Massbalansberäkningar av baskatjoner och aciditet i skogsmark visar på flöden under en tidsperiod (normalt år)som kan summeras att vara positiva eller negativa. Negativa balanser för baskatjoner indikerar en risk för markförsurning, där risken ökar med underskottets storlek. Nuvarande förhållanden kan inte utan vidare extrapoleras lång- siktigt. Underskott i massbalanser kan inte pågå för evigt, olika korrigerande meka- nismer kommer att träda in som medför att processen är ett dynamiskt förlopp. Hur denna korrigering kommer att ske är av stort intresse för att bedöma risker för miljön. Om försurning av mark når ett nytt jämnviktsläge som förutsätter att stora mängder aciditet tillförs grund- och ytvatten så kan det innebära att skogsträdens vitalitet och tillväxt inte påverkas, men ytvattnets biologi skadas av låga pH-värden och höga halter av oorganiskt aluminium. bedömningar av risken för en skadlig utveckling, eller ute- bliven eller begränsad återhämtning i redan försurade områden, beror på en rad fakto- rer där underskott i flöden av till exempel baskatjoner jämförs med grundförutsätt- ningar som marken syra-bas egenskaper, men även scenarier för framtida skogstillväxt, skörd samt nedfall av luftföroreningar.
Dynamiska modellberäkningar
Dynamiska modellberäkningar kan belysa förlopp i försurningsutveckling både histo- riskt och i framtiden med vissa antaganden och scenarier. Modellberäkningar av mark- och vattenkemiska förlopp i skogsytor kan framför allt visa hur markens syra-bas status och utlakning kan förändras med tiden om nuvarande skogsbruk och nedfall av luftföroreningar fortsätter eller minskar något ytterligare till år 2010. Tre olika granbe- stånd med olika förutsättningar att motstå försurning visas i Figur 5. Beräkningarna omfattar tre scenarier för skogsbruk; utan skörd, enbart stamuttag samt stam- och
GROT-uttag i de nuvarande bestånden (i nuläget 65 till 90 år gamla) och den kom- mande skogsgenerationen. 0 10 20 30 40 50 60 1860 1910 1960 2010 2060 bas m ät tnad sgr ad i a vr inni ngs om råd en a ( % ) C01 utan skogsbruk C01 med GROT-uttag C01 med stam-uttag AC04 utan skogsbruk AC04 med GROT-uttag AC04 med stam-uttag P92 utan skogsbruk P92 med GROT-uttag P92 med stam-uttag
Figur 5. Modellberäknad (MAGIC) utveckling av basmättnadsgraden i tre skogsytor med gran mellan år 1860 och 2100 med tre scenarier för skogsbruk. C01 i Uppsala län har ståndortsindex G28, AC04 i Norrbottens län G16 och P92 i V. Götalands län G30. Modellberäkningarna indikerar att kombinationen stam- och GROT-uttag har poten- tial att sänka basmättnadsgraden påtagligt under de två skogsgenerationerna med scenarier för skogsbruk. Skogsytan i Västerbottens län (AC04) uppvisar minst relativ skillnad beroende på att tillväxten, och därmed skörden, är lägre än i södra Sverige. Dessutom är utgångsläget bra med relativt hög basmättnad som inte har påverkats av luftföroreningar i någon stor omfattning. Skogsytan i Uppsala län (C01) har genom- snittlig tillväxt för regionen och naturligt hög basmättnadsgrad, som dock kan sänkas något av stamvedsuttag och betydligt mer om det dessutom sker GROT-uttag. Gran- skogen i sydvästra delen av Västra Götalands län (P92) avviker från de två andra i Figur 5, men är representativ för bördig granskog på från början sur, och med tiden försurad, skogsmark. Försurningen är i första hand orsakad av luftföroreningar, men GROT-uttag hade sannolikt förvärrat situationen om det praktiserats samtidigt som belastningen av luftföroreningar var som störst. Sedan slutet av 1980-talet minskade svavelbelastningen successivt, men återhämtningen blir svag med de två scenarierna för skörd. Om skogsbruket upphör finns dock en teoretisk möjlighet till återhämtning enligt beräkningarna.
Det finns en stark koppling mellan markens syra-bas status och kvalitén på avrinning- en från rotzonen, i detta fall markvatten på 50 cm, men pågående upptag i vegetation och nedfall av luftföroreningar har även stor betydelse. Markvattnets syraneutralise- rande förmåga (ANC) är relativt hög i skogsytorna AC04 och C01 (Figur 6). Den sänkning av basmättnadsgraden som sker framför allt med uttag av stam och GROT är inte tillräcklig för att minska ANC i markvatten på ett påtagligt sätt. Den betydligt surare ytan P92 uppvisar större skillnader mellan de olika skogsbruksscenarierna. En återhämtning är tydlig i alla beräkningsalternativen på grund av den minskade svavel-
belastningen, men ANC i markvatten når aldrig nivån i de andra skogsytorna. Detta trots att basmättnadsgraden i alternativet ”utan skogsbruk” når upp till nivån i de andra ytorna med kombinerat stam- och GROT-uttag. Orsakerna är flera, som att kvarvarande svavelnedfall är högst i sydvästra Sverige, bindningsstyrkan av olika joner till markpartiklarna varierar med de markkemiska egenskaperna, samt att ytan P92 uppvisar en något förhöjd utlakning av nitrat.
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 1860 1910 1960 2010 2060 A N C i a vr inni ng (μ ekv/ l) C01 utan skogsbruk C01 med GROT-uttag C01 med stam-uttag AC04 utan skogsbruk AC04 med GROT-uttag AC04 med stam-uttag P92 utan skogsbruk P92 med GROT-uttag P92 med stam-uttag
Figur 6. Modellberäknad (MAGIC) utveckling av ANC i avrinning från 50 cm i tre skogsytor med gran mellan år 1860 och 2100 med tre scenarier för skogsbruk. C01 i Uppsala län har ståndortsindex G28, AC04 i Norrbottens län G16 och P92 i V. Götalands län G30.
Uppmätta effekter i fältförsök
Massbalansberäkningar och dynamiska modellberäkningar av biogeokemiska förlopp innebär förenklingar och antaganden som kan bidra till en viss osäkerhet. Av det skä- let är det viktigt att jämföra med väl dokumenterade försök där nedfall och skogsbru- kets intensitet varierar. Tillgången på sådana försök är begränsad, men vissa långlig- gande helträdsförsök är väl lämpade för jämförelse med förenklade beräkningar. Den generella bilden av jämförelser mellan stamvedsuttag och uttag av stam samt GROT är att den markförsurande effekten är fullt mätbar mätningar (Figur 7).
Basmättnad humus 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 18 22 26 30 Basmättnad mineraljord 18 22 26 30 N O 3 - N 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 1 8 2 2 2 6 3 0 Gran 15 år Gran 26 år Tall 15 år Tall 26 år
Figur 7. Kvoten skogsbränsleuttag/kontroll (Y-axeln) som funktion av ståndortsindex H100 (X-axeln) beräknad på genomsnittlig basmättnad i procent i humus och mineraljord (5-10 cm) i gran- och tallförsök i Sverige. Årtalen i legenden anger tidsintervall efter skogsbränsleuttag i samband med föryngringsavverkning. (Figuren kommer från Energimyndigheten, 2006 och baseras på data från Bengt Olsson, SLU). Även mätningar av ANC i markvatten har visat på lägre värden efter stam och GROT-uttag, jämfört med enbart stamuttag. Försöken är få men indikerar att risken för ANC–sänkning i markvatten är störst i bördiga granskogar på sura marker med visst kvarvarande svavelnedfall.
De försurningstendenser som noteras i försöken efter GROT-uttag uppvisar ett likar- tad mönster som modellberäkningarna i Figur 6. Skillnaderna mellan avverkningsal- ternativen uppstår relativt snabbt, men skillnaderna stabiliseras efter avverkningarna. Kända faktorer som kan bidra till denna stabilisering trots att avverkningarna fortsät- ter under skogsgenerationen är att utlakningen av baser ,samt upptaget i träden, mins- kar efter GROT-uttag. Modellberäkningarna i denna studie har inte förutsatt att till- växten minskar efter GROT-uttag, vilket indikerar att det i första hand är skillnader i utlakning som gör att differensen i ANC i markvatten mellan de båda avverkningsal- ternativen inte ökar med tiden (utlakningen av aciditet är större med GROT-uttag). Några av de mest välundersökta experimenten med helträdsförsök har gjort mätningar av förändringar i markens förråd av baskatjoner samt upptag i biomassa efter GROT- uttag (och stamved), jämfört med enbart stamvedsuttag. Försök i gran uppvisar i regel de största skillnaderna och Figur 8 visar ett gallringsförsök i Småland. Enbart uttag i gallring har minskat markens förråd av baskatjoner relativt mycket, ca 0,2 kekv per år under drygt 20 år, trots att upptaget i biomassa minskat något. Minskat upptag i bio- massa beror på både reducerad tillväxt och lägre halter i träddelar i försöksledet med GROT-uttag. Om skillnader i utlakning påverkat massbalansen är osäkert eftersom den bara studerats genom mätningar under de senaste två åren.
Figur 8. Årliga flöden av baskatjoner som genomsnitt under 20 år i ett gallringsförsök i Små- land med gran där avverkning har skett med och utan ristäkt. Markens förlust samt ackumulering i biomassa är uppmätta flöden, övriga är beräknade (Olsson & West- ling, 2006).
Nettoförluster jämfört med markens förråd
Upprepade mätningar av markkemi med många års mellanrum, samt statiska och dynamiska modellberäkningar (Akselsson, 2005; Belyazid, 2006) har indikerat att det utbytbara förrådet av baskatjoner minskat kraftigt (ofta i storleksordningen 50%) under 1900-talet. Det betyder att 1-2 % av det utbytbara förrådet försvunnit i genom- snitt per år. Huvuddelen av förlusten kan tillskrivas nedfallet av försurande luftförore- ningar, eftersom motsvarande minskning inte noterats i mellersta och norra Sverige. Hög skogstillväxt och skörd samvarierar dock med nedfallsgradienten, vilket innebär att hög skogsproduktion kan ha spelat en roll för minskningen av basmättnaden. De massbalansberäkningar som utförts i denna studie indikerar att förlusterna fortfarande ligger på nivån 1-2 %, trots att nedfallet av svavel minskat kraftigt. Den största osä- kerheten i den massbalansen utgörs av utlakningsberäkningarna där de uppmätta hal- terna av baskatjoner i markvatten visar en sjunkande trend under senare år som resul- tat av den minskade svavelbelastningen (Nettelbladt m.fl., 2006). När en ny jämnvikt i marken med en låg nivå på svavelnedfall uppnåtts kan utlakningen bli väsentligt lägre än vad som uppmätts tidigare.
Vittring på olika djup
Mätningarna och modellberäkningarna av baskatjonbalanserna i skogsmark utförs i regel ned till 50 djup i marken. Det försurade markvatten från fastmark som kan bli resultat av både nedfall av luftföroreningar och skogsbrukets försurande effekt är i genomsnitt inte det samma som tillrinning till rinnande vatten och sjöar. Vattendragen tar emot vatten som rört sig i djupare marklager och utströmningsområden, utöver
vatten som rört sig i mer ytliga marklager. Vattnets väg är dock inte den samma under hela året. Under torra perioder dominerar basflöde som rört sig relativt djupt och under nederbördsrika perioder är förhållandet det omvända. Det som förändrar mass- balansen av baskatjoner när en del av vattnet kan röra sig relativt djup i markprofilen är att vittringen ökar räknat på areal, som till exempel tillrinningsområdet till en sjö. Tabell 2 visar två helt olika sätt att uppskatta vittring i 11 skogsytor med de dynamiska modellerna MAGIC och SAFE. Detta jämförs med en beräkning i många punkter i Sverige utförd med PROFILE (Sverdrup & Warfvinge, 1993), som är den statiska versionen av SAFE. Jämförbarheten i skogsytorna är relativt god mellan MAGIC och SAFE med undantag för kalium. Sannolikt är nedfallet av kalium överskattat, vilket får till effekt att MAGIC minskar vittringen i beräkningarna. Medelvärdet för de 11 ytor- na är även jämförbart med medianvärdet för alla beräknade punkter i Sverige (ca 25 000 punkter).
Tabell 2. Jämförelse mellan genomsnittlig beräknad vittring till 50 cm med MAGIC och SAFE i 11 skogsytor, samt med PROFILE på ca 25 000 punkter i Sverige.
11 ytor vittring 50 cm mekv/m2/år
medel Ca Mg Na K tot BC
MAGIC 10.7 3.4 11.6 0.9 26.6
SAFE 10.4 5.0 10.7 5.3 31.5
ASTA median Sverige 8.6 5.9 10.8 4.3 29.5
Den vittring som beräknas i markens översta skikt (50 cm) räcker inte till för att för- klara de halter av baskatjoner som mäts upp i svenska skogssjöar. Tabell 3 visar upp- skattad vittring (MAGIC) i tillrinningsområdet till 133 mindre skogssjöar där framför allt vittringen av kalcium, och i viss mån magnesium, indikerar att betydligt djupare marklager än 50 cm i genomsnitt bidrar med baskatjoner i avrinningen till sjöarna .(jämför Tabell 2 och 3).
Tabell 3. Beräknad (optimerad) vittring med MAGIC i 133 tidsseriesjöar i hela Sverige.
133 sjöar MAGIC Ca mekv/m2/år Mg mekv/m2/år Na mekv/m2/år K mekv/m2/år
median 43.6 14.0 12.8 3.6
medel 61.6 18.1 13.0 4.0