clay (R = 2.4-10.3) < organic (R = 7.9-undefined). At clay and sand, WR was generally higher at the soil surface and at the older sites (14 yr.), where organic matter is accumulated. Below 41 vol. % water content these mineral soils were water repellent whereas organic soil exhibited WR even at saturation. These results show that soil WR also reduces water infiltration at the prevalent field moisture regime in the soils of boreal climate. The ageing of vegetation increases WR and on the other hand, cultivation reduces or hinders the development of WR.