Wetland Soil Phosphorus and Phosphorus Sorption Capacity in Wastewater-impacted and Unimpacted Wetlands, NH USA

आर्द्रभूमि (वेटलैंड्स) को अक्सर परिदृश्य के 'गुर्दे' कहा जाता है, जो नदियों और झीलों तक पहुँचने से पहले पानी को छानती हैं और प्रदूषकों को रोक लेती हैं। जल गुणवत्ता की सबसे निरंतर चुनौतियों में से एक फास्फोरस है, जो एक ऐसा पोषक तत्व है जो, हालांकि पौधों के जीवन के लिए आवश्यक है, लेकिन जब यह जलाशयों में अत्यधिक मात्रा में प्रवेश करता है, तो अत्यधिक शैवाल वृद्धि और 'डेड ज़ोन' (मृत क्षेत्र) का कारण बन सकता है। स्वस्थ आर्द्रभूमियों में, मिट्टी इस पोषक तत्व के लिए एक स्पंज की तरह कार्य करती है, इसे लोहे और एल्युमीनियम जैसी धातुओं के साथ रासायनिक बंधों के माध्यम से सुरक्षित रखती है, या इसे सड़ते हुए पौधों के पदार्थों की परतों के भीतर संग्रहीत करती है। वैज्ञानिक इस फास्फोरस को थामे रखने की इस क्षमता को दो मुख्य अवधारणाओं का उपयोग करके मापते हैं: 'सैचुरेशन रेशियो' (संतृप्ति अनुपात), जो हमें बताता है कि मिट्टी का "भंडारण टैंक" कितना भरा हुआ है, और 'स्टोरेज कैपेसिटी' (भंडारण क्षमता), जो यह अनुमान लगाती है कि मिट्टी और कितना फास्फोरस सुरक्षित रूप से रख सकती है इससे पहले कि वह पोषक तत्व को वापस पानी में लीक करना शुरू कर दे। अपशिष्ट जल प्रबंधन के लिए इन सीमाओं को समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि कई समुदाय उपचारित पानी को पर्यावरण में वापस भेजने से पहले उसे शुद्ध करने के लिए आर्द्रभूमियों पर निर्भर करते हैं।

दक्षिण-पश्चिमी न्यू हैम्पशायर में, फ्रेंकलिन पियर्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्राकृतिक निस्पंदन प्रणाली की दीर्घकालिक सीमाओं का परीक्षण करने के लिए एक प्रयास किया। उन्होंने बीवर डैम मार्श (Beaver Dam Marsh) पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक सात-हेक्टेयर की आर्द्रभूमि है जिसे विश्वविद्यालय के उपचार केंद्र से चालीस वर्षों से अधिक समय से उपचारित अपशिष्ट जल प्राप्त हो रहा है। दशकों तक, पानी सीधे एक धारा में बहता था जो दलदल को आपूर्ति करती थी, लेकिन 2009 में, प्रणाली को उन्नत किया गया ताकि पानी भूमिगत पाइपों के माध्यम से प्रवाहित हो सके, जहाँ यह भूजल में रिस जाता है और फिर आर्द्रभूमि में उभरता है। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या चालीस वर्षों के इस पोषक तत्व-युक्त प्रवाह ने मिट्टी की भंडारण क्षमता को पूरी तरह भर दिया है। उन्होंने यह परिकल्पना की कि मार्श की मिट्टी फास्फोरस से संतृप्त हो जाएगी, जिससे वह और अधिक धारण करने में असमर्थ होगी, और जमीन में मौजूद फास्फोरस की कुल मात्रा पास की अन्य अप्रभावित आर्द्रभूमियों की तुलना में काफी अधिक होगी। यह पता लगाने के लिए, उन्होंने बीवर डैम मार्श और पास की चार अन्य समान आर्द्रभूमियों की मिट्टी की खुदाई की, और पौधों के उगने वाली ऊपरी परत और गहरी उप-मिट्टी (सबसॉयल) की परतों की तुलना की।

अध्ययन के परिणाम शोधकर्ताओं की अपेक्षाओं को पूरी तरह उलट देते हैं। मिट्टी को फास्फोरस से संतृप्त पाने के बजाय, उन्होंने पाया कि अपशिष्ट जल से प्रभावित मार्श की ऊपरी मिट्टी में अप्रभावित आर्द्रभूमियों की मिट्टी की तुलना में वजन के आधार पर कुल फास्फोरस वास्तव में कम था। इसके अलावा, रासायनिक संकेतकों ने दिखाया कि मिट्टी की और अधिक फास्फोरस संग्रहीत करने की क्षमता समाप्त नहीं हुई थी; संतुलन स्तर स्वस्थ, अप्रभावित स्थलों से महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं था। वास्तव में, अपशिष्ट जल वाले मार्श की मिट्टी नए फास्फोरस को थामे रखने में उतनी ही सक्षम दिखाई दी जितनी कि प्राकृतिक आर्द्रभूमियों की मिट्टी। यह निष्कर्ष इस विचार का सीधा खंडन करता है कि चालीस वर्षों के लोडिंग ने मिट्टी के भंडारण टैंकों को विफलता के बिंदु तक भर दिया था।

इस आश्चर्यजनक परिणाम के पीछे का कारण जीवित वनस्पतियों और मिट्टी की अपनी रसायन विज्ञान में निहित है। अपशिष्ट जल वाला मार्श एक आक्रामक पौधे, Phragmış australis द्वारा प्रधान है, जो एक लंबी नरकट (रीड) है जिसने अपशिष्ट जल के निकास के बाद से तेजी से विस्तार किया है। यह पौधा पोषक तत्वों का एक बहुत बड़ा उपभोक्ता है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि मिट्टी में जमने के बजाय, अपशिष्ट जल से प्राप्त अधिकांश फास्फोरस सीधे इन नरकटों के विशाल बायोमास (जीवद्रव्य) में, जमीन के ऊपर और नीचे, अवशोषित हो रहा है। क्योंकि मार्श की मिट्टी भी जैविक पदार्थों से समृद्ध है और अन्य स्थलों की तुलना में कम घनत्व वाली है, इसलिए फास्फोरस सामग्री के एक बड़े आयतन के भीतर प्रभावी रूप से पतला (डाइल्यूट) हो जाता है। मिट्टी में जमा होने के बजाय, पोषक तत्व जीवित और सड़ते हुए पादप ऊतकों में लॉक हो जाता है, जो मिट्टी की रासायनिक स्थिति को मापने के तरीके को बदल देता है।

हालाँकि, यह कहानी केवल सफल निस्पंदन की नहीं है। जबकि सतह की मिट्टी भार को प्रबंधित कर रही है, गहरी परतें एक अलग कहानी बताती हैं। अपशिष्ट जल वाले मार्श की उप-मिट्टी (सबसॉयल) अन्य आर्द्रभूमियों की तुलना में अधिक अम्लीय है, जो संभवतः उपचारित पानी की रासायनिक प्रकृति और पौधों के बढ़ने के दौरान उनके द्वारा आयनों के उत्सर्जन के कारण है। यह अम्लता एल्युमीनियम को, जो कि एक धातु है जो सामान्य रूप से फास्फोरस को पकड़ने में मदद करता है, अत्यधिक घुलनशील और बह जाने के प्रति संवेदनशील बना देती है। पर्याप्त एल्युमीनियम के बिना जो फास्फोरस को बांध सके, फास्फोरस गहरे स्तर की मिट्टी में गतिशील बना रहता है, और स्थिर रासायनिक परिसर बनाने में असमर्थ होता है। इसका अर्थ यह है कि जबकि सतह की परत शायद पौधों के रूप में पोषक तत्वों को थामे हुए है, गहरी मिट्टी ने फास्फोरस को रासायनिक रूप से लॉक करने की अपनी प्राकृतिक क्षमता खो दी है।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि मार्श एक समान व्यवहार नहीं कर रहा है। आर्द्रभूमि का वह क्षेत्र जो अभी भी उपचार प्रणाली से भूजल का सबसे सीधा प्रवाह प्राप्त कर रहा है, उस बिंदु पर पहुँच गया है जहाँ वह अतिरिक्त फास्फोरस को रोकने में असमर्थ है, और एक स्रोत के रूप में कार्य कर रहा है जो पोषक तत्वों को नीचे की ओर (डाउनस्ट्रीम) लीक करता है। इसके विपरीत, मार्श के वे हिस्से जिन्हें ऐतिहासिक रूप से डिस्चार्ज प्राप्त हुआ था लेकिन जो अब प्राथमिक प्रवेश बिंदु नहीं हैं, वे एक 'सिंक' (संग्रह केंद्र) के रूप में कार्य करते हुए पोषक तत्वों को थामे रखते हैं। संतृप्ति का यह विविध स्वरूप यह दर्शाता है कि आर्द्रभूमि एक एकल, समान फिल्टर नहीं है, बल्कि एक जटिल प्रणाली है जहाँ स्थानीय स्थितियाँ यह तय करती हैं कि मिट्टी पोषक तत्व को रोकेगी या छोड़ेगी।

अंततः, शोध से पता चलता है कि बीवर डैम मार्श चालीस वर्षों के बाद केवल एक संतृप्त, विफल फिल्टर नहीं बना है। इसके बजाय, प्रणाली बदल गई है। फास्फोरस को खनिज मिट्टी में जमा होने के बजाय, आक्रामक नरकटों के बढ़ते बायोमास और जैविक मिट्टी की गहरी परतों में समाहित किया जा रहा है। फिर भी, गहरी मिट्टी में रासायनिक परिवर्तन और सक्रिय डिस्चार्ज क्षेत्रों में स्थानीयकृत संतृप्ति यह संकेत देते हैं कि विशिष्ट क्षेत्रों में निचले स्तर की झील की रक्षा करने की आर्द्रभूमि की क्षमता समझौतापूर्ण है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि आर्द्रभूमि ने अपने जैविक स्तरों में भारी मात्रा में फास्फोरस संग्रहीत किया है, लेकिन नए फास्फोरस को रासायनिक रूप से बांधने की इसकी क्षमता सीमित है, विशेष रूप से वहां जहां अपशिष्ट जल का प्रवाह सबसे अधिक है। इस प्रणाली के संतुलन को पूरी तरह से समझने के लिए, भविष्य के कार्यों को यह मापना होगा कि नरकटों में वास्तव में कितना फास्फोरस संग्रहीत है और उन सटीक सीमाओं का मानचित्रण करना होगा जहाँ मिट्टी पोषक तत्व को रोकना बंद कर देती है और लीक करना शुरू कर देती है।