Ekosystemeffekter av luftföroreningar kväve och försurning

Transkript

1 Ekosystemeffekter av luftföroreningar kväve och försurning Cecilia Akselsson, Salim Belyazid, Filip Moldan & Sofie Hellsten (IVL), Annika Nordin (SLU), Lars Ericson (Umeå Universitet), Lars Högbom (Skogforsk), Harald Sverdrup (Lunds Universitet), m.fl. Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

2 Uppbyggnad av delprogrammet Ekosystemeffekter Fas 1: Fas 2: 3.2 Utvärdering av experiment & miljöövervakning 3.3 Utveckling av modeller 3.4 Modellberäkningar 3.1 Koordinering och syntes Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

3 Integrering med andra projekt Vart tar kvävet vägen (Skogsforsk-projekt) Kväveeffekter på markvegetation (SLU Umeå) Klimat och kväve (Eurolimpacs & Nitroeurope) SCARP Ekosystemeffekter Miljömålsrelaterat arbete åt SKS, STEM och NV, t ex Kritisk belastning för N m a p markvegetation (NV) Modellutveckling i Schweiz, Island, U.K., USA mm Miljöövervakning och modellering på regional nivå (Luftvårdsförbund) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

4 Workshops och konferenser under 2007 med direkt koppling till SCARP -Internationell workshop om effekter av N i lågdepositionsområden, Stockholm, mars Internationell workshop om indikatorer för att modellera kritisk belastning av N baserat på vegetationseffekter, Göteborg, 3-4 september Gordon conference, New London, 9-12 juli -Internationell kvävekonferens i Brasilien, 1-5 oktober -Joint expert group of dynamic modelling, Sitges, oktober Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

5 Integrering av experiment och modeller Bygga modell Markveg. VEG Testa modell Markkemi Nedbrytning Hydrologi ForSAFE Tillväxt evidera mental modell 100% 80% 60% 40% 20% 0% Cladonia_lichens Hylocomium_mosses Sphagnum_mosses_ Calluna_vulgaris Mnium_mosses Empetrum_nigrum Erica_tetralix Vaccinium_myrtillus Vaccinium_vitis-idea Myrica_gale Rhododendron_tomentosum Rubus_idaeus Salix_lanata Salix_myrsinifolia Agrostis_capillaris Brachypodium_pinnatum Bromus_benekenii Calamagrostis_arundinacea Deschampsia_cespitosa Deschampsia_flexuosa Festuca_ovina_ Milium_effusum Molinia_caerulea Nardus_stricta Poa_nemoralis Dryopteris_dilatata_coll Pteridium_aquilinum Aconitum_lycoctonum Allium_ursinum Anemone_nemorosa Antennaria_diocia Arnica_montana Epilobium_augustifolium Galium_odoratum Geranium_sylvaticum Hepatica_nobilis Mercurialis_perennis Origanum_vulgare Oxalis_acetocella Trientalis_europaea Trifolium_repens Urtica_dioica Jämför med fältförsök Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

6 Integrering av experiment och modeller Bygga om modell Markveg. VEG Testa modell igen Markkemi Nedbrytning Hydrologi ForSAFE Tillväxt evidera mental modell igen? 100% 80% 60% 40% 20% 0% Cladonia_lichens Hylocomium_mosses Mnium_mosses Sphagnum_mosses_ Calluna_vulgaris Empetrum_nigrum Erica_tetralix Vaccinium_myrtillus Vaccinium_vitis-idea Myrica_gale Rhododendron_tomentosum Rubus_idaeus Salix_lanata Salix_myrsinifolia Agrostis_capillaris Brachypodium_pinnatum Bromus_benekenii Calamagrostis_arundinacea Deschampsia_cespitosa Deschampsia_flexuosa Festuca_ovina_ Milium_effusum Molinia_caerulea Nardus_stricta Poa_nemoralis Dryopteris_dilatata_coll Pteridium_aquilinum Aconitum_lycoctonum Allium_ursinum Anemone_nemorosa Antennaria_diocia Arnica_montana Epilobium_augustifolium Galium_odoratum Geranium_sylvaticum Hepatica_nobilis Mercurialis_perennis Origanum_vulgare Oxalis_acetocella Trientalis_europaea Trifolium_repens Urtica_dioica Jämför med fältförsök igen Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

7 Upplägg -Risken för N-utlakning: miljöövervakning och modeller på nationell nivå (Cecilia) -Vart tar kvävet vägen i skogsekosystem: Experiment från Skogforsk (Lars) -Kväve och försurning: Experiment och modellering i Gårdsjön (Filip) -Kväveeffekter på markvegetation: Experiment och modellering (Annika och Salim) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

9 Miljöövervakning N i markvatten C/N kvot Modellering N upplagring N utlakning Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

10 Brattfors N i markvatten (miljöövervakning) mg/l Höka mg/l Timrilt mg/l Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

11 C/N kvot (Skoglig inventering) C/N kvot under 25: ökad risk för utlakning (National Forest Inventory) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

12 N upplagring (statisk modellering) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

13 N utlakning (dynamisk modell: ForSAFE) 14 mg/l 7 Brattfors 14 mg/l 7 14 Höka Timrilt mg/l 7 Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

14 N i markvatten C/N kvot (Skoglig (miljöövervakning) inventering) N upplagring (statisk modellering) N utlakning (dynamisk modell) Riskområden Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

16 Where does added N go in Nrich forests? Lars Högbom1, Ulf Sikström1, Tryggve Persson2, Rosemarie Rytter1, Olle Rosenberg1, Hagos Lundström1 & Sten Nordlund1 1The Forestry Research Institute of Sweden, 2Swedish University of Agricultural Science

17 Deposition N-deposition (kg N ha-1) Productivity High Medium High Medium 266-Kågeröd 267-Tönnersjöheden OF 11.4 kg N ha-1 OF 12.7 kg N ha-1 TF 9.2 kg N ha-1 TF 7.7 kg N ha Toftaholm 265-Asa OF TF OF TF 9.3 kg N ha kg N ha kg N ha kg N ha-1

18 Experimental set-up Control 20 kg N ha-1 annually 60 kg N ha-1 every 3:rd year 120 kg N ha-1 every 6:th year (Toftaholm) Tönnersjöheden Asa Kågeröd

19 Plot setup 30 m 3 blocks at each site In total 36 plots. 10 m 30 m

20 Kågeröd soil solution concentration (mg N l-1) at 50 cm below soil surface Nitrate concentration NO3- (mg N l-1) Total-N (mg N l-1) Total-N concentration Date Date = control, =20 kg N annually, = 60 kg N every 3:rd year, = 120 kg N every 6:th year

21 Budget Control plots at Kågeröd Total Open field NH (kg N ha-1 a-1) NO3-6.0 Through fall NH (kg N ha-1 a-1) NO3-5.2 Soil (humus cm) kg N ha-1 NH NO Leaching NH ± 0.2 (kg N ha-1 a-1) NO3-12 ± Tot-N 22 ± 5

22 Current activities, Formas 15N (double labelled) addition on main plots (inner 10 m radius), c 400 del. Where does the added N go? Outside the inner circle 2 micro-plots with or 14NH415NO3 15NH 14NO 4 3 To look at differences in fate of added NH4+ and NO3-

24 Gårdsjön NITREX experiment och modeller Filip Moldan, IVL Göteborg 40kgN/ha/år sedan 1991 (ca 700 kgn)

25 1.5 total N retention Höglwald out/in Germaingoutte Col du Bonhomme Hils 79 Harplinge Ysselsteyn Speuld Tange Aber Wingst Kootwijk Strødam Solling Schluchsee Åled Buunderkamp Winterswijk Waldstein Harderwijk Westerberg Leuvenum Villingen A Gårdsjön Klosterhede C/N ff Relationship between fraction of N leached (out/in) to C/N (g/g) in forest floor at forest stands and catchments in Europe (after Gundersen et al. 1998a).

26 C:N =30 C:N= Kväve (rött) och kol (grönt) mängd i humuslagret, kg/m2

27 20% % 10% 5% % tidsutveckling av kväveläckage och beräknad förändring av C/N i humuslagret % N leached C/N in soil LFH mol/mol

28 20% 15% 10% 5% 0% % N leached C/N in soil LFH mol/mol tidsutveckling av kväveläckage och beräknad förändring av C/N i humuslagret

29 1.5 total N retention Höglwald out/in Germaingoutte Col du Bonhomme Hils 79 Harplinge Ysselsteyn Speuld Tange Aber Wingst Kootwijk Strødam Solling Schluchsee Åled Buunderkamp Winterswijk Waldstein Harderwijk Westerberg Leuvenum Villingen A Gårdsjön Klosterhede C/N ff Relationship between fraction of N leached (out/in) to C/N (g/g) in forest floor at forest stands and catchments in Europe (after Gundersen et al. 1998a).

30 MAGIC-modellen process-baserad, dynamisk försurningsmodell beskriver långtidspåverkan av atmosfäriskt nedfall, upptag i vegetation, vittring, katjonbyte i mark och vattenkemi kvävedynamiken behöver ses om

32 Effekter av kväve på biologisk mångfald experiment och modeller Annika Nordin (SLU) & Salim Belyazid (IVL)

33 Effekt av kvävedeposition ängsmarkens artrikedom Stevens et al in Science

34 Omslag från ris till gräs en vanlig respons på ökad kvävetillgång i boreal skogsmark Skadegörare Växt Mark

35 Den integrerade modellen ForSAFE-Veg

36 Modellerade påverkan av N-tillförsel på markvegetation i tre skogsytor Låg N dep (1.5 kg/ha,a ha,a) Mellan N dep (8 kg/ha,a ha,a) Hög N dep (22 kg/ha,a ha,a)

37 Ökad frekvens av Valdensia heterodoxa på kvävegödslat blåbärsris (Journal of Ecology, 2002) Proportion diseased leaves Valdensia heterodoxa Control

38 Effekter av kväve och uppvärmning på boreal myrmark

39 Frekvens av Phacidium andromedae på rosling ökar av kväve och minskar av uppvärmning Disease incidence (# per 25 leaves) (Ecology 2007) Control Temperature Nitrogen Nitrogen x Temperature

40 Från experiment to konceptuell modell...

41 ... till numerisk modell air moisture N load? valdensia spore production N loss by defoliation valdensia spores hatching? defoliation v myrtillus N v myrtillus dieback N loss by dieback v myrtillus N uptake valdensia infection defoliation v myrtillus % N v myrtillus biomass v myrtillus dieback v myrtilus NPP shading by v myrtillus shading by d flexuosa d flexuosa biomass d flexuosa NPP d flexuosa dieback

42 Frågor, kommentarer, idéer?!? Ekosystemeffekter av luftföroreningar -