Wysokoefektywne strefy ekotonowe w gospodarce wodnej w zlewniach rolniczych

Abstract

The research was conducted in the Sulejowski Reservoir catchment area and included an analysis of the processes occurring between water, plants, and soil in ecotone zones as a foundation for developing facilities to reduce the transfer of nutrients from agricultural areas to water. The buffer zones, which took the form of extensively used meadows located between arable land and watercourses, demonstrated high efficiency in the reduction of nitrates and phosphates in the waters of the first aquifer. The concentration of nitrate was reduced by 25 m and 45 m zones, respectively, by 68% and 99%. With regard to high phosphate concentrations (in excess of 1.5 mg PO4/l), the study demonstrated reductions of 81% and 76%, respectively, for ecotone widths of 45 m and 47 m. Nevertheless, for low concentrations, the intermittent release of phosphorus from the buffer zone area was observed. As part of the study, a prototype ecohydrological biotechnology solution in the form of a highly effective ecotone zone was designed and implemented. Given the prevalence of phosphorus compounds in the first aquifer, a vegetated ecotone zone was reinforced with a limestone-based barrier to mitigate water pollution. The efficacy of the barrier in capturing phosphorus exhibited considerable temporal variability, which was positively correlated with the input concentration. In the initial year of barrier operation, the average phosphate reduction resulting from barrier passage was 58%. However, in subsequent years, the average phosphate reduction declined.

Badania były realizowane w zlewni Zbiornika Sulejowskiego i obejmowały analizę procesów zachodzących pomiędzy wodą, roślinami i glebą w strefach ekotonowych stanowiąca punkt wyjścia dla opracowania instalacji do ograniczania transferu substancji biogenicznych z obszarów rolniczych do wód. Badane strefy buforowe w postaci ekstensywnie użytkowanych łąk zlokalizowanych pomiędzy gruntami ornymi a ciekami wykazały wysoką efektywność w redukcji azotanów i fosforanów w wodach pierwszego poziomu wodonośnego. Wysokie stężenia azotanów (powyżej 100 mg NO3/l) uległy redukcji w wyniku przejścia przez strefy o szerokości 25 m i 45 m odpowiednio o 68% i 99%. W przypadku wysokich stężeń fosforanów (powyżej 1,5 mg PO4/l) badania wykazały redukcję na poziomie 81% i 76% dla ekotonu o szerokości odpowiednio 45 m i 47 m. Natomiast dla niskich stężeń odnotowano okresowe uwalnianie fosforu z obszaru strefy buforowej. W ramach pracy zaprojektowano i wdrożono prototypowe rozwiązanie z zakresu biotechnologii ekohydrologicznej w postaci wysokoefektywnej strefy ekotonowej. Ze względu na występujące wysokie zanieczyszczenie wód pierwszej warstwy wodonośnej związkami fosforu, roślinna strefa ekotonowa została wzmocniona barierą na bazie skał wapiennych. Efektywność bariery w wychwytywaniu związków fosforu wykazała dużą zmienność w czasie, która była pozytywnie skorelowana ze stężeniem wejściowym. Średnia redukcja fosforanów w pierwszym roku funkcjonowania bariery w wyniku przejścia przez barierę wyniosła 58%. W kolejnych latach funkcjonowania średnia redukcja fosforanów malała.