Skogsmarkens näringsbalans

EARTH SCIENCES CENTRE GÖTEBORG UNIVERSITY B209 1999 Skogsmarkens näringsbalans - massbalansberäkning av baskatjoner med hjälp av GIS Louise Björkvald Carina Erlandsson Department of Physical Geography GÖTEBORG 1999

GÖTEBORGS UNIVERSITET Institutionen för geovetenskaper Naturgeografi Geovetarcentrum Skogsmarkens näringsbalans - massbalansberäkning av baskatjoner med hjälp av GIS Louise Björkvald Carina Erlandsson ISSN 1400-3821 B209 Projektarbete Göteborg 1999 Postadress Besöksadress Telefo Telfax Earth Sciences Centre Geovetarcentrum Geovetarcentrum 031-773 19 51 031-773 19 86 Göteborg University S-405 30 Göteborg Guldhedsgatan 5A S-405 30 Göteborg SWEDEN

ABSTRACT... 2 SAMMANFATTNING... 3 FÖRORD... 4 1. INLEDNING... 5 2. MILJÖTILLSTÅNDET I SYDVÄSTRA SVERIGE... 6 2.1 FÖRSURNING... 6 2.1.1 Markförsurning...6 2.1.2 Deposition av försurande ämnen...7 2.2 MARKANVÄNDNING SKOGSBRUK... 8 2.2.1 Det moderna skogsbruket...8 2.2.2 Tillväxt samt skörd av skog...8 2.3 SKOGSMARKENS NÄRINGSTILLSTÅND... 9 2.3.1 Markens geokemiska egenskaper...10 2.3.2 Deposition av baskatjoner...12 2.3.3 Utlakning av baskatjoner...12 3. OMRÅDESBESKRIVNING... 14 4. METOD... 16 4.1 MASSBALANSBERÄKNING... 16 4.1.1 Geografiskt Informations System...16 4.2 GEOKEMI... 18 4.2.1. Insamling av jordprover...18 4.2.2 Provberedning, analys och bearbetning av resultat...19 4.2.3 Beräkning och bearbetning av historiska vittringshastigheter...19 4.3 ATMOSFÄRISK DEPOSITION AV BASKATJONER... 21 4.4 INNEHÅLL AV BASKATJONER I BIOMASSA... 22 4.5 UTLAKNING AV BASKATJONER... 24 5. RESULTAT... 25 5.1 GEOKEMI... 25 5.1.1 Areell fördelning av baskatjoner...25 5.1.2 Areell fördelning av vittringshastighet...28 5.2 ATMOSFÄRISK DEPOSITION AV BASKATJONER... 32 5.3 INNEHÅLL AV BASKATJONER I BIOMASSA... 32 5.3.1 Areell fördelning av baskatjoninnehåll i biomassan...33 5.4 UTLAKNING AV BASKATJONER... 37 5.5 MASSBALANSBERÄKNING... 37 5.5.1 Areell fördelning av nettoresultat...38 6. DISKUSSION... 42 6.1 MASSBALANSBERÄKNINGAR... 42 6.2 JÄMFÖRELSE MED LIKNANDE UNDERSÖKNINGAR... 44 6.3 OSÄKERHETER I NETTOBALANSBERÄKNINGARNA... 45 7. SLUTSATSER... 48 REFERENSER... 49 APPENDIX 1... 52 APPENDIX 2... 53 APPENDIX 3... 54 1

ABSTRACT Nutrient status of forest soils - mass balance of base cations by means of GIS Southwestern and southernmost parts of Sweden are exposed to an extensive atmospheric deposition of acidifying compounds. Since the acidification of forest soils enhance the leaching of nutrients, the ability of the forest soil to sustain a biologically and ecologically productive ecosystem is at risk. The desire to reduce the fossil fuel consumption, has contributed to serious efforts in the transition to the use of renewable energy resources. Forest biomass, i.e. branches and foliage, constitutes one of the renewable sources of energy in Sweden. Branches and foliages are comparatively rich in nutrients whereby an increased harvesting of forest biomass will result in increased nutrient export from the forest soils. This enhances the acidification processes in the soil and can in a long term perspective cause a reduced productivity of the ecosystem, unless the soil is able to compensate for the increased losses of nutrients. The ability of the forest soils to compensate for the nutrient losses due to harvesting of the trees has been estimated through a mass balance of the base cations calcium, magnesium and potassium. Four different factors are included in the mass balance: mineral weathering, atmospheric deposition, leaching and the content of the base cations in the forest biomass. Two different harvest regimes of a fully grown forest are being considered, conventional forestry, that is stem harvesting only and whole-tree harvesting. The input data and the mass balance calculations are being analyzed and illustrated through Geographical Information Systems, GIS. Similar studies have been performed on regional level, this study is carried out on a local scale and comprises the topographic map 7C Borås SE, situated in the southwestern parts of Sweden. The aim of the study is also to survey the geochemical composition of the soil within the study area. This is done by geochemical analyses of soil samples, regarding the base cations calcium, magnesium and potassium. The results of the study indicates that the contribution of base cations from weathering of minerals and atmospheric deposition can not, in general, compensate for the nutrient losses due to harvest of forest biomass and the leaching of base cations. Areas with a more favourable geochemical composition show less depletion of base cations. The depletion of nutrients from the forest soils is most pronounced for calcium and least for potassium. Therefore, if the utilisation of forest biomass in the form of whole-tree harvesting is to become more common in the future, precautions has to be taken in order to maintain a biologically and ecologically sustainable productive ecosystem. 2

SAMMANFATTNING Dagens miljösituation innebär att de sydvästra och södra delarna av Sverige är utsatta för omfattande atmosfärisk deposition av försurande substanser. Den resulterande markförsurningen innebär bland annat att utlakningen av näringsämnen ökar. Näringsexporten medför en oroväckande försämring av markernas långsiktiga förmåga att upprätthålla ett balanserat ekosystem med hög biologisk produktion av såväl mångfald som trädbiomassa. Strävan att övergå till förnyelsebara energiresurser och reducera användandet av fossila bränslen innebär ett ökat intresse för alternativa energibränslen, inte minst skogsbränslen. Skogsbränsle i form av grenar, toppar och barr, GROT, har ett förhållandevis högt innehåll av näring jämfört med stam och är idag en aktuell energiresurs. Avverkning och uttag av hela träd, d.v.s. både stam och GROT, leder dock till kraftigt ökade näringsförluster för markerna. Detta bidrar till en ökad markförsurning och kan, om skogsmarken inte kan kompensera för utarmningen, på sikt leda till en reducerad biologisk och ekologisk produktion. Genom en massbalansberäkning av baskatjonerna kalcium, magnesium och kalium har en bedömning gjorts av markens förmåga att kompensera för den permanenta näringsförlust som sker vid skörd av avverkningsmogen skog. Om tillförseln av näring genom vittring av mineral och atmosfärisk deposition överskrider förlusten genom utlakning och näringsupptag, ökar förutsättningarna för ett upprätthållande av ett biologiskt och ekologiskt bärkraftigt skogsekosystem. De olika poster som ingår i beräkningen är vittring av mineral, atmosfärisk deposition, utlakning samt innehåll av baskatjoner i avverkningsmogen skogsbiomassa. Beräkningen tar hänsyn till ett skördetillfälle per omloppstid och två typer av markanvändning, dels konventionellt skogsbruk, d.v.s. endast stam skördas, samt helträdsutnyttjande. Med hjälp av GIS bearbetas och åskådliggörs de olika posterna samt resulterande massbalansberäkningar. Syftet med arbetet är även att genom fältstudier ge en översikt av markens geokemiska sammansättning med avseende på nämnda baskatjoner. Liknande studier har utförts på regional nivå, medan denna undersökning baseras på lokal nivå och omfattar det topografiska kartbladet 7C Borås SO, beläget i Västra Götalands län. Till skillnad från tidigare studier är dessa beräkningar yttäckande med en högre upplösning. Studien baseras på en upplösning av 500 500 m, d.v.s. 25 hektar, vilket motsvarar medelstorleken på en skogsfastighet. Resultaten av massbalansberäkningarna visar att tillförseln av baskatjoner genom vittring av mineral och atmosfärisk deposition generellt inte kan kompensera för den näringsförlust som sker vid skörd av skogsbiomassa och genom utlakning. Resultaten gäller såväl vid stamskörd som helträdsutnyttjande och vid ett skördetillfälle per omloppstid. Områden med mer gynnsam geokemisk sammansättning uppvisar mer positiva massbalansresultat. Om markens långsiktiga förmåga att upprätthålla ett balanserat ekosystem ska bibehållas bör helträdsutnyttjande ske med stora restriktioner inom studieområdet. Risken för utarmning av markens reserver är störst för kalcium och minst för kalium. 3

FÖRORD Detta examensarbete utfördes på Institutionen för Geovetenskaper, inom inriktningen Naturgeografi vid Göteborgs Universitet. Vi vill framförallt tacka Lars Lindkvist 1, extern handledare, för hans outtröttliga uppbackning, entusiasm och aldrig sinande kunskap. Lars Franzén 2, vår handledare stöttepelaren i alla väder. Listan på de personer som hjälpt oss under arbetets gång kan göras oerhört lång men följande personer har särskilt fått uthärda ihärdiga besök och telefonsamtal: Mats Olsson 3 för all värdefull hjälp med geokemin, Lars-Ove Lång 4 för all tålamod med oss frågvisa naturgeografer Bo Hultgren 1 för hjälp med bl.a. strulande databaser, Marie Eriksson 2 för att du inte slängde ut oss frågvisa Idrisianvändare Gunnar Barrefors 5 depositionsgurun, Staffan Jacobson 6 & Björn Merkell 7 för ovärdelig hjälp med skogsdata. Sist men inte minst vill vi tacka familj och vänner som hjälpt och stöttat oss under projektets kringelkrokiga framfart. 1 Skogsvårdsstyrelsen, Västra Götalands län, Borås 2 Naturgeografiska avdelningen, Institutionen för geovetenskaper, Göteborgs Universitet 3 Institutionen för skoglig marklära, Sveriges Lantbruks Universitet, Uppsala 4 Sveriges Geologiska Undersökning, Göteborg 5 Länsstyrelsen Västra Götalands län, Göteborg 6 Skogsforsk, Uppsala 7 Skogsstyrelsen, Jönköping 4

1. INLEDNING De svenska barr- och blandskogarna är sedan flera decennier utsatta för ett omfattande atmosfäriskt nedfall av försurande ämnen, framförallt svavel- och kväveföreningar. Effekterna av detta nedfall är särskilt påtagligt i landets södra och sydvästra delar. I områden med långsamt vittrande, kalkfattig berggrund är påverkan från försurningen störst och många marker saknar idag förmågan att neutralisera surt nedfall. Som en konsekvens av markförsurningen ökar utlakningen av näringsämnen, bland annat kalcium, kalium och magnesium samt aluminium. Detta medför en oroväckande försämring av markernas långsiktiga förmåga att upprätthålla ett balanserat ekosystem med hög biologisk produktion av såväl mångfald som trädbiomassa. Strävan att övergå till förnyelsebara energiresurser och reducerat användande av fossila bränslen innebär ett ökat intresse för alternativa energibränslen, inte minst skogsbränslen. Skogsbränsle i form av grenar, toppar och barr (GROT), är en av de förnyelsebara energiprodukter som finns i Sverige. Utvecklingen mot ett ökat kretsloppstänkande går snabbt och förändringen i markanvändning mot ett allt större utnyttjande av skogsbränsle är tydlig. Avverkning och uttag av hela träd, d.v.s. både stam och GROT, leder dock till kraftigt ökade näringsförluster för markerna, eftersom huvuddelen av trädets näring finns i GROT (Olsson 1996b). Detta ökar försurningstrycket på marken och kan på sikt leda till reducerad tillväxt om inte marken kan kompensera för den ökande näringsförlusten. Syftet med studien är att, i ett försurningspåverkat skogsekosystem, undersöka om tillskottet av baskatjoner kan kompensera för den permanenta näringsförlust som sker vid skörd av skog och genom utlakning. Markens näringsstatus bedöms i detta arbete genom massbalansberäkningar avseende baskatjonerna kalcium, magnesium samt kalium. Beräkningen baseras på en omloppstid på ca 80 år för att få en uppfattning om skogsmarkens förmåga att långsiktigt upprätthålla en bärkraftig näringsbalans. De ingående posterna är vittring av mineral, atmosfärisk deposition, näringsinnehåll i skogsbiomassa och därmed näringsförlust via skörd samt utlakning av respektive baskatjon. Delposten vittring av mineral baseras på fältstudie medan näringsinnehåll av baskatjoner i biomassan baseras på egna beräkningar av tillgänglig skogsdata. De två kvarvarande posterna baseras på tillgänglig data. Massbalansberäkningen tar hänsyn till två typer av markanvändning, dels konventionellt skogsbruk, d.v.s. endast stamskörd, och dels skörd av både stam och GROT, d.v.s. helträdsutnyttjande. Beräkningarna baseras på avverkningsmogen skog och endast ett skördetillfälle. Liknande massbalansberäkningar har utförts på regional nivå av bland annat Stegmann (1994) och Westling et al. (1997). Denna studie utförs på lokal nivå med hjälp av GIS. Detta för att dels ge en areell bild av skogsmarkens näringsbalans vid två olika typer av markanvändning och dels för att undersöka om GIS är lämpligt som analysverktyg vid massbalansberäkningar. Studien är utförd i Västra Götalands län och omfattar det topografiska kartbladet 7C Borås SO. Syftet med arbetet är också att genom fältstudie ge en översikt av markens geokemiska sammansättning med avseende på kalcium, magnesium och kalium i studieområdet. Geokemin undersöks genom jordprover i ett vidare syfte att beräkna mängden baskatjoner som frigörs per tidsenhet för de olika baskatjonerna i studieområdet. En god kännedom om markens geokemiska sammansättning är viktig för att kunna uppskatta tillskottet av baskatjoner till marken genom vittring. Den enda naturliga process som i ett mer långsiktigt perspektiv kan kompensera för de näringsförluster som sker via skörd av biomassa och via utlakning är tillförseln av baskatjoner genom vittring (Jacks 1990, Melkerud 1991). 5

2. MILJÖTILLSTÅNDET I SYDVÄSTRA SVERIGE 2.1 Försurning 2.1.1 Markförsurning Försurning definieras som en minskning av markens eller vattnets förmåga att neutralisera vätejoner. Denna förändring kan resultera i mätbara förändringar i ph men kan även pågå genom att olika buffertsystem tas i anspråk utan att ph värdet ändras (van Breemen et al. 1983). Större ph förändringar sker då buffertkapaciteten är otillräcklig (Nilsson & Tyler 1995). Marken anses försurad då ph ligger mellan 6,5 och 3,8, beroende på markens ph i opåverkat tillstånd (Haynes & Swift 1986). Genom sur nederbörd tillförs marken vätejoner vilka effektivt kan neutraliseras av en hög koncentration utbytbara baskatjoner, d.v.s. katjoner som är bundna till negativa laddningar på markpartiklarna. Vätejonerna neutraliseras genom att dessa joner byter plats med baskatjonerna. Stora mängder baskatjoner har gått förlorade ur skogsmarken genom utbyte mot vätejoner på markpartiklarna och därefter genom utlakning via markvattnet. Baskatjoner är ett samlingsnamn för katjoner med icke-sura egenskaper. Hit räknas vanligen kalcium-, magnesium-, kalium- samt natriumjoner. Det pågår en naturlig biologisk försurning av marken genom den frigörelse av vätejoner som sker när växtrötter tar upp positivt laddade joner, se kap. 2.2.2. Huvuddelen av de svenska markerna är även naturligt svagt sura på grund av att urberget, som dominerar berggrunden i Sverige, har en låg vittringsbenägenhet. Berggrunden och de lösa jordlagren har därmed ett litet förråd av lättvittrat material. Växtnäringsämnen frigörs endast i långsam takt, och markens förmåga att neutralisera tillförd syra har avtagit. Följden har blivit en långsam och naturlig men speciellt i ytskikten mycket påtaglig markförsurning. I de delar av Sverige som till stor del består av det lättvittrade mineralet kalciumkarbonat, huvudbeståndsdelen i kalksten, är förrådet av lättvittrat material stort. Markens förmåga att neutralisera tillförda vätejoner är därmed större. Kalkrika jordar förekommer bland annat i Skåne, på Öland och Gotland, på Östgöta- och Västgötaslätterna, i Uppland, i Storsjötrakten i Jämtland samt på flera håll längs fjällkedjan (Fredén 1994). Ökad försurning av skogsmark ökar nettoförlusten av växttillgängliga näringsämnen såsom kalcium, magnesium och kalium (Haynes & Swift 1986, Eriksson et al. 1992). Vid måttlig försurning, ph 6,0-4,5 (Bertills & Hanneberg 1995), buffras tillförda vätejoner genom att dessa joner byter plats med baskatjoner som sitter på markpartiklar. Bytesprocessen neutraliserar markvattnet men försurar jorden om inte vätejonerna konsumeras genom vittringsprocesser, genom att katjoner fylls på genom återbördning från vegetation eller genom deposition av luftburna katjoner. Om ph sjunker under 4,5 vidtar en ny buffringsprocess. Neutraliseringen av vätejoner sker då istället med aluminiumjoner (Andersson et al. 1997). I kraftiga jordtäcken i sydvästra delen av Sverige har markförsurningen i barrskog nått ner till mer än två meters djup. På ostkusten, där depositionen av försurande ämnen är lägre, är marken mindre påverkad (Eriksson et al. 1992, Bergkvist & Folkesson 1995). Genom att åter undersöka provytor från 1927 och 1949, belägna i södra Sverige (Hallbäcken & Tamm 1986, Falkengren-Grerup 1987) har det påvisats att ph i markens övre skikt (50-100 cm) sänkts med i medeltal 0,8 ph enheter (Falkengren-Grerup & Tyler 1991). Motsvarande 6

undersökningar har gjorts för den utbytbara poolen av baskatjoner. Resultaten visar att det sammanlagda utbytbara förrådet av baskatjonerna kalcium, magnesium, kalium och natrium har reducerats med i medeltal ca 50% jämfört med resultaten från 1949 (Falkengren-Grerup 1987). Under de senaste århundradena har markens surhetstillstånd även påverkats av skogsbruket. Skogsbrukets försurande verkan har under 1900-talet tilltagit, mycket beroende på att skogens tillväxt och därmed att dess upptag av näringsämnen har ökat samt att intervallen mellan avverkningarna blivit kortare (Bernes 1993). 2.1.2 Deposition av försurande ämnen De luftföroreningar som framför allt bidrar till försurning av nederbörd är svavel- och kväveföreningar. 1990 beräknades Sverige själv stå för ca 10% av det deponerade svavlet i landet, ungefär samma siffra gäller för kväveoxider (IVL 1991). Resten, d.v.s. 90% har sitt ursprung utomlands, främst från Centraleuropa och Storbritannien. Den lokala variationen kan dock vara stor då bland annat trafiken bidrar till det lokala kvävenedfallet. Södra och sydvästra delen av Sverige har det högsta nedfallet av försurande ämnen (figur 1), dels på grund av närheten till de stora utsläppskällorna på kontinenten och dels på grund av de rådande västvindsystemen på dessa breddgrader (Bernes 1993). En annan faktor som styr nedfallet av bland annat försurande ämnen är nederbördsmängden. Våtdepositionen ökar vid ökad nederbördsmängd. Den rikliga nederbördsmängden på sydsvenska höglandets västsida innebär att sydvästra Sverige har en hög andel av både våtdeponerat svavel och kväve. I de nordliga delarna av landet är nederbörden mer sparsam med en lägre våtdeposition som följd (Bernes 1993). Torrdepositionen ökar med råheten varvid skog därmed är utsatt för en större torrdeposition än öppna marker. Vid regn tvättas de torrdeponerade partiklarna ur vegetationen vilket innebär att halterna av försurande ämnen i regnvattnet är mycket högre, två till tre gånger för sulfat i barrskogar, jämfört med regnvatten som når marken direkt (Lövblad et al. 1995). Vått svavelnedfall Vått kvävenedfall Figur 1. Genomsnittlig våtdeposition av svavel och kväve under åren 1986-1990. Svavel från havssalter är inte medräknat. Till det våta nedfallet tillkommer även ett torrt nedfall av samma storleksordning (Bernes 1993). Average wet deposition of sulphur and nitrogen during 1986-1990. Marine sulphur excluded. A dry deposition of the same size as the wet deposition is also present. 7

2.2 Markanvändning skogsbruk 2.2.1 Det moderna skogsbruket I början av 1950-talet utvecklades trakthyggesbruket, d.v.s. det skogsbruk som dominerar idag, ett skogsbruk som normalt omfattar föryngring, röjning, gallring och slutavverkning. Den årliga skogsproduktionen per ytenhet har ökat kraftigt sedan 1920-talet. Ökningen är troligen ett resultat av en bättre skogsteknik, men kan även bero av ökad kvävedeposition (Lundström & Giesler 1995). Den årliga tillväxten har, sedan skogstaxeringen började på 1920-talet, varit större än den årliga avgången (med några få undantag, ex. stormen 1969). Götaland har haft den största förrådsökningen, från att ha varit den virkesfattigaste delen av landet har den blivit den virkesrikaste (Lindroth 1995). 2.2.2 Tillväxt samt skörd av skog Under de senaste århundradena har markens surhetstillstånd även påverkats av skogsbruket. En av orsakerna är trädens upptag av näring. För att bibehålla laddningsbalansen i trädet kompenserar rötterna upptaget av en jon med att avge en jon av samma laddning tillbaka till marken. Eftersom träd huvudsakligen tar upp näringsämnen i form av katjoner, ger rötterna oftast tillbaka motsvarande mängd vätejoner. I ett växande skogsbestånd blir marken därför surare ju äldre träden blir ph-värdet sjunker (Hallbäcken & Tamm 1986, Staaf & Olsson 1991). Hög tillväxthastighet i en skog innebär att en större mängd vätejoner tillförs marken än hos skog med en låg produktion av biomassa. Ökad tillväxt hos skogen innebär således en ökad markförsurning om inte skogsmarken hinner neutralisera tillförd mängd vätejoner. Denna process är den s.k. biologiska försurningen, vilken avsevärt medverkar till ett ökat försurningstryck på skogsmarken, troligen upp till 50% av försurningen i högproduktiv granskog (muntligt L. Lindkvist). I samband med trädtillväxten sker en nettoackumulation av näringsämnen i biomassan. Om träden ej skördas kommer samtliga näringsämnen att återföras till marken genom förmultning av biomassan. I samband med de processer som sker vid mineraliseringen av det organiska materialet konsumeras vätejoner. Resultatet blir att ph stiger. Om skörd sker blir inte återförseln av näring fullständig, eftersom all biomassa inte återbördas till marken utan förs bort från ekosystemet. Detta innebär att om ingen biomassa avlägsnas ur ett skogsekosystem, d.v.s. det sker en total nedbrytning av biomassan - en fullständig recirkulation, föreligger ingen biologisk nettoförsurning (Minell & Pettersson 1997). Kretsloppstänkandet har ökat efterfrågan på biobränsle i form av GROT. Skörd av både stam och GROT, d.v.s. helträdsutnyttjande, innebär att mer energi kan utvinnas ur skogen och att användningen av fossila bränslen kan reduceras. Olsson (1996b) har visat att ca 60% av näringsämnena kalcium, magnesium och kalium finns lokaliserade i barr och grenar vad gäller gran. Motsvarande siffra för tall är ca 50%. Vid uttag av grenar och toppar minskas därvid tillförseln av baskatjoner och organiskt material genom förmultning till skogsmarken (Staaf och Olsson 1991, Johnson et al. 1991 samt Olsson 1996a). Helträdsutnyttjande, leder därmed till att i det närmaste all näring förs bort från systemet, enbart en del av barren återbördas till marken. 8

Olika studier har visat att helträdsutnyttjande leder till en ökad export av näringsämnen från skogsmarken (Staaf & Olsson 1991, Johnson et al. 1991, Olsson et al. 1993). Roséns (1991) slutsats efter olika studier är att ett konsekvent helträdsutnyttjande leder till ökad export av växtnäringsämnen från växtplatsen med ett till fem gånger jämfört med konventionell skogsbruk. Helträdsutnyttjande resulterar även i en minskning av skogsmarkens ph (Rosén 1988, Johnson et al. 1991, Olsson 1996b). Bland annat visade Staaf & Olsson (1991) att ph minskade med 0,2-0,4 enheter i humusskiktet vid skörd av hela trädet ovan stubben, jämfört med skörd av endast stammen. Detta iakttogs sju till nio år efter avverkningen. Det finns inga stöd genom fältförsök att ph i mineraljorden påverkas av helträdsutnyttjande (Egnell et al. 1998). 2.3 Skogsmarkens näringstillstånd De huvudsakliga flödena av näringsämnen i skogsmarken illustreras förenklat i figur 2. Tillförsel av baskatjoner sker genom vittring av mineral, atmosfärisk deposition och nedbrytning av biologiskt material. Bortförsel sker genom upptag av näring i vegetationen, som resulterar i en permanent näringsförlust vid skörd av biomassa samt via utlakning. Atmosfärisk deposition (+) Skörd (-) Bioupptag (-) Markförråd Mineralisering av organiskt material (+) Vittring av mineral (+) Utlakning (-) Figur 2. Förenklad illustration över de faktorer som bidrar till import och export av näringsämnen i skogsmark. Pilarnas relativa storlek varierar bland annat med näringsämne, berggrund, växtplatsens geografiska läge och klimat. A simple illustration of the important factors that contribute to the input and output of nutrients in forest soils. The size of the arrows depend on e.g. different nutrients, bedrock, the geographical location and the climate. 9

Vegetationen behöver relativt stora mängder av syre, kol och väte men även av grundämnen som kväve, fosfor, kalcium, magnesium, kalium och svavel. Grundämnen som bland annat järn, koppar, zink, bor och molybden tillgodoser redan i mindre mängder vegetationens behov. Det totala förråd av växtnäringsämnen som finns i marken är mycket stort i förhållande till vegetationens behov. Emellertid är det endast en bråkdel, 1/1000-1/10000, av förrådet som förekommer i en sådan form att det omgående kan utnyttjas av växtrötterna (Lundmark 1986, Minell & Pettersson 1997). I normal svensk skogsmark ökar totalförrådet av t.ex. kalcium, magnesium och kalium med djupet medan det motsatta gäller för det växttillgängliga förrådet. Det växttillgängliga näringsförrådet är oftast större än växtnäringsbehovet, trots den lilla andelen av totalförrådet (Minell & Pettersson 1997). 2.3.1 Markens geokemiska egenskaper Markens geokemiska egenskaper är av stor betydelse för markens näringstillstånd, framförallt eftersom dessa påverkar vittringshastigheten och därmed även tillförseln av näringsämnen (Melkerud et al. 1992, Sverdrup 1998). Det huvudsakliga förrådet av kalcium i marken utgörs av det kalcium som finns i kalkhaltiga jordar samt det som är bundet till basiska bergarter och olika mineral, t.ex fältspater, pyroxener, kalcit, och hornblände (Troedsson & Nykvist 1973). Beroende på berggrunden varierar tillgången på kalcium starkt. Marken är särskilt fattig på kalcium i de områden där mineraljorden har sitt ursprung från kvartsiter eller sandstenar. Magnesium förekommer huvudsakligen i basiska bergarter där mineralen biotit, augit, hornblände, klorit eller serpentin ingår. Magnesium förekommer även som kalciummagnesiumkarbonat i dolomit (Wiklander 1976). Förekomsten av kalium är främst knuten till sura bergarter. Huvuddelen, 99 %, av det totala förrådet av kaliumjoner, är bundet till olika mineral, främst kalifältspat, biotit och muskovit. Mineraljordarna i Sverige är relativt rika på kalium, varvid de utgör en mycket stor kaliumreserv (Wiklander 1976). Vittring av mineral och bergarter Av samtliga vittringsprocesser är den kemiska av störst betydelse, då huvuddelen av markens lösta mineralnäringsämnen frigörs genom de kemiska processerna. Det sker därvid en kontinuerlig tillförsel till marken av de utbytbara baskatjoner som tas upp av vegetationen och som förs bort från systemet vid skörd (Sverdrup 1998). Den kemiska vittringen av de primära mineralen, d.v.s. ovittrade mineral, är den enda naturliga process som i ett mer långsiktigt perspektiv kan motverka de markförsurande processerna (Melkerud 1991, Wickman 1996). Den kemiska vittringen och dess intensitet påverkas av ett antal faktorer, där de geologiska faktorerna har en avgörande roll. Modermaterialet är avgörande eftersom de olika ingående mineralen har olika vittringsbenägenhet och frisättningen av mineralnäringsämnen beror av den mineralogiska sammansättningen hos modermaterialet (Wickman 1996). Övriga viktiga faktorer är bland annat textur, klimat och koncentrationen av vittringsgynnande ämnen såsom organiska syror. 10

De kemiska vittringsprocesserna är på våra breddgrader långsamma och uppbyggnaden av markens förråd av baskatjoner sker långsamt. Markens motståndskraft mot försurning bestäms därav främst av vittringshastigheten av de ingående mineralen i modermaterialet. Bergarternas vittringsbenägenhet beror av mineralsammansättningen samt bergarternas struktur. En mer grovkornig bergart som t.ex. granit är mer lättvittrad än en tätare bergart med samma mineralsammansättning, t.ex. porfyr. Bergarter kan grovt indelas i fem grupper med olika vittringsbenägenhet (tabell 1). Indelningen är inte fullständig, då bergarterna varierar både i mineralsammansättning och struktur men är dock av stor vikt vid bedömning av bergarternas betydelse för t.ex. vegetationen. Högst Hög Kalksten Marmor Grönsten** Lerskiffer Fyllit bergarten mineralen Kalkspat Ca Finjordrika leriga moräner Mörka mineral Ca-rik plagioklas Ca, Mg Sandiga moiga moräner Tabell 1. Vittringsförmåga och innehåll av typiska mineral samt förknippad jordart, jordmån och bonitet. Weathering ability and mineral content of different rocks and associated soil. Vittringsbenägenhet Exempel på bergart Typiska mineral i Viktiga näringsämnen i Jordart Jordmån Bonitet* Brunjordar Mycket hög Normal Granit Kvarts, fältspat K Grova, sandiga Medel glimmer Moräner Normal Gnejs - - K Moiga moräner Medel Svag Lepit Hälleflinta Porfyr Sandsten Kvartsit - - K Grova, sandiga moräner Mycket svag Kvarts - Podsoler Mycket låg * Bonitet är ett sätt att bedöma skogsmarkens produktivitet ** Grönsten omfattar bergarterna gabbro, diorit, hyperit, diabas, basalt samt amfibolit (Troedsson & Nykvist 1973) Källa: omarbetad efter Troedsson & Nykvist (1973) och Lundmark (1986) Hög Låg Gabbro, diorit, hyperit, diabas, basalt samt amfibolit är mörka bergarter med hög vittringsbenägenhet och högt innehåll av kalcium och magnesium. De kallas med ett sammanfattande namn för grönstenar. Vittringsförmågan hos bergarter med normal eller svagare vittringsbenägenhet, varierar beroende på kvartshalten och strukturen (Troedsson & Nykvist 1973). En låg halt eller spridda förekomster av en lättvittrad bergart, som t.ex. grönstensförekomster, sätter sin prägel på en annars näringsfattig jordart så att ståndorten får mer gynnsam jordmån och högre tillväxt (Lundmark 1986). Den historiska vittringsmodellen Ett flertal olika modeller för beräkning av vittringshastigheter av baskatjoner har tagits fram under senare år. Genom den historiska vittringsmodellen, utvecklad av Olsson & Melkerud (1991), kan den genomsnittliga vittringshastigheten i de lösa jordlagren uppskattas. Erhållen vittringshastighet är giltig för tidsperioden sedan den senaste deglaciationen avsatte morän. Vittringshastighet anges som den mängd baskatjoner som frigörs från mineralen per tidsenhet. 11

Metoden för att beräkna den historiska vittringen baseras på en jämförelse mellan de övre, mer vittrade markhorisonterna och den opåverkade C-horisonten. Beräkningsmodellen baseras på följande viktiga antaganden: - att den ursprungliga koncentrationen av studerade element i varje horisont är lika med den nuvarande koncentrationen i C-horisonten. Med ursprunglig koncentration avses den koncentration som existerade omedelbart efter inlandsisens avsmältande. - att C-horisonten är ovittrad. - att grundämnet zirkonium, Zr, huvudsakligen uppträder som mineralet zirkon, ZrSiO 4. - att Zr är vittringsresistent, har låg mobilitet och är opåverkat av de jordbildande processerna. Således är den nuvarande mängden approximativt lika med den precis efter inlandsisens avsmältande. - att sammansättningen av svår- och lättvittrade mineral i den undre opåverkade horisonten anses vara samma som den omedelbart efter inlandsisens avsmältande. Den absoluta mängden zirkon har inte ändrats sedan moränen avsattes, men däremot har koncentrationen ökat på grund av förlust av mindre vittringsresistent material. Genom ovanstående antaganden kan förhållandet mellan koncentrationen av baskatjoner och zirkonium i de övre markhorisonterna jämföras med motsvarande förhållande i den opåverkade mineraljorden. Således kan en uppskattning av hur mycket lättvittrat material och baskatjoner som försvunnit till följd av vittring i markens översta skikt göras. Genom att dividera den totala förlusten av baskatjoner med den uppskattade tidsperioden som gått sedan moränen avsattes, kan ett medelvärde på vittringshastigheten beräknas. Det erhållna medelvärdet benämns historisk vittringshastighet. Genom följande beräkningsantaganden har Olsson & Melkerud (1991) samt Olsson et al. (1993) utvecklat funktioner för beräkning av vittringshastigheter för baskatjonerna, se vidare kap. 4.2.3. 2.3.2 Deposition av baskatjoner I södra Sverige buffras nedfallet av försurande ämnen i hög grad av baskatjoner. I vissa områden kan den atmosfäriska depositionen av baskatjoner stå för en betydande del av den totala mängden baskatjoner som tillförs marken. Deponerade baskatjoner härrör huvudsakligen från fyra källor: 1) havssalt, 2) biogent material, t.ex. pollen, 3) antropogena verksamheter såsom industriella processer, vedeldning och annan förbränning samt 4) uppvirvlat markstoft av lokalt och långdistanstransporterat ursprung. I sydvästra Sverige är depositionen av marina baskatjoner stort, vilket har resulterat i en stark havssaltgradient inåt landet. Koncentrationen av magnesium som huvudsakligen härrör från havssalt, är alltså större vid västkusten än i Blekinge medan koncentrationen av kalcium och kalium inte uppvisar någon regional variation (Westling et al. 1997). 2.3.3 Utlakning av baskatjoner Utlakning av baskatjoner, d.v.s. läckage av joner från en markprofil, är en funktion av mängden nederbörd som perkolerar genom markprofilen och elementhalten i markvattnet. Elementhalten i markvattnet bestäms av vittring, deposition samt det utbytbara förrådets storlek (Stegmann 1994). 12

Mängden vatten som når de djupare lagren i markprofilen bestäms av nederbördsmängden och andelen vatten som avdunstar. Markvattnets uppehållstid i markprofilen bestäms av markens struktur och vattenhållande förmåga. Finkorniga jordar, t.ex. leror, har en större kontaktyta och större vattenhållande förmåga än grova jordar. Buffertmekansimerna hinner därmed verka under en längre tid och markvattenkvalitén kan därmed bli bättre. Halten av ämnen i markvattnet styrs även av tillskottet av försurande ämnen såsom svaveloch kväveföreningar (Seip 1983, Paces 1986, Bergkvist & Folkesson 1992, Sandvik et al. 1995). Syrorna som bildas neutraliseras av ett buffertsystem olika buffertsystem verkar vid olika ph värden. De ämnen som lösgörs genom buffringsprocesserna blir då lösta i markvätskan och riskerar att exporteras ut ur systemet om de inte tas upp av t.ex. rötter. 13

3. OMRÅDESBESKRIVNING Studieområdet är beläget i Västergötland, nordost om Borås och omfattar det topografiska kartbladet 7C Borås SO (figur 4). Kriterier för valet av studieområde var att det skulle finnas tillräckligt detaljerad information med avseende på geologi och olika skogsparametrar samt data över deposition och utlakning av baskatjoner. Ytterligare kriterium var att skogsmarken skulle vara försurad. Figur 4. Studieområdets placering i f.d. Älvsborgs län samt en karta över själva studieområdet. Studiområdet omfattar det topografiska kartbladet 7C Borås SO. The study area is situated in the former Älvsborgs county, SW Sweden. Also shown is a map of the actual study area, comprising the topographic map 7C Borås SE. Studieområdet domineras till ca 90% av gnejs vilka tolkas som förgnejsade granitbergarter. Berggrundens mineralsammansättning karaktäriseras av sura mineral - andelen mörka mineral utgör max tio procent. Basiska och ultrabasiska bergarter, t.ex. amfibolit och gabbro, utgör ca fem procent av berggrunden (Ahlin 1983) och finns representerade över hela området i små spridda kroppar. I figur 5 visas en översiktlig berggrundskarta över studieområdet (Hilldén 1984). Ungefär en fjärdedel av ytan består av kalt berg eller berg med mycket tunt jordtäcke. Dominerande jordart i studieområdet är morän, främst sandig-moig. Isälvsavlagringar förekommer huvudsakligen i tre, främst nordsydliga, stråk som följer de större sprickzonerna (figur 5). Den ovittrade moränen bör i genomsnitt ha samma medelsammansättning som berggrunden. Lokala variationer från detta mönster återfinns i områden med ett större inslag av basiska bergarter (Ahlin 1983, Hilldén 1984). Skogsbruket är i Borås kommun den ekonomiskt viktigaste areella näringen och skogsmark utgör ungefär 60% av studieområdet. Barrträd dominerar men inslaget av lövträd är stort. Sankmarker och mossar förekommer rikligt, framförallt i områdets norra delar där dessa kan ha betydande storlek (Översiktsplan 1991). 14

Figur 5. Översiktlig berggrundskarta över studieområdet 7C Borås SO (SGU, Ser. Af Nr 143 7C Borås SO efter Hilldén 1984). A simplified bedrock map of the study area /C Borås SE. 0 5 km Studieområdets skogsekosystem är kraftigt försurat då mark-ph i övre B-horisonten idag ligger inom 7,0-3,0 enheter med de flesta mätningar i intervallet runt 4,0-4,5 (Olsson 1998) (figur 6). frekvens (%) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 3,0-3,5 3,5-4,0 4,0-4,5 4,5-5,0 5,0-5,5 5,5-6,0 6,0-6,5 6,5-7,0 ph-intervall Figur 6. ph-frekvensen för studieområdet 7C Borås SO. Den största frekvensen återfinns i ph-intervallet 4,0-4,5. ph-frequency in the study area, 7C Borås SE. The major frequency is within the ph-range 4.0-4.5. Nedfallet av försurande ämnen, d.v.s. svavel och kväveoxider, över studieområdet är oacceptabelt högt. Mängden nedfall över skogarna och sjöarna är ca fyra till fem gånger mer än vad som anses bra ur miljösynpunkt (Översiktsplan 1991). Dagens miljömål är för kväve 5 kg/ha år och för svavel 3 kg/ha år (muntligt G. Barrefors). 15

4. METOD 4.1 Massbalansberäkning Näringstillståndet i skogsmarker kan i förenklad form bedömas genom massbalansberäkningar. Delposter är tillförsel av baskatjoner, d.v.s. vittring av mineral och atmosfärisk deposition av baskatjoner, och export, d.v.s. genom utlakning och skörd av biomassa. Massbalansen av de ingående posterna illustreras i formel 1. Massbalans B = (Vitt B + Dep B ) (Utlak B + Skörd B ) (1) där B=baskatjoner (kalcium, magnesium respektive kalium), Vitt=vittringshastigheten, Dep=atmosfärisk deposition, Utlak=utlakning samt Skörd som står för innehåll av respektive baskatjon i biomassa. För att få en uppfattning om skogsmarkens förmåga att långsiktigt upprätthålla en bärkraftig näringsbalans baseras massbalansberäkningen på en omloppstid av 80 år. De två delposterna vittring av mineral och bortförsel av näringsämnen genom skörd baseras på egna beräkningar (kap 4.2 och 4.4). Beräkningen av vittringshastigheten baseras på 30 mätpunkter medan skogsdata baseras på ca 16000 punkter. Atmosfärisk deposition och utlakning av baskatjoner grundas på befintlig mätdata som bearbetas för denna studie (kap 4.3 och 4.5). Alla poster omräknas till milliekvivalenter per kvadratmeter och år. Omräkning av resultaten från mg/g till milliekvivalenter sker för att underlätta jämförelsen av de olika baskatjonerna. Vid beräkningar med ekvivalenter är motsvarigheten till molvikt ekvivalentvikt. Ekvivalentvikten anger den mängd i gram av ämnet som motsvarar en mol enhetsladdningar. För en baskatjon blir ekvivalentvikten jonens molvikt dividerat med jonens laddning. För att erhålla milliekvivalenter divideras antalet milligram med ekvivalentvikten. 4.1.1 Geografiskt Informations System Geografiskt informations system, GIS, är ett datoriserat system för hantering av geografisk information och är konstruerat för att kunna bearbeta de flesta typer av digitaliserad information som har rumsliga referenssystem. GIS är därför en datoriserad modell av den verkliga världen. Varje delpost bearbetas och interpoleras i programmet Idrisi for Windows så att GIS-kartor för respektive baskatjon skapas. Vad gäller bortförsel av baskatjoner via skörd skapas en karta för respektive baskatjon och skördemetod, d.v.s. två kartor per jon. Den interpoleringsmetod som används är IDW, Inverse Distance Weight. Principen är att ju närmare en känd punkt ligger en punkt som ska skattas, desto större inflytande har dess värde. Genom att ange en viktningskoefficient kan distansviktningens styrka regleras. I beräkningarna är den satt till två, och interpoleringen tar hänsyn till sex omkringliggande punkter vid beräkning av viktat medelvärde. 16

Med hjälp av GIS är det möjligt att utifrån digitala kartor med olika typer av information ta fram ny geografisk information. Ett exempel på detta är overlay operationer där två eller flera olika indata lager bearbetas matematiskt för att skapa ett nytt kartskikt (figur 7). De fyra olika posterna med respektive karta adderas och subtraheras genom overlay operationer enligt massbalansformeln (1), varvid nettoresultat för respektive baskatjon och skördemetod erhålls. Figur 7. Illustration över overlay operation där fyra olika informationsskikt adderas för att skapa ett nytt lager av geografisk information. Illustration of overlay operations where four different layers are added in order to create a new layer of geographic information. Idrisi är ett rasterbaserat program där indata skiktet, kartan, består av pixlar, d.v.s. rutor av önskad storlek. Varje pixel har ett värde som t.ex. kan motsvara ett höjdvärde på en digital höjdmodell eller motsvara en åker på en ekonomisk karta. Varje pixel på Idrisi-kartorna har valts att motsvara ett område av 500 500 m, d.v.s. 25 ha. Denna upplösning innebär att beräkningen av nettoresultaten är på skogsfastighetsnivå. 17

4.2 Geokemi 4.2.1. Insamling av jordprover Under juni 1998 insamlades jordprover från 34 olika skogsytor inom studieområdet i syfte att bestämma områdets geokemi och vittringshastighet med avseende på baskatjonerna kalcium, magnesium och kalium. Provytorna placerades ut med avseende på att täcka in olika kombinationer av jordart och berggrund samt erhålla en bra geografisk spridning över studieområdet (figur 8) (Ahlin 1983, Hilldén 1984). För mer detaljerad information om respektive provlokal se appendix 1. Figur 8. Placering av provgropar inom det topografiska kartbladet 7C Borås SO. En ruta motsvarar 5 5 km. The distribution of sampling sites within the topographic map 7C Borås SE. One square equals 5 5 km. Jordproverna insamlades på ett djup av 50-55 cm. Den geokemiska sammansättningen vid detta djup anses representera egenskaperna hos modermaterialet och det är rimligt att anta att huvuddelen av de biologiska och geokemiska interaktionerna och förändringarna sker i de övre 50 cm (Melkerud et al. 1992, Lång 1995). Detta djup har tidigare använts vid vittringsstudier utförda av bland annat Olsson & Melkerud (1991), Olsson et al. (1993), Lång (1995). 18

4.2.2 Provberedning, analys och bearbetning av resultat De insamlade jordproverna torkades i ugn över natten vid 65 C, varpå materialet siktades för att eliminera partiklar större än 2 mm. Av finmaterialet (< 2 mm) skickades 25 gram till XRAL Laboratories i Kanada för analys av totalgeokemin. På laboratoriet bestäms totalgeokemin genom att provet homogeniseras genom malning varpå det glödgas vid 950 C. Vid glödgning oxideras det organiska materialet. Därefter upplöses provet fullständigt i en litiummetaboratsmälta som sedan löses i salpetersyra, HNO 3. Slutligen analyseras lösningen genom plasma-emission spektrometri, ICP. Noggrannheten på ICPanalysen är 0,01%. Jordprovets totalgeokemi beskrivs med viktandelen för de i mineraljorden ingående grundämnena. Makroelementen anges som viktandelar på oxider av grundämnet d.v.s. Al 2 O 3, CaO, Fe 2 O 3, K 2 O, MgO, MnO, Na 2 O, P 2 O 5, SiO 2, samt TiO 2. Spårämnena Ba, Sc, Sr, Y och Zr anges däremot som rena element, vanligen i enheten ppm, t.ex. mg/kg. Av relevans för denna studie är totalgeokemin med avseende på baskatjonerna Ca, Mg och K. Jordprovernas totalhalt av de olika baskatjonerna plottas mot berggrund och jordart för att se om det finns samband mellan de geologiska förutsättningarna och innehållet av baskatjoner. För att förenkla jämförelsen av olika berggrunder summeras fältspatrik granit och granit till en grupp samt granodiorit och tonalit till en annan. Grönstenarna behandlas som en egen grupp (muntligt L-O Lång, Ahlin 1983). Provlokalen belägen på pegmatitberggrund utesluts från jämförelserna. För jämförelse av de olika jordarterna delas proverna in i följande grupper sandig-moig morän och grusig-sandig morän samt isälvsmaterial. För att åskådliggöra den areella variationen av respektive baskatjon interpoleras provpunkterna över studieområdet. 4.2.3 Beräkning och bearbetning av historiska vittringshastigheter Totalhalten av respektive baskatjon används vid beräkning av vittringshastighet vid respektive provlokal. Eftersom vittringsfunktionerna baseras på beräkningar för morän, beräknas ej vittringshastigheten för provlokaler belägna på isälvsmaterial. De vittringsfunktioner som används för beräkning av historisk vittringshastighet för respektive provlokal i denna studie är följande (Olsson et al. 1993) V Ca = 111.16 + 0.260 [T sum Y Ca ] r = 0.86 (2) V Mg = 29.28 + 0.285 [T sum Y Mg] r = 0.89 (3) V K = 311.89 + 0.208 [T sum Y K] r = 0.81 (4) där V är vittringen av elementet (mg/m 2 år), T sum är temperatursumman (5) för lokalen, Y koncentrationen av elementet i C-horisonten (viktprocent) och r är korrelationskoefficienten. Då elementhalterna är angivna i oxidform, räknas syrets andel av oxiden bort (6) innan elementhalterna av respektive baskatjon används i formlerna för beräkning av vittringshastigheterna. 19

Temperatursumman är definierad som ackumulerad dygnsmedeltemperatur i luften som överskrider tröskelvärdet +5 C under vegetationssäsongen (Odin et al. 1983). Summan beräknas med följande formel efter Odin et al. (1983) T sum = 4835 56.6L 0.9H (5) där L är latituden angiven med en decimal och H höjden över havet, angiven i meter. För varje provlokal beräknas en temperatursumma som används i beräkningen av vittringshastigheterna för respektive baskatjon. Elementhalten av respektive baskatjon i C-horisonten beräknas genom formel 6. Y= (B / BO) BO tot (6) där B är baskatjonens molvikt (g/mol), BO är baskatjonens oxid i molvikt (g/mol), BO tot är resultatet från totalhaltsanalysen (viktprocent) och Y är baskatjonens viktprocent utan ingående syreatom. För att åskådliggöra hur vittringshastigheten för respektive baskatjon varierar över studieområdet interpoleras provpunkterna över studieområdet. Enheten som används vid interpoleringen är milliekvivalenter per m 2 och år. Vittringshastigheterna jämförs med berggrund och jordart för att se eventuella samband. Den indelning av berggrund och jordart som görs vid analysering av geokemin används för motsvarande analysering av vittringshastigheten. 20

4.3 Atmosfärisk deposition av baskatjoner De värden som finns tillgängliga för studieområdet är från IVL:s mätningar (Institutet för Vatten- och Luftvårdsforskning) (Hallgren-Larsson et al. 1997, Hallgren-Larsson 1998), Stegmanns (1994) beräkningar. Ett medelvärde för både IVL:s och Stegmanns data beräknas för respektive baskatjon och används i nettobalansberäkningarna. Den totaldepositionsdata som finns tillgänglig från IVL är från de hydrologiska åren 94/95 samt 96/97. Beräknade medelvärden för de provpunkter som omfattas av studieområdet redovisas i tabell 2. Tabell 2. Beräknade medelvärden av baskatjondeposition för de IVL- ytor som omfattas av kartbladet 7C Borås SO. Medelvärdet är beräknat från de hydrologiska åren 94/95 och 96/97. Calculated average values of the deposition of base cations for sites within the study area 7C Borås SO. The average is based on the hydrological years 94/95 and 96/97. Kalcium Magnesium Kalium mekv/m 2 år 20.2 27.5 5.90 Källa: Hallgren-Larsson et al. 1997, Hallgren-Larsson 1998 Stegmann (1994) beräknade den atmosfäriska depositionen av baskatjoner i f.d. Älvsborgs län. Ett viktat medelvärde för respektive baskatjon för de fyra områden (figur 9 och tabell 3) som omfattas av studieområdet beräknas. Figur 9. Depositionskarta från Stegmann (1994). Studieområdet syns som en streckad ruta. Map of the deposition of base cations in the study area, based on Stegmann (1994). The study area is marked as a square with dotted lines. Tabell 3. Beräknade viktade medelvärden för baskatjondeposition för de rutor i Stegmanns (1994) udersökning som omfattas av kartbladet 7C Borås SO. Calculated weighted mean values för the deposition of base cations for the study area. Kalcium Magnesium Kalium mekv/m 2 år 19.2 23.3 5.30 Källa: Stegmann 1994 21

4.4 Innehåll av baskatjoner i biomassa Beräkningar av koncentrationen baskatjoner i skog baseras på databasen ÖSI, Översiktlig Skogsinventering, för studieområdet. Eftersom massbalansberäkningen bygger på en omloppstid på 80 år, omräknas den befintliga skogsvolymen i studieområdet till att vara avverkningsmogen idag. Då ÖSI materialet omfattar ca 16 000 skogslokaler belägna inom studieområdet, förenklas databearbetningen genom att varje skogsyta klassificeras i låg-, medel- alternativt högproducerande skogsmark. De tre klasserna låg-, medel- och högproducerande marker baseras på bonitetsintervallen 0-6,9, 7,0-9,9 respektive >10 m 3 sk/ha år (muntligt B. Merkell). Eftersom ståndortsindex används i ÖSI översätts dessa index till boniteter (tabell 4). Bonitet och ståndortsindex är två olika sätt att bedöma skogsmarkens produktivitetsförmåga. Bonitet bestäms i m 3 sk/ha medan ståndortsindex bestäms utifrån de två högsta träden i ett skogsbestånd. Tabell 4. Tabellen visar klassindelningen av bonitetsmarker omvandlat till de ståndortsindex som respektive bonitet representerar. T för tall, G för gran, B för björk, E för ek samt F för bok. The distribution of site quality classes which has been transformed into a corresponding site index value. Träd- Slag Lågproducerande marker 0-6.9 m 3 sk/ha år Medelproducerande marker 7.0-9.9 m 3 sk/ha år Högproducerande marker >10 m 3 sk/ha år Tall T27 T28 finns ej Gran G24 G25 G29 G30 Björk B24 B25 finns ej Ek E32 Finns ej finns ej Bok F30 F31 finns ej Källa: B. Merkell, Skogsstyrelsen För att beräkna näringsinnehållet per träddel, d.v.s. fördelat på stam respektive GROT, krävs kännedom om mängd biomassa per träddel. Marklunds formler (1988) (tabell 5) används för att beräkna mängd biomassa per träddel och trädslag. För beräkning av mängd biomassa vad gäller lövträd, bearbetas dessa som en enhetlig grupp. Rådande trädslagsfördelning tagen från ÖSI används i beräkningarna. Tabell 5. Ekvationer för uppskattning av biomassa (kg) där d är trädets diameter (cm) i brösthöjd. Funktionsnummer (f nr) refererar till Marklunds arbete. Equations for calculations of biomass (kg), from Marklund (1988), d for diameter of the tree (cm). Träddel f nr Tall f nr Gran f nr Björk e e d 11.3264 2.3388 ( d+ 13) d 9.1015 2.8604 ( d + 10) e e d 11.3341 2.0571 ( d + 14) Stam T-1 G-1 B-1 Levande grenar T-13 G-11 B-11 d 8.5242 1.2804 ( d + 13) Döda d d 9.5938 5.3338 9.9550 4.3308 Grenar T-21 G-19 B-15 e ( d+ 10) e ( d+ 18) e e e d 11.0736 3.0932 ( d + 8) d 10.2806 3.3633 ( d + 10) d 7.9266 5.9507 ( d + 5) e d 7.7681 3.7983 ( d + 7) Barr T-17 G-15 Källa: Marklund 1988 e d 7.8171 1.9602 ( d+ 12) 22