Metoder för beräkning av kritisk belastning kan utgöras av empiriska me- toder, som grundas på fältobservationer eller på experimentella resultat, massbalansmodeller samt processmodeller.
Flera teoretiska beräkningar av den kritiska belastningen finns gjorda. Rosén m fl, (1992) beräknade med en massbalansmodell värden för Sverige/ Norden på 2–10 kg N per ha och år. Resultatet styrs i hög grad av netto- upptaget av kväve i träden, och i den studien beräknades detta som netto- upplagring av kväve i stam, grenar och barr under en skogsgeneration. Det motsvarar uttaget vid helträdsavverkning. Modellen tar inte hänsyn till hyggesfasen eller avverkningsmetod. Eftersom grenar och särskilt barr inne- håller mycket kväve kommer avverkningsmetoden att ha ett avgörande inflytande på värdet på den kritiska belastningen analyserad enligt denna modell (Lundborg, 1997). I en analys av NITREX-försöken (Nitrogen Saturation Experiments) kom Reynolds m fl, (1998) på ett liknande sätt fram till en kritisk belastning på 3–8 kg N per ha och år för barrskog på sur mark. I detta fall fanns inget medräknat vad gäller skörd av kväve. Om utttaget av kväve med stammarna också medräknades var den kritiska be- lastningen 11–15 kg N per ha och år. Dessa värden på kritisk belastning är
Figur 7.1.
Kritisk belastning för eutrofierande kväve, en principskiss. Illustration: Gun Lövdahl
avsevärt högre än de som presenterades för Norden av Rosén m fl, (1992). Orsaken till detta är att ståndortens bördighet och därmed immobiliser- ingen av kväve i biomassa spelar stor roll för värdet på den kritiska belast- ningen. Bördigheten ökar söderut och samtliga NITREX-lokaler utom en (Gårdsjön) låg i Centraleuropa. I NITREX-försöken såg man en förhöjd kväveutlakning först då nedfallet överskred den kritiska belastningen med ca 15 kg N per ha och år.
Massbalansmodeller har den svagheten att flera ingående poster, vilka i verkligheten är dynamiska storheter, behandlas som konstanter (Nohrstedt, 1992). Detta gäller dels kväveupptaget i vegetationen, vilket givetvis kan öka när mer kväve tillförs i kvävebegränsade system, dels markens förmåga att kvarhålla kväve. Markens retentionsförmåga har ofta varit förbisedd (Skeffington & Wilson, 1988) och anses vara den post i massbalanser som rymmer störst osäkerhet (Aber, 1992; Grennfelt & Thörnelöf, 1992). Rosén m fl, (1992) räknade på basis av kväveinnehållet i ett antal svenska fast- marksjordar med en retentionsförmåga på 0,5 kg N per ha och år, vilket motsvarar den historiska retentionen av kväve i rostjorden sedan istiden. En undersökning av 37 barrträdslokaler i södra Sverige visar på en acku- mulering av kväve i mark på i medeltal 8,5 kg per ha och år (Nilsson m fl, 1998a). I statusrapporten från CCE anges ett värde på 2–5 kg per ha och år (Posch m fl, 1995). I inget av de nämnda fallen är det medräknat att många av dessa skogar tidigare brunnit med ett intervall på 50–150 år (Zackrisson, 1977), vilket torde ha inneburit stora kväveförluster (Ring, 1997). Möjligtvis kan den maximala retentionsförmågan vara avsevärt större vilket också antyds av en mängd gödslingsförsök.
Dynamiska teoretiska modeller har också använts för att analysera under vilka förutsättningar som kväveutlakningen från skogsekosystem kommer att öka och successivt närma sig inflödets storlek, d v s när ett ”mättat” tillstånd uppnås (Ågren & Bosatta, 1988; Aber m fl, 1991), se vidare fakta- ruta om kvävemättnad i kapitel 4. I dessa modeller har kvävet kopplats till kolets omsättning. Enligt dessa analyser är endast en mycket liten kväve- tillförsel möjlig om mättnad långsiktigt skall undvikas. I ett överskådligt tidsperspektiv angav Ågren & Bosatta (1988) en kritisk belastning på 10– 20 kg N per ha, vilket stämmer väl överens med mer empiriskt inriktade analyser.
Empiriska studier av kritisk belastning både i Sverige och utlandet visar att en tydligt förhöjd utlakning av kväve uppträder i regel endast vid ett kvävenedfall över 10–15 kg per ha och år. Det gäller både svenska (IVL, 1991; Nilsson m fl, 1998a) och europeiska undersökningar (Grennfelt & Hultberg, 1986; Dise & Wright, 1995; Tietema & Beijer, 1995). En för-
svårande omständighet i sammanhanget är att det oftast råder en mycket stor variation i utlakning, trots lika nedfall (Grennfelt & Hultberg, 1986; Dise & Wright, 1995; Nohrstedt m fl, 1996).
Andra faktorer, t ex historik och jordmån, kan spela stor roll, vilket kommenteras mer nedan. Den oftast låga retentionen av kväve i mark i budgetstudierna som tidigare redovisats av ex. Johnson (1992) står i viss kontrast till resultat som Tietema m fl, (1998b) rapporterat. De senare utfördes med isotopteknik (15N) retentionsstudier i fyra centraleuropeiska NITREX–försök. Försöken var belägna i 35–75-årig barrskog och hade ett kväveinflöde mätt som krondropp på 15–60 kg per ha och år. På varje försöksplats varierades inflödet till olika ytor genom att endera öka det med tillsats av kväve eller minska det med hjälp av en takkonstruktion. På detta sätt erhölls i hela serien en gradient i kväveinflöde från 4 till 91 kg per ha och år. Behandlingarna pågick under ett år före provtagningen. Studi- erna påvisade en icke obetydlig retention av kväve i marken. Mellan ca 25 och 60 % av kväveinflödet fastnade i marken, varav en till två tredjedelar i humuslagret. Retentionen i marken var mellan 2 och 24 kg per ha och år och var på tre av de fyra lokalerna positivt korrelerad till kväveinflödets storlek.
Ett NITREX-försök finns också i Gårdsjön. Där tillfördes genom be- vattning årligen 40 kg N (ammoniumnitrat) extra per hektar under fem år. Den årliga extrautlakningen motsvarade som mest 6 % av det tillförda kvävet (Hultberg m fl, 1994; Wright m fl, 1995; Moldan & Wright, 1998). Den absoluta merparten av tillfört kväve blev således kvar i ekosystemet. Från data redovisade av Kjönaas m fl, (1998) kan det beräknas att allt av detta fastlades i marken, vars retention ökade från –2 kg N per ha och år på kontrollytan till 42 kg N per ha och år på gödslingsytan. Detta visar att markens retentionsförmåga är stor på kort sikt, och att ett högt kväve- nedfall leder till snabb ackumulation av kväve i mark.