3. V ILKA PROCESSER STYR
3.7 N ÄRINGSUPPTAG OCH UTLAKNING AV KVÄVE
I de allra flesta svenska skogsekosystem är kväve det näringsämne som reglerar primärproduktionen. Det innebär att i stort sett allt kväve som deponeras tas upp i ekosystemet, antingen i marken, i fältskiktet eller av träden.
Kväve deponeras i två former. Oxiderat kväve emitteras som NOx och
deponeras som NO3-. Reducerat kväve emitteras som NH3 och depo-
neras som NH4+.
Upptag av katjoner såsom NH4+ och baskatjoner innebär att H+ till-
förs markvattnet. Upptag av anjoner, t ex NO3- innebär att OH- tillförs
markvattnet. Vid balanserat upptag av NO3- och baskatjoner innebär
tillväxten i sig alltså ingen försurning av markvattnet. Skörd innebär dock att baskatjoner inte återförs till marken vilket på sikt bidrar till minskande basmättnadgrad.
Depositionen av kväve har en försurande effekt om nitrat lakas ut ifrån marken, eller om kvävet har en gödslande effekt som leder till ökat baskatjonupptag. Behovet av kväve som näringsämne blir därmed den faktor som avgör om nitrat lakas ut eller ej. Man brukar därför säga att man nått kvävemättnad om depositionen överstiger nettoupptaget, vil- ket då leder till nitratutlakning och försurning.
Depositionen av kväve kommer inte minska lika snabbt som deposi- tionen av försurande svavel. En eventuell återhämtning betingad av minskad svaveldeposition kan, i värsta fall, bromsas upp om nitrat bör- jar lakas ut.
Hur stor är då risken att nitrat lakas ut? Adsorptionskapaciteten för nitrat i en mark är låg, och det finns därför inget förråd av nitrat som direkt kan mobiliseras. Utlakningen av oorganiskt kväve tycks istället hänga nära samman med hur labilt markens organiska kväve är. Ett mått på kväveföreningarnas stabilitet är C:N-kvoten, som är förhållandet mellan mängderna av organiskt kol respektive kväve i marken.
Figur 11 visar sambandet mellan markens C:N-kvot och utlakningen av främst nitrat från ett antal skogsekosystem i Europa. En lägre C:N- kvot är en indikation på att markens nedbrytande organismer har till- gång till kväve i mer lättillgänglig form än kväve bundet till organiskt material. Diagrammet visar att ju högre andelen av kväve är i förhål- lande till det kol det är bundet till (dvs ju lägre C/N-kvot), desto större är risken för läckage av nitrat. Risken för kväveutlakning är stor då C:N kvoten understiger 25.
Figur 11. Sambandet mellan markens C:N-kvot och utlakningen av oorganiskt kväve, främst nitrat (fritt efter Dise m fl, 1998).
I områden där kväve lakas ut minskar utlakningen normalt så snart de- positionen minskar. I svenska skogsekosystem som inte läcker nitrat, är det troligt att ”säkerhetsmarginalen” är ganska stor. Vi förväntar därför inte att kväveläckaget skall öka, under förutsättning att inte klimat- förändringar leder till ökad nettomineralisering av organiskt material i marken. I Gårdsjön, där C:N-kvoten är 35, har stora mängder kväve spridits på marken i särskilda experiment utan någon långvarig effekt på nitratutlakningen (Wright och van Breemen, 1995).
3.8 M
ARKANVÄNDNINGENSBETYDELSEMarkanvändningen har också betydelse för hur snabbt återhämtningen kommer att ske. I dagens produktionsskogar binds stora mängder kväve och baskatjoner i ved och barr, som sedan lämnar ekosystemen i form av kommersiell skogsråvara. Det är svårt att exakt säga hur skogsbru- kets försurande inverkan skall kvantifieras. Det beror på hur man vär- derar skogens upptag av kväve. Det är dock klart att uttaget av baskat- joner från skogsekosystemen har en försurande effekt. Om skogsbruket
utvecklas mot större uttag av biomassa utan att markerna kompenseras, t ex genom askåterföring, kommer återhämtningen att hämmas. Hel- trädsavverkning är alltså ett potentiellt hot mot återhämtningen från försurning. Speciellt viktigt är att de näringsrika barren inte avlägsnas.
Kalkning eller vitaliseringsgödsling av skogsmark är ett sätt att snabbt återställa markens baskatjonförråd i de övre marklagren som till viss del kan reparera de markkemiska förändringar som försurningen åstadkom- mit. Det tar dock flera decennier innan en kalkning ger signifikant på- verkan på djupare marklager.
3.9 R
UMSLIGVARIATION I AVRINNINGSOMRÅDENVid närmare studier av avrinningsområden finner man ofta att det råder en stor rumslig variation i markens egenskaper, även inom små avrin- ningsområden. Marken är oftast tunnare och torrare på sluttningar jäm- fört med marken i närheten av vattendrag i dalsänkor. Processer som styr utveckling av markens kemiska och fysikaliska egenskaper är oftast kopplade till tillgången av vatten. Därför är skillnader i fuktighet av stor betydelse.
Avrinning representerar ett integrerat utflöde av vatten och ämnen från hela avrinningsområdet, men marktäcket i olika delar av avrinnings- området påverkar avrinningens sammansättning i olika stor utsträck- ning. De delar som ligger långt ifrån vattendraget kan ha begränsad betydelse för avrinningskemi eftersom de tidvis kan sakna hydrologisk koppling till vattendraget. Detta kan innebära att markprocesser inom inströmningsområden är mindre viktiga för avrinningens sammansätt- ning än de processer som pågår i marken i utströmningsområdet intill vattendraget, även om dessa är rumsligt begränsade. Olika ämnen på- verkas också olika mycket av denna mekanism.
3.10 F
ÖRSURNINGENS OCHÅTERHÄMTNINGENSDYNAMIKOvanstående diskussion om processer i marksystemet kan sammanfat- tas genom att dela in försurnings- och återhämtningsprocessen i fyra faser:
• Före försurning • Under försurning • Försurat tillstånd
• Begynnande återhämtning
Före försurningen rådde en jämvikt mellan produktion och konsum- tion av ANC och de viktigaste lösta komponenterna i marksystemet, och därmed även i avrinningsområden. Därför var basmättnadsgraden stabil. Baskatjonhalten i avrinningen utgjordes av skillnaden mellan vitt- ringen plus depositionen, och nettoupptaget i vegetationen.
Stabil markkemi gav jämnt och högt ANC, och ofta ett högt pH- värde i avrinningen om inverkan av organiska syror var liten.
Då syradepositionen, främst av försurande svavel, ökade kring sekel- skiftet bröts stationäriteten. Den ökade tillförseln av sura ämnen till marksystemet orsakade genom jonbyte en minskning av mängden ut- bytbara katjoner. Detta ledde till ökade halter av baskatjoner i mark- vätskan, och förluster av baskatjoner från marksystemet. pH-värdet i marken hade ännu inte sjunkit påtagligt, och halterna av oorganiskt aluminium var därför fortsatt låga. En viss andel av sulfatet i depositio- nen adsorberades, vilket fördröjde försurningsförloppet.
Figur 12. Illustration av hur processer som buffrar marken och markvattnet mot försurning även buffrar mot återhämtning då depositionen minskar.
Försurat tillstånd uppnås efter en lång period av hög deposition. Då avtar jonbytesförrådets buffertförmåga, och systemet går mot en ny jäm- vikt. Då buffrande jonbytesreaktioner avtar faller pH-värdet i mark och avrinningen snabbt till stabilt låga nivåer. Halten av baskatjoner i avrinningen faller medan halten av aluminium i markvatten och avrin- ning ökar. Markens anjonbytare är mättade och kan inte adsorbera mer sulfat. Bäckar och sjöar uppvisar drag av kronisk försurning med ANC<0. Då depositionen minskar börjar återhämtningen i marken. Denna fördröjs av att sulfat desorberas, samt att förrådet av utbytbara baskatjo- ner fylls på. Båda dessa processer orsakar att H+ tillförs markvattnet
från markens fasta ämnen. Därför minskar också baskatjonhalterna i markvätskan och i avrinningen. Eftersom den årliga vittringshastighe- ten är låg i jämförelse med mängden utbytbara katjoner och mängden adsorberat sulfat blir denna fas mycket långvarig. Inom överskådlig tid kommer dessutom depositionen av försurande ämnen att överskrida nedfallet under förindustriell tid, och det kommer ta mycket lång tid innan förråden av utbytbara baskatjoner har uppnått ursprunglig nivå. Därför blir den kemiska återhämtningen bara partiell. Den biologiska nyttan av den begränsade kemiska återhämtningen kan dock vara bety- dande.