Dynamics of phytomass production and nutrient standing stock of cattail and its use for environment-friendly construction

Abstract

In this PhD dissertation, the broadleaved cattail (Typha latifolia L.) biomass production and the standing stock of nitrogen (N) and phosphorus (P) in phytomass in three treatment wetland systems is evaluated and compared, in order to study the effect of added “fibre-wool” from cattail spadixes and cattail chips in clay-sand plaster on its humidity-exchange capability. The cattail phytomass measurements were performed in autumn after the vegetation period and also the following winter during five years. The biomass samples (roots/rhizomes, shoots with leaves and spadixes) and litter were collected from 1m×1m plots—15 plots in the Tänassilma semi-natural wetland, 15 plots in the Põltsamaa free water surface (FWS) constructed wetland (CW), and 10 plots in the Häädemeeste FWS CW. The average aboveground biomass of T. latifolia varied from 0.4 to 1.8 kg DW m-2 in autumn and from 0.3 to 1.4 kg DW m-2 in winter. The belowground biomass of the cattail varied from 0.6 to 1.3 kg DW m-2. Cattails in CW have a large temporal and spatial variation in terms of productivity. The average standing stock of nutrients in Tänassilma, Põltsamaa and Häädemeeste belowground phytomass varied from 11.6 to 19.4 g N m-2 and from 1.6 to 4.6 g P m-2, and aboveground from 17.0 to 32.3 g N m-2 and from 2.6 to 6.0 g P m-2. The N and P contents in plant fractions demonstrated that these nutrients were stored in reserve organs after the fruiting stage. The corresponding results in winter were 4.4-7.5 g N m-2 and 0.6-1.0 g P m-2. Added phytomass had positive effects by reducing the weight of the clay-sand plaster, accelerating and increasing humidity absorption. Käesoleva doktoritöö eesmärk on selgitada hundinuia populatsiooni produktsiooni ja toitainete sisalduste varieeruvust reoveepuhastuse märgalades Eestis ning analüüsida hundinuia tõlvikute villa ja pealsete hakke mõju saviliivakrohvi õhuniiskuse imamisvõimele. Hundinuiakoosluste biomassi tootlikkuse ning lämmastiku ja fosfori sisalduse varieeruvuse analüüsimiseks uuriti kolme erineva vanuse, suuruse ning toitainete koormusega reovee puhastamiseks kasutatavat märgala. Uuritavateks aladeks olid Tänassilma poollooduslik märgala ning Põltsamaa ja Häädemeeste avaveelised tehismärgalad. Taimefraktsioonide (juurte-risoomide, võsude, tõlvikut ja varise) massid kaaluti ning proovid nende keemilisteks analüüsideks võeti 1-m2 suurustelt prooviruutudelt peale vegetatsiooni perioodi ning järgneval talvel viie aasta jooksul. Tänassilmas oli 15 prooviruutu, Põltsamaal samuti 15 ning Häädemeestel 10. Hundinuia hakke ja kiuga saviliivakrohvi õhuniiskuse imamisvõime mõõtmiskatsetejaoks tehti erineva hundinuia kiu (1 – 5%) ning hundinuia (0,5 – 2%) hakkega (2 x 20 mm) saviliivakrohvi katsekehad (200 x 100 mm, paksus 10 mm) ning võrdluseks pilliroo (1%) hakkega ning värvitud ja tapeediga kaetud kipsplaadi katsekehad (200 x 100 mm, paksus 15 mm). Keskmine maapealne hundinuia fütomass varieerus 0,4 - 1,8 kg m-2 peale vegetatsiooni perioodi, kusjuures talveks oli uuritavatele märgaladele alles jäänud 0,3 kuni 1,4 kg m-2. Keskmine maa-alune hundinuia fütomass jäi vahemikku 0,6 – 1,3 kg m-2. Keskmine toitainetevaru maa-aluses osas jäi vahemikku 11,6 – 19,4 g N m-2 ja 1,6 – 4,6 g P m-2 ning maapealses osas 17,0 – 32,3 g N m-2 ja 2,6 – 6,0 g P m-2. Talvise maapealse fütomassi tulemused olid vastavalt 4,4– 7,5 g N m-2 ja 0,6 – 1,0 g P m-2. Sisalduste analüüsist selgus, et uurimisaladel toimub toitainete kogunemine tõlvikutesse. Ruutmeeter saviliivakrohvi imas 30 g vett 12 tunni jooksul, kui kliimakambris tõsteti õhuniiskus 50%lt 80 %le. Samadel tingimustel imas saviliivakrohv, millele oli lisatud 2% hundinuia haket 36 g, 1 % tõlvikute kiudu 32 g, 1% kiudu ning 0,5% haket 33 g ning värvitud kipsplaat 10 g ja tapeediga kaetud kipsplaat 6 g vett. Saviliivakrohvile lisatud taimne osa vähendas krohvi kaalu ning kiirendas ja suurendas õhuniiskuse imavust. Reoveepuhastusmärgalades kasvanud hundinui on potentsiaalne loodussõbralik ehitusmaterjal.