Barbro Ulén
TYPKONCENTRATIONER AV VISSA METALLER FRÅN JORDBRUKSMARK
Teknisk rapport 88 Uppsala 2004
Avdelningen för vattenvårdslära
Swedish University of Agricultural Sciences
Division of Water Quality Management
Typkoncentrationer av vissa metaller från jordbruksmark Barbro Ulén Avd Vattenvårdslära, SLU
Koncentrationer av metaller i matjord, stallgödsel och spannmål
Monitoring av den svenska åkerjorden (Eriksson et al., 1997) visade en relativt jämn fördelning av metallerna (Cd, Cu och Zn) i matjorden mellan de olika länen, men att medianhalterna var högre i t ex Södermanland jämfört med hela riket (Tabell 1). I Norrbotten + Västerbotten var däremot
metallhalterna i matjorden förhållandevis låga. pH i jorden anses som en av de viktigaste faktorerna som påverkar lösligheten för metallerna. I Norrland är jordarna ofta sura medan jordarna i Götalands slättbygder ofta har ett högt pH pga. ett naturligt högt kalkinnehåll. Detta är antagligen förklaringen till att metallhalterna i de flesta typer av stråsäd var högre i Norrland än i södra Sverige (Eriksson et al., 2000). Jordens mullhalt varierar mycket regionalt. Stallgödsel innehåller i allmänhet mer Cu och Zn (Tabell 2) än matjorden, medan kadmiuminnehållet är av samma storleksordning. Tillförseln av stallgödsel till den svenska åkermarken har i genomsnitt varit relativt konstant under flera decennier.
Koncentrationer av metaller i små vattendrag i norska jordbruksområden
I Norge har man studerat metallhalterna i jordbruksvatten från 8 typområden på jordbruksmark under år 1996 (Amundsen & GrØnlund, 1998). Man kunde inte finna statistisk säkra samband mellan halten av tungmetaller och andra parametrar i vattnet. Det fanns dock en tendens att förlusterna av Cd, Cu och Zn var störst i de södra delarna av landet där det atmosfäriska nedfallet var störst, och där nederbörden samtidigt var sur (pH 4,4-4,6).
Tabell 1. Medianhalten av tungmetallerna Cd, Cu, Hg och Zn i matjorden (mg kg-1 ts) samt matjordens pH och mullhalt (%) från diagram enligt Eriksson et al. (1997)
Län Cd Cu Hg Zn pH mullhalt
matjord
Norrbotten 0,10 11 0,024 50 5,9 5,3
Västerbotten 0,14 9 0,034 48 5,9 3,9
Värmland 0,11 9 0,032 52 5,8 4,2
Södermanland 0,24 21 0,037 80 6,3 3,9
Örebro 0,19 11 0,035 51 6,1 4,1
Halland 0,18 8 0,041 39 6,3 5,1
Skåne 0,24 9 0,037 50 6,8 3,1
Hela riket 0,20 11 0,036 54 6,3 4,1
Tabell 2. Medelhalten av tungmetallerna Cd, Cu, och Zn (mg kg-1 ts) i olika typer av stallgödsel (Steineck et al., 1999)
Län Cd Cu Hg Zn
Koncentrationer av metaller i dräneringsvatten från svenska observationsfält
Koncentration av metaller i dräneringsvattnet från sju svenska observationsfält studerades relativt noggrant (1983/84 och 1984/1985) under två agrohydrologiska år (Andersson et al., 1988). Ett fält i
(9,3 resp 35,1 µg l-1). Metallhalterna i dräneringsvattnet från övriga fält, där halten suspenderat material var måttlig, påverkades inte i någon högre grad av filtreringen (Tabell 3 och 4). Detta gällde även ett dräneringsvatten som kännetecknades av hög halt organisk substans (fältet i Örebro län). Detta fält hade de högsta halterna av lösta metaller i dräneringsvattnet i mellersta och södra Sverige (Tabell 3).
Koncentrationerna av de lösta metallerna var i Syd- och Mellansverige var av samma storleksordning som i de norska jordbruksbäckarna. Dräneringsvattnet från de svenska fälten i Norrland hade däremot förhållandevis höga halter av metaller, samtidigt som marken pH var lågt (Tabell 4)
Tabell 3. Aritmetiska medelvärden av tungmetallerna Cd, Cu, Hg och Zn i dräneringsvatten efter filtrering (µg l-1) från observationsfält enligt Andersson et al. (1988) samt i 8 norska typområden
Fältets läge (län) Cd Cu Hg Zn
Tabell 4. Aritmetiska medelvärden av tungmetallerna Cd, Cu, Hg och Zn i dräneringsvatten före filtrering (µg l-1) från observationsfält enligt Andersson et al. (1988) samt matjordens pH och mullhalt (%)
Fältets läge (län) Cd Cu Hg Zn pH mullhalt
dräneringsvatten matjord
Det statistiska underlaget är mycket svagt för att få fram någon typ av samband, och endast en organogen jord är representerad. Bara 4% av Sveriges jordar är dock beräknade att vara organogena (Eriksson et al., 1999), varför effekten torde vara ganska ringa av att eventuellt underskatta
metallförlusterna från denna typ av jordar. Ett relativt gott samband kunde däremot beräknas mellan matjordens vätejonkoncentration och medianhalterna Cd, Cu och Zn (µg l-1) i dräneringsvattnet (totalhalter före filtrering). Att mäta pH är ett grovt sett att uppskatta vätejonkoncentrationen.
Beräkningen av denna blir dessutom besvärlig eftersom pH-värdet är en logaritmisk funktion av vätejonkoncentrationen. Ett binärt samband direkt på pH-värdet innebär en viss kompensation för den logaritmiska funktionen och ger enklare beräkningar än att antilogaritmera pH-värden. Följande samband erhölls:
Cd = 24,17 - 6,95 * pH + 0,50 * pH 2 (r2 = 0,95)
Cu = 881 - 250 * pH +17,78 * pH 2 (r2 = 0,96) Zn = 5858 - 1672 * pH + 119,4 * pH 2 (r2 = 0,95)
En regional fördelning av transporten av dessa metaller från åkermark skulle därför kunna uppskattas utifrån åkermarkens pH inom intervallet 5,5 – 7,3. Den genomsnittliga utlakningen för Sveriges jordbruksjordar kan sedan jämföras med den uppskattning som gjordes av Anderson 1992; 0,06, 4,3 resp 7,5 g ha-1 år-1 för Cd, Cu respektive Zn.
Osäkerheten i att uppskatta metallutlakningen blir med de här använda sambanden mycket stor då pH faller utanför underlagets gränser dvs pH i jorden ligger lägre än 5,5 eller högre än 7,3.
Representativitet
Provtagningen av metaller i dräneringsvatten utfördes 1983/84 och 1984/1985. Under dessa båda år var den genomsnittliga årsavrinningen från miljöövervakningens observationsfält ungefär lika stor som den varit under hela observationsperioden 1977-2002 dvs. omkring 300 mm i norra och i södra Sverige och omkring 200 mm i Mellansverige. I genomsnitt var också pH-värdet i dräneringsvattnet från
undersökta fält lika stort då som nu, även om pH-värdet från enskilda fält har förändrats. Genom klimatförändringarna kan också variationerna under året ha förändrats t ex så att det på åttiotalet förekommit mer kraftigare och surare avrinningstillfällen i samband med snösmältning än under senare år i södra och mellersta Sverige. Vad detta kan ha inneburit för eventuell minskad utlakning av metaller är svårt att säga eftersom det tillgängliga datamaterialet är för litet för att man ska kunna dra några slutsatser om säsongsvariationerna.
pH värdet i dräneringsvatten från de studerade observationsfälten har inte förändrats i någon större grad sedan 80-talet. Generellt har kalkningen av jordbruksjordarna minskat i Sverige vilket kan ha medfört en allmän försurning av dessa och ökning av metallförlusterna.
Under mitten på 80-talet applicerades större mängder P-gödsel än nu vilken innehåller högre halter av kadmium och därmed fick marken antagligen mera kadmium. Nya regler och bidrag är dock det som brukar innebära de största förändringarna för odlingsåtgärderna inom jordbruket. I början av nittiotalet trädde nya regler i kraft om djurtätheten vid spridning av stallgödsel, och om lagringskapaciteten för stallgödsel. Detta kan ha inneburit en mera utspridd fördelning av stallgödseln och mera spridning under våren än nu. Mängden stallgödsel som spridits har dessutom ökat från ca 13500 år 1991 till 17400 år 2003 (angivet i 1000 ton) enligt SCB Statistiskt Meddelande MI 30 SM 0202 och Na 30 SM 9803. Provtagningen av jorden utfördes år 1995. Detta år var ur jordbrukssynpunkt relativt likt 1999 (Johansson & Mårtensson, 1999) och några drastiska förändringar bör inte heller ha skett därefter.
Referenser
Amundsen, C. E. & GrØnlund, A. 1998. Tungmetaller i jordbrukssystemet. Sektorsbalanser og avrenning. Jordforsk rapport 75/98.
Andersson, A., Gustafson, A. & Torstensson, G. 1988. Utlakning av spårelement från odlad jord. Ekohydrologi 26, Avdelningen för Vattenvårdslära, SLU sid 13-22.
Andersson A. 1992. Trace elements in agricultural soils – fluxes, balances and background values. Swedish Environmental Protection Agency, Report 4077.
Eriksson, J., Andersson, A. & Andersson, R. 1997. Tillståndet i svensk åkermark.
Naturvårdsverkets rapport 4778.
Eriksson, J., Andersson, A., Stenberg B. & Andersson, R. 1997. Tillståndet i svensk åkermark och spannmålsgröda. Naturvårdsverkets rapport 5062.
Eriksson, J., Andersson, A. & Andersson, R. 1999. Åkermarkens matjordstyper.
Naturvårdsverkets rapport 4955.
Steineck, S., Gustafson, G., Andersson, A., Tersmeden, M. & Bergström, J., 1999.
Johnsson, H & Mårtensson, K. 2002. Kväveläckage från svensk åkermark, Beräkning av normalutlakning för 1995 och 1999. Naturvårdsverkets rapport 5248.
.