Bakgrund
Förbränning av fossila bränslen leder till utsläpp av växthusgaser, vilket bidrar till förhöjd växthuseffekt som i sin tur leder till klimatförändringar. En åtgärd för att minska utsläppen av växthusgaser är att öka användandet av skogsbränslen och på så sätt minska användandet av fossila bränslen, men en nackdel är att viktiga när- ingsämnen i form av baskatjoner och fosfor går förlorade från skogsmarken vid uttag av skogsbränslen, vilket även kan innebära minskad buffringsförmåga mot försurning . Att förlita sig på skogsekosystemen för att minska de totala växthus- gasutsläppen i Sverige kan därmed innebära en förflyttning av delar av energi- produktionens miljöpåverkan från atmosfären till skogen.
Syfte
Syftet med studien är att utvärdera effekten av användandet av skogen för energi- produktion på (1) koldioxidutsläpp och (2) markförsurning.
Metod
Befintliga modeller har använts för att utvärdera miljöeffekter i fråga om markför- surning och eventuella miljövinster i minskade koldioxidutsläpp baserade på olika energiscenarier:
Modell för beräkning av överskottsaciditet för bedömning av försurnings-
påverkan i regional skala (Akselsson, 2005).
Dynamisk modell, ForSAFE-VEG (Belyazid, 2006), för simulering av
markkemi på lokal nivå.
Modell för beräkning av skogsbränslepotential i Sveriges skogar, motsva-
rande energipotential och möjlig CO2-reduktion på regional nivå.
Energiscenarier
GROT-uttaget i Sverige är svårt att bedöma eftersom det inte finns någon tillförlit- lig statistik då anmält och verkligt GROT-uttag inte överensstämmer (Schelin, 2006). I denna studie antas att GROT-uttag för närvarande görs på 30.000 ha per år, enligt H. Eriksson, Skogsstyrelsen (personlig kommunikation). Utöver grunds- cenariet, med uttag på 30 000 ha, har vi även gjort beräkningar för ett scenario där uttag gjorts på en dubbelt så stor yta, 60 000 ha, på en fyra gånger så stor yta, 120 000 ha, och på all avverkningsbar gran- och tallskog i Sverige (206 000 ha).
Koldioxidutsläpp och påverkan på markförsurning utvärderades för fyra skogs- bruksscenarier:
A) Nuvarande uttag av GROT (30.000 ha per år)
C) Ytterligare en fördubbling (120.000 ha per år)
D) GROT-uttag på all gran- eller tallskog (avverkningsbar areal)
I samtliga scenarier antogs att 75% av grenarna togs ut enligt ett av scenarierna i SKA99 (Skogsstyrelsen, 2000) och att 75% av barren på dessa grenar följde med. Den geografiska fördelningen av GROT-uttaget baserades på det faktiska uttaget som sammanställts i Schelin (2006) (Figur 1). Uttaget av GROT är störst i delar av södra Sverige och mellan-Sverige.
Figur 3. Andel (%) av den föryngringsavverkade arealen där GROT uttag görs, medelvärde för 1999-2001 (Schelin, 2006).
Bedömning av försurningen i regional skala - "Överskottaciditet" En bedömning av försurningspåverkan vid stam- och helträdsuttag görs för skogs- ytor i Riksinventeringen för skog (RIS). Försurningspåverkan beräknas som överskottsaciditet, ”the excess acidity” (EA), som är en enkel aciditetsbalans som beräknas enligt:
EA = Dep(S+N+Cl-Ca-Mg-K-Na) + Upptag(Ca+Mg+K+Na) – Upptag(N) – Vitt- ring(Ca+Mg+K+Na)
Beräkningarna gjordes för djupet 50 cm, för att motsvara rotzonen, förutom på lokaler med mindre jorddjup, där beräkningarna gjordes för jorddjupet. Kvävets bidrag till försurningen beror på markens förmåga att ta upp kvävet, och även om skogsmarken idag tar upp nästan allt kväve finns det risk att retentionskapaciteten överskrids framöver. Överskottsaciditet kan därmed beräknats enligt olika scenari- er för kvävets bidrag till försurningen. Beräkningarna på ytorna skalades till rutor- na som används inom det europeiska programmet EMEP, "Co-operative Program- me for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air pollu- tants in Europe". Upplösningen är 50*50 km, och rutnätet är det samma som an- vänds vid beräkning av kritisk belastning.
Kvävets bidrag till försurningen
I ett kvävebegränsat sytem, där i princip allt kväve som tillförs tas upp och binds in i organiskt material, leder skogstillväxt till markförsurning eftersom träd tar upp mer positiva än negativa joner och vätejoner (H+) således frigörs. Försurningen blir bestående om biomassan skördas, eftersom detta leder till att baskatjoner försvin- ner från systemet. De träddelar som förs bort skulle annars ha förmultnat och kom- penserat tillväxtens försurande verkan. Uttag av GROT (grenar och toppar) bidrar därför till att öka markförsurningen. Effekten av försurningen beror till stor del på markens vittringskapacitet. Mark med lättvittrande mineraler kan neutralisera mer försurande deposition än mark med långsamt vittrande mineraler.
I skogsekosystem med hög kvävebelastning kommer dock markens retentionsför- måga på sikt att överskridas, och kväve kommer att börja läcka. Kväve som kom- mer i form av HNO3 och inte tas upp försurar med en H+, till skillnad från om NO3- -jonen tas upp och en OH--jon avges så att det inte blir någon försurningspåverkan. Kväve som kommer i form av någon förening med NH4+ bär med sig en H+-jon, som avges igen om NH4+ tas upp, och det blir därmed ingen nettoförsurning. Om i stället NH4+-jonen nitrifieras avges två H+ och nettoförsurningen blir därmed en H+. Sammanfattningsvis leder kvävetillförsel till försurning enbart om/när förmå- gan hos skogsekosystemet att ta upp kväve överskrids, så att kväve börjar läcka. Kväve som fastläggs i organiskt material (immobilisering) leder inte till försurning, men det utgör en källa för potentiell försurning, eftersom det senare kan minerali- seras, nitrifieras och läcka ut (Galloway, 1995). Effekten på markförsurning av GROT-uttag beror därmed på vilka antaganden man gör vad gäller kvävets försu- rande effekt. Räknar man med att enbart det kväve som inte tas upp och immobili- seras i nuläget är försurande blir resultatet ett annat än om man antar att ekosyste- mets förmåga att ta upp kväve kommer att överskridas vid fortsatt relativt högt kvävenedfall.
Kväve-scenario 1) Kvävebidrag till försurning (min)
I kväve-scenario 1 antas att immobiliseringen i marken har en hög och långsiktig kapacitet och att risken för ökad utlakning av nitrat är liten. Kvävets bidrag till försurning beräknas som den lilla mängd som varken tas upp av träden eller immo- biliseras i marken, utan nitrifieras och utlakas som nitrat. I praktiken innebär det att kvävedepositions- och kväveupptagsposterna stryks i överskottsaciditetsformeln, och ersätts av en liten pluspost, dagens uppmätta kväveutlakning.
Kväve-scenario 2) Kvävebidrag till försurning (medel)
I kväve-scenario 2 antas att att förmågan till immobilisering är begränsad och att risken för utlakning ökar med ökad N-upplagring. Beräkningen har utförts enligt följande:
Upplagring N < 2 kg per ha och år: Ingen ökad utlakning utöver den i kve-
Upplagring N 2-10 kg per ha och år: 50 % av upplagringen nitrifieras och
utlakas (och bidrar till försurning).
Upplagring N > 10 kg per ha och år: högst 5 kg N immobiliseras per ha
och år, resterande del nitrifieras och utlakas och bidrar till försurning.
Kväve-scenario 3) Kvävebidrag till försurning (max)
I kväve-scenario 3 antas att den långsiktiga förmågan till immobilisering är noll. Allt kvävenedfall som inte tas upp och senare skördas blir förr eller senare försu- rande. Detta scenario motsvarar till fullo den ursprungliga överskottsaciditetsfor- meln.
I denna studie användes kväve-scenario 2, som antogs vara det mest realistiska på lång sikt.
Bedömning av försurningen i lokal skala - dynamisk modellering Sex ytor valdes ut för att dynamisk modellering av markförsurning, organiskt mate- rial i marken och biomassaproduktion med ForSAFE-VEG (Figur 2; Belyazid, 2006). Ytorna Högbränna, Blåbärskullen och Timrilt är granbestånd, medan Bratt- fors, Höka och Söstared är tallbestånd.
Två scenarier studerades:
1) bara stamuttag vid avverkning 2) stam och GROT-uttag vid avverkning
Figur 4. De sex skogsytor som ingick i studien valdes ut för att representera olika kväve- depositionsregioner i Sverige. (Depositionsdata från 2002-2004).
Modellkörningarna sträcker sig över perioden 1900-2200 för att täcka minst två framtida skogsrotationer. Den modellerade stambiomassan i granytorna är högre än på tallytorna (Figur 3).
Figur 5. Modellberäknad biomassa (g/m2) i de sex ytorna. De vertikala linjerna visar av-
verkningstillfället (skörd).
Bedömning av CO2-reduktion
Reduktionen av koldioxidutsläpp för de olika skogsbruksscenarierna beräknades genom att översätta skördad biomassa till energiinnehåll och därefter jämföra med koldioxidutsläpp från den mängd olja (eldningsolja 1) som behövs för att producera samma mängd energi.
Effektivt värmevärde för GROT : 19,2 MJ/kg TS (Hämtat från www.novator.se, data från Sveriges lantbruksuniversitet, avdelningen för kemi och biomassa, Umeå)
Koldioxidvärde för Eldningsolja 1: 74,26 kg CO2/GJ (Naturvårdsver-
ket, 2006)
Det finns inga uppgifter tillgängliga på GROT-uttagets fördelning mellan tall och granbestånd, men det är mer troligt att GROT-uttag sker på granbestånd (K. von Arnold, Skogsstyrelsen, personlig kommunikation). I beräkningen här presenteras resultat både för tall- och granbestånd.