Ger kväverening bättre vattenkvalitet t i Östersjön? Ulf Larsson Systemekologiska institutionen Stockholms universitet
Svar till: Robert Howarth and Hans W. Paerl som hävdar: a strong consensus of estuarine and coastal scientists has for more than a decade stated the need to control both nitrogen and phosphorus. p As we discuss, at least one low-salinity estuary, the Stockholm Archipelago, showed greatly reduced abundance of algae in response to reduction of phosphorus inputs. In a recent review of the Baltic Sea (), we found little evidence to support claims that some of the sites had responded to nitrogen control. The only clear response was in Himmerfjärden, where the diazotroph Aphanizomenon increased many-fold in response to reduced d inputs of nitrogen, i.e., an undesirable outcome consistent with the Lake experiment. D. W. Schindler and R. E. Hecky, PNAS 8
Effektiv fosforrening N/P. ~ Redfield: N/P~ (vikt/vikt) - ton/år
Har fosforrening givit bättre vattenkvalitet i Östersjön? Svar: Nej, inte om vi avser öppna egentliga ga Östersjön. sjö men Ja, om vi avser dess kustområden...men är det tillräckligt?
Gula Havet Måttlig eller sämre status Hämtad från VISS --9
Fosforbegränsning i inre och kvävebegränsning i yttre skärgården DIN µg/l (ja an-feb) Vintermedelkoncentrationer 998-9 DIN DIP* B H H H H H H H8 Stationer Östersjön-Södertälje an-feb) DIP* µg/l (j -m µg/l Vinter DIN Kväve få från land, fosfor f få från havet DIN. DIP. y =-x +. r =.89.8...... Salt Vinter DIP - -m µg/l
Näringstillförsel till Stockholms inre skärgård
Planktothrix agardhii (Oscillatoria agardhii) Siktdjup Alla blågröna alger Brattberg 98
Trälhavet Medelkonc. juniseptember N och P tillförsel (ton/år) Totalkväve och totalfosfor i ytskiktet ( 8 m) Oorganiskt kväve och DIP fosfat i ytskiktet DIN Totalkväve/totalfosfor N/P Oorganiskt kväve/fosfat (vikt/vikt) Brattberg 98
Vad hände vid enbart fosforrening? Reduktion av enbart fosfor gav stora förbättringar nära utsläppspunkten, men sannolikt försämringar längre ut i recipienten genom ökad export av kväve till mellan- och ytterskärgården och till Östersjön med kvävebrist. Brattberg (98) diskuterar komplettering med kväverening, men rekomenderar det inte pga risk för att kvävefixering återigen ökar. Idag vet vi efter års kväverening i Stockholms reningsverk att risken överdrevs.
Gör kväverening nytta? Expertutvärderingen rekomenderade enigt kväverening på västkusten. Rekomendationen upprepades i ny utvärdering 8 Experterna oeninga om kvävereningens nytta i eg. Östersjöns kustområden. Några ansåg dess positiva effekter visade, medan andra tyckte att ytterligare studier behövdes.
Kvävetvivlare anser att fullskaleexperiment behövs för att övertygas To properly evaluate the ability of an ecosystem to resolve nitrogen deficiencies, wholeecosystem experiments of several years duration are necessary. Such experiments are yet to be done in estuaries. We agree with them (Bryhn and Håkanson 8) that until ecosystem-scale evidence is obtained, N abatement is a very expensive shot in the dark that may favor cyanobacteria instead of the water quality. D. W. Schindler and R. E. Hecky, PNAS, 8
DIN µg/l 8 8 Månadsmedelvärde för 999-9 Himmerfjärden H Öppen kust B Utsjön BY 8 9 Månad yll a µg/l Klorof 9 8 Månadsmedelvärde för 999-9 Himmerfjärden Öppen kust Utsjön 8 9 Månad IP µg/l D Månadsmedelvärde för 999-9 Himmerfjärden H Öppen kust B Oorganiska näringsämnen och Utsjön BY klorofyll (proxy för växtplanktonbiomassa) i en kust-utsjö- gradient från Himmerfjärden till Landsortsdjupet 8 9 Månad
Fullskaleförsök i Himmerfjärden TN DIN ton/år Utsläpp från Himmerfjärdsverket 9 TN DIN 8 TP DIP 9 8 9 9 98 99 TP DIP ton/år
Varifrån kommer näringen? DIN=oorganiskt kväve DIP=oorganisk fosfor
Kväve ton/år Klorofyll och N-tillförsel från Hfj-verket 98-9 9 9 8 TN from STP H Mar-Oct 9 98 99 8 Klo orofyll a µg/l Fos sfor ton/år Klorofyll och P-tillförsel från Hfj-verket 98-8 9 TP from STP H Mar-Oct 9 98 99 8 Klor rofyll a µg/l
Klorofyll medelk konc. µg/l Klorofyll medelkonc. µg/l H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket 8 y =.x +.98 R =. HMarch-Oct 8 N-tillförsel ton/år H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket y =.x +.9 R =. HMarch-Oct 8 N-tillförsel ton/år ns P<. Mars- Oktober P<. P<. Klorofyll medelko onc. µg/l Klorofyll me edelkonc. µg/l H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket 9 8 y =.9x +. R =. HMarch-Oct 8 N-tillförsel ton/år 9 8 H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket y =.x +. R =.898 H Mar-Oct 8 N-tillförsel ton/år nc. B Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket. µg/l H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket Klor rofyll medelko µg/l y =.x +.99 R =.8 BMarch-Oct 8 N-tillförsel ton/år ns P<. ofyll medelkonc Klor y =.x x +. R =.9 HMarch-Oct 8 N-tillförsel ton/år
Klorofyll mede elkonc. µg/l 8 H Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. y =.9x +.9 R HMarch-Oct =. 8 P-tillförsel ton/år konc. µg/l Klorofyll medel 9 8 H Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. y =.9x +.9 R = E- HMarch-Oct 8 P-tillförsel ton/år medelkonc. µg/l Klorofyll H Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. y = -.x +. R =. HMarch-Oct 8 P-tillförsel ton/år Klorofyll medelkonc. µg/l 9 8 H Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. y = -.8x +. R =.8 HMarch-Oct 8 P-tillförsel ton/år. B Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. H Klorofyll vs P-tillf. till Himmerfj. nc. rofyll medelkon µg/l Klor...... y =.x +.9 R =. BMarch-Oct 8 P-tillförsel ton/år Klor rofyll medelkon nc. µg/l y = -.x x +. R =.8 HMarch-Oct 8 P-tillförsel ton/år
Vid - ton kväve/år från Himmerfjärdsverket blir kväve begränsande 9 8 Klorofyll a mars-oktober vs TN <> tonår från AVR 9 8 Klorofyll a mars-oktober vs TN <> tonår från AVR fyll a -m µg/l Kloro y =.8x +. r =. TN ARV> ton/år TN ARV< ton/år Klorof fyll a -m µg/l TN ARV> ton/år TN ARV< ton/år 8 TN från AVR ton/år TP från AVR ton/år Grön linje motsvarar mg kväve/l utgående vatten, dvs nuvarande krav
Klorofyll medelk konc. µg/l H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket y =.x +.88 R =. HSummer 8 N-tillförsel ton/år p=. p=.9 (r =. P<.) Klorofyll medelk konc. µg/l H Klorofyll vs N-tillf. Från Hfj-verket 8 HSummer y =.x +. R =. 8 N-tillförsel ton/år ns Klorofyll me edelkonc. µg/l... p=...... H Klorofyll vs N-tillf. från Hfj-verket y =.x +. R =. HSummer 8 N-tillförsel ton/år ns Sommar
TN ton/å år Växtplanktonbiomassa och kväve från ARV 9 TN AVR.8 mm/l 8....8... 9 98 99 Inget signifikant samband med utsläpp av fosfor Växtp planktonbiom massa mm /L Växtplan nktonbiomas ssa mm/l. 8.8.....8.... Medelbiomassa - m juni-augusti p<., utan punkter r =,8, p<. Växtplanktonbiomassa vs kväve från ARV y =.9x +. r =. 8 TN från ARV ton/år
Medelmängd Aphanizomenon juni- september på stn H Totala algbiomassan (>µm) minskade men kvävefixerande cyanobakterier ökade... eter l - m 8 9 98 98 99 99
... när kväveöverskottet i ytskiktet försvan DIN och DIP i ytskiktet -m juni-augusti OBS axlarna skalade :. DINjun-aug DIPjun-aug.8 DIN ton.. DIP ton.. 9 98 98 99 99
Ingen tydlig koppling mellan N-utsläpp <- ton/år och cyanobakterier meter L - 8 Längd Aphanizomenon filament vs N-tillförsel från AVR 999 998 9-99 99- -8 Cyanobaterie ebiomassa mm m/l. 8.8. 99 8 98 8 9 N-tillförsel ton år -... Cyanobakterier vs DIN/DIP i ytvattnet -m N-fix mm/l Redfield 8 DIN/DIP (vikt/vikt)
Aphµg gl Hög kväverening 998-, - 8 8 BY B H H H H H Stn Medelbiomassa av Aphanizomenon sp juni-september Outliers Extremes Aph hµgl AphµgL Medelhög kväverening -, - 8 8 BY H H H B H H Stn Avstängd kväverening -8 8 A8 BY H H H B H H Stn Median % -% Non-Outlier Range Outliers Extremes Median %-% Non-Outlier Range Outliers Extremes
8 8 8 H totalkväve - m juni-augusti TN µg/l H totalkväve - m juni-augusti Totalkväve TN µg/l 8 99-8 98-88 989-9 99-9 99,-,- 998-,- 8 8 8 88 9 9 8 sommar Mean Mean±SE Mean±*SD Outliers Extremes 9-99-8 98-8 989-9 99-9 99,-,- 998-,- Mean Mean±SE Mean±*SD Outliers Extremes 9-8 8 8 H totalkväve - m juni-augusti 8 8 8 H totalkväve - m juni-augusti TN µg/l TN µg/l Mean Mean±SE Mean±*SD Mean Mean±SE Mean±*SD 9-8 99-8 98-88 989-9 99-9 -,- 8-,- 8 9-8 99-8 98-88 989-9 99-9 -,- 8-,- 8 B totalkväve - m juni-august Outliers Extremes H totalkväve - m juni-augusti Outliers Extremes 99, 998 99, 998 8 8 8 8 8 8 TN µg/l TN µg/l Mean Mean±SE Mean±*SD Outliers Extremes Mean Mean±SE Mean±*SD Outliers Extremes 9-8 99-8 98-88 989-9 99-9 99,-,- 998-,- 8 9-8 99-8 98-88 989-9 99-9 99,-,- 998-,- 8
Sk killnad Himmerfjä ärden referenso område µg/l - Totalkväve medelkonc. juni-augusti B-BY BY H-B H-B H-B H-B H-B 8 Tn från ARV ton/år H p<, r =, H p<, r =,9 H p<, r =, H p<, r =,
Hur mycket mer kväve fixeras? Kvävefixering skedde även innan kvävereningen infördes (Wallström 988, Savage et al ) Degerholm et al. (8) mätte N-fixering på två stationer i recipienten 998- då N-reningen var den högsta. N-fixering< ton/år N-fixering beräknad med data från Larsson et al. indikerar < ton Himmerfjärdsverket har som mest renat ton kväve!
Är cyanobakterierna så farliga som hävdats? Kvävefixeringen: eringen kompenserar långt ifrån kvävereningen Ytansamlingar: Inga, förutom då de drev in från Östersjön Giftiga: Andelen toxiska cyanobakterier mindre än i utsjön och yttre kustområdet av toxiska rter % biom. a ar % toxiska cyanobakterier BY B H H H H H Utsjön-inre Himmerfjärden
Vinterkoncentration av oorganiskt kväve och fosfor 8 DIP* DIN DIN/DIP DIN N, DIP* µg/ /L m U U U9 S Måttlig eller sämre status S S S S Sö8 Sö Sö S Bottenhavet Ålands Hav Stockholms skärg. Södermanlands skärgård 9 DIN/DIP Hämtad från VISS --9
Kväverening Lännergren. Undersökningarr i Stockholms skärgård
Lännergren. Und dersökningarr i Stockholms skärgård Stockholmsrecipienten Ingen ökning av kvävefixerare!
Sammanfattning Kväverening förbättrar vattenkvaliteten Effektiv fosforrening har sedan länge avsevärt förbättrat tillståndet i kusten och minskat fosfortillförseln till Östersjön. Kompletterad med kväverening förbättras det ytterligare och kväveexporten till Östersjön minskar. Östersjön tillför mycket fosfor för våra kustområden kväverening kostnadseffektivare kti än ytterligare marginella dyra fosforminskningar. Lokala förhållanden måste beaktas adaptiv förvaltning
Tack! Till medarbetare: Ragnar Elmgren, Susanna Hajdu, Jakob Walve, Anders Sjösten, Leif Lundgren, Berndt Abrahamsson, Svante Nyberg, Inger Hafdell, Jenny Allared, Rebecca Hörnfeldt, Thomas Tillman, Stefan Svensson, Helena Höglander, Maria Sandberg, Anna Zackrisson och många fler genom åren.. Till anslagsgivare: Himmerfjärdens Naturvårdsförening, Naturvårdsverket, VR, MISTRA, EU, SYVAB