Viktiga processer
Nedfallet av försurande ämnen i form av svavel och kväve under mitten och slutet av 1900-talet orsakade en försurning av skogsmarken i stora delar av landet. Sva- velnedfallet har minskat kraftigt under de senaste 15 åren, samtidigt som nedfallet av kväve endast uppvisar en mindre minskning. Den storskaliga geografiska för- delningen av markens surhetstillstånd visar enligt Ståndortskarteringen klara likhe- ter med nedfallets gradienter. Tillståndet i marken är aldrig konstant sett över långa tidsperioder. Mänsklig påverkan genom försurande luftföroreningar kan dock ge en onormalt snabb försurningsutveckling. Andra mänskliga faktorer som påverkar tillståndet i skogsmark är främst skogsbruk. Träden, liksom alla andra växter, tar upp näringsämnen i form av baskatjoner i utbyte med försurande vätejoner. Om växterna skördas blir markförsurningen mer permanent. Det finns en naturlig för- måga att motverka försurning av skogsmark. Markens vittring frigör ständigt nya ämnen med neutraliserande förmåga. Områden som har högt nedfall av försurande luftföroreningar med långsam vittringshastighet och hög skogstillväxt uppvisar den kraftigaste markförsurningen i Sverige.
Skogens nuvarande tillväxt och skörd ger teoretiskt ett betydande försurningsbi- drag till skogsmarken. I Götaland, som har ett relativt omfattande uttag av grenar och toppar (GROT), ger detta en ökad försurningspåverkan. Samtidigt bidrar sko- gens upptag av kväve till att den försurande inverkan av kvävenedfallet är relativt liten Detta under förutsättning att det kväve som lagras i marken med tiden inte omvandlas till nitrat, som är en försurande process. Kvävets potentiella försur- ningseffekt är stor, men i praktiken liten i skogliga ekosystem som är begränsade av kväve. På lång sikt kan skördens omfattning påverka kvävebalansen och mot- verka upplagring i marken. Kvävenedfallet kan genom sin gödande effekt öka upp- taget av baskatjoner och på det sättet orsaka en indirekt försurningseffekt, men den
påverkan är i dagsläget svår att kvantifiera på grund av svårigheten att särskilja kvävenedfallets produktionshöjande effekt.
Kritiska effekter
Försurning är bara en av många processer som påverkar skogsekosystemets funktion. För att kunna bedöma om det är nödvändigt och möjligt att motverka försurningsef- fekter i brukad skogsmark måste det vara möjligt att förstå hur påverkan sker och att den har stor betydelse för miljötillståndet. Försurningsforskning har bedrivits under många år inriktad på skogens olika funktioner. En kort summering av kunskapsbeho- vet kopplat till grundläggande krav på brukad skogsmark är:
x
Uthållig cirkulation av näringsämnen för skogsproduktion. Nedfall av försurande luftför-oreningar har en påtaglig påverkan på näringsomsättningen genom att öka utlak- ningen av näringsämnen i form av baskatjoner och öka tillgången på kväve. I ett inledande skede kan detta stimulera skogstillväxt, men på lång sikt finns risker med bristande tillgång på vissa baskatjoner i förhållande till kväveutbudet, som kan leda till att tillväxtpotentialen inte utnyttjas. Kvävetillskott som överstiger skogsekosystemets förmåga till upptag och fastläggning utlakas som nitrat, vilket leder till försurning och ökade förluster av även andra näringsämnen än kväve. Skogsbrukets upptag och skörd kan förstärka försurningseffekten och minska ut- budet av näringsämnen (katjoner). Upptag och skörd av kväve i områden med högt nedfall kan dock minska risken för att förhöjd utlakning av nitrat.
x
En markmiljö som tillåter normala processer i ett skogsekosystem. Nedfall av miljögiftersom kvicksilver, kadmium, bly och stabila organiska föreningar kan sannolikt un- der vissa förhållanden störa markbiologiska processer. Det är dock oklart i vilken utsträckning försurning påverkar risken för störningar. Mobiliteten av kadmium ökar dock vid försurning, vilket kan öka risken för skadlig påverkan. Generellt är sannolikt inte försurning den viktigaste effekten att kontrollera för att undvika störningar från miljögifter.
x
En markmiljö som gynnar biologisk mångfald. Förutsättningarna för biologisk mångfaldpåverkas av en mängd olika faktorer, varav en är skogsmarkens syra/bas status. Det är svårt att isolera försurningseffekten av nedfall och skogsbruk, eftersom ekosystemet samtidigt påverkas av skogen skötsel och inte minst kvävenedfall. Generellt finns ett behov av att skydda den naturliga, och stora, variationen i sur- hetsgrad i svensk skogsmark, eftersom många organismer är anpassade till olika pH-intervall. Med nuvarande kunskap är det svårt att kvantifiera var gränserna går för skadliga försurningseffekter.
x
Markförhållanden som ger acceptabel avrinning med avseende på såväl hydrologisk regim som vattenkvalitet. Försurning under svenska förhållanden påverkar inte primärt hydro-login, men däremot i hög grad avrinningens kvalitet. Försurad avrinning känne- tecknas av lågt pH, låg syraneutraliserande förmåga (ANC) och förhöjda halter av oorganiskt aluminium. Nedfall av stark syra, som svavelsyra, ger tillskott av både
aciditet (vätejoner som förbrukar alkalinitet) och ”mobila” anjoner som kan trans- portera katjoner genom markprofilen och ut i avrinningen. Även skogsbrukets till- skott av aciditet förbrukar markens alkalinitet, men det sker ingen tillförsel av starksyraanjoner. De svaga syror som är ett resultat av biologisk produktion ger upphov till organiska anjoner som bara utlakas i begränsad omfattning.
x
Mark utan långvariga nettoförluster av växthusgaser. Det är i stora drag osäkert hurväxthusavgång påverkas av försurning, även om flera processer är pH-beroende. Sannolikt kan lustgasbildningen öka under sura förhållanden och motsatt kan kol- dioxidavgången förändras om försurning påverkar nedbrytningen av organiskt material. Det är inte känt om försurning specifikt via skogsbruk kan påverka flö- det av växthusgaser. Andra effekter än försurning är sannolikt viktigare för att motverka avgång av växthusgaser, som dikning av organogena jordar som kan öka avgången under lång tid.
Sammanställningen ovan leder fram till att det i första hand är syra-bas status och näringstillgången i rotzonen (baskatjoner och kväve) samt kvalitén på avrinnande vatten som kan påverkas på ett tydligt sätt av försurning där även skogsbruket har betydelse. Försurningens effekter varierar stort i olika delar av landet, och på olika ståndorter beroende på regionala och lokala gradienter i både nedfall av luftförore- ningar och skogsbrukets försurningseffekt, kombinerat med grundläggande markke- miska egenskaper i skogsjordarna.
Indikatorer på försurning
De indikatorer som är användbara för att beskriva effekter av försurning av mark och vatten som orsakas av skogsbruk är inte annorlunda än när luftföroreningar är källan. Försurning av mark beskrivs normalt som förändringar av markkemiska egenskaper som pH, basmättnadsgrad och utbytbart aluminium. På motsvarande sätt beskrivs mark- och ytvatten med pH, ANC och oorganiskt aluminium. Däremot behövs sär- skilda indikatorer för att kvantifiera skogsbrukets aciditetstillskott så att det kan jämfö- ras med försurning från luftföroreningar. Det innebär att nettoeffekten av upptag och skörd, med hänsyn tagen till skogens kväveomsättning, måste uttryckas som ”syraek- vivalenter”.
Beräkningar och underlag
Det finns i princip tre tillgängliga underlag för att beskriva skogsbrukets försurningsef- fekt.
x
Statiska massbalanser för baskatjoner och kväve i skogsmark.x
Dynamiska modellberäkningar av historisk och framtida försurning i skogsmark med olika scenarier för skogsbruk.Beräkningarna av massbalanser utförs på ett liknande sätt, och med samma underlag, som kritisk belastning och överskridande (Bilaga 7). Skogsbrukets skörd av baskatjo- ner som tagits upp i träden kvantifierar det bestående aciditetstillskottet som uppstår genom rötternas upptag som tillför vätejoner till marken. Massbalansen består av: BC balans = Vittring BC + deposition BC – skörd BC – utlakning BC
Beräkningarna, som kan utföras yttäckande i produktiv skogsmark, utnyttjar data från nationell och regional miljöövervakning samt olika skogliga inventeringar (Akselsson, 2005). Det gäller även beräkningarna av massbalanser för kväve som förenklat omfat- tar:
N balans = Deposition N + fixering N – fastläggning i mark N - skörd N-utlakning N Överskott av kväve som inte skördas eller varaktigt fastläggs i skogsmarken utlakas som oorganiskt kväve, huvudsakligen nitrat, vilket är en försurande process. Omvand- ling (nitrifiering) av organiskt kväve och ammonium frigör vätejoner och deposition av salpetersyra är direkt försurande om nitratjonerna i syran inte tas upp av växter. Skogsbruket påverkar främst posten skörd och i viss mån möjligheterna till fastlägg- ning av kväve, bland annat genom förekomsten av markvegetation och metoder vid föryngringsavverkning.
Dynamiska modellberäkningar bygger även de på massbalansberäkningar för olika ämnen, men resultatet av beräkningarna för ett tidsintervall (normalt ett år) påverkar efterföljande perioder, vilket ger en dynamisk beskrivning av försurningsutvecklingen. Etablerade modeller som MAGIC (Cosby m.fl., 2001) och SAFE (Alveteg, 1998) har använts flitigt inom svensk och internationell försurningsforskning. Ett exempel på dynamiska effekter är att beräknade nettoförluster av baskatjoner inte kan fortgå oändligt, utan det leder bland annat till att utlakningen minskar, vilket med tiden mot- verkar förlusterna. Det sker dock till priset av att andra joner, försurande ämnen som vätejoner och aluminium, har tagit baskatjonernas plats i mark- och avrinningsvatten. De dynamiska modellerna uppskattar både historia och framtid med hjälp av scenarier för deposition och skogsbruk. Beräkningarna kalibreras normalt med hjälp av mätdata i nutid. Behovet av indata är relativt stort, jämfört med enkla massbalansberäkningar.