Wetlands and biochar: Possible management methods to reduce DOC in river water

Abstract

An increase of dissolved organic carbon (DOC) from rivers into coastal waters has
been observed in previous studies, leading to an increase in hypoxic zonesin coastal
areas when the bioavailable fraction of the DOC is degraded causing harm to
ecosystems and negatively affecting ecosystem services vital for society. The first
part of this study investigates if constructed wetlands can be used as a management
effort to reduce bioavailable carbon in river water. Four wetlands in the northeastern part of the region of Scania in southern Sweden were sampled during a
period of three months. Two wetlands showed an ability to reduce bioavailable
carbon while two wetlands showed an increase. Other parameters were also
measured showing that a majority of the wetlands reduced total phosphorous
concentration at all sampling dates, a reduction of the total organic carbon
concentration in the time of at least half of the sampling dates and all wetlands
showed a reduction in water colour at least half of the sampling dates. The second
part of the project investigated if biochar can make constructed wetlands more
efficient in their reduction of bioavailable carbon, the method for this part being a
mesocosm experiment. The mesocosm study showed that biochar slightly reduced
the amount of bioavailable carbon in the presence of nutrients on certain sample
dates. However, biochar did not influence any of the other parameters measured.
The result from the field study suggests that constructed wetlands could have a
potential to reduce bioavailable carbon, although it seems to be dependent on the
carbon composition of the inflowing water and the water residence time of the
wetlands.

Popular Abstract (Swedish)

Åtgärder för minskning av kolpartiklar i åar
Organiskt material (humuspartiklar) från förmultnade växtdelar har ökat i svenska
åar. När organiskt material transporteras ut till havet och bryts ned av bakterier kan
det bildas döda havsbottnar på grund av syrebrist på bottnen. Denna studie har sett
att våtmarker möjligtvis kan minska mängden organiskt material i åar och därmed
undvika att döda bottnar skapas. Studien undersökte också om biokol kunde minska
mängden organiskt material, men där visade resultatet från experimentet att biokol
inte hade någon effekt.
Under de senaste decennierna har en ökning av vattenfärg kunnat observeras
i svenska åar. Vattenfärgen skapas av en ökad koncentration av organiskt material,
framförallt kol, som kommer från förmultnade växtdelar och transporteras ut i
vattnet. Det organiska materialet följer sedan med vattnet i åarna ut till havet. Väl
ute i havet sjunker det ner till bottnen där det sedan bryts ned av bakterier. När
bakterierna bryter ner det organiska materialet så förbrukar de syre i vattnet. En
större koncentration av organiskt material innebär en större syreförbrukning. Om
för mycket syre används upp av bakterierna kan det bli syrebrist i vattnet på bottnen
vilket skapar döda havsbottnar. Detta har kunnat observerats längs den svenska
kusten. Döda havsbottnar är negativt för havsekosystem och kan till exempel orsaka
fiskdöd. Troligen så bidrar den ökning av organiskt material som uppmätts i åarna
just till dessa döda havsbottnar som observerats längs den svenska kusten.
För att minska mängden organiskt material som följer med åarna ut till havet
så finns olika åtgärdsmetoder. En av dessa metoder är skapandet av våtmarker. I
våtmarkerna pågår det olika processer som kan minska koncentrationen organiskt
material i vattnet. Dessa processer är bland annat att solljuset kan bleka vattnet och
minska mängden kol som finns i vattnet och att bakterier kan bryta ner kol i
våtmarken. Dessa processer innebär att koncentrationen av kol i vattnet minskar i
våtmarken och att det inte når havet. Det finns också andra åtgärder där man
använder olika material som kan fånga upp det organiska materialet. Ett av dessa
material är biokol, som består av förkolnade växtdelar och ser ut ungefär som
grillkol.
I första delen av denna studie har fyra våtmarker undersökts där deras
förmåga att minska koncentrationen av organiskt material har utvärderats. I del två
studerades biokolets förmåga att minska organiskt material i vatten genom att skapa
modell-våtmarker med och utan biokol i bottensubstratet.
Resultatet från studien visade att våtmarker möjligtvis kan minska mängden
organiskt material i vattnet. Sammansättningen av det organiska materialet som
finns i vattnet som kommer in i våtmarken och hur länge vattnet befinner sig i
våtmarken påverkar troligtvis hur bra våtmarkerna kan minska koncentrationen
organiskt material. Resultatet från modell-våtmarkerna visade att biokol inte var så
bra på att binda organiskt material men resultatet hade kanske sett annorlunda ut
om mini-våtmarkerna var byggda på ett annat sätt.
Det är viktigt att veta vilka åtgärder som fungerar för att minska mängden
organiskt material som kommer ut till havet så det inte skapas döda havsbottnar
längs den svenska kusten.

• author: Williams, Timothy
• supervisor: Johanna Sjöstedt
• organization: Centre for Environmental and Climate Science (CEC); Studies in Environmental Science
• course: MVEM12 20221
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: DOC, Dissolved organic carbon, Bioavailable carbon, Brownification, Wetlands, Biochar, Management methods, Anoxic, Baltic
• language: English
• id: 9095077
• date added to LUP: 2022-09-07 10:09:36
• date last changed: 2022-09-07 10:09:36