Effekter av kvävenedfall på skogsekosystem

Transkript

1 Effekter av kvävenedfall på skogsekosystem Redaktörer Ulla Bertills och Torgny Näsholm RAPPORT 5066

2 Effekter av kvävenedfall på skogsekosystem Redaktörer Ulla Bertills Torgny Näsholm NATURVÅRDSVERKET FÖRLAG

3 MILJÖANALYSAVDELNINGEN, Miljöeffektenheten Kontaktperson: Ulla Bertills, Telefon: Författarna svarar ensamma för rapportens innehåll. Rapporten har fackgranskats. Produktion: Margot Wallin Diagrammen i rapporten är omritade av Johan Wihlke Omslagsbild: Skogsstjärnor. Fotograf: Torbjörn Lilja/N Beställningsadress: Naturvårdsverket Kundtjänst Stockholm Telefon: Fax: kundtjanst@environ.se Internet: Bokhandel: isbn issn Rapporten kommer även att publiceras på engelska med beställningsnummer isbn Naturvårdsverket Tryck: Berlings Skogs, Trelleborg, 2000 Upplaga: 2000 ex

4 FÖRORD Denna rapport har som syfte att beskriva kunskapsläget vad gäller kvävedepositionens effekter i skogsmark. Grunden för rapporten utgörs av de resultat som kommit fram inom Naturvårdsverkets projektområde FÖRSURANDE ÄMNEN OCH MARKNÄRA OZON. Genom att sätta in dessa resultat i ett internationellt sammanhang vill vi redovisa den kunskap som idag finns om kvävenedfall och dess effekter samt redovisa projektområdets bidrag till denna kunskap. Huvuddelen av projektområdet har finansierats via Naturvårdsverkets forskningsanslag. När detta anslag upphörde övertog den Miljöstrategiska Stiftelsen (MISTRA) finansieringen och kom därmed att bekosta avslutningen och avrapporteringen från projektområdet. Vi vill rikta ett varmt tack till alla forskare som bidragit till resultaten i denna rapport och ett särskilt tack till Peringe Grennfelt för att ha bidragit med frågorna under FRÅGOR OCH SVAR som redovisas i slutet av kapitel 2 8. ULLA BERTILLS & TORGNY NÄSHOLM Stockholm och Umeå, 2000

5 Från projektområdet FÖRSURANDE ÄMNEN OCH MARKNÄRA OZON har tidigare publicerats: MARKNÄRA OZON ETT HOT MOT VÄXTERNA Naturvårdsverket rapport 4969 samt engelsk version GROUND-LEVEL OZONE A THREAT TO VEGETATION Report 4970 REDAKTÖR: HÅKAN PLEIJEL NATURENS ÅTERHÄMTNING FRÅN FÖRSURNING Naturvårdsverket rapport 5028 samt engelsk version RECOVERY FROM ACIDIFICATION IN THE NATURAL ENVIRONMENT Present Knowledge and Future Scenarios Report 5034 REDAKTÖRER: PER WARFVINGE OCH ULLA BERTILLS

6 INNEHÅLL SAMMANFATTNING 7 KAPITEL 1. KVÄVEPROBLEMET I ETT HISTORISKT PERSPEKTIV 9 Tryggve Persson KAPITEL 2. INTERNATIONELLA FÖRHANDLINGAR 13 OCH NATIONELLA MILJÖMÅL Ulla Bertills & Peringe Grennfelt KAPITEL 3. KVÄVEDEPOSITIONEN I DAG OCH I FRAMTIDEN 21 Gun Lövblad KAPITEL 4. HUR PÅVERKAS KVÄVEDYNAMIKEN 29 I SKOGSMARKEN? Peter Högberg, Göran Bengtsson, Dan Berggren, Mona Högberg, Ingvar Nilsson, Hans-Örjan Nohrstedt, Tryggve Persson & Michael Sjöberg KAPITEL 5. HUR PÅVERKAS TRÄDEN? 53 Torgny Näsholm, Hans-Örjan Nohrstedt, Ola Kårén, Maarit Kytö & Christer Björkman KAPITEL 6. FÖRÄNDRAS FLORAN AV KVÄVENEDFALLET? 75 Ursula Falkengren-Grerup, Lars Ericson,Urban Gunnarsson, Annika Nordin, Håkan Rydin & Bo Wallén KAPITEL 7. KRITISK BELASTNING 101 Hans-Örjan Nohrstedt & Ulla Bertills KAPITEL 8. VAD HÄNDER NÄR KVÄVEBELASTNINGEN MINSKAR? 111 Maud Quist, Dan Berggren, Tryggve Persson & Richard Wright KAPITEL 9. HUR PÅVERKAS MARK OCH VÄXTER AV KVÄVENEDFALL? 121 EN SYNTES Torgny Näsholm & Tryggve Persson FÖRFATTARNAS ADRESSER 131 REFERENSER 133

7 SAMMANFATTNING M ånga skogsekosystem i Sverige utsätts för avsevärda mängder kvävenedfall till följd av olika mänskliga aktiviteter. Kvävenedfallet är ett internationellt problem där utsläpp i ett land ofta ger effekter i ett annat. Depositionen av kväveoxider över Sverige härstammar till 85 % från utsläpp i andra länder medan motsvarande siffra för ammoniak är 65 %. Internationella avtal har ingåtts i syfte att begränsa kväveutsläppen av både kväveoxider och ammoniak. Nedfallet av kväve överskrider i dag den s k kritiska belastningen för övergödning i hela södra Sverige. Mycket tyder också på att kväveutsläppen kommer att vara fortsatt stora under det närmaste årtiondet, speciellt vad gäller ammoniak. Att förstå hur dessa utsläpp påverkar skogen är därför en viktig uppgift för miljöforskningen. KVÄVE är ett mycket viktigt växtnäringsämne och i de flesta fall är tillväxten i skogsekosystemen starkt begränsad av kvävetillgången. Merparten av det kväve som tillförs skogen genom nedfallet når marken där det snabbt tas upp och omsätts av växter och mikroorganismer. I måttliga mängder kan kvävenedfallet framför allt orsaka en högre biologisk aktivitet och ofta en högre tillväxt. Växternas och mikroorganismernas förmåga att absorbera kväve är dock inte obegränsad. Tillförsel av stora kvävemängder, genom gödsling eller deposition, leder till att den biologiska fastläggningen av kväve överskrids. I ett ekosystem där ett sådant kväveöverskott råder kan kväve lätt utlakas och förorena grund- och ytvatten. Mellan de två ytterligheterna; ett stark kvävebegränsat ekosystem och ett ekosystem med kväveöverskott, finns en kontinuerlig övergång där olika effekter på skogsekosystemet kan urskiljas. Kvävenedfallet orsakar en eutrofiering av skogsekosystemet så att organismer anpassade till en stark kvävebegränsning ersätts av organismer som är mer konkurrenskraftiga vid högre kvävetillgång. Till hjälp för att förstå vilka effekter kvävenedfallet har och har haft i skogen finns en rad experiment där kväve tillförts skogsekosystem. Försöken, som framför allt omfattar barrträd, visar att: KVÄVEMÄNGDERNA I MARK ökar och på lång sikt finns risk för kvävemättnad och därmed en ökning av kväveläckaget till sjöar och vattendrag. Södra Sveriges skogsmarker har stor förmåga att fastlägga kväve och dessutom ökar fastläggningen med nedfallets storlek. Markens kvot av kol/kväve har stor betydelse för kvävets fastläggning. Europeiska försök har visat att ris- 7

8 ken för kväveutlakning är klart förhöjd vid en C/N-kvot lägre än 25. Ett ökat utflöde av kol från mossar kan också bli en följd av hög kvävedeposition. TRÄDEN skadas inte ens av relativt höga nivåer av kväve. Kvävet orsakar dock en rad förändringar i trädens biokemi samt i trädens uppbyggnad. Dessa förändringar kan i sin tur göra träd mer känsliga för t ex frost, torka eller angrepp av skadegörare. Tillgänglig litteratur visar dock inga tydliga förändringar i träds motståndskraft mot sådana stressfaktorer. FLORAN i lövskogsmark visar på en stark förändring mot mer kvävegynnade arter. I starkt kvävebegränsade barrskogar ger även små kvävedoser snabbt en tydlig effekt så att grästillväxten gynnas på blåbärsrisets bekostnad. I sådana skogar sker också en drastisk förändring av artsammansättningen av mykorrhizasvampar. Kvävedepositionen leder till att vi får mindre svamp och bär att plocka i skogen. NÄR NEDFALLET AV KVÄVE MINSKAR förändras trädens näringsstatus snabbt i riktning mot kvävebegränsning. Markens innehåll av oorganiskt kväve minskar snabbt, likaså läckaget av nitratkväve. Flera av kvävenedfallets allvarliga negativa effekter går alltså tillbaka relativt snabbt när nedfallet minskar. Markvegetationen reagerar dock långsammare och troligen finns motsvarande tröghet vad gäller andra delar av skogsekosystemet. Arter som minskat kraftigt till följd av kvävenedfallet kan tänkas behöva lång tid för att återkolonisera. Vi är hänvisade till olika former av experimentella försök för att förstå och förutspå hur kvävenedfallet påverkar skogsekosystem. Samtidigt måste vi erkänna att försöken alltid ger fragment av kunskap. Många försök med kvävetillförsel har gjorts i relativt liten skala. De flesta försöken har dessutom inte anlagts för att studera effekterna av kvävenedfall utan är främst ämnade att studera skogsproduktion. Urvalet av skogstyper där försök genomförts är därför relativt smalt och dessutom tillförs kväve på ett sätt som stämmer dåligt överens med kvävenedfallet. Allt detta begränsar våra möjligheter att förutspå kvävenedfallets effekter. I många europeiska länder är kvävenedfallet betydligt större än i Sverige och i dessa länder är omfattande kväveläckage från skogsmark ett av de allvarligaste problemen. I Sverige har kvävenedfallet inte orsakat samma problem. Många av våra skogsekosystem har i stället utvecklats under stark kvävebegränsning. De organismer som lever i våra skogar är alltså anpassade till ett lågt kväveutbud och många kommer därför sannolikt att minska eller helt försvinna till följd av kvävenedfallet. Vår enda möjlighet att förhindra detta är att så snabbt som möjligt minska utsläppen av kväve. 8

9 KVÄVEPROBLEMET I ETT HISTORISKT PERSPEKTIV Kapitel 1 TRYGGVE PERSSON Synen på kväve (kemisk beteckning N) har förändrats dramatiskt under de senaste decennierna. Kväve är en nödvändig beståndsdel i cellernas proteiner och nukleinsyror. Växttillgängligt kväve har under större delen av mänsklighetens historia varit en bristvara. Det gäller även skogsmarken, där kväve på våra breddgrader i de flesta fall är tillväxtbegränsande för skogsträden. Efter andra världskriget ökade användningen av handelsgödselkväve dramatiskt. Samtidigt ökade utsläppen av kväveoxider från motorfordonstrafik och industriella processer. Följden blev att mycket mer kväve kom i omlopp än tidigare. Kväve blev därför inte bara en produktionsfaktor utan kom i vissa avseenden också att bli ett miljöproblem. Från mitten av 1980-talet började kväve att betraktas som en av de mest problematiska miljöföroreningarna. Bakgrunden var att allt fler negativa effekter rapporterades när kväve förekom i överskott. Några sådana effekter var att: småbarn blev sjuka av för mycket nitrat i dricksvatten, sjöar och vattendrag blev övergödda och började växa igen, algblomning med giftiga alger förekom, kväveoxider gynnade bildandet av ozon, som är skadligt för växter och en hälsofara för människor, utsläpp av lustgas spädde på växthuseffekten och skadade ozonlagret på hög höjd, den biologiska mångfalden påverkades och skogsmarken började mättas med kväve och bli mindre produktiv (Cowling m fl 1998). Kvävenedfallet fick i många fall efterträda svavelnedfallet som det mest uppmärksammade miljöproblemet. Kväve och kvävenedfall skiljer sig dock från svavel och svavelnedfall på flera sätt. Förutom att trädproduktionen oftast ökar vid tillförsel av kväve, påverkas snart sagt alla organismer av kväveutbudet. Kvävenedfall kommer därför att förändra betydligt flera processer i skogen än vad svavelnedfallet gör. I denna rapport beskrivs några av de mer utförligt studerade effekterna av kvävenedfall. I några fall är det 9

10 fråga om uppenbart negativa effekter som t ex ökad utlakning av nitratkväve eller minskad skogstillväxt vid mycket höga kvävenivåer. I andra fall måste dock kvävets effekter beskrivas ingående innan man kan göra en värdering av om de utgör hot eller ej. I några fall orsakar kvävedepositionen effekter som både kan betraktas som positiva och negativa, beroende på vilket perspektiv som anläggs. Kvävenedfallet stimulerar skogstillväxt i kvävebegränsade områden, och denna effekt är givetvis positiv för skogsägare. Det kan också betraktas som positivt i försöken att binda mer koldioxid i växtbiomassan och därmed minska bidraget till atmosfären av denna växthusgas. Samtidigt är det betänkligt om kvävenedfallet påverkar skogsmarksfloran och storsvamparna så att artantalet av dessa minskar. Kunskapen om hur kväve omsätts och hur kväve påverkar naturen bygger på forskning från CARL VON LINNÉ och framåt. Några märkesår i kväveforskningens historia anges i tabell 1.1 TABELL 1.1. Några märkesår för kväveforskningen. Uppgifter från bl a Stålfelt (1960). ÅR UPPTÄCKTER OCH IDÉER 1747 LINNÉ lanserar idén att växterna lever på den mylla som bildas vid växters och djurs förmultning (humusteorin) JUSTUS VON LIEBIG visar att jordbruksväxterna är beroende av markens salter för sin tillväxt Mikrobiologen LOUIS PASTEUR föreslår att nitrifikation (nitratbildning) är en biologisk process Skogsforskaren E EBERMAYER visar att skogsträden behöver mineralsalter A B FRANK föreslår att växter med mykorrhiza bör kunna ta upp organiskt kväve i skogsmark (se även nedan) Skogsforskarna H HESSELMANN, L-G ROMELL OCH C MALMSTRÖM visar med gödslingsförsök att kvävebrist begränsar skogstillväxten A G NORMAN skriver att de stabila isotoperna 13 C och 15 N bör kunna användas för att kvantifiera olika kvävetransformationer Skogsforskarna C O TAMM i Sverige och P J VIRO i Finland anlägger gödslingsförsök med bl a kväve, fosfor och kalium i olika givor. Försöken utnyttjas fortfarande S-L JANSSON visar med 15 N-teknik att ammonium används hellre än nitrat av markmikroorganismer D READS forskargrupp (BAJWA M FL, ABUZINADAH M FL) i Sheffield visar att ljungväxter med ericoid mykorrhiza och träd med ektomykorrhiza kan ta upp organiskt kväve F S CHAPIN m fl visar att organiskt kväve kan tas upp även av halvgräs utan mykorrhiza i arktiska miljöer. 10

11 Ett första genombrott i tänkandet kom då Liebig visade att växterna (förutom solljus och vatten) behöver mineralsalter och inte det Linné kallade mylla för att växa. Andra genombrott kom när mikrobiologer började förstå hur kväve kunde transformeras från en form till en annan. Ett ytterligare genombrott i tänkandet kom när forskarna började upptäcka att vissa växter, och främst de med mykorrhiza, kunde ta upp kväve utan att det förelåg i mineralform. Liebigs slutsatser fick alltså delvis revideras. På senare år har bl a Näsholm m fl (1998) visat att enkla former av organiskt kväve (aminosyror) kan tas upp i fält av en rad skogsväxter. Misstanken att rötter med mykorrhiza kan ta upp organiskt kväve fanns dock redan på 1800-talet. För svenskt vidkommande har de långsiktiga skogliga försöken utlagda av C O Tamm och hans efterföljare haft stor betydelse för kunskapen om hur kvävetillförsel påverkar skog och mark (Helmisaari & Helmisaari, 1992), men också hur kväveomsättningen i sig påverkas av olika behandlingar, t ex kvävegödsling, experimentell försurning, kalkning, asktillförsel, helträdsuttag och kalhuggning. Några av de försök som genererat mest kunskap visas i tabell 1.2 på nästa sida. Många av de resultat som utgör stommen i denna rapport kommer från dessa försök. De internationella avtalen om utsläppsbegränsningar har lett till och kommer att leda till ytterligare minskande kväveutsläpp, både av reducerade (ammonium och ammoniak) och oxiderade (nitrat och nitrösa gaser) kväveföreningar. Vi vet idag dock inte hur stora effekterna i miljön blir av utsläppsminskningarna. En möjlighet är att de leder till en minskad näringsobalans för träden och en återhämtning av den biologiska mångfalden i utsatta delar av Sverige. En annan möjlighet är att utsläppsbegränsningarna får en mer begränsad betydelse genom att markerna redan laddats upp med kväve. I följande kapitel kommer frågorna om kvävenedfallets effekter på skogsekosystemet att belysas. Där beskrivs hur kvävenedfallet har förändrats över tiden, vad som händer med kvävet i marken, hur kvävet påverkar träd och annan vegetation samt vad som händer om kvävebelastningen minskar. Det är vår förhoppning att rapporten skall ge en rättvisande bild av det aktuella kunskapsläget och därmed också ge ett underlag för rationellt agerande i kvävefrågan. 11

12 TABELL 1.2. Långtidsförsök i svensk skogsmark som belyser kvävets effekter på trädtillväxt, näringstillstånd, markkemiska förändringar, markbiologi, utlakning samt koloch kväveomsättning. Andra frågor som kan besvaras exemplifieras i tabellen. N1, N2 och N3 betecknar stegrande N-gödselgivor, där N1 i genomsnitt ligger mellan 30 och 40 kg N per ha och år. Uppgifter från Nohrstedt m fl (1999). FÖRSÖK STARTÅR BEHANDLING FRÅGOR SOM FÖRSÖKET BESVARAR Stråsan 1967 N1, N2, N3 i kombi- Effekter av växtnäringskombina- (gran) nation med P, K, PK tion. Kritiska belastningsgränser. och CaPK Återhämtningsförlopp. Norrliden 1971 N1, N2, N3 i kombi- Betydelsen av växtnäringskom- (tall) nation med P, K, PK; binationer. Kristiska belastnings- CaCO 3, försurning gränser. Återhämtning. Kalkeffekter. Flakaliden 1987 Fastgödsel, bevattning, Effekter av ökad temperatur (gran) näringsbevattning, och CO 2 -halt. Maximal trädvärme, CO 2 produktion utan nitratläckage. Asa 1987 Fastgödsel, bevattning, Maximal trädproduktion utan (gran) näringsbevattning nitratläckage. Skogaby 1988 Fastgödsel, bevattning, Effekter av överoptimal N/S- (gran) näringsbevattning, gödsling på skog och mark. torka, aska Effekter av bevattning, torka, aska, N-fria gödselmedel. Gårdsjön 1989 Takförsök (låg dep) Effekter av minskad resp ökad (gran) 1991 Tillförsel av 15 N- deposition. gödsel Farabol 1976 N-gödsling, CaCO 3, Hyggeseffekter av tillförsel av (gran) S-pulver följt av kal- kalk, syra och N-gödselmedel. huggning Hasslöv 1984 Olika givor av dolomit- Kalkeffekter i N-rik mark (gran) kalk i Sydsverige 12

13 INTERNATIONELLA FÖRHANDLINGAR OCH NATIONELLA MILJÖMÅL Kapitel 2 ULLA BERTILLS & PERINGE GRENNFELT Det konstaterades tidigt att kväveoxider och ammoniak transporterades mellan länder på ett likartat sätt som svavel. Kväveföreningarnas betydelse för försurning och för förändringar av ekosystemens struktur och funktion klargjordes också tidigt. Det tog dock till mitten av 1980-talet innan ett mer uttalat intresse för åtgärder vaknade i Europa. Internationellt har kväveföreningar främst uppmärksammats inom konventionen för långväga gränsöverskridande luftföroreningar. Luftburna kväveföreningar och kvävenedfall har även behandlats inom de marina konventionerna för Östersjön (HELCOM) och Nordsjön (OSPAR). EU har också uppmärksammat kväveföreningarna, till att börja med genom direktiven för stora förbränningsanläggningar från 1988 och i olika direktiv inom vägtrafikområdet. Under de senaste åren har de uppmärksammats i strategierna för försurning och marknära ozon. Konventionen om långväga gränsöverskridande luftföroreningar Genom bl a svenskt initiativ inleddes internationella förhandlingar om minskade utsläpp av luftföroreningar. Detta arbete resulterade 1979 i en konvention, Konventionen om långväga gränsöverskridande luftföroreningar (CLRTAP), som förhandlades fram inom ramen för FNs ekonomiska kommision för Europa (UNECE). Konventionen trädde i kraft Ett första protokoll för begränsning av utsläppen av kväveoxider undertecknades Protokollet blev ganska tandlöst eftersom ambitionen blott var att utsläppen 1994 inte skulle överstiga 1987 års nivå. Å andra sidan erhöll protokollet en ganska bred uppslutning genom att 26 länder undertecknade protokollet. Tolv av dessa länder, bl a Sverige deklarerade i en särskild överenskommelse att begränsa emissionerna med 30 % till 1998 från en utsläppsnivå ett valfritt år under perioden Trots det svaga protokollet visade det sig svårt för flera länder (enligt statistiken sju länder) att klara kravet att inte öka emissionerna fram till Ännu mer deprimerande är situationen för de länder som deklarerade 30 procents minskning. Sannolikt har inte ens hälften av länderna klarat 13

14 det målet. Totalt sett sker det dock en minskning av utsläppen av kväveoxider i Europa och enligt tillgänglig statistik (EMEP 1999) har emissionerna i Europa minskat med nära 20 procent sedan För Sveriges del minskade utsläppen under motsvarande period med ca 35 %. Ammoniak, vars emissioner i Europa är av samma storleksordning som kväveoxidernas (räknat i ton kväve), berördes inte alls i detta protokoll. Trots detta har flera länder vidtagit åtgärder för att begränsa jordbrukets kväveförluster till såväl luft som mark. Åtgärderna har enligt statistiken givit en minskning i utsläppen av cirka 20 % mellan 1987 och Efter att det andra svavelprotokollet, som baseras på kritisk belastning undertecknades 1994, påbörjades förhandlingarna om ett nytt kväveprotokoll. Redan i inledningen till dessa förhandlingar konstaterades att länderna inom konventionen hade vitt skilda prioriteter när det gällde att begränsa utsläppen av kväveoxider. För flertalet länder på kontinenten var det främsta skälet de höga ozonhalterna medan de nordiska länderna i första hand framförde bidraget till försurning och till övergödning. Ett antal länder anförde de höga halterna av kvävedioxid i tätorter som det viktigaste skälet. Det fanns dessutom ett starkt intresse från ländernas sida att man även i fortsättningen skulle utgå från kritisk belastning och kostnadseffektiva åtgärder. Då inte kväveoxidernas bidrag till olika effekter enkelt kunde urskiljas fann man att den enda lösningen var att söka utveckla ett protokoll som kunde ta hänsyn till både flera effekter (marknära ozons effekter på vegetation och hälsa, försurning och övergödning) och inkludera flera ämnen (kväveoxider, ammoniak, flyktiga organiska ämnen och svaveldioxid). Det protokoll som nu förhandlats fram inom konventionen är därför ett protokoll som samtidigt tar hänsyn till flera ämnen och flera effekter (protokollet kallas multi pollutant and multi effect-protocol. Protokollet undertecknades i Göteborg den 1 december 1999 och beräknas medföra att utsläppen i Europa av svavel minskar med 63 %, kväveoxider med 41 %, flyktiga organiska ämnen med 40 % och ammoniak med 17 % till år 2010 jämfört med år 1990 (UNECE 1999). 14

15 TABELL 2.1. Protokoll inom Luftvårdskonventionen, CLRTAP, rörande svavel, kväve och marknära ozon. PROTOKOLL ÅTAGANDE BASÅR GÄLLER RATIFI- TILL CERAT 1:a svavelpro- Minskning av svavelut tokollet 1985 släppen med 30 % (21 länder) NO x -proto- Frysning av kväveoxidut kollet 1988 släppen på basårets nivå. (26 länder) (12 länder deklarerade i en särskild överenskommelse att minska utsläppen med 30 % från valfritt år till år 1998.) VOC Att minska utsläppen av Valfritt flyktiga organiska ämnen (17 med 30 % till länder) 2:a svavelpro- Gapet mellan verklig tokollet 1994 svaveldeposition och (22 länder) kritisk belastning ska minska med 60 %. Multi-proto Utsläppstak för SO 2, kollet 1999 NO, NH x x, och VOC. De marina konventionerna De marina konventionerna uppmärksammade tidigt kvävets roll för eutrofieringen av den marina miljön. Inom såväl HELCOM som OSPAR beslutades i mitten av 1980-talet att den antropogena tillförseln av kväve till respektive havsområde skulle minska med 50 % fram till Beslutet avsåg i princip alla källor, dvs såväl tillförsel via luft som genom avrinning och direktutsläpp. Samtliga inventeringar och mätningar visar att man inte alls har nått detta mål och att man ligger långt från målet när det gäller ammoniak och kväveoxider framgår av avsnittet ovan. Vid ett konventionsmöte inom OSPAR 1998 beslutades om en strategi mot övergödning med målsättningen att eutrofiering orsakad av mänsklig verksamhet ej ska förekomma efter år

16 EUs arbete med att begränsa utsläppen av kväveföreningar EUs arbete för att begränsa utsläppen av kväveoxider har hittills resulterat i direktiv riktade mot stora förbränningsanläggningar (nya) och mot personbilar respektive tunga fordon. Som ovan nämnts antogs 1988 ett direktiv för att begränsa emissionerna av kväveoxider från stora förbränningsanläggningar (tillförd effekt större än 50MW). Direktivet riktade sig mot nya anläggningar (byggda efter 1987) och förväntas ge en utsläppsreduktion för denna typ av anläggningar med cirka 30 % mellan 1980 och Ett förslag har lagts till ett nytt direktiv som skall skärpa kraven på nya anläggningar. Problemet är dock att förslaget inte har något krav på befintliga anläggningar. Trafiken är den stora källan till utsläpp av kväveoxider. Vägtrafiken svarade 1990 för cirka hälften av EUs utsläpp av kväveoxider. EU beslutade 1989 att införa utsläppskrav på personbilar liknande de som sedan länge funnits i USA. Kraven blev bindande först 1993 och innebär en succesiv minskning av emissionerna i den takt fordonsparken byts ut. Kraven innebär i praktiken att alla personbilar utrustades med katalytisk avgasrening. Kraven har skärpts, främst genom ett beslut 1998, som ställer ökade krav på fordon från 2000 respektive FOTO: HANS WRETLING/TIOFOTO 16

17 För de tunga fordonen infördes 1996 krav som i stort överensstämmer med de i USA. Sammantaget kommer de beslutade åtgärderna att successivt minska emissionerna av kväveoxider inom EU-området. Stora osäkerheter råder dock kring vilken slutlig effekt som kraven kommer att ha. Sverige föreslog 1995 att en särskild försurningsstrategi skulle tas fram med målet att lösa försurningsproblemet (nå under kritisk belastning) inom hela EU-området. Strategin lades fram våren En motsvarande strategi har även utarbetats för ozon. EU-kommissionen lämnade, som en följd av försurnings- och oxidantstrategierna, i juni 1999 ett förslag till direktiv i vilket det föreslås nationella utsläppstak till år 2010 för svaveldioxid, kväveoxider, ammoniak och flyktiga organiska ämnen. EU-kommissionens förslag innebär betydande utsläppsminskningar för många länder. Syftet är att åstadkomma kostnadseffektiva åtgärder för att minska den areal där den kritiska belastningen överskrids med minst 50 procent i alla delar av Europa. Kraven är dock inte tillräckliga för att man skall nå under kritisk belastning i de mest känsliga områdena i t ex sydvästra Sverige. Eftersom utländska källor bidrar till merparten av kvävenedfallet i Sverige är ett fortsatt aktivt arbete inom EU och Luftvårdskonventionen (CLR- TAP) för att minska utsläppen därför även fortsatt den viktigaste åtgärden. Nationella miljömål och åtgärder Även om det utländska bidraget till deposition av kväve i Sverige dominerar är det viktigt att fortsätta minska de svenska utsläppen inte bara för att minska påverkan i Sverige utan även för att vi exporterar våra utsläpp till andra länder. För att planera åtgärder som leder i rätt riktning mot en hållbar utveckling behöver vi en uppskattning av vilka förändringar som behövs i samhället. Ett sätt att göra detta är att fastställa nationella miljömål. NATIONELLA MILJÖMÅL 1990 fastställdes nationella utsläppsmål för såväl kväveoxider som ammoniak (Prop 1990/91 sid 25, JoU 30, rskr 338). KVÄVEOXIDUTSLÄPPEN ska minska med 30 % till år 1995 räknat från 80 års nivå. AMMONIAKUTSLÄPPEN bör minska med 25 % till år Möjligheterna att halvera utsläppen i södra och västra Götaland till sekelskiftet undersöks. 17

18 Kväveoxidmålet nåddes 1997, medan ammoniakutsläppen inte minskat utan i stället ökat med 20 %. I april 1999 antog riksdagen 15 nya miljökvalitetsmål. Miljökvalitetsmål har formulerats för såväl övergödning som försurning. INGEN ÖVERGÖDNING: Halterna av gödande ämnen i mark och vatten skall inte ha någon negativ inverkan på människors hälsa, förutsättningarna för biologisk mångfald eller möjligheterna till allsidig användning av mark och vatten (Naturvårdsverket, 1999a) BARA NATURLIG FÖRSURNING: De försurande effekterna av nedfall och markanvändning skall underskrida gränsen för vad mark och vatten tål. Nedfallet av försurande ämnen skall heller inte öka korrosionshastigheten i tekniska material eller kulturföremål och byggnader (Naturvårdsverket, 1999b). Regeringen föreslog några delmål. Ett tjugotal myndigheter har dessutom fått i uppdrag att utveckla ytterligare delmål, föreslå handlingsvägar, utveckla sektorsmål samt föreslå åtgärder. I oktober 1999 inlämnades myndigheternas förslag till en parlamentarisk beredning, Miljömålskommittén, som har i uppgift att väga samman förslagen och lämna ett slutligt förslag om delmål och åtgärdsstrategier till regeringen i juni år De miljökvalitetsdelmål som formulerats ska vara vägledande för val av åtgärder. ÅTGÄRDER Åtgärder mot kväveutsläpp minskar såväl kvävets försurande som dess gödande effekt. Av de svenska utsläppen av kväveoxider härrör merparten från fordon av olika slag. De viktigaste åtgärderna i Sverige har varit åtgärder på fordon i form av förbättrad avgasrening och bättre bränslen. Katalytisk avgasrening på personbilar blev obligatorisk från och med 1989 års modeller. Avgaskrav på lastbilar och bussar infördes Figur 2.1. Svenska utsläpp av kväveoxider till luft De angivna utsläppen från sjöfart och flyg härrör bara från bränslen använda i inhemsk trafik. 18

19 Med redan beslutade lagar och regler och prognosticerad utveckling bedöms utsläppen av kväveoxider kunna minska med drygt 40 % mellan år 1995 och Utsläppen från vägtransporter beräknas kunna minska med 70 % och sjöfartens utsläpp med 50 %. Redan beslutade åtgärder för att minska utsläppen av kväveoxider leder till betydande utsläppsminskningar men är inte tillräckliga för att klara miljömålen. Den största källan till AMMO- NIAKUTSLÄPP är djurhållningen där minskningar har visat sig svåra att genomföra. Uppemot 90 % av utsläppen av ammoniak kommer från jordbruket. Figur 2.2. Svenska utsläpp av ammoniak till luft Den mest angelägna åtgärden är därför att minska ammoniakutsläppen från jordbruket i södra Sverige. Utsläppen beräknas kunna minska främst genom förbättrade metoder vid lagring och spridning av stallgödsel och urin. Pågående internationella förhandlingar inom EU och CLRTAP samt det pågående miljömålsarbetet kommer att ge riktlinjer för hur mycket de nationella kväveutsläppen måste minska och vilka åtgärder som måste vidtagas. Information kring protokoll, emissioner och nedfall kan hämtas från bl a följande hemsidor: Konventionen om gränsöverskridande luftföroreningar: env/lrtap Data över emissioner, transport och nedfall: Modeller och beräkningar av åtgärdsbehov över Europa: Data över koncentrationer och nedfall i Sverige: 19

20 FRÅGOR OCH SVAR Är kritisk belastning för försurning dimensionerande för åtgärder mot kvävenedfall? Nej. I allmänhet inte. Det är i stället eutrofieringseffekterna som dimensionerar åtgärderna mot kvävenedfall. Kommer beslutade och planerade åtgärder att vara tillräckliga för att eliminera effekterna av ett för högt kvävenedfall? Om EUs förslag till nationella utsläppstak genomförs beräknas emissionerna av kväveoxider och ammoniak inom EU-området minska med 55 respektive 20 % jämfört med 1990 års nivå. Multiprotokollet kommer att ge en minskning av nedfallet av oxiderat kväve med drygt 40 % och av reducerat kväve med knappt 20 % räknat på hela Europa. Dessa åtgärder kommer inte att räcka för att eliminera kvävenedfallets negativa effekter i Sverige. 20

21 KVÄVEDEPOSITIONEN I DAG OCH I FRAMTIDEN Kapitel 3 GUN LÖVBLAD Nuvarande kvävedeposition Kväve från atmosfären utgör en betydande näringstillförsel till såväl landekosystem som marina ekosystem. Tillförseln har ökat kraftigt sedan 1950-talet. Efter andra världskriget skedde en kraftig ekonomisk tillväxt, som resulterade i en avsevärt ökad användning av fossila bränslen. Trafiksektorns utsläpp mer eller mindre exploderade. Figur 3.1 visar utvecklingen av de svenska utsläppen. En likartad utveckling ägde rum i alla Europas länder och resultatet av de samlade långdistanstransporterade luftföroreningarna kan avläsas i de mätresultat som tagits fram inom den svenska miljöövervakningen. Sedan 1950-talet har utsläppen ökat av kväveföreningar, främst kväveoxider i Sverige och övriga Europa, vilket också resulterat i stadigt ökande deposition av såväl oxiderade som reducerade kväveföreningar över Sverige. De senaste åren har dock en svagt minskande trend observerats i den våta kvävedeposionen, se figur 3.2a. Detta syns även i minskade halter i nederbörd, och studeras mer i detalj inom en pågående studie för Miljöövervakningen (figur 3.2b)(K Sjöberg, IVL m fl). Uppgifter om nuvarande kvävedeposition i Sverige kan numera hämtas på internet. På IVLs hemsida ( återfinns mätdata från EMEPnätet, nederbördskemiska nätet och de regionala skogsytorna. På SMHIs hemsida ( finns uppgifter om den med MATCH-modellen (Persson m fl, 1996, Robertson m fl, 1999) beräknade depositionen. Kartorna som presenteras på SMHIs hemsida visar den beräknade kvävedepositionen fördelad på oxiderade och reducerade kväveföreningar, vått och totalt deponerat kväve, samt torrdeposition till olika typer av markanvändning. Figur 3.3 och 3.4 visar våtdeposition och totaldeposition av oxiderat (nitrat) och reducerat (ammonium) kväve över Sverige. Kartorna visar på det depositionsmönster över landet som föreligger och som påverkas dels av föroreningsgradienterna i nederbörd och luft, dels av klimatologiska parametrar som nederbördsmängder och dominerande vindriktningar. 21

22 Figur 3.1. Utsläpp av kväveoxider och ammoniak i Sverige (Kindbom et al, 1993). Figur 3.2a. Våtdeposition av nitrat- och ammoniumkväve i Mellansverige (kg N/ha år). (data från MISU och IVL) Figur 3.2b. Halter av nitrat och ammonium (µekv/l) som medelvärde i nederbörden över Mellansverige

23 Figur 3.3. Våtdeposition och totaldeposition av nitrat, mg N/m 2 motsvarar 1 kg/ha. (SMHI, IVL) VÅT (mg N/m 2 ) TOTAL (mg N/m 2 ) Figur 3.4. Våtdeposition och totaldeposition av ammonium, mg N/m 2 motsvarar 1 kg/ha. (SMHI, IVL). VÅT (mg N/m 2 ) TOTAL (mg N/m 2 )

24 Det största nedfallet erhålls över Skåne och Västkusten, främst över de höglänta delarna, där totalnedfallet sett som medelvärde över ett större område uppgår till 5 7 kg nitratkväve per ha och år (0,5 0,7 g N per m 2 och år) och till över 8 kg ammomiumkväve per ha och år (0,8 g N per m 2 och år). Att sydvästra Sverige är så utsatt beror både på att det påverkas av de stora utsläppskällorna i Västeuropa och att vindarna, som för nederbörd med sig, huvudsakligen är sydvästliga. En stor del av nedfallet i de höglänta delarna härrör från våtdeposition. Norrut i Sverige minskar det totala nedfallet av kväve till i storleksordningen 2 3 kg per ha och år. I södra Sverige utgör torrdepositionen av kväveföreningar % av den totala depositionen, medan den i norra Sverige är avsevärt mindre än våtdepositionen. Stora variationer mellan platser förekommer dock i södra Sverige, och den största torrdepositionen erhålles i skogsmark i starkt kvävebelastade områden. Kvävet härrör från utsläpp av kväveoxider och ammoniak. Kväveoxiderna släpps huvudsakligen ut från olika förbränningsprocesser i motorer och pannor genom att luftens kväve och syre reagerar vid hög temperatur. Ammoniak avgår vid djurhållning i samband med lagring och spridning av gödsel över åkrar. Kväveoxiderna har generellt ett längre spridningsavstånd än ammoniaken. Detta beror på att utsläppta kväveoxider behöver oxideras vidare till kväveföreningar med hög depositionshastighet för att effektiv deposition ska ske. Det reducerade kvävet har redan i emitterad form (ammoniak) en hög depositionshastighet. Den ammoniak som inte snabbt deponeras kring utsläppskällan, reagerar dock med sura gaser och partiklar i luften till ammoniumsalter som mycket fina aerosoler. Dessa partiklar sprids över stora avstånd (mer än 100 mil) tillsammans med nitrat och sulfatjoner, och har en förhållandevis lång uppehållstid i atmosfären. Genomsnittligt deponeras ungefär lika mycket nitratkväve som ammoniumkväve över Sverige. I områden i södra Sverige med stora ammoniakutsläpp dominerar depositionen av reducerat kväve. I norra Sverige däremot överväger nitratdepositionen. Källorna till kvävedeposition över Sverige framgår av tabell 3.1. För kväveoxider bidrar Sveriges utsläpp med mellan 10 och 20 % till den totala depositionen. Stora bidrag erhålles från Tyskland, Storbritannien och övriga EU-länder som tillsammans bidrar med ca 60 % i södra delarna av landet och ca 35 % i de norra. EU-länderna ger alltså de helt dominerande bidragen till svenska ekosystem och en EU-strategi för att begränsa utsläppen av kväveoxider bör vara mycket viktig ur svensk synpunkt. 24

25 TABELL 3.1. Ursprungsland för det kväve som deponeras i olika delar av Sverige (från EMEP/MSC-W, 1998). BLE- KRONO- VÄST- STOCK- S NORR- N NORR- KVÄVE- KINGE BERG KUSTEN HOLM LAND LAND OXIDER % % % % % % Sverige Baltikum Norge Tyskland Storbrit Danmark Övriga EU Polen Tjeckien Övr. Öst Hav Känt ursprung Okänt ursprung AMMONIAK Sverige Danmark Norge Baltikum Tyskland Storbrit Övr. EU Polen Övr. Öst Känt ursprung Okänt ursprung För ammoniumdepositionen ger de inhemska utsläppen det största depositionsbidraget, % i de södra delarna av landet och % i norr. Övriga länder som ger stora bidrag är Danmark, Tyskland och Polen, vilka alla tillhör våra grannländer. Inhemska åtgärder mot ammoniakutsläpp ger en avsevärt större effekt i vårt eget land än åtgärder mot kväveoxidutsläppen. 25

26 Nedfallet varierar kraftigt över landet. Kartorna på sidan 23 visar medeldepositionen över 11 x 11 km beräkningsrutor med blandad markanvändning. I verkligheten är de lokala variationerna avsevärt större än vad kartorna visar, genom att markanvändningen så kraftigt påverkar torrdepositionens storlek. Totaldepositionen till skog i södra Sverige uppskattas i stora områden vara 1,5 till 2 gånger så stor som våtdepositionen. Den totala depositionen till öppen mark uppskattas vara i nivå med våtdepositionen. För att beräkna depositionen i olika områden krävs kännedom om halter av kväveföreningar i såväl luft som nederbörd, lokala nederbördsmängder, samt markanvändningen. En mer detaljerad beskrivning av den tidsmässiga och rumsliga variationen i deposition över Sverige, samt bidrag från olika processer för deposition kan ses i Lövblad et al. (1995) Framtida depositionsutveckling Den framtida depositionsutvecklingen styrs av hur effektivt åtgärdsarbetet mot luftföroreningsutsläpp kan drivas. För att göra långsiktiga bedömningar av utvecklingen i ekosystemen, behövs långsiktiga prognoser för utsläppstrender. Som det är nu, kan dock inte några tillförlitliga prognoser göras för en längre tidsperiod än fram till Utifrån förväntade utsläppsförändringar (se kapitel 2) kan prognoser för framtida depositionsförhållanden uppskattas med hjälp av EMEP-modellens beräkningar (EMEP/MSC-W 1998). De utsläppsnedskärningar, som ligger inom ramen för redan beslutade åtgärder och nationella mål, ger tillsammans det så kallade referensscenariet (REF (J)) för föroreningssituationen år Multiprotokollets WGS scenario förespeglar förväntat utfall av multiprotokollet. Med de tak för nationella utsläpp som EU planerar, kan depositionen till år 2010 enligt det så kallade EU-H1scenariet beräknas. Ur tabell 3.2 kan utläsas de depositionsförändringar som kan förväntas till år 2010 jämfört med situationen år 1990 för referensscenariet, Multiprotokollet och EUs H1-scenario: Till år 2010 förväntas depositionen av oxiderat kväve (nitrat) enligt de tre scenarierna minska kraftigt, till i storleksordningen 2,5 kg N per ha οch år i de södra delarna av landet och knappt 1 kg N per ha och år i norr. Detta motsvarar generellt sett en minskning med % i södra Sverige jämfört med 1990, och % i norr. Depositionen av reducerat kväve (ammoniak) över Sverige förväntas minska med % jämfört med Depositionen beräknas bli ca 3 kg i södra Sverige och ca ett halvt kg per ha 26

27 och år i Norrland. Dessa värden anger depositionen som ett medelvärde över större områden med blandad markanvändning. I skogsmark kommer depositionen att vara något högre. Under förutsättning att beslutade åtgärder genomförs enligt plan, kommer miljöläget att förbättras avsevärt, med åtföljande chans till återhämtning för ekosystemen. TABELL 3.2. Uppskattade depositionsnivåer (kg N/ha år) år 2010 som medelvärden över större ytor och i förhållande till 1990 års deposition för några olika regioner i Sverige. Baserat på EMEP modellens beräkningar (EMEP/MSC-W, 1998). SCENARIER DEPO- BLE- KRONO- VÄST- STOCK- SNORR- NNORR- SITION KINGE BERG KUSTEN HOLM LAND LAND TOTAL-N REF År ,55 5,93 5,18 3,78 1,54 1,31 (J) % av Multiprot. År ,73 5,92 5,18 3,80 1,56 1,31 (WGS 31b) % av EU Takdir. År ,20 5,36 4,80 3,54 1,47 1,25 (H1) % av NO x REF År ,35 2,69 2,54 2,08 0,89 0,84 (J) % av Multiprot. År ,35 2,56 2,54 2,08 0,89 0,84 (WGS 31b) % av EU Takdir. År ,44 2,35 2,35 1,94 0,85 0,80 (H1) % av NH 3 REF År ,20 3,24 2,64 1,70 0,65 0,47 (J) % av Multiprot. År ,38 3,36 2,64 1,72 0,67 0,47 (WGS 31b) % av EU Takdir. År ,76 3,01 2,45 1,60 0,62 0,45 (H1) % av

28 FRÅGOR OCH SVAR Minskar nedfallet av kväve över Sverige? Ja, sannolikt. Mätningar av ammoniumoch nitrathalter i nederbörd antyder en nedåtgående trend. Just nu pågår en utvärdering av trender inom miljöövervakningens ram. Denna kommer att visa på den statistiska signifikansen hos observerade trender. Mätningar av NO 2 i svensk tätortsluft visar på avsevärt minskande halter, % beroende på tätortens läge, storlek och utsläpp. Minskningar syns också i andra europeiska länder, vilket visar på de utsläppsminskningar som sker, främst tack vare en alltmer ökande katalysatoranvändning. Utsläppen av kväveoxider i Europa har enligt tillgängliga inventeringsdata minskat med cirka 20 % mellan 1990 och För ammoniak föreligger även data som visar på en minskning av utsläppen i ungefär motsvarande omfattning. Vilken betydelse har utländska källor för kvävenedfallet i Sverige? För nedfallet av oxiderade kväveföreningar svarar internationella källor för cirka 85 % av nedfallet i Sverige. För ammoniak är de inhemska källorna mer betydelsefulla. För Sverige som helhet är den inhemska andelen cirka 35 %. Detta gäller hela Sverige enligt balanser för 1998 beräknade av EMEP. Kommer nuvarande åtgärdsplaner att medföra att nedfallet av kväve i Sverige når under kritisk belastning? Nej, i de områden som idag har störst nedfall kommer även efter nu planerade åtgärder nedfallet att vara över den kritiska belastningen. Detta gäller främst skogar, hedar och myrmarker i Skåne, Halland, Blekinge, Bohuslän och angränsande delar av Småland. Hur fördelar sig nedfallet mellan oxiderat och reducerat kväve? För Sverige finns ett nära nog 1:1-förhållande mellan halten nitrat och ammonium i nederbörden. För det torra nedfallet förekommer variationer med högre nedfall av reducerat kväve nära jordbruksområden. 28

29 HUR PÅVERKAS KVÄVEDYNAMIKEN I SKOGSMARKEN? Kapitel 4 PETER HÖGBERG, GÖRAN BENGTSSON, DAN BERGGREN, MONA HÖGBERG, INGVAR NILSSON, HANS-ÖRJAN NOHRSTEDT, TRYGGVE PERSSON & MICHAEL SJÖBERG Kväve är det näringsämne, som växter behöver i störst mängd, och i många ekosystem, till exempel i tempererade skogar, är tillgången på kväve normalt begränsande för växtproduktionen. Kvävetillgången reglerar också många komplexa interaktioner i ekosystemen, bl a interaktioner mellan olika trofiska nivåer. Därför skiljer sig ett kvävebegränsat ekosystem högst väsentligt från ett kvävemättat system. Kvävets dynamik i marksystemet är komplex, men av central betydelse för förståelsen av kvävets roll i ekosystemet. Förhöjd tillgång på kväve, exempelvis som ett resultat av kvävedeposition, kan leda till en rad oönskade effekter. Överskott av kväve lakas ut ur systemet, främst som nitrat, vilket leder till förorening av grundvatten och eutrofiering av kustnära hav. Nitrat som lakas ut åtföljs av positivt laddade motjoner, såsom vätejoner och aluminium, vilka orsakar försurning av det mottagande systemet, eller baskatjonerna kalcium, kalium och magnesium, vilket leder till försurning av den utlakade marken. Nitrat kan också bilda lustgas, N 2 O, vilket kan bryta ned ozonskiktet. I och med att kvävetillgången oftast begränsar produktionen, är kvävetillgången också direkt kopplad till ekosystemens förmåga att binda atmosfärisk koldioxid, och därmed även till klimatfrågan. I detta kapitel diskuteras hur kvävedepositionen adderar till den naturliga kvävecykeln, och hur detta påverkar i första hand marksystemet. Kapitlet fokuserar i hög grad på relationen mellan dos (nivå på kvävedeposition) och respons (ekosystemeffekter, främst effekt på utlakning av kväve), och på skillnader mellan olika skogsekosystem i detta sammanhang. 29

30 FAKTA KVÄVEMÄTTNAD Det pågår en diskussion om hur begreppet kvävemättnad skall definieras. En definition som ansluter till det kemiska mättnadsbegreppet, säger att ett kvävemättat ekosystem är ett system där förlusterna av kväve är lika stora som tillskotten. Fördelen med denna definition är att den är strikt och inte ger möjlighet till olika tolkningsmöjligheter. Nackdelen kan vara att en förhöjd (och för vissa organismer skadlig) kvävetillgång inte inbegrips (men dessa tillstånd kan beskrivas med andra termer) (Binkley & Högberg, 1997). I en annan definition vidgas begreppet till att omfatta system där man kan mäta en förhöjd kväveutlakning, d v s en förhöjning över en viss bakgrundsnivå. Fördelen är då att man tidigt uppmärksammar effekterna av kvävedeposition. Nackdelen är att man avviker från den kemiska definitionen av mättnad, att man får problem att fastställa ett självklart gränsvärde, och att man kan inbegripa snabbt övergående och naturliga tillstånd (exempelvis stormfällningar) i begreppet. Ytterligare en möjlighet är att definiera kvävemättnad som ett tillstånd där kvävetillgången överstiger växters och mikroorganismers behov av kväve. Denna definition fokuserar på kvävebehovet för organismer i ekosystemet men säger alltså inte något om i vilken omfattning kväve läcker ut från systemet (Aber m fl, 1989) Vi har valt att ansluta oss till den första definitionen och använder begrepp såsom förhöjd kvävetillgång för att beskriva de tillstånd som avses i de fall där kvävetillgängligheten är förhöjd, men förlusterna inte är i nivå med tillskotten. Kvävedepositionen har ökat kväveförråden Kväve ingår sällan i markens mineral och tillförs därför (olikt kalcium, fosfor m fl, ämnen) generellt inte via vittring. Historiskt (fram till för hundra år sedan) har det mesta kvävet bundits in i ekosystemen genom biologisk kvävefixering (kvävgas i luft, N 2, reduceras av vissa bakterier, ensamma eller i symbios med växter, till ammoniak, som sedan binds till kolkedjor för att bilda aminosyror). En mindre del av ekosystemens kväve har bundits vid elektriska urladdningar i samband med åskväder. Dagens höga produktion av handelsgödselkväve och fixeringen av kväve vid förbränningsprocesser inom industri och vid transporter har lett till att den årliga globala kväve- 30

31 tillförseln fördubblats (Vitousek m fl, 1997). Analyser av den grönländska inlandsisen bekräftar att det under tusentals år funnits en viss mer eller mindre stabil bakgrundsdeposition av kväve, men att det under de senaste decennierna skett en tydlig ökning av depositionen (Mayewski m fl, 1986). Våra skogars kväveförråd är resultatet av balansen mellan tillförsel och förluster under de år som gått sedan den senaste nedisningen. Det naturliga tillskottet av kväve (den naturliga bakgrundsdepositionen + biologisk kvävefixering) torde ha lett till en årlig tillförsel av 1 2 kg kväve per hektar och år. Detta skulle potentiellt kunna betyda en ackumulerad tillförsel av ca ton kväve per hektar efter den senaste istiden. Oftast är dock kväveförrådet betydligt mindre, sannolikt främst beroende på mer eller mindre frekventa bränder i våra barrskogar (Zackrisson, 1977), men också beroende på utlakning av framför allt organiska kväveföreningar (Hedin m fl, 1995). Skogsekosystemets totala kväveförråd (i vegetationen och i marken ned till 0,5 m djup) varierar grovt sett från 1 ton per hektar i magra norrländska skogar till 10 ton per hektar i sydsvenska skogar (Nohrstedt, 1993). Undantagsvis torde ännu lägre värden kunna förekomma i hällmarkstallskogar, men data saknas. Högre värden än 10 ton kväve per hektar kan förekomma företrädesvis i torvmarksskogar (Holmen, 1964), och är ett resultat av dels mindre förluster genom brand i dessa fuktiga ekosystem, dels en import av kväve från högre liggande fastmarker. Generellt ökar kväveförråden (och även omsättningen av kväve) nedför större sluttningar beroende på dels transport av kväve från inströmningsområden till utströmningsområden, dels en ökande omsättning av kväve, och sannolikt även en ökande kvävefixering, med ökande fuktighet och ph, vilket leder till stora variationer i skogsproduktion och florans sammansättning (Giesler m fl, 1998; Högberg, 2000). Till ekosystemens kvävekapital har den mänskligt betingade depositionen adderat grovt uppskattat kg per hektar de senaste 100 åren i de mest utsatta delarna av södra Sverige. Av detta följer att det antropogena tillskottet av kväve till sydsvensk skog motsvarar en ökning av med grovt räknat som mest % (den senare siffran är en uppskattning för hällmarkstallskogar i sydvästra Sverige) och som minst med mindre än 5 %. Det mesta kvävet i marken är bundet till humus Större delen av våra skogars kvävekapital, ofta mer än %, finns i marken (Nykvist, 1977; Nohrstedt, 1993). En betydande mängd kväve finns i podsolernas mårlager, men förvånansvärt mycket finns också i 31

32 humusämnen i markens översta mineraljordsskikt, särskilt i den s k rostjorden. Förenklat kan man dela in kvävekapitalet i marken i olika s k delförråd eller pooler (figur 4.1.) med olika storlek och olika omsättningstid. Den dominerande poolen är kväve bundet i död organisk substans, främst humus, som omsätts mycket långsamt, sannolikt lika långsamt som det kol, vilket det är bundet till. Detta skulle i så fall innebära en omsättningstid om år i mårlagret och år, till och med 1000 år eller mer för kvävet i anrikningshorisonten, rostjorden (Tamm & Östlund, 1960; Tamm & Holmen, 1967). En annan relativt stor pool är mer nedbrytningsbar för mikroorganismer och kan betecknas som den långsamt nedbrytbara poolen med omsättningstider om månader till år (Binkley & Hart, 1989). Snabbare, med omsättningstider om veckor till månader, omsätts kvävet i mikroorganismer såsom bakterier och svampar (Binkley & Hart, 1989). Denna pool av kväve utgör ca 10 % av det totala kvävekapitalet i den övre biologiskt mest aktiva delen av marken (tabell 4.1.). Den allra snabbaste omsättningstiden, någon enstaka dag, har de oorganiska poolerna ammonium och nitrat (Davidson m fl, 1992; Hart m fl, 1994), och sannolikt även poolen av fria organiska kväveföreningar såsom aminosyror och proteiner. Detta gäller främst mark med stark kvävebegränsning; omsättningshastigheterna torde vara väsentligt lägre i ekosystem med stora förråd av ammonium och nitrat. I tabell 4.1. ges ett exempel på några kvävepoolers storlek i mårlagret i en kvävebegränsad nordsvensk barrskog. VÄXT (år(blad) 100-tals år(ved)) MARK Mikrobiellt kväve Fria aminosyror Ammonium Nitrat (veckor månader) (dagar veckor) (dagar -?) (dagar -?) Mer lättnedbrytbara organiska kväveföreningar (månader-år) Mycket svårnedbrytbara kväveföreningar (exemplevis kväve i humus) (100-tals 1000-tals år?) Figur Kvävet i växt och mark kan delas in i olika pooler (fraktioner) med olika storlek och omsättningstider (inom parenteser). 32