Sügisese ja talvise biomassi eemaldamise mõju laialehise hundinuia (Typha latifolia) taastumisele põllumajanduslikku hajukoormust vähendavas avaveelises tehismärgalas

Abstract

Põllumajanduslik hajukoormus on Eesti pinnaveekogude üks suurimaid surveallikaid, põhjustades toitainete (lämmastik ja fosfor) liia tõttu veekogude eutrofeerumist ehk kinnikasvamist. Üheks looduslähedaseks leevenduse meetmeks on tehismärgalade rajamine. Need süsteemid puhastavad vett eemaldades toitained ja orgaanilist ainet keemiliste, füüsikaliste ja bioloogiliste protsesside kaudu (setitamise, taimede toitainete omastamise ja mikroobsete protsesside kaudu). Olulisel kohal on makrofüüdid (näiteks laialehine hundinui), mis on suure biomassi tootlikkusega ja võimekas toitainete siduja. Kuid toitainete püsivaks eemaldamiseks süsteemist on vajalik biomassi regulaarne koristamine. Vastasel juhul vabanevad taimedesse kogutud ained lagunemisprotsessi käigus uuesti vette. Uurimuse jaoks teostati katsed, kus kahel märgalal pool veepealsest biomassist eemaldati sügisel, liikudes märgala põhjal ja lõigates biomassi veepinnast kõrgemalt, ning teine pool eemaldati talvel jää pealt. Et hinnata taimede taastumist, lõigati kogu katseala ulatuses biomass järgneval suvel kasvuperioodi tipus. Taastumist hinnati biomassi, taimede arvu, lehepindala indeksi (LAI) ning süsiniku ja lämmastiku suhte alusel. Tulemused näitasid, et talvel koristatud aladel oli järgmisel kasvuperioodil taimede taastumine oluliselt parem kui sügisel koristatud aladel. Talvel niidetud aladel oli keskmine biomass 1,19 (0,34–2,88) kg/m², samas kui sügisel niidetud aladel 0,64 (0,31–1,34) kg/m². Taimede arvukus (mediaan) oli talvisel ajal 42 (11–63) tk/m² ning sügisel niidetud alal 11 (11–32) tk/m². Samuti oli talvel niidetud aladel suurem keskmine lehepindala indeks (2,26 (0,72–3,31) m²/m²) võrreldes sügisese niitmisega (1,15 (0,41–2,11) m²/m²), mis viitab lopsakamale taimestikule. Süsiniku ja lämmastiku suhe varieerus sõltuvalt koristusajast, mis võib viidata sellele, et taim ei jõudnud kevadiseks taastumiseks piisavas koguses toitaineid risosfääri viia. Samas erinevatel aegadel niitmine ei mõjutanud taastunud taimede C:N suhet järgmisel hooajal, sest taimede keemiline koostis jäi samaks. Sügisese koristuse käigus võis märgala risosfäär saada kahjustada, mis mõjutas negatiivselt taimestiku taastumist. Samuti võis märgalas liikumine ja niitmine põhjustada taimede varte vajumist vee alla, mille tulemusel tekkis risoomides anaeroobne keskkond. Lisaks ei pruukinud taimed olla jõudnud enne oktoobri algust piisavalt toitaineid ja hapnikku risoomidesse talletada. Üldiselt tehismärgalade pikaajalise elujõulisuse tagamiseks Eestis on soovitatav teostada niitmist talvel jäält, mis toimib kui mehaaniline kaitsekiht. See tagab, et järgmisel aastal taimed taastuvad ootuspäraselt, mis on vajalik tõhusaks veepuhastuseks ja hapniku transpordiks risosfääri. Samas ei tohiks koristada taimi ära liiga tihti, et ökosüsteem saaks taastuda. Suvine koristus vegetatsiooniperioodi tippajal on eelistatud vaid juhul, kui peamine eesmärk on maksimaalne toitainete (eriti lämmastiku) süsteemist väljaviimine, kuid seejuures peab arvestama taimestiku märgatava nõrgenemisega. Lisaks biomassi koristades suvel tekitab taimevarte lõikamisest lühiajalisi, kuid märkimisväärselt suuri CH4 heitkoguseid. Hilissügisene koristus varasemate uuringute põhjal oli soovitatud, sest taimed on suure osa toitained viinud risoomidesse. Oktoobri algus on liiga vara niitmiseks, sest selle katse põhjal oli toitainete liikumine risoomi alles poole peal ning vegetatsiooniperiood polnud veel täielikult lõppenud. Poldud arvestatud ka sellega, et sügisese lõikuse käigus märgalal ringi kõndides kahjustatakse taimede risoome. Samas tuleb arvestada, et sügisene niitmine võib olla tõhusam toitainete eemaldamise seisukohalt. Uurimustöö tulemused kinnitavad, et talvine niitmine soodustab laialehise hundinuia paremat taastumist. Edaspidi on oluline täpsustada tehismärgalade hooldamise regulatsiooni Eestis, määratledes selgelt vastutuse, hooldusintervallid ja kasutatavad meetodid. Samuti on vajalik uurida hundinuia biomassi väärindamise võimalusi, arvestades logistikat, materjali kvaliteeti ja võimalikke keskkonnariske. Käesoleva töö autor soovib tänada oma juhendajaid, Jürgen Sarjast, Kuno Kasakut ning Kaie Eha mõistva suhtumise, suure abi ja toetuse eest. Autor soovib tänada Tartu Ülikooli Keskkonnatehnoloogia töörühma, kes viis läbi välitööd ja laboratoorsed tööd. Käesoleva uurimistöö läbiviimist toetas Eesti Teadusagentuur (grant nr PSG714).

Agricultural diffuse pollution is one of the main pressures on Estonia’s surface waters, causing eutrophication due to excess nitrogen and phosphorus. Constructed wetlands are a nature-based solution that remove nutrients and organic matter through physical, chemical, and biological processes such as sedimentation, plant uptake, and microbial activity. Macrophytes (e.g., broadleaf cattail) play a key role due to their high biomass and nutrient-binding capacity. Still, regular harvesting is necessary to permanently remove nutrients that are otherwise released back into the water during decomposition. This study compared the effects of autumn versus winter harvesting on plant recovery in two wetlands. Half of the biomass was cut in autumn and the other half in winter (from ice). Recovery was assessed the following summer using biomass, plant density, leaf area index (LAI), and the carbon-to-nitrogen (C:N) ratio. Results showed significantly better recovery after winter harvesting, as it minimizes disturbance and ensures effective plant recovery for continued water purification. Mean biomass was 1.19 kg/m² in winter-harvested areas and 0.64 kg/m² in autumn-harvested areas. Plant density and LAI were also notably higher after winter cutting, indicating more vigorous vegetation. Autumn harvesting likely reduced recovery due to rhizosphere disturbance and insufficient nutrient storage in rhizomes before cutting. Future work in Estonia should focus on optimizing management practices and on exploring the potential for utilizing harvested biomass. The author of this work would like to thank their supervisors, Jürgen Sarjas, Kuno Kasak, and Kaie Eha, for their understanding, help, and support. The author also wishes to thank the University of Tartu Environmental Technology Lab for conducting the fieldwork and laboratory analyses. This research was supported by the Estonian Research Council (grant No. PSG714).