Submerged plants whose most of vegetative mass are below the water surface can have great effects on wetland biogeochemistry and water purification through their photosynthesis and nutrient uptake processes. In this study, change of dissolved oxygen concentration and pH as well as nutrient removal capacity of the submerged plant dominant wetland were investigated using wetland mesocosm experiments. Obvious periodic DO and pH fluctuation was observed due to photosynthetic activities of the submerged plants. It implies that the submerged plants can provide periodic or sequential changes of oxic and anoxic conditions that affect nitrification and denitrification processes and contribute permanent nitrogen removal in the wetland system. The pH changes in the wetland mesocosm suggested that submerged plant could also play an important role as a temporary $CO_2$ storage. Higher nutrient removal efficiency was observed in the submerged plant dominant wetland mesocosm. The removal efficiencies under experimental conditions were 38.89, 84.70, 91.21, 70.76, 75.30% of TN, DIN, $NH_4-N$, TP, $PO_4-P$ in the wetland mesocosm, while those were 26.11, 57.34, 63.87, 28.19, 55.15% in the control treatment, respectively.
This study used a mesocosm which presumes movement of the nutrient (especially $PO_{4^-}P$) in the wetland. After setting up the mesocosm inside the wetland and adding the $PO_{4^-}P$, observed the movement of the $PO_{4^-}P$ every hour. We analyzed the variables which had the possibility of affecting $PO_{4^-}P$ concentration in the wetland-flora, absorbing rate of algae, settling rate, release rate. Immediately after adding $PO_{4^-}P$, the concentration of the TP in water column at each mesocosm was 0.48, 12.4, 20.4, $23.6\;mg\;L^{-1}$, after 21 days they were 0.6, 1.92, 6.97 and $6.94\;mg\;L^{-1}$ respectively. The concentration of the TP in water column at the mesocosm decreased on average 73.7%. The concentration of the $PO_{4^-}P$ inside reed, algae and sediment in the mesocosm was increased from $0.73mg\;gDW^{-1}$, $3.81mg\;gDW^{-1}$, $466.1mg\;kg^{-1}$ to $0.83mg\;gDW^{-1}$, $4.57mg\;gDW^{-1}$ and $813.3mg\;kg^{-1}$ respectively. Algae is more sensitive than reeds in absorption of the nutrient. TP removal by settling was highest. Budgeting of TP indicated that P moved from particulates in the water column to sediment and algae. Immediately after adding $PO_{4^-}P$, water column (24.2%) and sediment (49.0%) dominated TP storage, with algae (10.3%) and reed (16.4%) holding smaller proportions of TP. After 21 days, Sediment (59.0%) and algae (17.9%) dominated TP storage, with water column (7.1%) and reed (15.8%) holding smaller proportions of TP. Estimation of phosphate movement using mesocosms is an appropriate method because wetlands have many controlling factors. Analysed data can be compared to background data for wetland construction and management.
Ham, Eun Kyung;Choi, Yun Eui;Kim, Min;Chon, Jinhyung
Journal of Wetlands Research
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v.17
no.2
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pp.184-192
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2015
This study is a basic research for low maintenance constructed wetlands which can prevent water quality deterioration due to wetland soils. The purpose of this study is to analyze water quality control mechanisms of constructed wetland on the artificial ground which installed the modular revetment structure(MRS), a device that separates water and soil. This study was then conducted with two different wetland mesocosms (a treatment plot and a control). These mesocosms were monitored to analyze effects of water quality control of the MRS. A treatment plot was built, and separated into soil and water, by filling the MRS with the decomposed granite soil in the mesocosm made of rubber material. A control plot was built where the decomposed granite soils were exposed to water by leaving the soil on the bottom of the mesocosm made of rubber material. Water quality was then analyzed by using Kolmogorov-Smirnov Z examination which then showed that pH, BOD, SS, Chl-a, T-P, T-N had statistically valid difference between a container with the MRS and one without it. According to the analysis of the water quality, the temperature and the EC level came out similarly and both mesocosm showed same level on pH and DO. A treatment plot had higher levels of BOD, SS Chl-a, and T-P. A control plot's T-N value was little lower than that of the treatment plot. This study suggests method of constructed wetlands using the MRS prevents problems occurring in wetland soils: aridity of wetlands by soil erosion, eutrophication, and algal blooms due to nutrients released from wetland soil. These functions of constructed wetland with the MRS increase aesthetic, ecologic, social, and economic value of the wetland. Outcomes of this research will later enable more proficient way of stabilizing water quality and provide data for planning low maintenance constructed wetlands.
Wetland plants are an important component for wetland design and construction because they determine functions of wetlands through interactions with the abiotic environment such as wetland soil and hydrology as well as with other wetland organisms. In this study, germination experiments with soils from a natural wetland that contain seeds of wetland plants were conducted in wetland mesocosms to investigate the applicability of natural wetland soils for introducing and establishing wetland plants into constructed wetlands. Seven species were germinated in the experiment, with two new species that were not found in the field survey of wetland plants in the West Nakdong River area, Korea. The number of plant individuals germinated in submerged conditions (15 individuals) was much greater than that in waterlogged conditions (2 individuals). In experiments in which soils from a natural wetland and a wetland construction site were mixed at different ratios, the largest number of plant individuals was observed in the condition with 100% natural wetland soil. The highest growth was observed at 50% natural wetland soil for Hydrilla verticillata and 100% for Ceratophyllum demersum. These results suggest that 1:1 mixture of soils from natural wetland wetlands and wetland construction sites would provide an appropriate condition for secure establishment of submerged plants in constructed wetlands.
Background: To reveal establishment strategy of Sparganium erectum, we tried to find realized niche of adults through field survey and effects of water level on the establishment process through mesocosm experiments. Results: In the field survey, the height and coverage of community living in deeper water were greater than those of community living in shallow water. There was no statistically significant difference (p > 0.05) in the means of water and soil properties between the two communities. In mesocosm experiments, we found no correlation between water levels and germination rates, but S. erectum seedlings have characteristics of post germination seedling buoyancy when S. erectum seeds germinated in inundation conditions. Shoot height, total leaf length, and survival rates of sinking seedlings in shallow water levels at -5, 0, and 5 cm were higher than those in deeper water levels at 10 and 20 cm. Floating seedlings established in water levels of 3 and 6 cm only. The seedlings could live up to 6 weeks in floating state but died if they were unable to establish. Conclusions: The water level around adult S. erectum communities in the field were different from the water level at which S. erectum seedlings can survive in the mesocosm experiments. The findings provided not only understanding of S. erectum habitat characteristics but also evidence to connect historical links between the early seedlings stage and adult habitat conditions. We suggested the logical establishment strategy of S. erectum based on the data.
In this study, two types of wetland plants, Eichhornia crassipes (a floating plant) and Ceratophyllum demersum (a submerged plant) were introduced to wetland mesocosms to understand how the water properties of wetlands such as pH, dissolved oxygen content, water temperature, oxidation reduction potential, and nutrient concentrations are affected by different types of wetland plant. The floating plant lives on the water surface and can block light penetration; it exhibited the lowest water temperature and temperature difference between lower and upper layers. After the addition of contaminants, the dissolved oxygen (DO) concentration decreased abruptly but recovered continuously in all mesocosms; especially the submerged plants, which photosynthesize in water, showed the largest increases in DO and diel periodicity DO, as well as in pH value. The oxidation-reduction potential in both water and sediment were affected by the presence of wetland plants and plant type and the results suggest that various aspects of wetland biogeochemistry are affected by the presence and type of wetland plants. The total nitrogen and phosphorous concentrations in water decreased in the following order: Water only < Water + Soil < Floating Plants < Submerged Plants. Although both floating and submerged plants can control algal concentrations, the effect was more prominent for floating plants.
To assess the wetland systems' capability to reduce fine dust, we used an artificial wetland module of small-sized greenhouse (70cm W × 70cm L × 60cm H) which creates a closed system. Experiment was performed twice using four species in each experiment. Non-plantation, one species, or two species condition was created in each mesocosm. We measured air quality, primarily PM2.5 and PM10 at the initial open mesocosms and 1hr later since mesocosms were closed. The dry weight of vegetation was measured at the 2nd experiment. The decreased amount of PM2.5 and PM10 was 13.7±1.3 and 13.2±1.3 ㎍·m-3hr-1 in wetland condition and 15.0±1.4 and 13.8±1.5 ㎍·m-3hr-1 in dryland condition, respectively. In 2nd experiment, the decreased amount of PM 2.5 and PM 10 in wetland condition was 13.7±1.3 and 9.2±1.5 ㎍·m-3hr-1, 15.0±1.4 and 8.8±1.4 ㎍·m-3hr-1 in dryland condition, respectively. Wetland showed higher removal effect due to its high productivity leading to more effective absorption of particulate matter. Furthermore, the aquatic characteristics of wetland system and high humidity helped purifying the air quality. This can be seen as another value of wetlands, which can be presented as one of the solutions to the problem of fine dust.
We aimed to estimate the accumulated degree days required for the development of $Cloeon$$dipterum$ (Ephemeroptera: Baetidae) in an experimental tub under field conditions from August 7 to October 10 in 2011. After 4 days in a tub setting, a dead female adult was found on the water surface at which oviposition had presumably occurred. Adults emerged from 39 days to 61 days after the oviposition date. The total number of emerged adults was 229, and the sex ratio (number of females : total population) was 0.45, although not statistically significant ($p$ >0.05). The males generally emerged earlier than females. Assuming that the basal temperature ($T_b$) value is $0^{\circ}C$, we estimated the number of accumulated degree days required for the development of $C.$$dipterum$ to be $1,221.8{\pm}116.0$ DD (mean${\pm}$SD). Since the annual number of accumulated degree days in the reference wetland was measured to be 5,650.0 DD, we estimated that $C.$$dipterum$ is multivoltine, with a maximum of 4 cohorts in 1 year in natural habitats.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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