Försök med markförbättrande åtgärder i Salixodling Hedeskoga avfallsanläggning, Sysav RAPPORT D2007:02 ISSN

Transkript

1 Försök med markförbättrande åtgärder i Salixodling Hedeskoga avfallsanläggning, Sysav RAPPORT D2007:02 ISSN

2

3 Förord På Hedeskoga avfallsanläggning har planterad Salix, som bevattnats med lakvatten från deponin, uppvisat dålig växtkraft och plantor har dött. Det är av stor betydelse att utröna vad detta beror på och så att även andra anläggningar kan få förslag till lämpliga markförbättringar för Salix-odlingar med vitalitets- och tillväxtproblem. Studien har genomförts av Lars Brander, Martin Dahl och Torleif Bramryd, samtliga Institutionen för Miljöstrategi vid Lunds universitet. Malmö i mars 2007 Weine Wiqvist VD Avfall Sverige

4 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund och syfte Bakgrund Syfte Metod Provrutor och markbehandling Vitalitetsbedömning och provtagning Kemiska analyser Resultat Vitalitetsbedömning Kemiska analyser Diskussion Slutsatser och rekommendationer Framtida studier Referenser...9 Sammanfattning På SYSAV:s avfallsanläggning i Hedeskoga bevattnas en Salixplantering med lakvatten från deponin, med syftet att avdunsta vattnet. Växterna har uppenbara tillväxtproblem, och en del av växterna har dött. Detta innebär att avdunstningen inte är optimal. Problemet kan antingen bero på att ph i marken är för högt, så att växterna inte kan ta upp näringsämnen och spårämnen i tillräcklig mängd, eller på att den höga kvävehalten i lakvattnet ger en relativ brist på övriga näringsämnen. I det här projektet har markbehandlingar med träflis, barrträdsbark, kompost, avloppsslam och kopparsulfat testats i befintlig plantering, för att komma tillrätta med vitalitets- och tillväxtproblemen. Prover på blad och jord analyserades med avseende på näringsämnen. Jordproverna analyserades även med avseende på ph. Det konstateras att kompost uppblandad med träflis eller barrträdsbark bör kunna vitalisera Salixplantorna vid Hedeskogaanläggningen, bland annat genom att sänka ph, tillföra spårämnen, reducera kvävehalten och förbättra markstrukturen. Samma markbehandling bör sannolikt också vid andra anläggningar ge en förbättring av vitaliteten i Salixplanteringarna och därigenom en förbättrad tillväxt och vattenavdunstning. Tillsats av koppar ökar sannolikt vitaliteten hos Salixplantorna vid Hedeskogaanläggningen. 2

5 1 Inledning På SYSAV:s avfallsanläggning i Hedeskoga utanför Ystad bevattnas en Salixplantering med lakvatten från deponin. Syftet är att avdunsta vattnet. En del av växterna i planteringen har dött, medan resten har uppenbara tillväxtproblem. Växter som inte mår bra avdunstar mindre vatten än friska växter, eftersom bladytan är proportionell mot avdunstningsförmågan (Persson 1995). Detta innebär att ju mer blad det finns, desto större blir avdunstningen. Det är därför viktigt att se till att odlingen har optimala förhållanden, så växterna avdunstar maximalt med vatten. I en tidigare undersökning (RVF 2006) konstaterades det att vitalitets- och tillväxtproblemen till stor del beror på att ph i marken är så pass högt att växterna får problem med att ta upp spårämnen. Vid ett mark-ph över cirka 6,5 får många växter problem att ta upp bland annat fosfor, järn och nickel, även om dessa ämnen finns i vattnet eller marken. En annan orsak till tillväxtproblemen var att kvävehalten i lakvattnet var för hög, trots den luftning som sker i dammar innan lakvattnet sprids över odlingen. En hög kvävehalt ger en relativ brist på övriga näringsämnen, till exempel olika spårämnen, eftersom de flesta växter tar upp så mycket kväve som möjligt när det finns tillgängligt. Problemen med brist på spårämnen kan uppstå efter flera års bevattning när växterna har förbrukat markens förråd av dessa ämnen, eller när markens ph stiger beroende på lakvattenbevattningen. Bevattningen i sig kan också leda till att spårämnen tvättas ut ur marken och fastläggs i den underliggande deponin. För att lösa problemen bör man antingen minska kvävebelastningen eller öka tillgängligheten av spårämnen. 2 Bakgrund och syfte 2.1 Bakgrund I det här projektet har olika markbehandlingar testats för att komma tillrätta med vitalitets- och tillväxtproblemen på Hedeskoga avfallsanläggning. Valet av de markbehandlingar som testas är grundat på slutsatsen att problemen beror på ett alltför högt mark-ph, för hög kvävehalt eller kopparbrist (RVF 2006). Projektet är ett samarbete mellan Institutionen för Miljöstrategi vid Lunds Universitet, RVF och SYSAV. Ett högt mark-ph medför många olika problem. Främst gör det att växter får svårt att ta upp ett flertal olika näringsämnen, bland annat fosfor, järn och nickel. Att sänka ph direkt i lakvattnet kan vara problematiskt, men genom att behandla marken med ett surgörande material, t.ex. barrträdsbark, bör en gynnsam surgörande effekt kunna åstadkommas. För hög kvävemängd ger relativ brist på andra näringsämnen. Ett potentiellt sätt att minska kvävemängden som tillförs växterna är att ett lager träflis eller bark läggs ut på marken. Materialet fungerar som kolkälla för markbakterierna och ökar även tiden innan lakvattnet når rötterna. Därmed skapas bättre förutsättningar för en ökad bakterieaktivitet och denitrifikation. En del av kvävet kommer också att bindas i bakteriernas biomassa och blir därmed inte tillgängligt för växterna. Ett annat alternativ är att komplettera kvävet med andra näringsämnen och spårämnen. Enklast görs detta genom att lägga på ett lager kompost eller avloppsslam, som innehåller ett brett spektrum av växtnäringsämnen men 3

6 brukar ha låg kvävehalt. Mängden material som kan läggas på i en befintlig Salixodling är begränsad. Optimalt är att tillsätta så mycket material att den önskade effekten består i åtminstone en tillväxtcykel, så att en markberedning kan göras i samband med skörd. Risken med att lägga på ett alltför tjockt lager är att syretillförseln till rötterna hindras. Kopparbrist medför en minskad tillväxt och deformerade förkrympta blad. Genom att kompletteringsgödsla med något kopparsalt, till exempel kopparsulfat, i fast eller flytande form bör problemet rättas till. Tillsats av enskilda näringsämnen görs redan vid många anläggningar, där man tillsätter fosfor i bevattningsvattnet. Det bör därför vara relativt enkelt att vid behov utöka med ytterligare ämnen. 2.2 Syfte Syftet med undersökningen är att genom att testa olika markbehandlingar öka denitrifikationen, sänka ph, samt testa om tillsats av enskilda näringsämnen ger en positiv effekt på Salixplantornas vitalitet. En ökad vitalitet bör i förlängningen ge en ökad tillväxt och ökad vattenavdunstning. 3 Metod 3.1 Provrutor och markbehandling Tio rutor markerades i den befintliga Salixodlingen. Rutorna anlades i början av växtsäsongen år 2006 i den befintliga Salixodlingen på Hedeskoga avfallsanläggning. De numrerades med löpnummer från 1 till 9, samt en referensruta benämnd R. De olika rutorna markbehandlades på olika sätt (tabell 1). Referensrutan är densamma som användes under 2004 och 2005 i den tidigare undersökningen (RVF 2006). Rutornas storlek var 5 gånger 5 meter. Förutom i rutorna med kopparsulfat har 10 cm material lagts på, vilket ger 2,5 m 3 per ruta. Mängden motsvarar 1000 m 3 /ha. I ruta 1 och 2 har oblandad kompost blandats med träflis. I ruta 3 har matjordsblandad kompost blandats med träflis. I ruta 4 har vi använt osiktat kompostmaterial, där grövre material finns med. I ruta 5 har rötat avloppsslam använts, blandat med träflis i lika volymförhållande. I ruta 6 används enbart barkflis, medan två tredjedelar matjord och en tredjedel barkflis blandats i ruta 7 för att få en mildare effekt av barkfliset samtidigt som näringsämnen tillförs. I ruta 8 och 9 har vi lagt på 0,2 kg respektive 0,4 kg kopparsulfat. Detta motsvarar 20 kg respektive 40 kg koppar per hektar. Tillsatsen av kopparsulfat medför också att svavel påförs ytan, men detta bör inte ha någon effekt då det inte råder brist på växttillgängligt svavel (RVF 2006). 4

7 Tabell 1. Markförbättrande åtgärder i testrutorna Ruta Markbehandling 1 Två tredjedelar oblandad kompost och en tredjedel träflis 2 Hälften oblandad kompost och hälften träflis 3 Två tredjedelar matjordsblandad kompost och en tredjedel träflis 4 Grovsiktat kompostmaterial 5 Hälften rötat avloppsslam och hälften träflis 6 Barkflis av tall 7 Två tredjedelar matjord och en tredjedel barkflis av tall 8 Kopparsulfat, 0,2 kg. Innehåller 25 % Cu och 12 % S 9 Kopparsulfat, 0,4 kg. Innehåller 25 % Cu och 12 % S R Referensruta utan markbehandling Syftet med att använda barkflis från barrträd är tvådelat. Dels har materialet ett lågt ph, som motverkar det höga ph-värdet i lakvattnet. Dels fungerar barkflis som kolkälla och förbättrar jordstrukturen. Barkflis innehåller inga större mängder näringsämnen, men det minskade ph-värdet kan medföra att de näringsämnen som redan finns i mark och lakvatten blir tillgängliga för växterna. För att få en mildare effekt av barkfliset samtidigt som näringsämnen tillförs har vi även blandat två tredjedelar matjord och en tredjedel barkflis. Oblandad kompost används normalt inte som markförbättringsmedel, då näringsmängden och näringsbalansen är olämplig för växter. Den kompost som saluförs på Hedeskoga är matjordsblandad för att kunna användas direkt i odling. Vi har blandat kompost med träflis för att få önskad näringsmängd samtidigt som markbakterierna får en lättillgänglig kolkälla. Dessutom bidrar träflis till en luckrare jordstruktur. Vidare har vi blandat matjordsblandad kompost med träflis. Ett alternativ till att använda träflis är att använda osiktat kompostmaterial, där grövre material som inte hunnit brytas ner i komposten finns med. De icke nedbrutna delarna kan ha liknande effekt som träflis, det vill säga bidra med kol och förbättra jordstrukturen. Rötat avloppsslam har använts för att tillföra näringsämnen. Även detta material har blandats med träflis. 3.2 Vitalitetsbedömning och provtagning I mitten av augusti 2006 bedömdes växternas vitalitet. Faktorer som bedömdes var skador på bladen, bladfärg, bladmängd, skottlängd samt det allmänna intrycket. Prover på blad och på marken under det pålagda skiktet samlades in i de tre rutor där Salixplantorna bedömdes som friskast. Prover på blad och jord togs även i den obehandlade referensrutan. Samtliga prover togs som samlingsprover, det vill säga flera delprover samlades till ett för analys. 3.3 Kemiska analyser Jordproverna analyserades med avseende på växttillgängliga halter av kalium, magnesium, koppar, nickel och fosfor. Även ph mättes i jordproverna. Växtproverna analyserades med avseende på totalhalter av kalium, magnesium, koppar, nickel och fosfor. Analyserna utfördes på Växtekologiska labora- 5

8 toriet vid Lunds universitet. Valet av analyserade ämnen baseras på de ämnen som var i brist vid den tidigare undersökningen (RVF 2006). 4 Resultat 4.1 Vitalitetsbedömning Salixplantorna i rutorna med hälften oblandad kompost och hälften träflis (2), barkflis av tall (6), samt 0,4 kg kopparsulfat (9) bedömdes som friskast. I dessa tre rutor syntes inga eller endast små skador på blad och toppar. Prover för kemisk analys togs i dessa rutor. I de övriga rutorna var skador som liten bladmängd, förkrympta toppar och blad, samt bruna bladkanter fortfarande vanliga. Rutorna med endast en tredjedel träflis, 1 och 3, visade fortsatt dålig vitalitet. Så var även fallet i ruta 4, med osiktad kompost. Ruta 5, med lika delar avloppsslam och träflis, visade inga större skillnader jämfört med referensrutan. Ruta 8 med den lägre dosen kopparsulfat visade förbättrad vitalitet jämfört med referensrutan, medan ruta 9 med högre dos kopparsulfat visade ännu större förbättring. 4.2 Kemiska analyser Resultaten av analyserna från 2006 är sammanställda i tabell 2 och 3 tillsammans med data från 2004 och 2005 (RVF 2006). Samma referensruta har använts under hela perioden från 2004 till Tabell 2. Innehåll av växttillgängliga ämnen i marken i g/g TS. Ruta Datum K Mg Cu Ni P ph Referens ,91 0,52 49,7 7,0 Referens ,47 0,50 22,3 7,3 Referens ,05 0,74 27,1 6, ,27 0,74 38,8 6, ,42 0,78 71,3 6, ,01 0,61 31,3 6,9 Tabell 3. Innehåll av ämnen i bladen i g/g TS. Ruta Datum K Mg Cu Ni P Referens ,19 2, Referens ,32 1, Referens ,30 1, ,60 0, ,16 0, ,91 1, Diskussion Variationen i kemisk sammansättning i markprover är ofta mycket stor, både mellan två närliggande områden och mellan enskilda år. För att avläsa säkra trender i markprover behövs långa serier. Inga uppenbara eller dramatiska skillnader i analysresultaten syns mellan referensrutan och de rutorna med störst synbar förbättring hos växterna. Kalium- och magnesiumhalten är högst i ruta 2. Denna 6

9 ruta visar också lägst mark-ph (6,5). Koppar-, nickel- och fosforhalterna är högst i ruta 6. Även om det inte går att dra några direkta slutsatser från markdata, syntes en markant förbättrad vitalitet hos Salixplantorna i några av provrutorna. De tre rutor som visade störst förbättring i vitalitet var ruta 2, 6 och 9, vilket motsvarar rutorna med hälften oblandad kompost och hälften träflis, barkflis av tall, samt tillsats av 0,4 kg kopparsulfat. I ruta 9 såg Salixplantorna ut att vara i bäst kondition. I ruta 2 kan den förbättrade vitaliteten bero på tillförseln av spårämnen från komposten, samtidigt som kvävehalten reduceras genom tillsats av träflis. Kalium- och kopparhalten i bladen är högre än i referensrutan. Strukturen på kompostmaterialet förbättras genom tillsatsen av träflis, vilket minskat risken för syrebrist hos rötterna jämfört med att lägga på enbart kompost. Högt ph i marken kan göra bland annat fosfor, järn och nickel otillgängligt för växterna (Brady och Weil 1999). En sänkning av ph leder till att dessa näringsämnen blir tillgängliga för växterna i högre grad. Ruta 6, där vi lagt på barrträdsbark med en ph-sänkande effekt, har inte lägst ph i marken (tabell 2). Behandlingen har ändå gett en ökad vitalitet. En sänkning av mark-ph kommer att ske långsamt under flera år, men ph i bevattningsvattnet sänks antagligen när det passerar barken. På så sätt belastas inte markens buffertförmåga i lika stor utsträckning, och växterna får det lättare att frigöra och ta upp spårämnen ur marken. Även barken i sig kan innehålla ett visst mått av spårämnen. Barken bidrar liksom träflis också till att reducera kvävehalten genom att öka vattnets uppehållstid och stimulera bakterieaktiviteten, så att denitrifikationen ökar eller att bakterierna binder upp kväve. Koppar som näringsämne behövs för en fungerande fotosyntes och respiration (Marschner 1995). Brist på koppar ger symptom som minskad tillväxt, deformerade blad, samt att unga blad faller av. I ruta 8 och 9 tillsattes kopparsulfat. Ruta 9, med högst koppartillsats, bedömdes ha högst vitalitet av alla provrutorna. Den förbättrade vitaliteten tyder på att det råder brist på tillgänglig koppar i marken. Kopparsulfat innehåller även svavel, men enligt den tidigare undersökningen (RVF 2006) var svavel inte i underskott hos salixplantorna. Olika spårämnen används i växternas enzymsystem, vilket resulterar i att växterna vid brist kan få svårt att ta upp andra ämnen. Det är möjligt att koppargödslingen ökat Salixplantornas förmåga att ta upp nickel och fosfor. Koppar-, nickel- och fosforhalterna i bladen är högre än i de andra rutorna där prover tagits. Tillsats av enskilda ämnen, som kopparsulfat, ger en snabbare respons hos växterna än om organiska tillsatser som kompost eller bark används. I de organiska tillsatserna frigörs näringsämnena långsamt vid nedbrytning av materialet. Det är dock troligt att organiska tillsatser ger en långtidseffekt som saknas vid tillsats av enskilda ämnen i saltform. Vid en sådan tillsats har man inte löst de grundläggande problemen med högt ph och hög kvävehalt. Risken finns att de tillsatta ämnena snabbt binds i för växterna otillgänglig form, alternativt lakas ut. Det kan ändå vara motiverat att använda specifika näringsämnen, i så fall i kombination med annan markförbättrande behandling, för att åtgärda en akut brist. På Hedeskoga visade analyserna på kopparbrist. På andra anläggningar är det möjligt att det är brist på andra spårämnen. Det är inte lämpligt att tillsätta enskilda näringsämnen eller spårämnen utan att först göra en kemisk analys av marken och växterna. 7

10 Alltför kraftig bevattning kan leda till syrebrist i rötterna, vilket leder till att toxiskt metan och svavelväte bildas. Problemet blir tydligast i en lerjord, eftersom genomsläppligheten för vatten och syre där är låg. Genom att blanda in grövre organiskt material, som träflis eller bark, får man en bättre jordstruktur som släpper ner syre till rötterna. I de rutor där komposten eller slammet inte var uppblandat med träflis kan rötterna ha drabbats av syrebrist. Detta beroende på att det pålagda lagret blev mer kompakt efter bevattning. Tydligast syntes detta i rutan med avloppsslam. Syrebrist leder till minskat upptag av näringsämnen och försämrad tillväxt, vilket kan förklara den uteblivna vitalitetsförbättringen i vissa rutor. Effekten av en markförbättring eller näringstillsats är tidsbegränsad, beroende på att näringsämnen lämnar området vid skörd av växterna, samt att näringsförhållandena ändras vid bevattning med lakvatten. Den konstanta bevattningen kan också leda till utlakning av näringsämnen. Hur lång tid den positiva effekten varar är svårt att förutspå. Idealet är att kunna markförbättra efter skörd och få en effekt som varar hela perioden till nästa skörd, det vill säga i tre till fem år. Vår bedömning är att det lager som lagts på i detta försök, 10 cm, är ungefär vad växterna kan tolerera utan att riskera syrebrist. Mängden kan kanske ökas om det är möjligt att bearbeta marken så att man blandar ner det pålagda materialet. Detta är dock inte utförbart under pågående odling, men kan göras inför en nyplantering. 6 Slutsatser och rekommendationer Vid all jordförbättring med material som slam och kompost, är det viktigt att materialet blandas upp med motsvarande mängd trä- eller barkflis för att säkerställa syretillförsel till rötterna. Blandningsförhållanden med hälften flis visade bäst resultat. Spridning av materialet görs lättast efter skörd, när det går att köra på ytan. Kompost uppblandad med träflis eller helst barrträdsbark bör vara det bästa sättet att vitalisera Salixplantorna vid Hedeskogaanläggningen. Vitaliseringen sker bland annat genom att sänka ph, tillföra spårämnen, reducera kvävehalten och förbättra markstrukturen. Kompost blandat med lika mängd träflis borde även vid andra anläggningar ge en förbättring av vitaliteten i Salixplanteringarna och därigenom en förbättrad tillväxt och vattenavdunstning. Tillsats av kopparsulfat ökar sannolikt vitaliteten hos Salixplantorna. Tillsatsen kan göras med koppargödningsmedel i pulverform i samband med jordförbättring med kompost och flis. I detta försök tillsattes motsvarande 160 kg kopparsulfat per hektar i kristallin form på marken vid ett tillfälle på försommaren. En annan möjlighet är att bereda en vattenlösning av kopparsulfat, som sedan tillsätts bevattningsvattnet. Vid bevattning med höga spridare tas kopparsulfat upp direkt genom bladen, det rör sig därför antagligen om betydligt lägre koncentrationer som måste tillsättas. Tillsats av enskilda spårämnen, som koppar, kan lösa en akut brist. De grundläggande problemen med högt ph och hög kvävehalt kommer att kvarstå. Kopparsulfat, i kristallin form, levereras av Yara ( Återförsäljare är bland annat Lantmännens lokalföreningar och Granngården. På Hedeskoga visade analyserna på kopparbrist. På andra anläggningar är det möjligt att det är brist på andra spårämnen. I varje enskilt fall måste en undersökning av mängderna av tillgäng- 8

11 liga spårämnen i marken och näringsmängderna i växterna utföras, innan en tillsats av enskilda näringsämnen görs. 7 Framtida studier Upprepad provtagning på Hedeskoga bör utföras för att kunna följa långtidseffekter av de markförbättrande åtgärderna. Provtagning av blad och jord under flera år ger en bild av hur länge de positiva effekterna av en markförbättring varar. Lysimeterstudier bör göras för att analysera förhållandet av näringsämnen mellan tillsatt och avrinnande vatten. Vid en markberedning av hela Salixytan vid Hedeskoga, kan en uppdelning i några större områden göras för att studera skillnader över längre tid. Metoder för att förbehandla vattnet för att minska kvävehalterna innan bevattning bör undersökas. Till exempel filter med halm, eller igångsättning av vassbäddsanläggningen. 8 Referenser Brady, N. C., Weil, R. R The nature and property of soils (12 ed.) Prentice-Hall Inc. USA. Marschner, H Mineral Nutrition Of Higher Plants (2 ed.). Academic Press, USA. Persson, G Willow stand evapotranspiration simulated for Swedish soils. Agricultural water management 28: RVF D2006:3 Skador på grödor bevattnade med lakvatten. 9

12

13 Rapporter från Avfall sverige :01 Uppdaterade bedömningsgrunder för förorenade massor 2007:02 Frivilligt åtagande - inventering av utsläpp från biogas- och uppgraderingsanläggningar D2007:01 Hantering av svårsedimenterat slam från bland annat färg- och limindustri D2007:02 Försök med markförbättrande åtgärder i Salixodling. Hedeskoga avfallsanläggning, Sysav

14 Avfall Sverige Utveckling D2007:02 ISSN Avfall Sverige AB Adress Telefon Fax E-post Hemsida Prostgatan 2, Malmö