KADMIUM I SVENSK ÅKERMARK OCH MÖJLIGHETER TILL FYTORENING

Transkript

1 INSTITUTIONEN FÖR BIOLOGI OCH MILJÖVETENSKAP KADMIUM I SVENSK ÅKERMARK OCH MÖJLIGHETER TILL FYTORENING Moa Hjulfors Uppsats för avläggande av naturvetenskaplig kandidatexamen med huvudområdet miljövetenskap 2017, 180 hp Grundnivå

2 Omslagsbild: T.v. Lena Niemi Hjulfors, t.h. Urban Wigert

3 Sammanfattning Kadmium (Cd) är en tungmetall som finns naturligt i marken. I åkermark ökar halterna som en följd av mänskliga aktiviteter, t.ex. spridning av mineralgödsel. Grödorna som odlas på marken tar upp Cd och kan vid konsumtion orsaka njurskador hos människan. För människan är livsmedel en av de största exponeringskällorna för Cd. Ett etappmålsförslag för att minska exponeringen av Cd via livsmedel har framförts av Naturvårdsverket, där fytorening av åkermark med hjälp av Salix läggs fram som ett alternativ till att nå målet. Detta är utgångspunkten för denna studie. Syftet med studien var att utreda möjligheterna till fytorening med Salix på Cd-förorenad åkermark i Sverige, samt att undersöka hur vetes upptag av Cd kan jämföras med Salix. Utifrån befintlig litteratur på området har möjlig Cd-extraktion från marker med olika halter av Cd beräknats. Resultaten visar att den möjliga Cd-extraktionen med hjälp av Salix i de här fallen varierar från 2,5 244 g Cd ha -1 år -1. Variationerna kan förklaras av ett samband mellan Salix Cd-extraktion och Cd-halten i matjorden. Motsvarande beräkningar har utförts på vete och Cd-halter i svensk åkermark. Resultatet visar en möjlig Cd-extraktion på 0,69 1,3 g Cd ha -1 år -1. Ett samband mellan Cd-halten i vetekärna och Cd-halten i matjorden tyder på att vete som odlas på marker med låga halter Cd innehåller låga halter i kärnan och kan fortfarande konsumeras. En större andel upptaget Cd hamnar i halmen, vilket innebär att vid bortförande av hela veteplantan från marken kan vete också utnyttjas för fytorening. Fytoreningspotentialen för en veteodling tycks dock vara mindre än för en Salix-odling och veteodlingen saknar även andra fördelar en Salix-odling medför. Fytorening med Salix kan vara ett effektivt sätt att minska Cd-halter i marken, under rätt förutsättningar. På svensk åkermark är Cd-halterna generellt sett låga och fytorening genom veteodling skulle därför kunna vara ett alternativ till Salix-odling. Nyckelord: Fytorening, Fytoremediering, Förorenad mark, kadmium i livsmedel, kadmium i åkermark, Salix

4 Abstract Cadmium (Cd) is a heavy metal that occurs naturally in soil. In arable soil the concentrations are increasing as a result of human activities, such as the use of mineral fertilizers. Crops that are cultivated on the soil can extract Cd, which can cause damage to kidneys in humans when consumed. For humans, food is the biggest source of exposure to Cd. A proposal to reduce the exposure to Cd through food crops has been presented by the Swedish Environmental Protection Agency, where phytoremediation of arable land with Salix has been proposed as an alternative to reach the objective. That is the subject for this study. The aim of the study was to explore the possibilities of phytoremediation with Salix on Cdcontaminated arable land in Sweden and to investigate how the Cd-uptake in wheat can be in comparison with Salix. From the available literature on the research area, the possible Cdextraction from soils with varying Cd-content has been calculated. The results show that the possible Cd-extraction with Salix in the examined studies varies between 2,5 244 g Cd ha -1 year -1. The variations could be explained from a correlation between the Cd-extraction with Salix and the Cd-content in the top soil. Corresponding calculations have been made on wheat and Cd-content in Swedish arable land. The results show a possible Cd-extraction of 0,69 1,3 g Cd ha -1 year -1. A correlation between the Cd-content in wheat grain and Cd-content in the top soil indicates that wheat that is farmed on soils with low Cd-content contains low Cd in the grain and can still be consumed. A larger part of the Cd-uptake is translocated to the straw, meaning that when the whole wheat plant is harvested, wheat could also be suitable for phytoremediation. However, the phytoremediation potential for wheat farming appears to be less than for Salix farming and the wheat farming is lacking in other advantages that Salix farming brings as well. Phytoremediation with Salix can be an effective way of reducing Cd-content in the soil, during proper conditions. On Swedish arable land the Cd-contents are generally low and wheat farming for phytoremediation could therefore be an alternative to Salix farming. Key words: Phytoremediation, Contaminated soil, Cadmium in food crops, Cadmium in arable land, Salix

5 Förord Den här studien har utförts för avläggande av kandidatexamen inom programmet miljövetenskap med inriktning naturvetenskap vid Göteborgs Universitet. Studiens mål och omfattning har formulerats i samarbete med Jordbruksverket. Jag vill tacka mina handledare Göran Wallin vid Göteborgs Universitet och Tobias Markensten på Jordbruksverket för god vägledning under arbetets gång. Jag vill även tacka övriga på Jordbruksverket som bidragit med idéer och tankar kring arbetet. Moa Hjulfors Göteborg, maj 2017

6 Innehållsförteckning 1. Inledning Etappmålsförslag till att minska exponeringen för kadmium via livsmedel Kadmium i åkermark Jordbruksgrödor tar upp kadmium Hälsoeffekter av kadmium Rening av mark Fytorening Salix Vete Syfte och frågeställningar Avgränsningar Metod Litteraturstudie Underlag och besvarandet av frågeställningar Beräkningar och analyser Resultat Vilka markområden i Sverige innehåller kadmium och i vilka mängder? Hur stor mängd av kadmiuminnehållet i marken kan tas upp av Salix? Hur skiljer sig vetes upptag av kadmium mot Salix upptag? För vilka gränsvärden för kadmium i marken kan man återgå till odling av livsmedel? Diskussion Kadmiumhalter i svensk åkermark och relationen till befintliga gränsvärden Under vilka förutsättningar kan rening med Salix vara aktuellt? Hur stor mängd av kadmiuminnehållet i marken kan tas upp av Salix? Hur skiljer sig vetes upptag av kadmium mot Salix upptag? För vilka gränsvärden för kadmium i marken kan man återgå till odling av livsmedel? Slutsatser Referenser... 21

7 1. Inledning 1.1 Etappmålsförslag till att minska exponeringen för kadmium via livsmedel Det är sedan länge känt att kadmium (Cd) har negativa effekter på människors hälsa. Naturvårdsverket har under 2013, på uppdrag från regeringen, lagt fram ett förslag till etappmål för att minska människors exponering för Cd via livsmedel i Sverige (Naturvårdsverket, 2013). En av åtgärderna Naturvårdsverket vill genomföra är att utnyttja vide, Salix, för att minska halten växttillgängligt kadmium i svensk åkermark genom så kallad fytoremediering eller fytorening. Efter Salix-odlingen ska man kunna odla exempelvis spannmål på marken som i slutändan innehåller mindre mängder Cd än tidigare. I Sverige finns Cd i åkermark i varierande mängder i olika områden och vissa marker kan anses vara av större prioritet för rening än andra. Naturvårdsverket bedömer att någon form av ekonomiskt bidrag krävs för att jordbrukare i dessa områden ska vilja övergå till Salix-odling. Det är därför viktigt att veta vilka marker som ska prioriteras, och vilka gränsvärden för Cd som bör vara utgångspunkt för bedömningen. 1.2 Kadmium i åkermark Tungmetallen Cd är ett grundämne, vilket innebär att det inte kan brytas ner eller förstöras. Kadmium finns naturligt i berg, jord och sediment, men mänskliga aktiviteter har bidragit till att öka mängderna i de ytliga jordarna. De antropogena källorna består av utsläpp till luften från smältverk och förbränning av kol, olja och olika typer av sopor, samt användandet av fosfatinnehållande mineralgödsel inom jordbruket. Även spridandet av avloppsslam kan bidra till ökad Cd-halt i marken (Bjerregaard, Andersen, & Andersen, 2015). 1.3 Jordbruksgrödor tar upp kadmium När livsmedel odlas på Cd-haltig åkermark kan tungmetallen tas upp av grödorna, vilket innebär att marker med höga halter kadmium kan vara problematiska när det kommer till odling av livsmedelsgrödor. Skillnaden mellan det genomsnittliga dagliga intaget av Cd och den dos Cd som kan anses orsaka hälsoeffekter är liten (Bjerregaard, Andersen, & Andersen, 2015). Det främsta intaget av Cd kommer via livsmedel och framför allt från spannmål och potatis. (Amzal et al., 2009). Växter kan ta upp Cd i marken via rötterna men upptaget kan variera rejält mellan olika växtarter. Upptaget är beroende av tungmetallens biotillgänglighet, vilket syftar på den andel av den totala metallhalten som kan tas upp av en organism. Vilken form metallen befinner sig i är avgörande för biotillgängligheten. Bundet i komplex är Cd inte lika biotillgängligt som när det befinner sig i jonform (Cd 2+ ). Ett lägre ph-värde innebär oftast att en större andel av metallen befinner sig i jonform och därmed ökar biotillgängligheten med minskande ph. Andra markfaktorer som påverkar är mängd organiskt material och lerinnehåll (Bjerregaard, Andersen & Andersen, 2015). 1.4 Hälsoeffekter av kadmium Kadmium ansamlas i kroppens vävnader och särskilt i njurarna där det så småningom orsakar njurskador. Även skelettskador kan vara en följd av Cd-exponering (Amzal, et al., 2009). Det finns också tecken på att det finns ett samband mellan hög Cd-exponering och hormonrelaterade cancerformer. Vissa grupper är utsatta för en högre risk när det kommer till exponeringen, så som vegetarianer, barn, och personer med njursvikt. Kadmium tenderar att ansamlas i tobaksplantans blad, vilket innebär att rökare utsätts för en högre exponering, något som även påverkar icke-rökare som exponeras för tobaksrök (Fowler, Alexander & 1

8 Oskarsson, 2015). Det har även visats att kroppens järnnivåer har ett samband med Cdabsorptionen, där låga järnhalter ger ett högre Cd-upptag. Kadmiumet tas då upp i blodet via mag-tarmkanalen. Detta innebär att kvinnor med låga järnnivåer i blodet ofta har högre koncentrationer av Cd i blod och urin (Bárány et al, 2005). 1.5 Rening av mark Det finns flera olika angreppssätt när det kommer till rening av mark. Vilken metod som är mest lämplig beror på den specifika platsens förutsättningar, exempelvis vilken typ av förorening det handlar om, i vilken koncentration och vad marken senare ska användas till. Mulligan, Yong och Gibbs (2001) beskriver metoder för att bl.a. förhindra läckage och minska mobiliteten hos föroreningarna. Problemet med flera av dessa metoder är att marken blir oanvändbar under och ibland även efter reningen. Inom jordbruket är sådana metoder därför inte möjliga att använda. 1.6 Fytorening Vissa växter kan oskadliggöra eller extrahera tungmetaller, olika typer av aromatiska kolväten, och bekämpningsmedel ur marken. Tungmetallerna kan isoleras i cellväggarna, inaktiveras i marken med hjälp av utsöndrade ämnen, eller förvaras i vakuolerna där de inte orsakar skada. Sådana växter kan utnyttjas för rening av mark, så kallad fytorening. Fördelen med fytorening är att markens användbarhet inte påverkas. Används energigrödor för fytoreningen kan skörden säljas och ge inkomst även under reningsperioden. Det finns olika typer av fytorening. Fytoextraktion är när man använder växter som ackumulerar föroreningarna i rötter, stam, och blad. Vid fytonedbrytning utnyttjas växter och associerade mikroorganismer för att bryta ner organiska föroreningar och vid fytostabilisering minskar växterna föroreningarnas biotillgänglighet (Salt, Smith & Raskin, 1998). Även fler typer av fytorening finns som inte kommer tas upp närmare här. Med fytorening avses i fortsättningen fytoextraktion. En av de negativa aspekterna med fytorening är att de ackumulerande växterna måste tas om hand vid odlingens slut, så att föroreningarna som ackumulerats kan tas tillvara. Ett sätt att hantera växtavfallet är att förbränna det för energiutvinning. Föroreningarna hamnar då i askan som kan deponeras på säker plats eller så kan föroreningarna avskiljas innan askan återförs till åkern (Mulligan, Yong & Gibbs, 2001). Så kallade hyperackumulerande växter är speciellt effektiva på att ta upp och samla metaller, både essentiella sådana som koppar och järn samt toxiska metaller, som kadmium och bly (Saier, Trevors, 2008). Hyperackumulerande växter ger ofta lägre mängder biomassa, förmodligen för att den höga toleransen av föroreningar kräver mycket energi. Det finns andra växter som både bildar mycket biomassa och kan ta upp mer föroreningar än normalt, men som inte ackumulerar metallerna i så höga halter som hyperackumulerande växter gör. Ett exempel på en sådan växt är vissa sorter av Salix (Greger & Landberg, 1999). Salix är en energigröda som odlas på åkermark. Att använda sig av en energigröda för fytorening ger dubbel vinst, eftersom marken renas samtidigt som odlaren kan få viss inkomst från den skördade biomassan som förbränns för energiutvinning. Biomassa är ett förnybart bränsle och bidrar inte till att öka mängden växthusgaser i atmosfären på samma sätt som fossila bränslen. Fytorening är en tidskrävande process som passar bäst på marker med lägre halter av föroreningar (Mulligan, Yong & Gibbs, 2001). Greger och Landberg (1999), som undersökt möjligheterna att använda Salix för fytoextraktion, menar att det skulle ta minst 12 år att rena 2

9 åkermark från Cd som ackumulerats under det senaste århundrandet i Sverige med hjälp av Salix-odling. För förorenade marker i Belgien uppskattar Ruttens et al. (2011) att det skulle ta minst 55 år att nå gränsvärdena. 1.7 Salix Salix, d.v.s. vide- eller pilsläktet, är lövfällande buskar eller träd. Släktet omfattar runt olika arter. En vanlig art att använda för produktion av biomassa för energiproduktion är S. viminalis (Isebrands & Richardson, 2014). Salix har odlats i Sverige sedan början av talet, och idag täcker Salix-odlingarna ca hektar (ha). Tidigare har den odlade arealen varit större. Minskningen beror bl.a. på svårigheter att konkurrera med billiga skogsbränslen och dålig lönsamhet på grund av låga energipriser. Det har också ansetts att kostnader för skörd och transport varit höga (Jordbruksverket, 2013a). Odlingarna finns framför allt i Mälardalen, Skåne och Västra Götalands län (Jordbruksverket, 2016). De gödslas ibland med avloppsslam som kan innehålla stora mängder föroreningar och tungmetaller, vilket med tiden kan leda till en ansamling av föroreningar i marken (Isebrands & Richardson, 2014). Vid odling av Salix skördar man vanligtvis var tredje eller vart fjärde år efter att beståndet har etablerats. Odlingen har en uppskattad livslängd på ca år innan det blir dags att bryta odlingen och förnya med nya Salixsticklingar eller odla andra jordbruksgrödor (JTI, 2012). Skörden sker efter att löven fällts och växten är invintrad, vilket vanligtvis är runt oktober i Sverige. Första skörden från en nyplantering ger ofta ca 5 6 ton ha -1 år -1 vid första skörden medan kommande avverkningar kan öka till ca 6 10 ton ha -1 år -1 (Jordbruksverket, 2013a). Flertalet studier visar att Salix är effektiv på att ta upp Cd från mark (exempelvis: Greger & Landberg, 2015; Ling, Yun & Fangke, 2011; Hammer, Kayser & Keller, 2003). Vissa sorter (ex. S. viminalis) kan också ta upp zink (Zn) ur marken. En fördel med Salix, som är en förutsättning för fytoreningen, är att många sorter är toleranta mot föroreningarna i marken. Det är lämpligt att välja en sort som inte påverkas negativt av höga halter tungmetaller när den ska användas till fytorening. Salix har också goda möjligheter att skjuta nya skott efter skörd, och är passande att använda för produktion av biomassa för energiändamål. 1.8 Vete I Sverige är vete det spannmål som odlas mest (Jordbruksverket, 2017a). Under 2016 var den totala skörden vete i Sverige ton, där den största andelen skördades i Skåne, Västra Götaland och Östergötlands län (Jordbruksverket, 2017b). Vete är en stapelvara när det kommer till livsmedel på många håll i världen. År 2015 konsumerades 8,4 kg vetemjöl per person och år i Sverige (Jordbruksverket, 2016b). Eftersom så stora mängder vete konsumeras finns det goda anledningar att minska mängderna toxiska ämnen i det. Vete tar bl.a. upp tungmetaller som Cd ur marken (Pérez & Anderson, 2009). Genom att rena marken från Cd innan veteodling sker kan halterna i vetet minskas. 2. Syfte och frågeställningar Syftet med den här studien är att ge en överblick över hur kadmiumproblematiken i svensk åkermark ser ut och undersöka möjligheterna till fytorening med hjälp av Salix-odling. Även veteplantans möjlighet att utnyttjas till fytorening i Sverige har undersökts. Frågeställningarna definieras nedan. Vilka markområden i Sverige innehåller kadmium och i vilka mängder? Under vilka förutsättningar kan rening med Salix vara aktuellt? 3

10 Hur stor mängd av kadmiuminnehållet i marken kan tas upp av Salix? För vilka gränsvärden för kadmium i marken kan man återgå till odling av livsmedel? Hur skiljer sig vetes upptag av kadmium mot Salix upptag? 2.1 Avgränsningar Särskild hantering av energigrödor som använts för fytorening krävs i värmeverken eftersom de innehåller föroreningar som måste separeras ut från askan. Det finns olika metoder och åsikter kring hur askan ska hanteras och huruvida tungmetallerna kan återanvändas eller ej. Detta är en diskussion som utelämnats vid den här undersökningen. För jämförelsen av kadmiumupptag mellan Salix och vete valdes den senare eftersom det är det vanligaste spannmålet som odlas (Jordbruksverket, 2017a). Den här studien utgår från Sveriges situation när det gäller kadmium och fytorening med Salix. Det finns flera sorters växter som kan utnyttjas för fytorening, här har Salix valts ut eftersom Salix är vad Naturvårdsverket framför som alternativ i etappmålsförslaget. Ett annat alternativ skulle kunna vara t.ex. poppel. 3. Metod Arbetet är en litteraturstudie och alla resultat grundar sig på uppgifter från publicerat material. 3.1 Litteraturstudie En litteraturstudie är en sammanfattande granskning av befintlig litteratur inom ett forskningsområde. Litteraturstudien har vetenskapliga artiklar som utgångspunkt och analyserar och jämför resultat som presenterats i dessa. De vetenskapliga artiklarna väljs utifrån kriterier som exempelvis relevans och publiceringsdatum och hittas med hjälp av i förhand bestämda sökord. I de fall enhetliga och jämförbara data hittas kan de kombineras och användas i metaanalyser. Om tillgängliga underlag inte finns för att besvara en frågeställning kan litteraturstudien bidra med att peka ut områden där ytterligare forskning behövs. Det finns en del problem man kan ställas inför när litteraturstudier görs. Exempelvis kan studierna som används som underlag ha utformats på olika sätt och ofta när t.ex. fältstudier görs ser de omgivande förutsättningarna olika ut. Ett annat problem är att data presenteras i olika enheter. Om möjligt kan enheterna i dessa fall konverteras, så att datan från de olika studierna går att jämföra. Denna litteraturstudie har baserats på vetenskapliga artiklar och rapporter från myndigheter. De vetenskapliga rapporterna ger en representativ, vetenskaplig grund för faktapåståenden, medan myndighetsrapporterna ger relevant information kring Sverige och förutsättningarna som finns nationellt. Kontakter med kunniga inom området har bidragit med relevanta källor till information. Olika databaser har använts vid litteraturstudien, framför allt Web of Science, Scopus, Göteborgs Universitetsbibliotek och Science Direct. De främsta sökorden som använts är Salix, phytoremediation, phytoextraction och cadmium. För att få tillgång till kartor över markområden och kadmiumhalter i dessa användes mark- och grödoinventeringen från Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU). Grundläggande fakta kring Cd och dess egenskaper och källor inhämtades för att ge en inblick i problemet. Bl.a. undersöktes hur Cd används, utvinns och vad det har för effekter på hälsan. Här användes sökord som cadmium, health effects, och soil contamination i olika kombinationer. Därefter studerades vilka olika alternativ för markrening som finns och varför 4

11 fytorening skulle kunna vara passande i det här fallet. Sökorden rörde begrepp som soil remediation, soil contamination, heavy metals, och phytoremediation. 3.2 Underlag och besvarandet av frågeställningar Salix och dess potential för fytorening har undersökts med hjälp av välciterade artiklar och studier som refererar till dessa. Flertalet studier om möjligheten att använda Salix för fytoextraktion inleddes på 1990-talet och har legat till grund för många av de nyare studierna. I den här litteraturstudien kompletterades de äldre studierna med nya fakta från studier utkomna de senaste åren. Bl.a. har flertalet studier på hur Cd-upptag i olika växtdelar ser ut analyserats, samt hur olika halter Cd i jorden påverkar upptaget. Både marker som naturligt innehåller Cd och förorenade marker ingår i studien. I denna studie användes data från originalundersökningar på Salix och vetes Cd-upptag för att besvara frågeställningarna. Fältstudier prioriterades eftersom målet med studien var att undersöka hur fytorening kan användas ute i verkligheten. Så lika studier som möjligt användes för att kunna jämföra undersökningarna på ett så rättvist sätt som möjligt. Ofta ser förutsättningarna som markegenskaper, klimat, och studiens längd och utformning olika ut vilket leder till att jämförelser mellan studierna kan vara svåra att göra. För att förenkla och möjliggöra jämförelser mellan halter och upptag räknades en del enheter om där det behövts, och vissa studier valdes bort. Mark- och grödoinventeringen Halter av Cd i svenska marker har mätts i ett samarbete mellan Naturvårdsverket och Sveriges lantbruksuniversitet (SLU). De gör regelbundet mätningar av olika parametrar i jordbruksmark i Sverige. Datan sammanställs sedan i rapporter och kan också fås ut i tabelleller kartform via hemsidan Mark- och grödoinventeringen (SLU, u.å.). Data från SLU utnyttjades i den här studien för att redovisa Sveriges halter av Cd i mark och höstvete. Internationella studier på vetes Cd-upptag användes för jämförelse. SLU påbörjade provtagningen av matjord år och 3100 provpunkter, fördelade över Sveriges åkermark, valdes ut. Även alvprov och kärnprov från höstvete, vårkorn, eller havre togs från vissa av platserna. Matjorden är det översta jordlagret (ca 0 20 cm) som sträcker sig ner till plogsulan. Nedanför plogsulan är alven (ca cm). Ytterligare en provtagningsomgång har genomförts efter den första, och avslutades år Under den här omgången togs alvprov på alla 2000 provplatser och kärnprov på 40 %. Fortsättningsvis ska prover fortsätta att tas var tionde år på dessa 2000 provpunkter. Analyser sker på matjordsproverna för att ta reda på humushalt, jordart, ph och kalktillstånd, innehåll av växtnäringsämnen och halter av spårelement. Växtproverna analyseras på makronäringsinnehåll samt innehåll av spårämnen. Även prover från tidigare år (ca 1988 och framåt) har tagits med i den sammanlagda datan. 3.3 Beräkningar och analyser Möjlig Cd-extraktion vid odling av Salix Den möjliga Cd-extraktionen från marken vid odling av Salix beräknades enligt (1) utifrån de värden för biomassaproduktion och Cd-koncentrationer i växten som presenterats i underlagen. I vissa av studierna var Cd-extraktionen redan beräknad och i andra saknades uppgifter för att kunna genomföra beräkningen. Biomassaproduktionen i studien från Courchesne et al (2017) redovisades i g/planta. För att räkna om till ett värde i enheten ton ha - 1 användes standarden för antalet plantor per hektar för Salix-odling i Sverige, vilket är ca plantor/ha (Gustavsson, Larsson, Nordh, 2007). 5

12 (1) Cd extraktion (g ha 1 år 1 ) = Konc. av Cd i Salix (g kg 1 ) Biomassaproduktion (kg ha 1 år 1 ) Möjlig Cd-extraktion vid odling av vete Enligt JTI (2010) är viktförhållandet mellan halm och kärna för vete 1,0. Halmen är det skördade strået och bladen. Viktförhållandet innebär att halmskörden och kärnskörden är lika stora. Detta utnyttjades vid beräkningar av Cd-koncentrationer i vetets olika växtdelar. När skörd sker med skördetröska faller agnarna igenom och återförs till åkern igen. Här förutsätts att skördetröska används och att agnar därför inte skördas. Den totala Cd-extraktionen som kan fås när både vetekärna och halm skördas beräknades för de halter Cd som finns i svensk matjord och höstvete. Data fanns enbart för Cd-halter i vetekärnan, därför skattades först Cd i halmen utifrån tillgängliga uppgifter på förhållandet mellan Cd i kärna och Cd i halm. Därefter uppskattades den möjliga Cd-extraktionen från matjorden för svenskt vete. Shi et al. (2015) har undersökt hur upptaget av Cd fördelar sig i vetets olika delar genom att beräkna förhållandet Cd i kärna/cd i halm. Förhållandet mellan Cd i kärna och Cd i halm varierade mellan 0,28 0,58. Cd-halter i olika delar av vete har mätts i Lübben och Sauerbeck (1991). De anger själva inget förhållande mellan halter i kärna och halm. För att ta reda på om Lübben och Sauerbecks resultat överensstämmer med och kan styrka kärna/halm-förhållandet som Shi et al. funnit beräknades förhållandet för deras mätvärden enligt (2) nedan. Medelvärdet av alla förhållanden beräknades och blev 0,28, vilket överensstämmer med Shi et al.:s lägsta rapporterade förhållande. Detta förhållande användes därför i senare beräkningar. (2) Kärna Halm förhållande = (Cd i kärna, mg kg 1 )/ (Cd i halm, mg kg 1 ) Utifrån förhållandet 0,28 uppskattades Cd-halter i halm för vete. Den möjliga Cd-extraktionen vid skörd av vetekärna och halm beräknades enligt (3) (5). Skörden antogs vara 5800 kg vetekärna ha -1 år -1 (14,0 % vattenhalt) (Jordbruksverket, 2017b). Med viktförhållandet 1,0 är halmskörden lika stor. (3)Cd extraktion kärnskörd (g ha 1 år 1 ) = 5800 (kg ha 1 år 1 ) Cd i kärna (g kg 1 ) (4) Cd extraktion halmskörd (g ha 1 år 1 ) = 5800 (kg ha 1 år 1 ) Cd i halm (g kg 1 ) (5) Cd extraktion kärn + halmskörd (g ha 1 år 1 ) = Cd extraktion kärnskörd + Cd extraktion halmskörd Statistiska analyser Två regressionsanalyser utfördes i Microsoft Excel 2010, med signifikansnivå 0,05. De gjordes för att se ett ev. samband mellan Cd-halter i jord och höstvete, samt ett ev. samband mellan Cd-halter i jord och möjlig Cd-extraktion med hjälp av Salix. Analyserna gjordes på koncentrationerna av Cd i svensk matjord och koncentrationerna i höstvete odlat på jorden, samt på koncentrationerna av Cd i matjord och den möjliga Cd-extraktionen med hjälp av Salix. 6

13 4. Resultat 4.1 Vilka markområden i Sverige innehåller kadmium och i vilka mängder? Medelhalten av Cd i svensk matjord är 0,24 mg Cd kg -1 torr substans (ts), men variationen är stor enligt en omfattande inventering från perioden (tabell 1). Det finns marker med Cd-halter från 0,1 8,7 mg Cd kg -1 ts. Halterna skiljer sig åt mellan olika regioner i landet (figur 1). Alven innehåller generellt sett lägre halter Cd än matjorden, men flera av områdena med höga halter Cd i matjorden har också höga halter Cd i alven, enligt markprover från perioden (figur 2). Tabell 1. Kadmiumhalter i svensk matjord från provtagningar gjorda Medianen är värdet för 50 % - percentilen. Antal observationer: Data från Eriksson, Mattsson & Söderström, (2010). Cd (mg kg -1 ts) Medelvärde 0,24 Standardavvikelse 0,24 Min 0,01 Max 8,70 10 % 0,11 25 % 0,14 50 % 0,19 75 % 0,27 90 % 0,37 7

14 Figur 1. Kadmiumhalter i svensk matjord och dess regionala variationer. Resultatet är baserat på 5138 markprover, tagna i två omgångar under år och år Från Eriksson, Mattsson & Söderström (2010). Figur 2. Kadmiumhalter i matjord och alv i svensk åkermark. Resultatet baseras på 1717 mätningar gjorda under Endast de punkter där alvprov också togs redovisas i kartan över matjorden. Från Eriksson, Andersson & Andersson, (1997). 8

15 Cd-extraktion Salix (g ha -1 år -1 ) 4.2 Hur stor mängd av kadmiuminnehållet i marken kan tas upp av Salix? Undersökningar av Salix upptag av Cd från marken har genomförts på marker där Cdkoncentrationen i matjorden varierar från 0,10 6,5 mg kg -1 (tabell 2). Kadmiumupptaget har mätts i olika växtdelar. I den här studien är framför allt växtdelar ovan jord av intresse: blad och skott/stam. I skott/stam har Cd-halter från 0,35 34,5 mg kg -1 uppmätts och i bladen halter från 0,54 80 mg Cd kg -1. Biomassaproduktionen från Salix-odlingarna varierade från 1,4 15 ton skott/stam ha -1 år -1 och 0,1 9,27 ton blad ha -1 år -1. Utifrån dessa underlag har den Cd-extraktionen som skulle vara möjlig med hjälp av Salixodling på dessa marker beräknats. Cd-extraktionen redovisas i g ha -1 år -1. Den möjliga Cdextraktionen är ca 2,5 203 g ha -1 år -1, om enbart skott/stam skördas. Skördas bladen också kan 5,2 244 g Cd ha -1 år -1 extraheras från marken. Regressionsanalysen som gjordes på Cd-extraktion och Cd i matjord gav ett R 2 -värde på 0,80, vilket innebär att 80 % av variationen i den möjliga Cd-extraktionen kan förklaras genom matjordens Cd-halter (p = 0,00075) (Figur 3). Samma analys utfördes på vetes Cd-extraktion och Cd i matjorden och visade inget signifikant samband y = 17x + 2,2 R² = 0, Konc. Cd i matjord (mg kg -1 ) Figur 3. Sambandet mellan koncentrationen av Cd (mg kg -1 ts) i matjorden och den möjliga Cd-extraktionen vid stamskörd på dessa marker. R 2 = 0,80 vilket innebär att ca 80 % av variationen i den möjliga Cd-extraktionen kan förklaras av koncentrationen i matjorden (p = 0,00075). Data från referenserna i tabell 2. 9

16 Tabell 2. Olika sorter av Salix som odlats på marker med varierande Cd-halter och dess Cd-upptag i olika växtdelar samt biomassaproduktion. Utifrån detta har den möjliga Cd-extraktionen beräknats. Salix-art Referens S. purpurea (S.p.), S. miyabeana (S.m.), S. x dasyclados (S.d.) **Konc. av Cd i matjord mg Cd kg - 1 S. viminalis Ca 0,10 0,20 Konc. av Cd i Salix mg Cd kg -1 0,56 Skott/blad: S.p.: 2,2/6,3 S. m.: 3,8/8,6 S.d.: 3,8/ 9,8 Stam: 0,35 2,43 Blad: 0,54 1,96 Biomassa- Produktion ton ha -1 år -1 Skott/Blad: S.p.:1,3/0,37, S.m.:0,72/0,33 S.d.:1,1/0,40 Stam: 5 15, Medelv.: 9 Cd-extraktion g ha -1 år -1 *Skott/skott+blad: S.p.: 2,9/5,2 S.m.: 2,7/5,5 S.d.: 4,2/8,1 *Stam: ca 2,5 24 Medelv.: 13 Courchesne et al. (2017) Eriksson & Ledin (1999) S. viminalis 0,6 Stam: 2, ,4 Greger et al. (1999) S. viminalis 2,30 och 2,8 S. x smithiana Willd (S.s.), S. rubens(s.r.) 0,53, 0,91 och 1,3 Stam: 3,6 och 5,1. Skott/Blad: S.s. 3,65/8,18 4,16/7,31 3,27/5,23 S.r.:3,98/7,26, 3,05/5,32, 2,47/5,16 S. viminalis 0,45 Stam/blad: S. fragilis (S.f.), S. viminalis (S.v.) (tre sorter) *** S. viminalis, S. alba, S. dasyclados, S. triandra 4.1/5.5 5,7 Skott/Blad: S.f: 34,5/56.6 S.v: 19,1/34, 15,3/34,9, 10,0/16,8 6,5. Stam: 8 30 Blad: *Beräknade värden, se Metod ** Koncentrationer för en eller flera provjordar. ***Bl.a., sammanlagt 8 sorter användes Data saknas Data saknas Hammer et al. (2003) Skott/Blad: S.s: 13/6, 4/2, 8/5 S.r.: 5/2, 5/3 5/3 *Skott/skott+blad: S.s: 47/96 17/32 26/52 S.r.: 20/35 15/31 12/27 Kacálcová, Tlustos och Száková (2015) Stam: Ca 2,6 *Stam: 10,7 Klang- Westin & Eriksson (2003) Skott/blad: S.f: ca 4,7/1,5 S.v: 4,1/2,6, 5,2/2,5, 8,2/1,9 Stam: 1,4 12,25 Medelv.: 3,69. Blad: 0,1 1,25 Medelv.: 0,70 Skott/skott +blad: S.f: 161/244. S.v: 62/154, 100/184, 82/113. Stam: Medel: 100 Blad: 3 50 Ruttens et al. (2011) Van Slycken et al. (2013) 10

17 4.3 Hur skiljer sig vetes upptag av kadmium mot Salix upptag? Kadmiumhalter i svenskodlat vete Medelvärdet för Cd i höstvetekärna i Sverige är 0,047 mg kg -1 ts och medianen är 0,039 mg kg -1 ts (Eriksson, Mattsson & Söderström, 2010). Vete med höga halter finns framför allt i Skåne, Uppland, Södermanland, Stockholm, Närke och Östergötlands län (figur 4). Figur 4. Kadmium i höstvete som odlats i Sverige och fördelningen över södra delen av landet. Resultatet är baserat på 897 kärnprov, tagna i två omgångar under år och år Från Eriksson, Mattsson & Söderström (2010). Figur 5 visar medelvärden för Cd i svensk matjord uppdelat efter län, samt vilka halter Cd som funnits i höstvetekärna som odlats i dessa län. Vissa län saknar data och är inte med i figuren. Högst halter i matjord finns i Uppsala, och lägst halter i Värmland. Vetekärna med högst halter finns i Kalmar, Stockholm och Västmanland, och de lägsta i Värmland. Samband mellan Cd i matjord och höstvete Regressionsanalysen av Cd-halter i matjord och höstvete gav R 2 = 0,43 (p = 0,02). Det innebär att ca 43 % av variationerna i höstvetets Cd-halter kan förklaras av halterna i matjorden (figur 6). 11

18 Cd-konc. i höstvete (mg kg -1 ) Konc. Cd (mg/kg ts) 0,4 0,3 Medelv. Cd Matjord Medelv. Cd höstvete 0,2 0,1 0 Figur 5. Koncentration av Cd i svensk matjord och höstvetekärna, uppdelat efter län. (Data från Eriksson, Mattsson & Söderström, 2010) 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 y = 0,17x + 0,0044 R² = 0,43 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Cd-konc. i matjord (mg kg -1 ) Figur 6. Sambandet mellan koncentrationen av Cd i matjorden (mg kg -1 ts) och koncentrationen i höstvete. R 2 = 0,43 vilket innebär att 43 % av variationen av Cd i höstvete kan förklaras av koncentrationen i matjorden (p = 0,02). (Data från Eriksson, Mattsson & Söderström, 2010) 12

19 Kadmiumhalter i vete på andra håll i världen Undersökningar har genomförts på olika typer av vete och hur mycket Cd som ackumulerats i vetekärnan (tabell 3). Koncentrationen i kärnan varierade mellan 0,027-0,76 mg kg -1 där det högsta värdet fanns i durumvete. Markhalterna varierade mellan 0,09 2,6 mg Cd kg -1. Tabell 3. Tabellen visar koncentrationer av Cd i vetekärna som odlats på marker innehållandes varierande halter av tungmetallen, och Cd-extraktion vid skörd av kärna och halm. Konc. i Konc. i Referens Vetesort (Triticum aestivum) Kanchan (K), Agrani (Ag), Akbar(Ak) Höstvete (HV) och vårvete (VV) Flera sorters brödvete (BV) och durumvete (DV) Shiroganekomugi (S), Chugoku165 (C) mark (mg kg -1 ) Cd vetekärna (mg Cd kg -1 ) 2,6 K: 0,05 Ag: 0,08 Ak: 0,11 0,09 0,45 HV: ca 0,027 0,11 VV: ca 0,033 0,11 1,47 BV: 0,69 DV: 0,76 0,68 S: 0,40 C: 0,17 Cd-extraktion (g ha -1 år -1 ) K: 1,3 Ag: 2,1 Ak: 2,9 HV: 0,7 2,8 VV: 0,9 2,9 BV: 18 DV: 20 S: 11 C: 4,5 Chamon et al (2005) Gray et al (2010) Jafarnejadi et al (2011) Ibaraki, Fujitomi, Ishitsuka & Yanaka (2014) Möjlig Cd-extraktion vid skörd av vete Ungefärlig vetekärnskörd i Sverige är 5800 kg ha -1 år -1 (Jordbruksverket, 2017b). Samma mängd halm kan skördas. Den totala biomassan som maximalt bortförs från åkermarken vid veteskörd blir därmed kg ha -1 år -1. Lägst Cd-halt i matjorden i Sverige finns i Värmland, med en halt på 0,15 mg Cd kg -1. Högst halter finns i Uppsala, 0,3 mg kg -1 (figur 4). Medelvärdet för de svenska åkermarkerna är 0,24 mg kg -1 (tabell 1). Den möjliga Cd-extraktionen vid veteodling där även halmen bortförs från marken har beräknats enligt förhållandet som framgår i metodkapitlet (tabell 4). Vid de lägsta markkoncentrationerna av Cd uppskattades att 0,69 g Cd ha -1 år -1 kunde bortföras. För högre halter i jorden beräknades 1,2 g ha -1 år -1. Medelvärdet för Cd-extraktionen i de svenska län där data på både höstvete och matjord funnits beräknades till 1,3 g ha -1 år -1. För medianvärdet är den möjliga Cd-extraktionen 1,0 g ha -1 år -1. Jafarnejadi et al (2011) fann höga halter Cd i vetekärna (0,69 mg Cd kg -1 ) i Iran (tabell 3). Vid dessa höga halter Cd i kärnan skulle ca 18 g Cd ha -1 år -1 kunna bortföras från marken vid bortförande av hela vetet. För durumvete är värdet ännu högre. Övriga Cd-extraktioner beräknade från utländska studier varierar mellan 0,7 11 g ha -1 år -1 (tabell 3). 13

20 Tabell 4. Den möjliga Cd-extraktionen för svenska åkermarker redovisas tillsammans med jordkoncentration och Cd-koncentration i olika växtdelar. Cd i halmen har beräknats enligt förhållandet som framgår i metodkapitlet. Län Cd-konc. i matjord (mg kg -1 ) Cd-konc. i vetekärna (mg kg -1 ) Cd-konc. i vetehalm (mg kg -1 ) Värmland 0,15 0,026 0,093 0,69 Uppsala 0,30 0,044 0,16 1,2 Medelvärde för 0,24 0,047 0,17 1,3 alla län Median för alla län 0,19 0,039 0,14 1,0 Cd-extraktion (g ha -1 år -1 ) 4.4 För vilka gränsvärden för kadmium i marken kan man återgå till odling av livsmedel? Det finns föreskrifter som reglerar gränsvärden för hur mycket Cd som maximalt får finnas i marken vid spridning av avloppsslam. Gränsvärdet är 0,4 mg kg -1 ts (SNFS 1994:2). Naturvårdsverket (2016) anger samma gränsvärde (> 0,4 mg kg -1 ts) för halter i jorden som kan medföra risk för hälsofarliga halter i grödor. De anser även att halter inom intervallet 0,1 0,2 mg kg -1 ts räknas som låga halter och att halter inom 0,2 0,3 mg kg -1 ts räknas som måttliga. Europeiska kommissionen (2006) anger gränsvärdet 0,20 mg kg -1 för hur mycket Cd som får finnas i vete. Gränsvärden utifrån tolerabelt intag av Cd finns också och har tidigare varit 7 μg/kg kroppsvikt per vecka. År 2010 sattes ett nytt värde till 25 μg/kg kroppsvikt per månad. (JECFA, 2010) 5. Diskussion Svenska åkermarker tycks generellt sett innehålla lägre koncentrationer Cd än på andra håll i Europa (Pan et. al, 2010). Trots jämförelsevis låga markkoncentrationer kan det fortfarande vara av värde att minska halterna ur ett försiktighetsperspektiv. Salix-odling kan under rätt förutsättningar bidra till att minska halterna av Cd i marken, vilket i sin tur kan minska halterna i efterkommande odling av livsmedelsgrödor. Greger och Landberg (2015) kunde visa att Salix-odling haft effekt på både markens Cd-halter och halterna i efterkommande veteodling. Ett alternativ till fytorening med Salix skulle under vissa omständigheter kunna vara fytorening genom veteodling. 5.1 Kadmiumhalter i svensk åkermark och relationen till befintliga gränsvärden Den naturliga koncentrationen Cd i mark ligger på ca 0,1 1 mg Cd kg -1 ts (Smolders & Mertens, 2012). Som helhet varierar Sveriges Cd-halter i åkermarken mellan 0,01 och 8,7 mg Cd kg -1 ts. Generellt sett har de norra delarna av landet lägre halter Cd i matjorden än i söder. Västra och centrala Sydsverige har också låga Cd-halter i matjorden. Högst halter finns i Jämtlands och Uppsalas län. Vissa av dessa marker innehåller höga halter naturligt, andra har blivit förorenade av mänskliga aktiviteter, exempelvis genom användandet av mineralgödsel. 14

21 Naturligt Cd finns bland annat i områden där bergarten alunskiffer förekommer. Alunskiffer är rikt på spårelement som t.ex. tungmetaller (Eriksson, Mattsson & Söderström, 2010) och finns i Jämtland, Östergötland, Närke, Skåne, Öland och Västgötabergen (SGU, u.å.). Från figur 1 och 2 går det att utläsa att dessa områden innehåller höga halter Cd i både matjord och alv. Marker där matjorden innehåller högre halter än alven kan antas vara förorenade via mänskliga aktiviteter. Enligt Naturvårdsverket (2016) är Cd-halter inom intervallet 0.1 0,2 mg kg -1 jord att räkna som låga halter. Halter inom intervallet 0.2 0,3 mg Cd kg -1 jord räknas som måttliga och markhalter över 0,4 mg Cd kg -1 jord anses kunna utgöra risker för hälsofarliga halter i grödor. Sveriges genomsnittliga Cd-innehåll i marken är 0,24 mg kg -1 jord och kan därmed ses som måttliga halter. Utgår man istället från medianen som är 0,19 mg kg -1 jord innebär det låga halter. Eftersom extremvärden gör att medelvärdet kan bli missvisande kan medianen ge en mer rättvis bild av den genomsnittliga Cd-koncentrationen i marken. I Sverige finns inga särskilda gränsvärden för hur mycket spårämnen som får finnas i åkermark, däremot finns föreskrifter som reglerar högsta tillåtna halt metaller vid spridning av avloppsslam. Gränsvärdet för Cd är 0,4 mg kg -1, med andra ord av samma storlek som riskgränsen för markhalter som kan leda till hälsofarliga halter i grödor. De flesta markerna (ca 90 %) har koncentrationer som ligger under riskgränsen (tabell 1). Drygt 8 % av de svenska jordarna har halter över gränsvärdet (Eriksson, Mattsson & Söderström 2010). Andra gränsvärden rör specifika produkter eller bestämmer det tolerabla intaget hos människan. Svenskt Sigill är en märkning för mat och blommor som indikerar att de märkta produkterna producerats med bl.a. extra hänsyn till klimat och miljö (Sigill Kvalitetssystem, 2017). För att få märka sitt vete med Svenskt Sigill finns krav som måste uppnås. Bl.a. finns vissa gränsvärden för Cd-halter i mark och gröda som inte får överskridas. Markens Cd-halt måste underskrida gränsvärdet på 0,30 mg ts kg -1 jord om märkningen ska kunna appliceras. Överskrids detta värde ska ytterligare prover på ax och kärna tas. Dessa värden får inte överskrida 0,08 mg kg -1 för höstvete och 0.10 mg kg -1 för vårvete (Sigill kvalitetssystem, 2015). Det finns en del svenska åkermarker där Cd-halten överskrider Svenskt Sigills gränsvärde på 0,30 mg kg -1 (se tabell 1). En majoritet av dem (ca 75 %) har dock halter under gränsen. Från figur 1 går det att urskilja att områden med halter över värdet överensstämmer med tidigare nämnda områden där alunskiffer förekommer. De låga Cd-halterna i marken medför att även svenskodlat vete innehåller låga halter Cd. Europeiska kommissionen (2006) har satt 0,20 mg Cd kg -1 som gränsvärde för vete, vilket det genomsnittliga svenskodlade höstvetet underskrider med marginal. Även Svenskt Sigills gränsvärden för höstvete, 0,08 mg Cd kg -1, underskrids av medelvärdet för vete i länen som visas i figur 5, dock inte med lika god marginal. Något som bör tas i åtanke är att den här studien har använt länsvisa medelvärden för markoch höstvetehalter av Cd i figur 5 och 6. Det innebär att det finns åkermarker och vete som har både högre och lägre halter än de som redovisas. Med andra ord kan förorenade marker med Cd-halter över gränsvärdena finnas, likväl som vete med Cd-halter över gränsvärdena. 5.2 Under vilka förutsättningar kan rening med Salix vara aktuellt? Möjligheten till fytorening med Salix har undersökts i ett flertal studier och under olika förutsättningar. I tabell 2 har några av resultaten från dessa studier sammanfattas. 15

22 Källan till föroreningen påverkar reningens effekt Den främsta källan till Cd i svensk åkermark är fosforgödsel (Berndes et al, 2004). Näst största källan är atmosfärisk deposition, som i stor grad har sitt ursprung i utlandet. Inflödet av Cd från dessa källor behöver vara mindre än borttaget för att undvika en ansamling i marken. Detta är viktigt att ha i åtanke vid en eventuell rening av marken eftersom en fortsatt tillförsel av Cd via exempelvis gödsel kan innebära att reningen inte får lika stor effekt. Källan till tungmetallerna är också avgörande för huruvida en mark kan vara passande att rena eller inte. I marker där Cd finns naturligt, som en följd av bergarten, kommer halterna i matjorden fyllas på allt eftersom från undre jordlager. Marker där matjorden innehåller högre halter än alven kan antas vara förorenade via mänskliga aktiviteter. Om alven innehåller låga mängder Cd kan dessa marker vara lämpliga att rena eftersom ingen större tillförsel av Cd till matjorden i kommer ske via alven i senare skeden. Var i jordprofilen sker Salix Cd-upptag I vilken del av jorden Salix kan ta upp tungmetaller har betydelse för hur effektiv fytoreningen skulle kunna bli. Eriksson och Ledins (1999) studie visade ingen större signifikant effekt på totalkoncentrationen av Cd i matjorden efter Salix-odling. En av deras förklaringar till resultatet var att en del av den upptagna mängden Cd i Salix skulle kunna ha skett från alven. Det upptaget bidrar inte till någon minskning av halten i matjorden. Ett upptag av Cd från alven skulle istället kunna komma att öka halterna i matjorden genom att upptaget Cd förs från rötter till bladen som sedan fälls till marken och återför Cd till matjorden (Berndes et al, 2004). De flesta antropogena utsläppen av Cd påverkar framför allt den ytliga matjorden och därför är det framför allt där reningen behövs. Förutsatt att de grödor som senare ska odlas på marken har största delen av sitt rotsystem i matjorden är det där upptaget av Cd sker. Att enbart Cd-innehållet i alven minskas kan därför ha en mindre betydelse för halterna i efterkommande odling av livsmedel. Hammer et al (2003) har funnit att Cd-halterna i Salix minskade från första året till andra året, vid odling på ytligt förorenad mark. Deras förklaring var att rötterna växer djupare med tiden och att det i mark som är förorenad på ytan kan leda till en minskning av Cd-upptag i växten med tiden. De ansåg därmed att Salix kan vara användbar för fytorening i mark med djupare föroreningar. Enligt andra forskare har Salix ett ytligt rotsystem som till allra största del befinner sig i de övre delarna av jorden (Pacaldo, Volks, & Briggs, 2013; Rytter & Hansson, 1996). Detta skulle innebära att upptaget från undre jordlager inte sker i någon större grad. Andra studier har istället funnit att upptaget effektiviseras när markkoncentrationerna minskar (Greger och Landberg 1999; Vandecasteele et al. 2005), vilket i sådana fall skulle innebära att Salix kan ta upp större mängder Cd även om rötterna befinner sig i den oförorenade alven. En rad andra anledningar kan ligga bakom dessa varierande resultat, men det indikerar att det kan vara möjligt att Salix upptag sker i både övre och undre jordlager, beroende på rådande förutsättningar. Salix-rening mest lämpat på marker med låga halter naturligt kadmium Förutsatt att Salix tar upp tungmetaller från hela jordprofilen skulle Salix-rening passa bättre på åkermark med låga halter naturligt Cd i alven. I annat fall kan halterna i matjorden fyllas på allt eftersom från undre jordlager via lövfällningen. Eftersom Cd är en relativt rörlig tungmetall (Lübben & Sauerbeck, 1991; Eriksson, Andersson & Andersson, 1997) kan det vara värt att ha alvens halter i åtanke oavsett var i jordprofilen Salix upptag sker. Enligt figur 2 är alvhalterna på de flesta håll i Sverige lägre än i matjorden, och där höga alvhalter kan ses beror det på många håll av naturliga orsaker som typ av bergart snarare än mänskliga aktiviteter. Majoriteten av alvjordarna har dock en låg Cd-halt på <0,11 mg/kg, vilket innebär 16

23 att Salix-rening skulle kunna vara ett lämpligt alternativ på många svenska åkermarker. De marker där fytoreningen skulle kunna bli mindre effektiv på grund av höga alvhalter är i Mälardalen, Jämtland, Östergötland och delar av Skåne. Fytoreningen skulle kunna bidra till att ta upp det överskott av Cd som tillkommit via mänsklig tillförsel i form av exempelvis gödsel/slamspridning, men troligtvis kommer markerna trots Salix-odling fortsätta innehålla högre Cd-koncentrationer än övriga Sverige. Detta på grund av alvens höga halter. 5.3 Hur stor mängd av kadmiuminnehållet i marken kan tas upp av Salix? Samband mellan Cd-extraktion och markkoncentrationer Enligt regressionsanalysen som gjordes på koncentrationen av Cd i matjord och Cdextraktionen vid Salix-odlingen kan 80 % av variationerna i Cd-extraktionen förklaras av matjordskoncentrationen. Det tyder på att det finns ett samband mellan Cd-halter i mark och den mängd som kan föras bort från marken genom fytorening med Salix. Ökade markhalter ger en ökad möjlig Cd-extraktion. Möjlig Cd-extraktion från marken vid Salix-odling Resultatet för den potentiella Cd-extraktionen som redovisas i tabell 2, visar en stor variation med värden från 2,5 till 244 g Cd ha -1 år -1. Variationerna kan ha flera förklaringar. Omgivningsfaktorer och experimentens utformning kan ge olika resultat i studierna. Faktorer som markens egenskaper spelar in när det gäller upptag och biomassaproduktion. Exempelvis ger jordar med högre ph-värde ett lägre upptag eftersom ph-värdet påverkar tungmetallernas växttillgänglighet i marken (Greger & Landberg, 2015). I vissa fall har jorden behandlats med slam eller gödsel för att påverka tillväxt eller upptag. Kalkning höjer t.ex. ph-värdet och ger därmed mindre mängd växttillgängliga tungmetaller (Berndes et al., 2004). Vilken Salixart och sort som använts har visat sig ha stor påverkan på upptaget och kan ha större betydelse än markegenskaper (Kacálcová et al., 2015). Eftersom S.viminalis odlats i de flesta studier som används som underlag i denna studie (tabell 2) är en sådan jämförelse mellan sorter svår att göra här. Biomassaproduktionen påverkar kadmiuimupptaget Cd-upptaget hör samman med biomassaproduktionen. Eftersom höga Cd-halter ofta fördelas i växtdelar ovan jord kommer en större mängd biomassa leda till ett högre upptag (Courchesne et al., 2017). Tillväxten påverkas till stor del av väder och klimat. Eftersom många av de studier som analyserats i det här arbetet är utförda i olika länder kan variationer i klimat påverkat biomassaproduktionen och därmed den beräknade Cd-extraktionen i tabell 2. En större mängd biomassa kan ha producerats där Salix gynnats av klimatet. Även halten av spårelement kan påverka biomassaproduktionen. Courchesne et al (2017) fann negativa samband mellan mängd Cd och Zn i jorden och biomassaproduktion vid Salix-odling. Positiva samband fanns mellan biomassaproduktion och mängd löst organiskt kol (C) samt lösliga näringsämnen som kalium (K) och magnesium (Mg). Genom att gödsla Salix kan man således öka biomassaproduktionen och därmed även Cd-upptaget. Om Salix-sorten som odlas växer under gynnsamma förhållanden och producerar mycket biomassa kan detta leda till att upptaget Cd fördelas över biomassan och ger lägre mätbara halter. Denna utspädningseffekt vid ökad mängd biomassa kan också ses bland andra växtsorter och för andra metaller (Klang-Westin och Perttu, 2002). Utspädningseffekten skulle kunna vara ytterligare en förklaring till Hammer et al.s (2003) resultat på minskade Cdhalter i växten år två. 17

24 Salix-studierna som har undersökts kan ha använt sig av olika metoder vid plantering och skörd, något som påverkar både den rapporterade biomassaproduktionen samt Cd-upptaget. Enligt Greger och Landberg (2015) har exempelvis plantdensiteten en påverkan på upptaget. En högre plantdensitet gav en bättre effekt, d.v.s. ett högre upptag. Det fenomenet förklaras av att fler plantor helt enkelt ger fler rötter per yta som har möjlighet att ta upp Cd. Samma studie kunde dock fortfarande bekräfta att en hög biomassaproduktion är kopplat till ett mer effektivt bortförande av Cd. När och hur man skördar och Salix-sort påverkar fytoreningspotentialen Biomassaproduktionen ökar ofta efter den första avverkningen efter plantering (Courchesne et al., 2017; Jordbruksverket, 2013a). Den förväntade hektarskörden från en Salix-odling som planterats i form av energiskog för bioenergiproduktion är ca 5 6 ton ha -1 år -1 vid första skörden och ca 6 10 ton ha -1 år -1 kommande avverkningar (Jordbruksverket, 2013). Den årliga biomassaproduktionen vid stamskörd som redovisas i tabell 2 har värden från 0,72 15 ton ha -1 år -1. I några fall rapporteras låga skördar och i flera fall ser skördarna olika ut mellan olika sorter i samma studie. Det indikerar att sortval har betydelse för biomassaproduktionen. Vissa studier har endast pågått under något års tid, medan andra har utnyttjat redan befintliga Salix-planteringar som vuxit under många år. Eftersom Salix-odlingar vanligtvis skördas ca fyra år efter plantering kan några av studierna redovisa låga mängder biomassa som ett resultat av att växten skördats efter enbart ett eller två år. Hur stor mängd Cd som kan bortföras från marken påverkas av vilka Salix-sorter som odlas och vilka växtdelar som skördas. Kadmiumet som tas upp transporteras från rötterna till växtens olika delar. Hur mycket som samlas i de olika delarna kan skilja sig mellan olika sorter (Courchesne et al., 2017). Generellt sett ackumulerar Salix Cd i växtdelar ovan jord (Courchesne et al., 2017; Unterbrunner et al., 2007). Vissa sorter har en benägenhet att föra större mängder Cd till bladen (Hammer et al, 2003). Dessa tendenser motverkar fytoreningens effekt eftersom bladen fälls till hösten och återför Cd till marken igen. Det största möjliga borttaget beräknat i tabell 2 är 244 g ha -1 år -1. Det värdet är beräknat utifrån en skörd av både skott och blad. Om enbart skott skördas är borttaget i tidigare nämnda fall 161 g ha -1 år -1. Samma tendenser återkommer i samtliga fall i tabell 2 där både stam och bladskörd redovisas. I vissa fall kan dubbelt så mycket Cd bortföras om bladen också skördas. Den maximala extraktionen i tabell 2 vid enbart stamskörd är 203 g ha -1 år -1. Enligt Van Slycken et al. (2013) kan den totala extraktions-potentialen öka med mer än 40 % om bladen också skördas. Ruttens et al. (2011) uppskattar att den tid det tar att rena en förorenad mark kan minska med 16 % till 59 % om även bladen samlas in. Skörd av Salix sker vanligtvis efter att bladen fällts (Jordbruksverket, 2013). Att skörda tidigare för att få med bladen skulle kunna leda till en lägre lönsamhet på grund av sämre tillväxt och därmed minskad biomassaproduktion. Eftersom skörd inte heller sker årligen utan ungefär var tredje till femte år tillkommer tekniska svårigheter för att bortföra bladen varje år. Om den maximala potentialen för fytorening med Salix innebär att skördemetoder eller skördeintervall som påverkar lönsamheten behöver användas, kan det vara nödvändigt med någon typ av stöd till jordbrukare som utför den. 5.4 Hur skiljer sig vetes upptag av kadmium mot Salix upptag? Kadmium i vete Även upptag av Cd i vete har studerats. Medelvärdena för svenskt vete överskrider inte de gränsvärden som finns, däremot har höga halter funnits i vetekärnor på andra håll i världen. 18