Hur påverkar försurningen skogsekosystemet?

Transkript

1 Hur påverkar försurningen skogsekosystemet? 1

2 Hur definieras markförsurning? Markförsurning kan dels definieras som: en ökning av vätejoner i markvätskan, d v s en ph-sänkning som beror på förbrukning av syraneutraliserande ämnen i marken en minskning av baskatjoner i systemet Effekter av försurning på vattenkvalitet Det finns risk för att halten av vätejoner stiger, d v s ph-värdet sjunker, samt halten av aluminium (Al 3+ ) i sjöar och vattendrag stiger, eftersom de dels tar emot surt regn, dels tar emot avrinningsvatten med höga halter av vätejoner och Al 3+. Även grundvattnet kan påverkas, med låga ph-värden, samt förhöjda Al 3+ och kadmiumkoncentrationer som följd. Depositionen av försurande ämnen, främst svavelföreningar har minskat. Trots detta så fortsätter läckaget från skogsmarken att vara surt eftersom markpartiklarnas buffertkapaciteten är förbrukad långt ned i marken, d v s markpartiklarna är mättade med vätejoner och aluminiumjoner och kan därför inte binda fler. Skogsmarken ger därför idag det största bidraget till försurningen av sjöar och vattendrag idag. Effekter av försurning på flora och fauna I vatten Försurning av vatten ger direkta effekter på flora och fauna, människor inkluderat. Det är troligen en orsak till varför försurning av sjöar och vattendrag är betydligt mer studerat än effekterna av försurning på mark. I sjöar är det främst mört och laxfiskar som drabbas, men även andra djur och växtarter i sjöar och vattendrag påverkas hårt. Bottenlevande djur som snäckor, musslor och kräftdjur slås ut redan vid måttlig försurning. Antalet växtplankton arter minskar och i sura sjöar saknas planktiska kiselalger och blågrönalger. Det finns även studier som visar att bladvass och ålnate minskar vid låga ph-värden. Konkurrenssvaga arter, som klarar sura miljöer ökar dock, som t ex trollsländor, buksimmare och vissa mygglarver Försurat grundvatten ger direkt påverkan på människor eftersom de förhöjda aluminiumoch cadmiumhalter som det ofta medför kan ge alvarliga hälsoeffekter. På skogsmark Generellt har luftföroreningar även medfört stora förändringar av den terrestra floran och faunan. I jämförelse med försurningens effekt på flora och fauna i vatten, så är markförsurningens effekt på skogens flora dåligt känd. De främsta orsakerna är att kvävenedfallets gödslande effekt och förändringarna i markanvändning överskuggar och samspelar med påverkan av försurningen. Enligt vissa påverkar markförsurnignen de flesta växtrötter negativt och medför en minskad produktion och förtekomst av många örter, gräs, svampar mossor och lavar. Det finns emellertid få studier som riktigt bekräftar denna effekt och en faktor som troligen dämpar effekten av försurning på landlevande flora, är mykorrhizan. Den kan bl a skydda växtrötterna mot de för växten toxiska koncentrationer av oorganiskt aluminium 2

3 och andra tungmetaller, som kan uppstå vid låga ph-värden i marken, samt öka tillgången på baskatjoner genom vittring. Effekten av försurningen på svampsamhället betraktas, utifrån vad man idag känner till, som ett mindre problem, jämfört med de effekter som kan erhållas i mark, yt- och grundvatten. Mikroorganismernas stora flexibilitet i kombination med det stora antalet mykorrhiza arter kan anses vara en försäkring mot att det finns en art till hands för varje nisch och förändring. Man tycks dock se en långsiktig trend mot mer acidofila svamparter (syraälskande) i försurningsutsatta regioner i södra Sverige. För närvarande anses inte försurningen utgöra något allvarligt hot mot trädens produktionsförmåga. Vad som kan hända på sikt är dock osäkert. Effekten av försurningen på mångfalden bland träd kan i Sverige inte bli stor eftersom vi endast har ett fåtal trädarter. Dominansen bland träd kan dock förskjutas till mer surhetsföredragande arter, vilket på sikt sekundärt kan påverka mångfalden bland epifyter och markvegetation. Lavar och mossor drabbas generellt mer direkt av sur deposition. Det låga ph-värdet i nederbörden utgör dock ett större hot mot lavar och mossor än den direkta påverkan av svavel och kväve oxider. I sydsvenska ädellövskogar finns tendens till att surehetskänsliga arter som tex skogsviol minskat till förmån för mer syratåliga arter som lundgöre. Andra arter som inte tål låga ph-värden är blåsippa, midsommarblomster, trolldruva och myska. Örnbräken, blåbär, skogsstjärna, ängskovall och kruståtel kan emellertid växa på mycket sur mark. Beträffande marklevande fauna, se nedanstående avsnitt Effekter av försurning på markprocesser Effekter av försurning på markprocesser Nedbrytning av organiskt material Generellt kan sägas att de marklevande organismer som är beroende av markvatten för sin existens är de som är mest känsliga för försurning. Svampar är generellt mer toleranta mot låga ph-värden (ned mot ph 4) jämfört med flertalet bakterier som har sina phoptima mellan ph 6 och 7. Därför kommer en fortsatt markförsurning troligen att förskjuta den mikrobiella sammansättningen av arter mot fler svampar och färre bakterier. Även markdjuren påverkas av försurningen. Vissa större markdjur som daggmaskar och landsnäckor minskar i antal (dock inte så relevant för barrskog eftersom de är ovanliga där förutsatt det inte är relativt nyetablerad barrskog på före detta åkermark). Småringmaskar och nematoder har också rapporterats minska i antal som i aktivitet. Beträffande kvalster och hoppstjärtar så finns studier som både visar på minskade, respektive ökande populationer efter försurning. Många försök visar att nedbrytningen av organiskt material minskar vid lägre ph-värden. Det innebär att frigörelsen av växtnäring från organiskt material kan komma att minska på sikt om försurningen fortsätter. 3

4 Vittring Vittringen av mineralpartiklar ökar vid låga ph-värden, dvs en ökad koncentration av vätejoner leder till en ökad vittringshastighet. Flera studier visar att organiska syror generellt bidrar mer till vittringen är den protonberoende vittringen vid ph över 4. Eftersom låga ph-värden medför att lösligheten av organiska syror minskar, avtar dock de organiska syrornas bidrag till vittringen av mineralpartiklar, med sjunkade ph-värde. Mycket tyder dock på att markförsurningen totalt sett leder till en nettoökning av vittringen eftersom den protonberoende vittringen ökar kraftigt vid ph under 4. Dessutom påverkas troligen inte mykorrhizavittringen av markförsurningen. Löslighet av spårämnen Med spårämnen menas vanligen ämnen som förekommer i mycket låga koncentrationer i växter och djur. Många, tex Zn, B Cu Fe Mn, Mo, Se, av dessa är essentiella (livsnödvändiga), medan andra som t ex tungmetallerna bly och kvicksilver inte visats ha någon nytta. För spårämnen, som för många andra element, gäller att de vid höga koncentrationer blir toxiska. Spårämnen förekommer framförallt som primära mineral, generellt med låg löslighet och tillgänglighet för växter. Som mer tillgängliga förekommmer de i utbytbar form elektrostatiskt bundna till markpartikaklarna, som övriga baskatjoner. De kan även adsorberas mer specifikt till markpartiklarna via kovalent bindning, vilket är snäppet mindre tillgängliga än vid eletrostatisk attraktion. Generellt gäller för de spårämnen som bildar katjoner att dras löslighet ökar med sjunkande ph. Både för Cd och Zn (beter sig relativt lika och konkurerar i upptag mellan växter) såväl som för Co och Ni gäller att lösligheten främst är ph-beroende. Vissa andra metaller som Cu Pb och Hg bildar starka komplex med organiska föreningar och kan därför även transporteras med löst organiskt material. En ökad aciditet i marken medför en ökad mobilisering av utbytbara som specifikt bundna Cu, Pb och Hg joner. Ett lägre ph innebär samtidigt en minskande löslighet för organisk substans och därmed en minskad mobilitet för de metaller som är bundna till låghumifierat organiskt material, d v s till organiskt material i den övre delen av jordmånen (förna/humuslager). Försurning som når höghumifierad organisk substans i mineraljorden (B-horisonten) ger sannorlikt en ökad löslighet av av det organiska materialet här Nettoeffekten blir ett ökat utflöde av Pb och Cu från B-horisonten vid ökad försurning. På grund av det organiska materialets effektiva adsorption av Hg och metyl-hg även vid låga ph, så ackumuleras den största delen av det via depositon tillförda Hg och metyl-hg till humuslagret. Me-Hg i skogsmark härrör dels från deposition, dels från kemiska och biologiska metyleringsprocesser i marken. Mobiliten av Hg och metyl-hg är starkt knuten till nedbrytningen och lösligheten hos det organiska materilet. Förändringar i Ph kan därför påverka lösligheten och därmed mobiliteten. Det finns dock få/inga experimentella bevis för att utlakningen av Hg har påverkats av försurande nedfall. 4

5 Cesium binds hårt till lerpartiklar genom att tränga in mellan minerallager. Det binds även hårt till orgaiskt material,även om mekanisment för det ännu är okänd. Cesium-137 har lagrats upp i humusskiktet efter Tjernobyl-olyckan och bara en mindre del har vandrat ned i mineraljorden. Sannorlikt ökas lösligheten av cesium med sjunkande ph. Lösligheten i marken av de ämnen som bildar joner med syre (oxojoner), d v s de flesta anjoners löslighet stiger med ökat ph. Till denna grupp hör främst molybden, selen, arsenik och antimon. Orsaken här är att utbyteskapaciteten för anjoner, d v s mängden positivt laddade ligander eller utbytesplatser på markpartiklarna minskar med stigande ph. Lösligheten av sulfat och uran minskar också, men av andra orsaker. Lösligheten av bor minskar dock med ökat ph, Det är dock svårt att helt generalisera olika metallers löslighet om större ph-intervall inbegrips. Vissa ämnen, t ex kadmium, nickel, zirkonim, vanadin och fosfor har vid vissa tillfällen sk skålformiga löslighetskurvor. Det innebär att lösligheten först minskade för att därefter öka igen, med stigande ph. Markens utgångsegenskaper, d v s humusinnehåll och andra kolloidala egenskaper, samt typ av ph höjande/ph-sänkande ämne som tillförs kan, tillsamamns med ett ämnens specifika egenskaper vara avgörande för hur dess löslighet förändras med ph. Fosfortillgänglighet Försunringen är inget hot mot det totala förrådet av fosfor (P) i marken. Däremot påverkas tillgängligheten, d v s hur hårt bundet P är och i vilken takt det mineraliseras respektive frigörs från markens aluminium och järnföreningar. Nedbrytningen av organiskt material minskar troligen med sjunkande ph och därmed minskar även frigörelsen av P från organiskt material. Dessutom binder P (i form av H 2 PO 4 - ) via fixering och anjonbyte hårt till järn och aluminiumföreningar. Denna bindning är phberoende och ökar ju surare det blir. N-omsättningen Har inte hittat någon studie som direkt beskriver effekterna av försurnign på N- omsättningen utan alla fokuseras på effekterna av åtgärder som kalkning, askåterföring, helträdesuttag mm. De effekter som skulle kunna nämnas är följande: Deposition av försurande ämnen är kopplat till deposition av bla N. Så starkt försurade lokaler har ofta en hög deposition av N i form av NH4 eller NO3-. Är depositionen av N hög (10-25 kg N/ha år, eller mer) erhålls från de flesta marker läckage av NO3-, även om det varierar i kvantitet. 5

6 Dock medför, som nämnts ovan ett lägre ph att nedbrytningen minskar och därmed minskar även mineraliseringen av N i marken. Det finns dock studier några studier som visar på en ökning av nedbrytningen men sjunkande ph. Beträffande effekten av ökande försurning på kvävemineraliseringen, så finns inge entydiga resultat. Både ökad, minskad respektive oförändrad N-minerlialisering har uppmätts. Denitrifikationsprocessen, vid vilken nitrat först reduceras till lustgas och därefter m h a enzymet lustgasreduktas vidare till kvävgas, påverkas negativt av bla låga ph-värden. Orsaken är att enzymet lustgasreduktas hämmas vid låga ph värden vilket medför att lustgas bildas utan att reduceras vidare. Lustgas är en växthusgas. Effekter av försurning på skogsproduktion Det finns egentligen inga data som bevisar att skogsträdens tillväxt och vitalitet (livskraft-hälsa) har påverkats negativt av den markförsurninge som skett fram till idag. Vad som dock tydligt kan ses är att tillväxten av de svenska skogarna ökat stadigt sedan början av 1900-talet, då mätningarna började. Enligt de utredningar som gjorts är någon negativ påverkan på tillväxten och vitaliteten inte att förvänta på kort sikt, d v s inom de närmaste 10-tals åren. På lång sikt är det ingen som vet vad en fortsatt markförsurning kan komma att innebära för tillväxten och för vitaliteten. Många studier visar dock på en minskad basmättnadsgrad till följd av ett högt biomassauttag i form av stamved och GROT. Detta gäller speciellt i försurningsdrabbade områden i sydvästra Sverige vilka också har en hög deposition av kväve och därmed en hög skogtillväxt och ett högt biomassauttag. För att förutsäga framtiden behövs bra modeller som innefattar tillväxt och vitalitet utifrån ett förändrat marktillstånd och detta anses av många saknas idag. Ytterligare kunskap om vittringshastigheten och vad som reglerar den, liksom betydelsen av markens baskatjonförråd för tillväxten är således av stort behov idag. 6