Weisner, Stefan

Potential hos våtmarker anlagda för fosfor- och kväveretention i jordbrukslandskapet: analys och tolkning av mätresultat

Beräkningar av näringsretention på landskapsnivå bygger på modeller, vilket är nödvändigt eftersom totalundersökningar i fält i praktiken inte är genomförbara. Modellerna är dock beroende av de data som de bygger på vilket innebär att hittillsvarande utvärderingar av effekten av våtmarksanläggning i Sverige inte ger en upplösning som möjliggör en tillförlitlig bedömning av hur enskilda våtmarkers utformning och skötsel bör optimeras eller vilka miljöeffekter en sådan optimering skulle ge. För att kunna utforma tydligare riktlinjer finns det alltså ett behov av fler och bättre analyser av mätningar i våtmarker som kan leda fram till ökad kunskap om de faktorer som har betydelse för en effektiv näringsretention i anlagda våtmarker i jordbrukslandskapet.

1) Våtmarkscentrum vid Högskolan i Halmstad genomförde under 2003-2006 automatisk flödesproportionell provtagning i tre jordbruksvåtmarker (vid Lilla Böslid, Bölarp och Edenberga) i Halland. Dessa mätningar kan ge mycket bra bild av dynamiken i retentionen av fosfor och kväve i våtmarker som utvalts för att representera högbelastade våtmarker anlagda i första hand med tanke på näringsretention. Data har pga tidsbrist ännu inte blivit slutligt analyserade och utvärderade. Avsikten är att detta projekt ska ge möjlighet till det.

2) För att kunna mäta retention av fosfor och kväve hos ett större antal våtmarker har en strategisk provtagningsdesign tillämpats i 14 våtmarker. Provtagning för att mäta in- och utflödande koncentrationer och mängder har gjorts i varje våtmark vid olika avgränsade perioder under två år (2005-2006), istället för som traditionellt med specifika tidsintervall (eller med automatiska provtagare vilket inte är realistiskt för ett så stort antal våtmarker). Vid de utvalda perioderna togs under en begränsad tid upprepade stickprov på in- och utflödande koncentrationer, samtidigt som vattenföring mättes, för att utvärdera fluktuationer i koncentrationer. Provtagningsperioder fördelades under året för att täcka in olika vattenflöden, men även för att täcka in olika säsonger. Data har pga tidsbrist ännu inte blivit analyserade och utvärderade i ett tillämpat perspektiv. Avsikten är att detta projekt ska ge möjlighet till det.

3) I två av de våtmarker där det utfördes automatisk flödesproportionell provtagning 2003-2006 har det gjorts kompletterande provtagningar under 2009/2010. Dessutom genomfördes under 2011 kompletterande mätningar i en av de våtmarker där strategisk provtagning gjordes under 2005-2006. Dessa data har utvärderats inom detta projekt och det visade sig meningsfullt att jämföra data (baserat på stickprov) för kväveretention i våtmarken vid Edenberga mellan motsvarande perioder (juni – november) 2004 respektive 2010 för att få en bild av hur retentionsförmågan kan förändras med tiden i anlagda våtmarker.

Rapport JV feb2012.pdf

Flödesproportionell provtagning har gjorts i tre våtmarker. Våtmarken vid Lilla Böslid är mycket högbelastad och uppvisade en kväveretention under de tre år som mätningar gjordes motsvarande 1000 kg N per ha vattenyta och år. En hög kväveretention skedde särskilt under sommartid. Fosforretentionen var mera variabel och var hög i samband med vissa högflödesperioder med hög fosforbelastning. Retentionen uppgick enligt mätningarna till drygt 60 kg P per ha och år. En analys av data visar dock att fosforretentionen kan ha kraftigt underskattats på grund av att den flödesproportionella provtagningen vid inflödet baseras på flödesmätning vid utflödet. Detta skulle kunna innebära att den faktiska fosforretentionen var drygt 200 kg P per ha och år.

Våtmarken vid Bölarp har något lägre kvävebelastning per ha vattenyta än våtmarken vid Lilla Böslid men uppvisar ändå en kväveretention på 2000 kg N per ha under tvåårsperioden, motsvarande 1000 kg N per ha och år. Fosforretentionen är även här mera variabel än kväveretentionen och hög i samband med vissa högflödesperioder med hög fosforbelastning . Retentionen uppgick enligt mätningarna till drygt 30 kg P per ha och år.

Våtmarken vid Edenberga har väsentligt lägre kvävebelastning per ha vattenyta än föregående våtmarker. Mätningar gjordes under 1,5 år och uppvisade en kväveretention på drygt 600 kg N per ha och år. Även fosforbelastningen var betydligt lägre i denna våtmark än i föregående men fosforretentionen är även här mera variabel än kväveretentionen och var hög i samband med vissa högflödesperioder med förhöjd fosforbelastning. Retentionen uppgick till 12 kg P per ha och år.

En jämförelse av kväveretention och kvävebelastning i våtmarken vid Edenberga mellan motsvarande perioder 2004 respektive 2010 visar att kväveretentionen var högre 2010 trots att belastningen var lägre. Detta tyder på att kväveretentionsförmågan har ökat med tiden vilket kan förklaras med att ökad vegetation är gynnsamt för kväveretentionen. Eftersom de flesta mätningar av kväveretention i anlagda våtmarker har gjorts i relativt nyanlagda våtmarker är det risk att kväveretentionen underskattas i modeller som bygger på dessa mätningar.

Analys av resultaten från den strategiska stickprovtagningen i 14 våtmarker visade att både kväve- och fosforretention generellt är högre i våtmarker med högre belastning. Kväveretention uppvisar en avtagande ökning med ökad retention vilket kan förklaras med att kväveretentionen sker genom en biologisk process som begränsas av tillgången på organiskt material. Fosforretentionen uppvisar inte motsvarande avtagande kurva vilket kan förklaras av att det är en fysisk process som sker i proportion till tillgången på fosfor. Några våtmarker faller utanför det generella mönstret. För kväve gäller detta tre våtmarker som inte når upp till den kväveretention som kan förväntas av relationen till belastning. Två av dessa hade mycket låg växtbiomassa vilket begränsar tillgången på organiskt kol och substratytor till denitrifikationen. Den tredje våtmarken särskiljer sig genom stora variationer i flöde, extremt hög hydraulisk belastning vid högflöden, samt låg hydraulisk effektivitet. Denna våtmark som särskiljer sig också negativt avseende fosforretention. Däremot finns två våtmarker som särskiljer sig genom en påfallande hög fosforretention motsvarande ca 100 kg P per ha och år. Den ena förefaller vara placerad i en ”hot-spot” i landskapet med höga fosforhalter i tillrinnande vatten. Den andra våtmarken kombinerar relativt hög fosforbelastning med högt medeldjup som ökar omsättningstiden och därmed tiden för sedimentation.

Slutsatser

Variationen är stor både avseende kväve- och fosforretention mellan olika våtmarker i jordbrukslandskapet även inom ett begränsat område.

Fosforretention underskattas lätt vid mätningar i våtmarker i jordbrukslandskapet och detta kan innebära att de modeller som använts har underskattat fosforretention generellt.

En kväveretention på 1000 kg N per ha vattenyta och år är rimligt att kunna uppnå vid optimal placering och utformning av våtmark för detta ändamål.

En fosforretention på 100 kg P per ha vattenyta och år är rimligt att kunna uppnå vid optimal placering och utformning av våtmark för detta ändamål.

Hög kväveretention uppnås i våtmarker med hög kvävebelastning sommartid och med hög växtbiomassa.

Hög fosforretention uppnås i våtmarker med höga fosforkoncentrationer i tillrinnande vatten. Detta kan gälla vid lokalt höga fosforhalter (tex ”hot-spots” vid höga djurtätheter och gödselhantering).

Lokalt höga koncentrationer av fosfor missas vid storskaliga modellberäkningar av den typ som gjorts för utvärdering av anlagda våtmarker i Sverige. Eftersom både kväve- och fosforretention dessutom kan ha underskattats vid de mätningar som ligger till grund för dessa modeller är det risk att kväve- och fosforretention hos våtmarker generellt underskattats.

Den stora variationen mellan olika våtmarker innebär att det finns en mycket stor potential att öka retentionen av kväve och fosfor avsevärt i anlagda våtmarker genom förbättrad placering och utformning.