Bergström, Lars
Partikelfångande fosfordammar med och utan sedimenttömning
Eutrofiering är ett av de allvarligaste hoten för Östersjön och att minska eutrofieringen ingår i EU:s Vattendirektiv och de nationella miljömålen. Källfördelningar har visat det stora behovet av åtgärder för att minska läckage av fosfor (P) och kväve (N) från jordbruksmark till Östersjön. Beräkningarna har visat att jordbruket svarar för omkring hälften av den antropogena belastningen av fosfor och kväve och att målen, speciellt för fosfor, är långt ifrån nådda.
Sedan 2010 har det funnits stödformer för att anlägga s.k. fosfordammar. Studier av sådana speciellt utformade fosforvåtmarker har visat att dessa, om de utformas på ett bra sätt, kan påtagligt reducera fosfortransporten i lerområden. Den viktigaste fosforprocessen är sedimentation av partikelbunden fosfor (Kynkäänniemi et al., 2014). Samtidigt kan det ske en signifikant minskning av kvävet. Det har visat sig att fosforvåtmarkernas partikelfångande funktion varierar stort mellan olika våtmarker. Studierna från fosfordammarna Nybble och Bergaholm har också visat att denna funktion har förändras i takt med tillgången till suspenderbara partiklar (Kynkäänniemi et al., 2014).
För närvarande satsar Jordbruksverket, Lantbrukarnas Riksförbund och länsstyrelserna än mer på att minska fosforläckaget från lantbruket genom en speciell fosforkampanj, varvid fosfordammar utpekas som en av åtta speciellt effektiva åtgärder. Men vad krävs för skötsel för att få önskvärda funktioner? Efter en tid ansamlas resuspenderbar sediment i dammen Detta kan innebära flera risker. Förutom risken att partiklar förs ut ur dammen vid högflöde kan mera sediment också medföra att högväxta arter tar över annan form av vegetation och att avskiljningen av näringsämnen kan komma att minska. Inom detta projekt granskar vi hur rensning av en våtmark och tömningen på löst sediment påverkar fortsatt retention och hur användbart detta sediment är för att återföras till jordbruksmark.
Två sk fosfordammar har anlagts i mellansvenska lerjordsområden, den ena (2009) i Bornsjöområdet strax söder om Stockholm och den andra (2010) i Kiladalen i sydöstra Södermanland. Våtmarkerna består av en djupare sedimentationsdel och ett grundare vegetationsfilter. Våtmark Nybble är något större och har också ett större tillrinningområde än våtmark Bergaholm, men bådas tillrinningsområde har ungefär samma fosforerosion per areal. Belastningen av fosfor och partiklar per våtmarksyta har också varit likartad. Belastningen av partiklar har däremot bara varit ungefär hälften jämfört med belastningen på en motsvarande norsk våtmark (Skuterud) som rensats vid två tillfällen under en åttaårsperiod. Materialet som belastar de svenska våtmarkerna har haft en genomsnittlig fosforhalt (PP/SS) på c:a 0.15% medan motsvarande halt i den norska våtmarken var 0.7% i genomsnitt.
Bergaholm våtmark konstruerades genom att öppna upp en mindre kulvert och leda vattnet i en slinga i nygrävd mark. Nybble våtmark utformades trappstegsformat i ett befintligt öppet dike. Båda våtmarkerna utrustades med flödesproportionell provtagning vid in och utlopp, i Nybble dessutom i den munk som avgränsar sedimenta-tionsdelen och vegetationsfiltret. Båda våtmarkerna är också försedda med sedimentations-plattor placerade på botten i flera transekter för att demonstrera den årliga sedimentation i olika delar av våtmarkerna. Den hydrauliska belastningen har alla år varit högre för Nybble än för Bergaholm och med ett tydligt samband dem emellan över tiden. År 2015/2016 var ovanligt torrt medan åren 2012/2013 och 2014/2015 var nederbördsrika med ungefär dubbelt så hög vattenbelastning.
Våtmark Bergaholm har hela tiden som den studerats (6 år) haft en signifikant retention av suspenderat material (i medeltal 23%), partikelbunden fosfor 27%) och löst reaktiv fosfor (21%). Fosforeffektiviteten har därmed varit högre än för den norska våtmarken (Skuterud) där i genomsnitt 18% av totalfosforn fångades under åtta år. I Bergaholm har minskningen av partikelbunden fosfor varit störst under år med liten belastning på våtmarken (Figur 2b).
Totalt har 8.8 ton material, 17 kg partikelbunden fosfor och 7 kg löst reaktiv fosfor kvarhållits i Bergaholm. Mängden suspenderat material och fosfor som beräknats hållits kvar i våtmarken enligt flödesmätningar och vattenanalys, har motsvarats av ungefär samma mängd material som fångats upp på sedimentplattor placerade i transekter längs med dammen. De största mängderna har sedimenterat närmast inloppet. Med nuvarande sedimentationstakt finns det inga skäl att tro att denna våtmark behöver tömmas på sediment under de närmaste åren. Av mättekniska skäl är det däremot viktigt att rensa mätbrunnarna från sediment flera gånger per år. Eftersom alar kan fixera kväve bör man hålla undan dessa längs stränderna, annars kan den nuvarande kväveretentionen (som legat på 15-20%) komma att minska.
Nybble våtmark har däremot fungerat mindre tillfredsställande, delvis betingat av en rensning av ett vägdike uppströms våren efter konstruktionen av våtmarken. Detta orsakade att en sedimenthög ansamlades nära inloppet varifrån material sedan eroderade och förflyttades nedströms i dammen. Det har även förekommit annan intern erosion i våtmarken. Vattennivån i den övre delen har varit onödigt grund eftersom munken inte hållit helt tätt. En viss retention av löst reaktiv fosfor (5-20%) har dock alltid förekommit förutom etableringsåret. Denitrifikation tycks också ske i våtmarken och nitratkvävet har reducerats i våtmarken varje år, i genomsnitt med 24%.
Totalt har det på sedimentplattorna fångats upp ungefär 3 ggr så mycket material i Nybble våtmark som i Bergaholm. Under goda betingelser (låg vattennivå och låg grundvattennivå) utfördes därför en rensning av våtmarken under september 2016. Övre dammen med mycket vegetation rensades från högre växter och löst sediment grävdes bort. Under arbetet kunde nedre delen stängas av så att nästan inget vatten lämnade våtmarken. Arbetet utfördes med en gallerskopa som bör ha minskat grumlingen av vattnet jämfört med en öppen skopa. Tillgången till en maskin med lång arm underlättade arbetet eftersom stränderna runt dammen är relativt branta. Totalt grävdes c:a 160 ton sediment bort, det allra mesta från övre dammen men också en mindre mängd i det nedre våtmarksfiltret närmast utloppet. Dammbottnen jämnades också till.
Vi avser att följa upp den förbättring i retention som vi förväntar oss efter sedimenttömningen av Nybble våtmark och att använda Bergaholm våtmark som referens. Utvärderingen sker med existerande utrusning: både utifrån flödes-proportionell vattenprovtagning i in- och utlopp och från den årliga ansamlingen av sediment på sedimentationsplattor. Kväve-retentionen följs också i båda våtmarkerna med vattenprovtagningen och analys av kväve och kol. Vi vill nu också noga demonstrera hur det bortförda materialet kan återbördas till jordbruksmarken. För närvarande studerar vi näringsinnehållet (växttillgänglig fosfor, totalkväve och organiskt kol) i sedimentet som tagits bort från våtmarken. Sedimentet lagras på den aktuella gården och vi har också för avsikt att notera synliga förändringar i strukturen efter vinterns perioder med tjäle. Våtmark Bergaholm, tjänar som referens och studeras parallellt. Efter projekttiden kommer vi att kunna beräkna fosforretentionen i två fosfordammar och att ge praktiska råd när och hur ackumulerat sediment ska tas bort från fosfordammar.
Projektet har som avsett för 2017, följt upp fosforretentionen i de två fosfordammarna Bergaholm och Nybble med två oberoende metoder: flödesproportionella vattenprover och sedimentprovtagning. Det blev dock inte en förbättrad fosforretention på årsbasis efter urgrävningen i Nybble, då få specifika flödestillfällen, hydraulisk belastning och grundvatten tillflöden också påverkar retentionen. Första året efter anläggningen av Nybble fosfordamm var retentionen negativ, men förbättrades kommande år, därför bör uppföljning fortsätta för att klargöra en liknande förbättring i framtiden. Även kväveavskiljningen har uppskattats baserat på vattenprovtagning och analys av kväve och kol. Efter att den stora mängden ansamlat sediment i Nybble fosfordamm grävdes ur den djupa delen hösten 2016, har projektet även tagit prover från det ansamlade materialet ett år efter urgrävningen. Det urgrävda materialet analsyerades på näringsinnehållet (växttillgänglig fosfor, totalkväve och organiskt kol). Analysen av växttillgänglig fosfor har förskjutits och sker sista februari, varav resultatet inkommer inom kort. Resultaten med fosfordammarnas näringsretention sammanställs för närvarande i en vetenskaplig artikel som ska skickas in till tidskriften Water Research i mars 2018. En populärvetenskaplig rapport om erfarenheterna av tömningen av Nybble fosfordamm med konkreta råd hur tömningen ska utföras har påbörjats. Det vore dock väldigt intressant att vänta något med rapporten och få med resultat från en tömning av Bergaholm fosfordamm, även den under lågflödesperiod men under vegetationsperioden för att se om de förhöjda utflödande kvävehalterna under ett par månader kan begränsas till endast direkt efter urgrävningen som för fosfor. Dessutom innehåller marken i området uppströms Bergaholm fosfordamm betydligt högre halter växttillgängligt fosfor, om detta avspeglas i det urgrävda sedimentet eller inte kvarstår att studera.