Minskning av sura sulfatjordars miljörisker

Transkript

1 Minskning av sura sulfatjordars miljörisker - metoder för anpassning till klimatförändringen Climate Change Adaptation Tools for Environmental Risk Mitigation of Acid Sulfate Soils Layman s Report

2 Innehål CATERMASS projektet... 1 Sura sulfatjordar: vad och var... 3 Miljöeffekter av sura sulfatjordar... 5 Minskade miljörisker från sura sulfatjordar genom a höjd grundvattennivå... 7 Monitavoitearviointi happamuuden torjuntatoimien vaikutuksista... 9 CATERMASS med siffror Delprojekt och ansvariga personer

3 Klimatförändringarna kan dramatiskt öka utlakningen av surhet och metaller från jordmån som har naturligt höga svavel- och metallförråd. I boreala avrinningsområden längs Finlands kust är sura sulfatjordar, bildade från sulfidsediment som började avsättas under ett tidigt skede av Östersjöns utveckling (Litorinahavet) för ca 8000 år sedan, är sådana jordar. De täcker upp till 3000 km2 av Finlands kustområde, främst låglänta jordbruks- och torvområden. Sulfidsediment bildas ännu idag längs kusten. Efter den sista istiden täcktes Finlands kustzon av Litorinahavet. På många håll avsattes finkorniga, leriga och svavelhaltiga sulfidsediment i vattnet. Stora markområden steg ur havet genom landhöjningen, och nu är de under varierande markanvändning och dränering. Intensifiering av dräneringar, särskilt täckdikning, har exponerat svavelhaltiga sediment för atmosfäriskt syre vilket har lett till bildning av svavelsyra i marken, vilket i sin tur frigör metaller. Detta skapar mycket sura och metallhaltiga avrinningsvatten och orsakar ekologisk försämring av vattendrag längs Finlands kust, speciellt i de västra delarna. På grund av de sura sulfatjordarna kommer EU:s vattenramdirektiv krav på god ekologisk och kemiskt status på vattendrag inte att kunna uppfyllas i västra Finland före år Klimatförändringarna kommer sannolikt att öka och bredda området med miljöskador om inte rikta- Kari Saari CATERMASS projektet de preventiva åtgärder utvecklas. Höga topphalter av potentiellt giftiga metaller förekommer särskilt efter långa torrperioder och därpå följande kraftiga regn. Som en följd av klimatförändringarna, förväntas dessa hydrologiska extremer bli mycket vanligare och påverka speciellt avrinningsområden med liten sjöyta och snabbt fluktuerande utsläpp. Detta ökar även sannolikheten att vattenekosystem och fiskebestånd ska exponeras för giftiga metallföreningar. Målet för CATERMASS-projektet, finansierat av EU: s Life +-program, var att hitta verktyg för att förbättra vattenskyddet inom områden med sura sulfatjordar. Projektet syftade till att utveckla metoder för att mildra miljöpåverkan av sura sulfatjordar och anpassa markanvändning och vattenskydd till förändrade klimatförhållanden. För att minska skador på vattendrag, fiskbestånd och miljö krävs att man reder ut utbredningen av sura sulfatjordar och deras kvalitet, risken för sura och metallhaltiga utsläpp, exponeringen för utsläppen, typ av miljörisker och prioriteringen av miljöskydd, befintliga utsläppsbegränsande åtgärder, samt metodernas användbarhet under förändrade klimatförhållanden i Finland. 1

4 Juha Riihimäki

5 Sura sulfatjordar: vad och var Sura sulfatjordar är jordar med förhöjd svavelhalt och de består av en oxiderad sur horisont (verklig sur sulfatjord) och/eller under den en icke-oxiderad (reducerad) sulfidhaltig jordhorisont (potentiell sur sulfatjord). Sura sulfatjordar är vanligen gyttjehaltiga och finkorniga (lera och silt) jordar, men även sand kan ställvis utbilda kraftig surhet. Verklig Sur Sulfatjord Fält-pH < 4,0 till följd av sulfidoxidation och uppmätt direkt i provet från oxiderat mineralsediment eller gyttja (inte torv). Om ph är mellan 4,0 och 4,4 och det inte finns observationer av underliggande sulfider, krävs ytterligare undersökningar (inkubation eller svavelhalt). Potentiell Sur Sulfatjord Svavel i form av sulfider (reducerade, ej oxiderade) Vanligen ph > 6,0 Totalsvavel S(tot) 0,2% Inkubations-pH 4.0 och en minskning av mer än 0,5 ph enheter jämfört med fält-ph Sulfid = järn svavelmineral (FeS2, FeS) Inkubation = Provet oxideras under 8-16 veckor varefter ph mäts Huvudsakliga aktiviteter och produkter inkluderar: En effektiv metod för identifiering och kartering av sura sulfatjordar i Finland har utvecklats. Existerande data används för preliminära tolkningar och för planering av fältobservationer, mätningar och provtagning för kemiska analyser. De erhållna resultaten används för att sammanställa regionala eller avrinningsområdesspecifika sannolik- hetskartor (1 : ) för sura sulfatjordar. Kartor och andra produkter kommer att vara tillgängliga för användning på GTK:s hemsida ( från början av Genom att klicka på datapunkter på kartorna kommer bakgrundsinformation såsom fält-ph, sulfiddjup, jordart och svavelhalt att presenteras. Vi har skapat en finländsk definition av sura sulfatjordar. Definitionen skiljer sig från internationella definitioner på grund av annorlunda ursprung, naturliga förhållanden och markanvändning. Riskklassificering av finländska sura sulfatjordar har utvecklades. Den baserar sig på sulfidsedimentens djup, minimum ph och svavelhalt. Enkla guider som beskriver områden där sura sulfatjordar kan påträffas och som kan användas för identifiering av dessa jordar finns också tillgängliga på GTK:s hemsida. Kartläggningsprocessen som utvecklades i projektet och allt arbete som blivit gjort har avsevärt ökat vår kunskap om förekomsten och egenskaper hos sura sulfatjordar i Finland. Observationstätheten var 30 till 40 gånger högre än i tidigare existerande data. En användarvänlig och tillförlitlig databas har sammanställts för användning inom exempelvis: Nationell-, regional- och lokal planering och beslutsfattning (ministerier, landskap, kommuner, regional förvaltning, konsulter) Jord- och skogsbruk (jordbrukarnas intresse- och rådgivande organisationer, skogscentralen, dräneringsföretag) Torvindustri och jordbyggnad I framtiden till exempel vid beslut angående EU-stöd 3

6 Juha Riihimäki

7 Anna Karjalainen Mika Visuri Miljöeffekter av sura sulfatjordar Vi påvisade de ekologiska riskerna med sura sulfatjordar i de finländska ytvattenförekomsterna och konstruerade riskkartor som karakteriserar effekter på fiskbestånden och ekologiskt tillstånd i vattendrag under olika klimatscenarier. Vi sammanställde nuvarande övervakningsresultat och data om miljöeffekter från nationella databaser och kompletterade dem med fältstudier som täckte mindre undersökta områden och tidsperioder för att analysera längden av och tidpunkten för toppar av sura metallutsläpp, och sammanställde exponering och effektprofiler. Ekologiska riskkartor sammanställs genom att integrera ekologisk riskbedömning, hydrologisk och kartografisk modellering. Den ekotoxikologiska riskklassificeringen för 1 4 älvmynningar gav dålig status i 5, nöjaktig i 6 av dem, och god i bara 3 av de studerade älvmynningarna. En särskild klimatmodell konstruerad för det finländska klimatet och miljön applicerades för att uppskatta tidigare och framtida metallutsläpp i Kyro älv. Modelleringen visade ökade utsläpp på hösten då avrinningen från sura sulfatjordar är som starkast, och minskade utsläpp på våren och sommaren. Responsen hos fiskarter på den sura belastningen varierar stort. Laxfiskar är typiskt mest känsliga, medan arter som abborre och gädda kan tolerera mera sura förhållanden. När ph-värdet sjunker tillräckligt lågt, ph 4-4,5, försvinner alla finländska fiskarter. I syfte att klargöra de ekologiska effekterna av sura sulfatjordar på fiskbestånden valdes 22 älvar och från dessa ca 1 00 undersökningsområden, vilka tillsammans täckte ett brett urval av olika områden som påverkas av sura sulfatjordar. Organismers respons på skillnader i vattenkvalitet och andra miljöparametrar analyserades och älvarnas ekologiska tillstånd bedömdes. Fiskarternas sammansättning visade hög korrelation med ph. Syra-intoleranta fiskarter, t.ex. stensimpa, öring och harr påträffades inte på platser där det genomsnittliga ph-värdet var <6. Abborre och gädda visade hög tolerans mot lågt ph. De mest försurade vattendragen verkade vara helt tomma på fisk. 5

8 Rainer Rosendahl Rainer Rosendahl Rainer Rosendahl Seija Virtanen

9 Minskade miljörisker från sura sulfatjordar genom höjd grundvattennivå I delprojekt 3 försökte man höja grundvattennivån så mycket att sulfidskikten täcktes med vatten och på det sättet minska urlakning av surhet och metaller från sura sulfatjordar. Grundvattennivån kunde hållas högre också på sommaren, då åkern hade reglerad dränering och tilläggsvatten pumpades in i täckdikningssystemet från närliggande dike. Vattenflödet ut från åkern hindrades genom att montera en plastfilm längs åkerns nedre kant ner till sulfidskiktet. Reglering av grundvattennivån och miljöeffekterna av regleringen utreddes på korn- och veteodling på Söderfjärdens försöksåker och på slåttervall i Pedersöre. På det 1 8 hektar stora försöksfältet på Söderfjärden testades tre olika dräneringssystem, i) vanlig täckdikning, ii) reglerad dränering och iii) reglerad dränering med tilläggsbevattning via pumpning under sommaren. Effekterna av grundvattnets nivå på jorden, markvattnet och på rörflensväxten undersöktes också med hjälp av en 1 meter hög sulfatjordskolumn i Viks kampusområde under kontrollerade förhållanden. Sura sulfatjordar på Söderfjärden var bördiga och skörden var högre än den genomsnittliga skörden i Finland. Surheten orsakade urlakning av metaller, men halterna i marken eller skörden översteg inte gränsvärdena. Men aluminiumhalten (5 20 mg/l) i dräneringsvatten var gånger högre än gränsvärden för hushållsvatten. Resultat som man har fått hittills visar att högre grundvattennivåer sakta höjer ph -värdet och att urlakningen av aluminium minskar. Dessa effekter syns speciellt i testerna som gjordes under kontrollerade förhållanden i växthus. Halten av nitratkväve (22 26 mg/l) på Söderfjärden var dubbelt högre jämfört med den högsta tillåtna halten nitratkväve i hushållsvatten. Mängden nitratkväve som urlakades under vårflödet uppskattades vara kg/ha. Den stora mängden nitratkväve härstammar troligtvis från de storakvävelager som finns i alven på sura sulfatjordar. Också utsläppen av kväveoxidul (20 30 kg/ha) visade sig vara 2-3 ggr högre än liknande utsläpp från organiska jordarter, men grundvattennivån hade ingen effekt på utsläppens storlek. Tester i växthus visade liknande resultat. Testresultaten visade att oxidering av sulfiderna kan förhindras med reglerad dränering och att effekten kan förstärkas med tilläggsbevattning till dräneringssystemet, ifall grundvattennivån håller på att sjunka under sulfidskikten. Vattenflöde ut ur åkern kan förhindras med en plastfilm som installeras vid åkerkanten ner till sulfidskikten. Med denna metod hålls sulfidskikten i reducerat tillstånd under grundvattenytan. 7

10 Rainer Rosendahl

11 Existerande metoder för att minska de negativa miljökonsekvenserna av sur och metallhaltig avrinning från sulfatjordar, kan påverka det ekologiska tillståndet i älvar och älvmynningar, men de kommer också att medföra kostnader och andra sociala konsekvenser för jordbrukare och för samhället. Vi utvärderade inverkan av olika strategier för att kontrollera sur avrinning från sulfatjordar baserat på data från Kyro älvs avrinningsområde. Att utöka kontrollerad dränering till alla områden där konventionell dränering redan installerats i Kyro älvs avrinningsområde, skulle kosta jordbrukarna runt 2,7 miljoner per år och kontrollerad dränering i kombination med plastfilm och tilläggsbevattning skulle kosta omkring 3,7 M per år. Största delen av dessa kostnader kommer från ökade arbetskostnader för lantbrukarna. Kostnaderna för den finska staten i subventioner och investeringsstöd skulle vara omkring 1,4 M respektive 1,8 M. Dessa kostnader kan jämföras med de årliga jordbrukssubventionerna på 1 2 M. Kostnaderna från dräneringsrestriktioner och restaurering beror på genomförandet. Om de utförs genom frivilliga åtgärder såsom via handel med naturvärden, kan de vara ekonomiska lösningar för vissa jordbrukare. Jordbrukarnas inställning till alla restriktioner för an- Rainer Rosendahl Multikriterieanalys av åtgärder för att kontrollera sur avrinning från sulfatjordar vändningen av åkrar var klart negativ och de ansågs ha skadliga effekter på lantbruksproducenternas verksamhetsförutsättningar och även den lokala ekonomin. Att inte dränera kan också leda till skadliga effekter i landskapet, om de öppna fälten typiska för det Sydösterbottniska landskapet blir skogbetäckt. Den kumulativa effekten av åtgärder kan minska förekomsten av skadliga surhetstoppar från 30 procent till 1 0 procent och höja det genomsnittliga ph-värdet från 5,7 till 6,0. Som en följd av detta kommer andelen känsliga arter i fiskfångsterna att öka och åtgärderna möjliggör en långsam restaurering av de ekologiska och fysikalisk-kemiska tillstånden i Kyro älv. Det är möjligt att tillståndet, enligt klassificeringssystemet i EU:s vattenramdirektiv, för Kyro älv kommer att förbättras från dåligt till nöjaktigt i vissa delar, och från nöjaktigt till måttligt i vissa delar. Det är även möjligt att effekten av fiskplantering kommer att förbättras och därmed även sannolikheten för att fånga öring. Sammantaget kommer dessa förändringar att förbättra förutsättningarna för fritidsfiske i Kyro älv och yrkesfisket i mynningen. 9

12 Jaana Wallin

13 CATERMASS med siffror Deltagare i projektet: 7 instituter och universiteter (Finlands miljöcentral SYKE, ELY-centralen i Södra Österbotten, Geologiska forskningscentralen GTK, Forskningscentralen för jordbruk och livsmedelsekonomi MTT, Vilt- och fiskeriforskningsinstitutet RKTL, Åbo Akademi, Helsingfors universitet Aktörer som deltar i projektet: 11 8 personer med 450 månadsverken Projektets varaktighet: 3 år ( ) Projektfinansiering: 2,9 miljoner euro Webbplatser och portaler: Hemsida för projektet (på finska) catermass Hemsida för projektet (på svenska) catermass Hemsida för projektet (på engelska) CATERMASS hemsida för information om sura sulfatjordar Raporter och publikationer: Konsekvenserna av sura sulfatjordar för vattendragen och fiskdöden i Finland. Minskning av miljörisker orsakade av sura sulfatjordar - Handbok för reglering av grundvattennivå. Layman s Report Brochyrer 1 Seminarier och workshops: Nationell kick-off seminar Delprojekt seminarier och workshops 1 0 Föreläsningar och presentationer i nationell och internationella seminarier och konferenser 35 Presentation av resultaten i media: Artiklar i nationella och regionala tidningar 26 Radio-presentationer 2 Mässor och andra evenemang 1 Pressmeddelanden på Internet

14 Jaana Wallin

15 Projektledare Kari-Matti Vuori, Finlands miljöcentral SYKE Delprojekt 1. Kartläggning och riskklassificering av surasulfatjordar Peter Edén, Geologiska forskningscentralen GTK 2. Identifiering och förevisning av risker som gäller ytvattnens ekologiska tillstånd och fiskbestånden Jaana Wallin Minskning av sura sulfatjordars miljörisker 4. Socioekonomiska effekter Heli Saarikoski, Finlands miljöcentral SYKE 5. Förmedling av informatio Juha Riihimäki, Finlands miljöcentral SYKE SYKE 6. Projektledning Kari-Matti Vuori, Suomen ympäristökeskus SYKE Kari-Matti Vuori, Finlands miljöcentral SYKE 3. Utveckling av metoder för att minska skadorna och anpassning av dem till jord- och skogsbruk i ett klimat som förändras Jaana Uusi-Kämppä, Forskningscentralen för jordbruk och livsmedelsekonomi MTT jaana.uusi-kamppa@mtt.fi 13

16 Innehål: Juha Riihimäki, Peter Edén, Jaana Uusi Kämppä, Matti Leppänen, Anna Karjalainen, Sirkka Tattari, Maiju Kosunen, Heli Saarikoski Bild (framsidan): Panu Orell Bilder (baksidan): Rainer Rosendahl, Mika Visuri, Jaana Wallin CATERMASS LIFE08 ENV/FIN/000609