Rapport Nr 2008-05 Omsättning av metaller i Salixodling gödslad med slamkompost Kenth Hasselgren Svenskt Vatten Utveckling
Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten Utveckling (SV-Utveckling) är kommunernas eget FoU-program om kommunal VA-teknik. Programmet finansieras i sin helhet av kommunerna, vilket är unikt på så sätt att statliga medel tidigare alltid använts för denna typ av verksamhet. SV-Utveckling (fd VA-Forsk) initierades gemensamt av Svenska Kommunförbundet och Svenskt Vatten. Verksamheten påbörjades år 1990. Programmet lägger tonvikten på tillämpad forskning och utveckling inom det kommunala VA-området. Projekt bedrivs inom hela det VA-tekniska fältet under huvudrubrikerna: Dricksvatten Ledningsnät Avloppsvatten Ekonomi och organisation Utbildning och information SV-Utveckling styrs av en kommitté, som utses av styrelsen för Svenskt Vatten AB. För närvarande har kommittén följande sammansättning: Anders Lago, ordförande Olof Bergstedt Roger Bergström Per Fåhraeus Carina Färm Daniel Hellström Mikael Medelberg Marie Nordkvist Persson Bo Rutberg Ulf Thysell Susann Wennmalm Einar Melheim, adjungerad Peter Balmér, sekreterare Södertälje Göteborg Vatten Svenskt Vatten AB Varberg Mälarenergi Stockholm Vatten AB Roslagsvatten AB Sydvatten Sveriges Kommuner och Landsting VA-verket i Malmö Käppalaförbundet NORVAR, Norge Svenskt Vatten AB Författaren är ensam ansvarig för rapportens innehåll, varför detta ej kan åberopas såsom representerande Svenskt Vattens ståndpunkt. Svenskt Vatten Utveckling Svenskt Vatten AB Box 47607 117 94 Stockholm Tfn 08-506 002 00 Fax 08-506 002 10 svensktvatten@svensktvatten.se www.svensktvatten.se Svenskt Vatten AB är servicebolag till föreningen Svenskt Vatten.
Svenskt Vatten Utveckling Bibliografiska uppgifter för nr 2008-05 Rapportens titel: Title of the report: Omsättning av metaller i Salixodling gödslad med slamkompost Metal distribution in Salix plantations fertilized with sludge compost Rapportens beteckning Nr i serien: 2008-05 Författare: Kenth Hasselgren, SWECO VIAK AB, Helsingborg Projektnr: 22-124 Projektets namn: Projektets finansiering: Rening av metaller i avloppsslam och mark genom upptag i Salixodling Svenskt Vatten Utveckling (f.d. VA-Forsk), Landskrona kommun, Helsingborgs stad, Örebro kommun, Nordvästra Skånes Renhållnings AB Rapportens omfattning Sidantal: 26 Format: A4 Sökord: Keywords: Sammandrag: Abstract: Målgrupper: Omslagsbild: Rapporten beställs från: Avloppsslam, energiskog, fytoremediering, kolsänka, metallupptag, Salix, slamgödsling, slamkompost Biofuel plantations, biosolids, carbon sink, energy crops, metal extraction, phytoremediation, Salix, sewage sludge, sludge compost, willow Metaller har mätts i en Salixodling gödslad med slamkompost avloppsslam och flisat park- och trädgårdsavfall som ingående material. Kadmium och även zink tas upp i stamved hos Salix i högre grad än vad som tillförs med slamkomposten vid normala givor. Det sker således en nettobortförsel av dessa metaller i den odlade marken. För andra metaller sker en nettoackumulation i marken, dock i mindre omfattning jämfört med odling med konventionella jordbruksgrödor. Metals were analyzed in a willow (Salix) biomass plantation fertilized with sludge compost from sewage sludge (biosolids) and chipped park and garden waste as raw materials. Cadmium and also zinc was extracted by Salix stems to a larger extent than was applied with the sludge at normal rates. Hence a net withdrawal from the soil of these metals takes place. Other investigated metals were accumulated in the soil, but to a lesser extent than sludge fertilization of conventional arable crops. Tjänstemän på kommuner, länsstyrelser och statliga verk inom VA-, miljö-, avfalls- och energiområdet; jordbrukare, lantbruksorganisationer, forskare, miljöjournalister. Salixodling som element i landskapet. Fotograf: Stig Larsson, Lantmännen Agroenergi Finns att hämta hem som pdf-fil från Svenskt Vattens hemsida www.svensktvatten.se Utgivningsår: 2008 Utgivare: Svenskt Vatten AB Svenskt Vatten AB Grafisk formgivning: Victoria Björk, Svenskt Vatten
Förord Föreliggande rapport avser en delredovisning av ett större projekt som delfinansieras av Svenskt Vatten Utveckling. Övriga finansiärer är Landskrona kommun, Helsingborgs stad, Örebro kommun och Nordvästra Skånes Renhållningsbolag (NSR) AB. Delprojektet syftar till att ge ökade kunskaper kring omsättningen av metaller i energiskog (Salixodlingar) som gödslas med kommunalt avloppsslam. I ett tidigare delprojekt publicerat i Svenskt Vattens rapportserie Omsättning av metaller i slamgödslad Salixodling, VA-Forsk Rapport 2003-47 studerades metallomsättningen i ett 20-tal kommersiella Salixodlingar i Skåne län och Örebro län som regelbundet slamgödslas. I detta delprojekt har undersökts närings- och metallstatusen i en Salixodling som gödslats med slamkompost producerad vid NSRs anläggning i Filborna, Helsingborg. Sammanfattande slutsatser från hela projektet inkluderas i föreliggande rapport. Projektgruppen för aktuellt delprojekt har bestått av Kåre Larsson och Jan-Erik Petersson (Landskrona kommun), Jessica Cedervall (NSR AB) och Kenth Hasselgren (SWECO VIAK AB, Helsingborg). Kenth Hasselgren har svarat för utvärdering och rapportskrivning. Helsingborg i oktober 2007 Kenth Hasselgren Projektledare 3
4
Innehåll Förord...3 Sammanfattning...7 Summary...8 1 Inledning.............................................................................. 9 1.1 Aktuell slamhantering i Sverige............................................. 9 1.2 Slamgödsling i Salixodling...9 1.3 Metallomsättning i Salixodling...9 2 Syfte...11 3 Genomförande................................................................... 12 3.1 Aktuell restprodukt...12 3.2 Salixodling..........................................................................12 3.3 Provtagning och analyser av jordmaterial..............................12 3.4 Mätning av biomassaproduktion...12 3.5 Provtagning och analyser av Salixved...13 4 Resultat och diskussion...14 4.1 Tillförd mängd näring och metaller i slamkompost...14 4.2 Markkemiska analyser..........................................................15 4.3 Produktion av stamvedbiomassa..........................................16 4.4 Upptag av näringsämnen och metaller i stamved...................17 4.5 Upptag i stamved relativt tillförsel med slamkompost...19 4.6 Jämförelse med andra grödor............................................. 20 4.7 Salixodling för avlastning av kadmiumförorenad mark... 20 5 Potentialer...21 5.1 Tidigare redovisat delprojekt...............................................21 5.2 Aktuellt delprojekt...21 5.3 Aspekter på Salixodling som kolsänka...21 6 Slutsatser och rekommendationer från hela projektet........ 23 6.1 Tydligt mönster för metall omsättningen i Salixodling... 23 6.2 Hållbar biomassaproduktion med slamgödsling.................... 23 6.3 Differentiera och nyansera kommande regelverk... 23 6.4 Kreditera Salixodling som kolsänka...24 Referenser...25 5
6
Sammanfattning Före LRFs slamstopp 1999 var slamspridning på åkermark med traditionella jordbruksgrödor den helt dominerade slamanvändningen. Idag har denna minskat till 10 15 % av den totala slammängden i landet. En del av slammängden, 8 10 %, utnyttjas idag i Salixodlingar på åkermark. Denna andel bedöms öka i takt med att en större del av jordbruksarealen i framtiden förväntas användas för produktion av biobränslen. Inom projektet publicerades i en tidigare rapport Omsättning av metaller i slamgödslad Salixodling, VA-Forsk Rapport 2003-47 resultat avseende upptag av urbana metaller i den ovanjordiska biomassan i kommersiella Salixodlingar som gödslas regelbundet med avvattnat avloppsslam. I denna rapport redovisas resultat från ett delprojekt omfattande närings- och metallaspekter i samband med gödsling av Salixodling med en slamkompostprodukt framställd genom samkompostering av avvattnat avloppsslam och flisat park- och trädgårdsavfall. Kompostering av slam under optimala driftbetingelser kan förväntas motsvara kommande krav avseende hygienisering av slam för slam eller slamprodukter som avses tillföras produktiv mark. Upptaget av de undersökta metallerna var överlag högre än i konventionella jordbruksgrödor i såväl ogödslade som med två olika givor med slamkompost gödslade Salixbestånd. Resultaten underbygger och förstärker den generella slutsatsen att en ökad Salixareal på bekostnad av traditionella jordbruksgrödor skapar goda förutsättningar att uppnå en minskad ackumulation och minskade halter av metaller i den svenska åkermarken. Upptaget av kadmium i stamveden hos Salix var klart större (10 15 gånger) än tillförseln av kadmium med slamkompostprodukten med givor anpassade efter dels grödans antagna fosforbehov, dels det dubbla fosforbehovet. Således kan en Salixgröda fungera som ett biologiskt reningsfilter för kadmiumbelastad åkermark samtidigt som slamkompostens innehåll av näringsämnen och mullbildande ämnen kan tillgodogöras. Upptaget av zink i Salixved balanserade i stort tillförseln med zink i kompostgivan anpassad till fosforbehovet. För övriga studerade metaller var upptaget lägre än tillförseln med slamprodukten. En allt mera betydelsefull aspekt på Salixodlingar generellt är potentialen som s.k. kolsänka. Jämfört med exempelvis traditionell skog finns mer kol (3 5 gånger) bundet i en välskött Salixodling. Motsvarande förhållande gäller vid jämförelse med 1-åriga jordbruksgrödor. Varje hektar skogsmark eller åkermark med traditionella jordbruksgrödor som ersätts med Salixodling bidrar således till en effektivare och ökad inlagring av kol och en minskad halt av koldioxid i atmosfären. 7
Summary Before the national sludge ban proclaimed in 1999 by LRF (general organization of farmers in Sweden), sludge fertilization of traditional agricultural crops was the dominating practice of sludge disposal in Sweden. Today, this has decreased to 10 15 % of the total sludge production. Currently about 8 10 % of the sludge is utilized in willow (Salix) plantations for biofuel production on farming land. This percentage is assumed to increase since plantations of energy crops probably will cover a larger area of the farming land in the future. Within this project, a report was published in 2003 (VA-Forsk, Report 2003-47, Metal distribution in willow biomass plantations fertilized with biosolids, in Swedish with English summary) concerning uptake of urban metals in harvested willow stems in commercial biofuel plantations after repeated applications of dewatered sludge. This report covers results from a field project concerning nutrient and metal aspects in a willow biofuel plantation fertilized with a product from co-composting of sewage sludge and organic waste from parks and gardens. The composting process under optimal conditions is supposed to meet future requirements of disinfection of biosolids or sludge mixtures planned to be used on productive land. The uptake in willow stems of metals was higher in comparison to traditional agricultural crops in both non fertilized and fertilized Salix stands. The results support the results obtained in the study in 2003. A general conclusion is that an expanded Salix acreage, on behalf of traditional farming crops, creates prerequisites to attain a decreased accumulation and decreased concentrations of metals in Swedish soils. The uptake of cadmium (Cd) in stem wood exceeded clearly (10 15 times) the application of Cd with the compost product after application rates according to the plant requirement of phosphorus (P) or the double plant requirement of P. Hence, a willow plantation could function as a biological filter for agricultural soils contaminated with cadmium and at the same time take advantage of nutrients and organic material contained in the composted sludge product. The uptake of zinc (Zn) in Salix stems was by and large balanced with the content of Zn in the applied sludge product. For the other metals included in the investigation, the uptake in harvested stems was lower than the applied amounts. An increasingly important environmental benefit of Salix plantations is the potential as a carbon sink. Compared to traditional forests more carbon (3 5 times) is sequestered in a well-operated Salix plantation. Corresponding conditions are valid in comparisons with annually cultivated arable crops. Hence, every hectare of a traditionally forested area or food crops grown on farming land that is replaced by Salix plantations will contribute to a more effective and increased sequestration of carbon and decreased concentrations of carbon dioxide in the atmosphere. 8
1 Inledning 1.1 Aktuell slamhantering i Sverige Det aktuella omhändertagandet av slammet från de svenska reningsverken fördelas på olika användningsområden enligt Tabell 1-1 (efter Lind, 2007). Under de senaste åren i princip sedan slamstoppet för spridning på åkermark infördes 1999 har bilden varit ungefär densamma. Före 1999 stod spridning av slam inom jordbruket för mer än hälften av den producerade slammängden i landet medan framförallt jordtillverkning har ökat. Under senare år har deponitäckning, vassbäddar och förbränning tillkommit som nya behandlingsmetoder. februari 2007 skapar förutsättningar för en ytterligare ökning av den koldioxidneutrala bioenergin. Eftersom spridning av slam i Salix är etablerad kan det förmodas att andelen slam som går till Salix kommer att öka i takt med en ökad Salixareal. För andra energigrödor, dvs. stråbränslen (rörflen, halm), biogasvall, energispannmål (för etanol- eller biogasproduktion) eller energiraps är det för närvarande okänt i vilken omfattning dessa gödslas med slam. Troligen står dock energispannmål för en stor andel av de 10 15 % som går till Jordbruk enligt Tabell 1 medan övriga energigrödor inte odlats i kommersiell skala. En samlad bedömning är således att det kommer att finnas goda möjligheter att kunna inteckna mera slam i framtida Salixodlingar. På längre sikt kan även andra energigrödor bli aktuella beroende på efterfrågan på en alltmer avreglerad marknad för de areella näringarna. Tabell 1-1. Aktuell användning/behandling av slam från kommunala reningsverk. Ändamål Andel av slamproduktionen (%) Jordtillverkning 60 65 Jordbruk 10 15 Salixodling på åkermark (energiskog) 8 10 Deponitäckning 10 Vassbäddar 3 Förbränning 2 1.2 Slamgödsling i Salixodling Omfattningen av slamspridning i Salixodling har i stort sett varit konstant de senaste 6 7 åren storleksordningen 8 10 % av slammängden enligt Tabell 1 till följd av att Salixarealen har legat på samma nivå under perioden, ca 15 000 hektar. Intresset att odla energigrödor inte minst energiskog (Salix) ökar nu starkt till följd av att energiom ställningen kommer att öka genom centrala intentioner och beslut i Sverige och omvärlden. Inte minst den fjärde huvudrapporten från FNs klimatpanel (IPCC) som publicerades i 1.3 Metallomsättning i Salixodling En utomordentligt intressant aspekt kring slamgödsling av Salix är möjligheten att få till stånd ett uthålligt nettoborttag av tungmetaller från mark, särskilt kadmium, trots att slam tillför ett visst mått av kadmium. Det finns nämligen en rad indikationer från försök som visar på förmågan hos Salix att omsätta metaller i förhållandevis hög omfattning (t.ex. Hasselgren, 1995 och 1999; Greger och Landberg, 1999; Bertholdsson, 2001). I ett tidigare publicerat delprojekt visade mätningar i kommersiella odlingar att upptaget av kadmium i skördad stambiomassa kan uppgå till 10 gånger mer än vad som tillförs med slammet via en normal slamgiva (Lundström och Hasselgren, 2003). Även om den atmosfäriska depositionen inkluderas sker en nettobortförsel av kadmium från jordprofilen. Detta innebär att en Salixgröda kan fungera som reningsfilter för kadmiumbelastad åkermark samtidigt som slammets innehåll av näringsämnen och mullbildande ämnen kan tillgodogöras. Upptaget av zink i Salix balanserade i stort tillförseln med slammet medan för övriga stud erade metaller upptaget i Salixveden var lägre än tillförseln via slammet. Dock var upptaget större 9
jämfört med traditionella grödor för livsmedelsproduktion. I denna rapport redovisas resultat från en studie av metallomsättningen i Salixodling gödslad med en kompostprodukt från Nordvästra Skånes Renhållningsbolag (NSR) Återvinningsanläggning vid Filborna i Helsingborg. I produkten ingår avloppsslam från reningsverken i regionen. 10
2 Syfte Undersökningen syftar primärt till att öka kunskaperna kring metallomsättningen i slamgödslad Salixodling. I samband med en enkät till landets länsstyrelser och kommunala miljökontor, angående uppfattningen om användning av kommunala restprodukter i energiskogsodling på åkermark, uttrycktes som ett genomgående önskemål mer kunskap om metallupptag/ metallackumulation i Restproduktbaserad Salixodling (Hasselgren, 2003a). Denna studie avses komplettera den tidigare genomförda undersökningen av metallomsättningen i ett 20-tal slamgödslade Salixodlingar i Skåne och Örebro området vilken rapporterades till Svenskt Vatten under 2003 och publicerades i Svenskt Vatten Utvecklings (f.d. VA-Forsk) rapportserie (Lundström och Hasselgren, 2003). Avsikten med studien är att bredda perspektivet och inkludera ytterligare en restprodukt, slamkompost, som kan bli ett vanligt inslag i framtida energiskogodlingar. Mycket tyder på att ytterligare kvalitetskrav på avloppsslam som nyttjas på produktiv mark kommer att framförallt vara hygienisering. Det är rimligt att anta att en väl genomförd slamkompostering kommer att kunna möta upp till dessa krav. Det primära målet med undersökningen är att genom fältmätningar skapa ytterligare underlag för bedömningar av betydelsen av Salix som ackumulerare av tungmetaller i tillfört avloppsslam, i detta fall en slamkompostprodukt. 11
3 Genomförande 3.1 Aktuell restprodukt NSR AB komposterar avloppsslam från kommunerna i nordvästra Skåne i en anläggning med den totala kapaciteten 20 000 ton/år. Avvattnat slam blandas med park- och trädgårdsavfall (PTA) i volymproportionerna 1:2. Ett användningsområde för den färdiga kompostprodukten bedöms kunna vara gödsling av energiskog (Salixodling). Komposteringstiden uppgår till ca 6 månader med vändning några gånger för att uppnå så homogena processförhållanden som möjligt. 3.2 Salixodling I anslutning till komposteringsanläggningen finns en 4 ha stor Salixodling som planterades år 1998 med den kommersiella klonen TORA. Den aktuella klonen härrör från en korsning mellan Salix schwerinii och Salix viminalis och representerar en av de mest resistenta och högproducerande klonerna från det svenska förädlingsprogrammet kring Salix. Odlingen skördades första gången vintern 2002/2003 och andra gången vintern 2005/2006. Den senaste skörden uppgick till 17,3 ton TS/ha eller i medeltal knappt 6 ton TS/ha och år. Odlingen är således fullt etablerad med goda förutsättningar som undersökningsobjekt. På det aktuella skiftet odlades tidigare spannmål som gödslades med avloppsslam och konventionella handelsgödselmedel. Salixodlingen gödslades med avloppsslam i normal omfattning i samband med etableringen 1998. Beståndet skördades första gången vintern 2002/2003 efter normala fem års tillväxt. På våren 2003 i skördat bestånd gödslades delytor om vardera ca 2 000 m 2 med färdig slamkompost med dels en giva anpassad till antaget fosforbehov under ett skördeomdrev på fyra år (ca 2 ton slamprodukt), dels en dubbelt så stor giva. TS-halten i slamkompostprodukten uppgick till 54 % vilket resulterade i en tillförsel motsvarande 5,4 respektive 10,8 ton TS/ha. En tredje delyta behölls som ogödslad kontroll. Skyddszonen mellan delytorna uppgår till minst 20 m obehandlad Salixyta. Ursprungligen avsågs att skörd skulle ske vintern 2006 2007 efter ett 4-årigt skördeomdrev vilket vanligen tillämpas efter etableringsperioden. Dock skördades beståndet ett år tidigare av olika skäl. Således avser här redovisade resultat från mätningar och analyser bestånd med 1-åriga skott i inledningen av det tredje odlingsomdrevet. 3.3 Provtagning och analyser av jordmaterial Prov för jordanalys togs ut från de tre försöksleden med jordskruvborr under februari 2007. Minst 20 delprov från vardera delytan togs slumpmässigt på nivåerna 0 30 cm respektive 30 60 cm och slogs samman till ett blandprov. Det översta jordlagret med bladrester etc. skrapades av försiktigt och exkluderades från provet. Proven levererades omedelbart till laboratorium för analys. Proven analyserades med avseende på ph, Total N, NH 4 N, NO 3 N samt totalt innehåll resp. växttillgängligt innehåll av P, K, Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn. Analysmetoder: ph: SS ISO 10390. TS: ugn 105 o C, 16 h. N, P: ICP-MS (ppm-nivå), ICP-OES (ppb-nivå); växttillgängligt P-innehåll enligt AL-metoden, SS 028310. ICP-OES. Metaller: SS 028150-52, 028157, 028160, växttillgängligt innehåll enligt AL- metoden, SS 028310. ICP-OES. 3.4 Mätning av biomassaproduktion För varje delyta valdes slumpmässigt ut 5 dubbelrader, varav en sträcka på 10 m per dubbelrad, dvs. ca 40 50 plantor, kapades med röjsåg. Kapade plantor vägdes omedelbart i omgångar med hjälp av fältvåg. Detta gav 12
således 5 viktresultat per delyta för Salixved i friskt tillstånd. Eftersom förbandet är 1,5 m + 0,75 m (konventionellt dubbelradsförband) blir ytan för 10 radmeter 22,5 m 2 som således friskvikten relaterades till för att få ett areellt produktionsmått (kg/m 2 eller ton/ha). En fördel med skörd av delar av löpande rader är att döda eller utgångna plantor inkluderas i beräkningen av den areella tillväxten, vilket ger den mest realistiska uppskattningen av skördeutfall. för torkning och analys för att bl.a. erhålla torrsubstansinnehållet och därefter biomassaproduktionen (ton TS/ha) med hjälp av friskvikten. Växtproven analyserades med avseende på TS, N, P, K, Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn. Analysmetoder: TS: ugn 85 o C, 72 h. N, P: ICP-MS (ppm-nivå), ICP-OES (ppb-nivå) Metaller: SS 028150-52, 028157, 028160. ICP-OES. 3.5 Provtagning och analyser av Salixved Från vardera av delmängden per delyta med kapat vedmaterial togs slumpmässigt ut ca 20 stambitar, ca 10 cm långa, som transporterades till laboratorium 13
4 Resultat och diskussion 4.1 Tillförd mängd näring och metaller i slamkompost Närings- och metallinnehåll i tillförd slamkompostprodukt framgår av Tabell 4-1 respektive Tabell 4-2. Det konstateras att fosfortillförseln ligger på gränsen vid den dubbla givan för hög P-klass (III V), vilken gäller för det aktuella skiftet. Ingående PTA har högre innehåll av kväve och kalium än de ingående avloppsslammen vilket ger gynnsammare N P K-proportioner jämfört med enbart slam. Beträffande metallinnehållet i slamkompostprodukten så understiger detta gränsvärdet för tillåtna halter. Eftersom slamkomposten är en blandad produkt måste dock varje ingående delprodukt klara haltgränsvärdena enligt SFS 1998:944. Inget av de ingående avloppsslammen eller PTA överskrider förordningens gränsvärden. Noterbart är att kadmium innehållet i slammen och PTA är lika stort (ca 0,5 ppm). Vidare är nickel- och kromhalterna högre i PTA medan övriga studerade parametrar uppvisar högre koncentrationer i slammen än i PTA. För slamkompostprodukten understiger samtliga metaller utom bly tillåten tillförd mängd areellt vad gäller enkel giva. Beträffande koppar, kvicksilver och zink kan även den dubbla givan till synes accepteras med hänsyn till aktuell föreskrift. Enkel giva stämmer bäst överens med P-behovet hos Salix. Med en optimal resurshushållning följer således att enkel giva, dvs. en giva som matchar fosforbehovet hos Salix räknat på den fosformängd som bortförs med skördat vedmaterial, bör eftersträvas. I detta specifika fall blir dock bly begränsande enligt regelverket. Tabell 4-1. Halter och tillförda mängder av näringsämnen med slamkompost. Näringsämne Halt g/kg TS Enkel giva kg/ha/år Dubbel giva kg/ha/år Gränsvärde kg/ha/år Fosfor (P) 8,4 11 22 22/35 1 Kväve (N) 11 15 30 150 2 Kalium (K) 2,7 3,6 7,3 Svavel (S) 3,3 4,5 8,9 1 (SNFS 1994:2), 35 kg/ha för jord med P-klass I II, 22 kg/ha för jord med P-klass III-IV 2 (SNFS 1994:2), 150 kg NH 4 N/år Tabell 4-2. Halter och tillförda mängder av metaller med slamkompost. Metall Halt mg/kg TS Gränsvärde 1 mg/kg TS Enkel giva g/ha/år Dubbel giva g/ha/år Gränsvärde 2 g/ha/år Arsenik (As) 3 4,4 5,9 12 Bly (Pb) 29,7 100 40 80 25 Kadmium (Cd) 0,51 2 0,69 1,4 0,75 Koppar (Cu) 108 600 150 290 300 Krom (Cr) 19,7 100 27 53 40 Kvicksilver (Hg) 0,34 2,5 0,46 0,92 1,5 Nickel (Ni) 11,5 50 16 31 25 Zink (Zn) 216 800 290 580 600 1 (SFS 1998:944) 2 (SNFS 1994:2) 3 Arsenik är inte en metall utan ett toxiskt halvmetalliskt grundämne 14
4.2 Markkemiska analyser En sammanställning av analysresultaten från jordprovtagningen avseende näringsämnen och metaller framgår av Tabell 4-3 (koncentrationer) och Tabell 4-4 (mängder), se nästa sida. Vid beräkningen av förekomsten i hela den mätta jordprofilen (0,6 m) enligt Tabell 4-4, har jorddensiteten antagits till 1,25 ton ts/m 3 och medelvärden av analysvärdena för de båda skikten använts. En viss ökning av ph-värdet i hela den mätta jordprofilen efter gödsling med biogödsel noterades. En förklaring kan vara att miljön gynnat denitrifikation. Vid provtagningstillfället var marken vattenmättad och ställvis översvämmad varför mikrobiell nitratreduktion kan ha förekommit. Dock torde marktemperaturen ha varit tillräckligt låg för att åtminstone delvis missgynna de biologiska processerna. En viss ökning av ammoniumförekomsten konstaterades i de behandlade försöksleden även om den totala kvävehalten oförklarligt var låg i skiftet med högsta givan. Ett frågetecken är också de lägre fosforhalterna särskilt beträffande den lättillgängliga fraktionen, i det översta markskiktet efter gödsling. En del av förklaringen kan vara ett högre fosforupptag till följd av den ökade tillväxten i dessa skiften men som framgår av avsnitt 4.3 nedan torde fosfortillförseln ha varit Tabell 4-3. Koncentrationer av näringsämnen och metaller (mg/kg ts) inom markskikten 0 30 cm och 30 60 cm med avseende på växtillgänglig fraktion (AL) och total fraktion (TOT). Parameter Kontroll Enkel giva Dubbel giva 0 30 cm 30 60 cm 0 30 cm 30 60 cm 0 30 cm 30 60 cm ph (enheter) 6,1 7,5 6,4 7,7 6,4 7,7 Kjeldahl-kväve (Kj-N) 1630 338 1690 279 1200 528 Ammonium-kväve (NH 4 N) 11 11 20 18 15 11 Nitrat-kväve (NO 3 N) 6,6 7,4 1,7 3,6 8,5 4,6 Fosfor (P) AL 133 39 104 37 103 49 TOT 622 307 666 304 603 312 Kalium (K) AL 80 82 89 99 72 72 TOT 557 688 640 734 733 663 Krom (Cr) AL 0,54 0,53 0,49 0,59 0,44 0,54 TOT 12,0 11,9 13,6 14,3 13,0 14,1 Nickel (Ni) AL 1,0 1,1 1,1 1,3 1,3 1,5 TOT 8,8 13,1 11,7 15,0 10,9 14,8 Koppar (Cu) AL 0,96 0,52 0,80 0,68 0,80 0,74 TOT 7,7 7,1 8,6 8,5 7,9 8,2 Zink (Zn) AL 5,1 2,9 4,3 3,2 4,6 3,3 TOT 40,7 30,4 47,6 31,6 45,5 31,8 Silver (Ag) AL 0,003 0,003 0,003 0,004 0,003 0,006 TOT 0,13 0,056 0,10 0,061 0,10 0,063 Kadmium (Cd) AL 0,070 0,034 0,073 0,037 0,075 0,034 TOT 0,16 0,18 0,22 0,16 0,22 0,16 Tenn (Sn) AL 0,11 0,025 0,071 0,029 0,079 0,033 TOT 0,17 0,35 0,18 0,12 0,76 0,21 Kvicksilver (Hg) AL < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 TOT 0,076 0,040 0,082 < 0,02 0,076 0,049 Bly (Pb) AL 0,65 0,24 0,56 0,19 0,68 0,23 TOT 13,3 8,0 14,6 7,9 15,8 9,0 15
Tabell 4-4. Innehåll av näringsämnen och metaller i medeltal inom hela det analyserade markskiktet (0,6 m). Parameter Kontroll Enkel giva Dubbel giva AL TOT AL TOT AL TOT Kväve (N), kg/ha 140* 7 500** 170* 7 400** 150* 6 600** Fosfor (P), kg/ha 650 3 500 530 3 600 570 3 400 Kalium (K), kg/ha 610 4 700 710 5 200 540 5 100 Krom (Cr), kg/ha 4,0 90 4,1 100 3,7 100 Nickel (Ni), kg/ha 7,9 82 9.0 100 10 96 Koppar (Cu), kg/ha 5,6 56 5,6 64 5,8 60 Zink (Zn), kg/ha 30 270 28 300 30 290 Silver (Ag), g/ha 23 700 26 600 34 610 Kadmium (Cd), g/ha 390 1 300 410 1 400 410 1 400 Tenn (Sn), g/ha 510 1 900 380 1 100 420 3 600 Kvicksilver (Hg), g/ha <150 440 <150 <380 <150 470 Bly (Pb), kg/ha 3,3 80 2,8 84 3,4 93 * NH 4 N + NO 3 N ** Kj-N (NH 4 N + Org-N) + NO 3 N tillräcklig om man jämför med det mätta upptaget i stamveden. Beträffande metaller har det överlag skett en viss ökning efter tillförseln med slamkompostprodukten även om förändringarna får betraktas som tämligen små. Det finns ingen dramatik i analysbilden som tyder på att det skulle vara något problem att tillämpa gödsling med slamkompost i Salixodling ur markkvalitetssynpunkt. Å andra sidan är den studerade tidsperioden kort och eventuella förändringar visar sig först på längre sikt. 4.3 Produktion av stamvedbiomassa Resultaten av tillväxten av Salixstammar (ved + bark) för de 1-åriga skotten redovisas i Tabell 4-5. Det ogödslade försöksledet uppvisade en avsevärt ojämnare tillväxt för blotta ögat jämfört med de gödslade bestånden. Detta bekräftades också av data från delvägningarna. Avkastningen var också 20 30 % lägre än i de gödslade försöksleden. Att inte gödsla Salix slår således förhållandevis snabbt igenom på tillväxten även om marken initiellt har en relativt god näringsstatus. Tabell 4-5. Tillväxt av stamvedbiomassa, 1-åriga skott på 9-åriga rötter. Behandling Friskvikt (kg/ delyta) TS-halt (%) Skörd (ton TS/ha) Ogödslat 29,0 37,5 4,8 26,5 37,0 4,4 20,5 37,5 3,4 13,0 35,6 2,1 33,5 37,8 5,6 Medelvärde 24,5 37,1 4,1 Slamkompost, normalgiva 31,8 40,2 5,7 30,6 39,2 5,3 28,7 39,9 5,1 30,0 39,0 5,2 26,7 39,3 4,7 Medelvärde 29,6 39,5 5,2 Slamkompost, dubbelgiva 30,5 39,6 5,4 32,5 40,3 5,8 30,6 39,3 5,3 34,6 39,3 6,0 34,0 38,8 5,9 Medelvärde 32,4 39,5 5,7 16
De gödslade försöksleden gav en såväl jämnare som högre tillväxt jämfört med de ogödslade bestånden. Även TS-halten i stammarna var drygt 5 % högre. Den dubbla slamkompostgivan gav ca 10 % högre avkastning mätt som torrsubstansmängd än den teoretiskt behovsanpassade fosforgödslingen. Det kan konstateras att även efter skörd förmår de unga skotten redan första säsongen att producera mer biomassa vid god näringstillförsel. Fosfortillförseln är styrande för att inte riskera övergödsling men det är givet att vid den dubbla kompostgivan tillförs kväve och andra näringsämnen (främst kalium, magnesium, kalcium, svavel och mikroämnen) i högre grad och närmare till vad som motsvarar grödans behov. Lantmännen Agroenergi, som sedan 1987 svarat för det nationella förädlingsprogrammet avseende Salix för energiproduktion, har korsat fram kloner som ger en betydligt högre avkastning än de äldre sorterna. Jämfört med den gamla klonen 78183 som brukar användas som referens ger den här aktuella klonen TORA drygt 50 % högre skörd. 4.4 Upptag av näringsämnen och metaller i stamved I Tabeller 4-6, 4-7 och 4-8 har sammanställts analyser från samtliga delytor avseende närings- och metallinnehåll i skördat vedmaterial. Det finns inga värden i analysresultaten som avviker från det gängse mönstret. Innehållet av N, P och K är nära generella rapporterade data som är 0,5 %, 0,1 % respektive 0,25 % av torrsubstansen (t.ex. Hasselgren, 2003b). Gödsling med slamkompost förefaller inte ha någon nämnvärd inverkan på halterna av näringsämnen i stamveden. Detta är inte heller att förvänta. Beträffande metaller så är det de mest lättrörliga ämnena, framförallt kadmium och zink samt i viss mån koppar som tenderar att resultera i ökade koncentrationer i stamveden efter ökad tillförsel via slamkompostprodukten. Erfarenheten från andra undersökningar är att koncentrationen av flertalet metaller, inte minst de mest mobila, minskar med ökad biomassa, egentligen stamtjocklek (t.ex. Greger och Landberg, 1999; Hasselgren 1999). Anledningen till detta är att viktandelen bark relativt hela stammen (bark + ved) är mindre för stora och kraftiga skott och att metalljoner i huvudsak transporteras upp i växten genom barken och inte i de förvedade central delarna i stammen. Vi har här att göra med en Salixsort som genererar ett större antal relativt sett tunna skott snarare än ett färre antal kraftigare skott med en större stamtjocklek. Enligt beskrivningen för klonen TORA så kännetecknas denna av långa skott med färre stammar än många andra sorter. Dessutom är det 1-årsskott som skördats och analyserats vilket också innebär tunnare/ smalare skott än vid normalskörd av 3- till 5-åriga bestånd. En hypotes är att det kan finnas en potential att skörda oftare om målet är att maximera upptaget av metaller om det samtidigt är så att inte biomassatillväxten blir lägre totalt sett. Tillväxtresultaten som Tabell 4-6. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från ogödslade bestånd. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,600 0,540 0,560 0,800 0,680 0,640 Fosfor (P), % av TS 0,107 0,105 0,111 0,109 0,115 0,109 Kalium (K), % av TS 0,308 0,271 0,278 0,278 0,268 0,281 Krom (Cr), ppm av TS < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,77 1,2 0,92 0,74 0,84 0.89 Koppar (Cu), ppm av TS 3,8 3,8 3,5 4,1 4,0 3,8 Zink (Zn), ppm av TS 53,0 48,8 50,6 48,0 55,6 51,2 Silver (Ag), ppm av TS 0,013 0,013 0,010 0,010 0,012 0,012 Kadmium (Cd), ppm av TS 1,7 1,5 1,6 1,4 1,5 1,5 Tenn (Sn), ppm av TS 0,14 0,061 0,056 0,068 0,057 0,076 Kvicksilver (Hg), ppm av TS < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 Bly (Pb), ppm av TS 0,93 1,2 0,30 0,35 0,38 0,63 17
Tabell 4-7. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från bestånd efter enkel giva med slamkompost. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,520 0,510 0,470 0,650 0,550 0,540 Fosfor (P), % av TS 0,111 0,110 0,108 0,113 0,110 0,110 Kalium (K), % av TS 0,255 0,254 0,240 0,266 0,242 0,251 Krom (Cr), ppm av TS < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,55 0,77 0,71 0,75 0,81 0,72 Koppar (Cu), ppm av TS 5,1 4,7 4,4 3,9 4,2 4,5 Zink (Zn), ppm av TS 68,3 61,2 55,0 51,9 49,2 57,1 Silver (Ag), ppm av TS 0,015 0,017 0,010 0,015 0,011 0,014 Kadmium (Cd), ppm av TS 1,8 2,1 1,8 1,6 1,6 1,8 Tenn (Sn), ppm av TS 0,10 0,063 0,051 0,047 0,035 0.059 Kvicksilver (Hg), ppm av TS < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 Bly (Pb), ppm av TS 1,1 1,2 0,23 0,92 0,25 0,74 Tabell 4-8. Koncentration av näringsämnen och metaller i stamved från bestånd efter dubbel giva med slamkompost. Parameter Delyta 1 Delyta 2 Delyta 3 Delyta 4 Delyta 5 Medel Kväve (N), % av TS 0,490 0,500 0,540 0,620 0,680 0,570 Fosfor (P), % av TS 0,105 0,101 0,105 0,098 0,105 0,103 Kalium (K), % av TS 0,237 0,224 0,243 0,235 0,228 0,233 Krom (Cr), ppm av TS < 1 < 1 < 1 < 1 < 1 <1 Nickel (Ni), ppm av TS 0,65 0,67 0,66 0,72 0,81 0,70 Koppar (Cu), ppm av TS 4,3 4,4 4,3 4,1 4,0 4,2 Zink (Zn), ppm av TS 59,9 59,3 58,2 59,4 60,6 59,5 Silver (Ag), ppm av TS 0,013 0,012 0,011 0,012 0,012 0,012 Kadmium (Cd), ppm av TS 1,7 2,0 2,3 2,0 2,3 2,1 Tenn (Sn), ppm av TS 0,040 0,030 0,032 0,035 0,037 0,035 Kvicksilver (Hg), ppm av TS < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 < 0,02 <0,02 Bly (Pb), ppm av TS 0,30 0,250 0,26 0,83 0,35 0,40 uppnåtts här ger dock ingen anledning att misstänka reducerade tillväxtnivåer. Dock är det okänt vad som händer med produktiviteten om skörd upprepas varje år under hela eller delar av tiden som en generation Salixodling normalt är högproduktiv, dvs. 25 30 år Om målet är att optimera metallupptaget i Salixbestånd så bör egenskaperna vara en hög tillväxt och en hög förmåga att omsätta metaller. Eftersom det veterligen inte idag förädlas med avseende på metallaspekten kan kanske en oftare återkommen skörd ge motsvarande effekt. Av Tabell 4-9 (nästa sida) framgår det areella upptaget av närings ämnen och metaller. Dessa data stämmer väl överens med resultaten från den tidigare undersökningen inom projektet med 10-talet kloner som gödslades med konventionellt avloppsslam (Lundström och Hasselgren, 2003). 18
Tabell 4-9. Areellt upptag av näringsämnen och metaller i undersökta Salixbestånd med 1-åriga skott jämfört med den tidigare undersökningen. Parameter Kontroll Enkel giva Dubbel giva Tidigare undersökning Medel Spridning Kväve (N), kg/ha 26 28 32 Fosfor (P), kg/ha 4,5 5,7 5,9 Kalium (K), kg/ha 12 13 13 Krom (Cr), g/ha <4,1 <5,2 <5,7 1,5 0,1 3,6 Nickel (Ni), g/ha 3,6 3,7 4,0 3,4 0,8 6,6 Koppar (Cu), g/ha 16 23 24 19 3,4 40 Zink (Zn), g/ha 210 300 340 430 110 850 Silver (Ag), g/ha 0.049 0,073 0,068 0,057 0,008 0,17 Kadmium (Cd), g/ha 6,2 9,4 12 10 2,2 34 Tenn (Sn), g/ha 0,31 0,31 0,20 0,6 0,06 1,6 Kvicksilver (Hg), g/ha <0,082 <0,10 <0,11 Bly (Pb), g/ha 2,6 3,8 2,3 2,9 0,15 8,2 4.5 Upptag i stamved relativt tillförsel med slamkompost För att uppnå en långsiktigt hållbar situation bör som vid all växtodling eftersträvas att inte tillföra mer substans till Salixodlingar än vad som tas upp och bortförs från odlingsytan. I Tabell 4-10 jämförs upptag av näringsämnen och metaller med tillförda mängder. Således konstateras att upptaget av kväve, kalium och kadmium i skördad stambiomassa var större än vad som tillfördes med slamkomposten även vid den dubbla givan. För zink matchade upptaget tillförseln med en enkel kompostgiva. För dessa ämnen erhålls Tabell 4-10. Upptag i stamved relativt tillförsel av näringsämnen och metaller (%). Parameter Enkel giva Dubbel giva Kväve (N) 190 110 Fosfor (P) 52 27 Kalium (K) 360 180 Krom (Cr) <19 <11 Nickel (Ni) 23 13 Koppar (Cu) 15 8,1 Zink (Zn) 100 59 Kadmium (Cd) 1 300 860 Kvicksilver (Hg) <22 <12 Bly (Pb) 10 3,2 således nettobortförsel från odlingsytan innebärande att kväve och kalium måste tillföras på annat sätt för en långsiktigt uthållig produktion. Beträffande kadmium är resultatet likartat med resultatet från den tidigare undersökningen (Lundström och Hasselgren, 2003), nämligen att jorden successivt kommer att tömmas på kadmium genom upptaget i Salixgrödan. Av tabellen ovan framgår att enkel giva som initiellt avsåg en anpassning till behovet av fosfor överskattades. I själva verket skulle halva denna giva räcka såvida den årliga tillväxten och upptaget blir likartade även om skörd skulle ske med 4- till 5-åriga skott. Om tillförseln av slamkompost balanseras mot det här mätta upptaget av fosfor (dvs. ca hälften av det ursprungligen antagna) skulle samtidigt kadmium tas upp i Salix med en mängd som skulle uppgå till ca 25 gånger den mängd kadmium som finns i slamgödselprodukten under förutsättning att inte upptagsmönstret förändras. Det finns en trend med ökade Cd-halter i skördade stammar vid ökad tillväxt, jfr Tabell 4-6 till 4-8. Ökad giva med biogödsel resulterade i något ökad tillväxt varför en minskad giva för att balansera P-tillförsel med P-upptag torde ge en något lägre tillväxt och följaktligen ett något minskat upptag av kadmium. Klart är emellertid att bortförseln av kadmium kommer att vida överstiga den mängd kadmium som tillförs med slamprodukten. 19
4.6 Jämförelse med andra grödor Enligt redovisningen ovan erhålls såväl nettobortförsel från som nettoackumulation av metaller i odlingen efter gödsling med slamkomposten beroende på vilken metall det gäller. I jämförelse med några vanliga grödor är det generella mönstret att upptaget och bortförseln från odlingsytan är högre för Salix, exemplifierat med kadmium (Tabell 4-11) och med några olika metaller beträffande vete (Tabell 4-12). Jämfört med vete och oljeväxter omsätter Salix ca 40 gånger mer kadmium och mer än så jämfört med korn och havre. Notabelt är att alla grödor utom Salix och morot enligt Tabell 4-11 tar upp mindre mängd kadmium än det atmosfäriska nedfallet (=0,5 g Cd/ha och år, Källa: Johannesson och Nielsen (2003)). Det sker således en kontinuerlig nettoackumulation av kadmium i den absoluta merparten av den svenska åkermarken med ständigt ökade halter även exkluderat innehållet i gödseln. För metaller med ett lägre upptag i Salix än vad som tillförs med slamkomposten kan konstateras att ackumulationen i marken är lägre än för exempelvis vetekärna enligt Tabell 4-12. Undantag utgör koppar och tenn. 4.7 Salixodling för avlastning av kadmiumförorenad mark Tabell 4-11. Upptag av kadmium i Salix samt sju andra jordbruksgrödor. Gröda Halt Upptag Relativt upptag mg/kg TS g/ha/år Salix = Index 100 Salix 1,8 9,4 100 Höstvete * 0,044 0,23 2,4 Havre * 0,036 0,13 1,4 Vårkorn * 0,019 0,065 0,7 Rågvete * 0,046 0,23 2,4 Potatis * 0,053 0,47 5,0 Oljeväxter * 0,082 0,21 2,2 Morot * 0,28 1,5 16 * Källa: Johannesson och Nielsen (2003) Tabell 4-12. Upptag av metaller i Salix jämfört med vetekärna. Metall Upptag g/ha/år Relativt upptag Salix Vetekärna 1 Salix/Vetekärna Ni 3,7 1 3,7 Cu 23 28 0,82 Zn 300 160 1,8 Ag 0,073 <0,003 >24 Cd 9,4 0,21 45 Sn 0,31 0,5 0,62 Pb 3,8 0,044 86 Cr <5,2 0,066 <79 1 Källa: Eriksson (2001) Eftersom kadmium tillhör den överlag viktigaste metallen att fasa ut från kretsloppet kan det vara intressant att bedöma potentialen hos Salixsystemet som ett biofilter för rening av kadmiumkontaminerad jordbruksmark. Baserat på uppnådda resultat sker ett kadmiumupptag i Salixstammar motsvarande ca 10 g Cd/ha och år (jfr Tabell 4-9). Innehållet av växttillgänglig och total mängd kadmium i markens översta profil (0,6 m) inom vilket huvuddelen av det aktiva rot systemet finns mättes till ca 400 g Cd/ha respektive ca 1 400 g Cd/ha (jfr Tabell 4-4). Om exempelvis målet är att halvera den växttillgängliga delen för att komma ner i halter motsvarande situationen före handelsgödselanvändningen tog ordentlig fart med början efter andra världskriget, skulle detta ta ca 400/2 x 10 = 20 år i anspråk. I vilken grad den icke-växttill gängliga andelen blir tillgänglig på sikt efter vittring och balansering av jämviktsläget efter att viss mängd av den lättillgängliga andelen omsätts av Salixgrödan är svårbedömd. Det torde emellertid stå tämligen klart att Salix till skillnad från de flesta andra grödor kan bidra till avlastning av kadmium i belastade jordar och därmed hjälpa till att betala av på denna del av vår miljöskuld. Idag utgör som regel inte Salixflis någon dominerande andel av bränslemixen i energiproduktionsanläggningarna varför metallhalterna i askan är täm ligen låga. Ifall omfattningen av Salixodling ökar kraftigt och upptaget av metaller uppnår extrema nivåer, kan halterna öka och avskiljning av metaller i askan erfordras vid askåterföring, alternativt askan deponeras. 20
5 Potentialer alkylbenzensulfonater (LAS) (e.g. Paulsrud och Lyngstad, 2003). 5.1 Tidigare redovisat delprojekt I den första delrapporten redogjordes för några potentialer avseende Salixodling i allmänhet och särskilt kopplingen till avloppsslam. Dessa omfattade främst kopplingen i ett nationellt perspektiv mellan tillgång på näringsämnen (primärt fosfor) i slam och tillgången på framtida Salixarealer, vidareförädling mot ett ännu effektivare Salixmaterial med ökad förmåga att omsätta metaller samt fortsatt arbete mot utfasning av metallförekomsten i slam med prioritet av särskilt koppar och bly. Dessa potentialer och rekommendationer gäller fortfarande. 5.2 Aktuellt delprojekt I denna rapport har ytterligare en aspekt adderats. Genom att samkompostera slam och park- och trädgårdsavfall erhålls en produkt som jämfört med ordinärt avloppsslam har en mera jordliknande struktur och som också kan vara lämplig att använda i Salixodling. På samma sätt som i fallet gödsling med icke komposterat avloppsslam uppnås motsvarande effekter avseende tillväxtökning och upptag av metaller resulterande i en hållbar nettobortförsel av kadmium och zink samt i jämförelse med slamanvändning för produktion av traditionella jordbruksgrödor en lägre grad av ackumulation i marken av flertalet av de övriga studerade metallerna. Mycket talar för att hygienisering av slam eller slam produkter som används för olika odlingsändamål kommer att bli ett allmänt krav i framtiden. Det är rimligt att anta att en effektiv komposteringsprocess med avdödning av eventuellt förekommande patogener kan komma att motsvara framtida hygieniseringskrav vid återföring av näringsämnen och mullbildande ämnen till produktiv mark. En positiv bieffekt är att en god kompostering medför nedbrytning av vissa mer eller mindre svårnedbrytbara organiska ämnen som t.ex. PAH, ftalater (DEHP), nonylfenol och linjära 5.3 Aspekter på Salixodling som kolsänka Sedan projektet startade för drygt fem år sedan har problemen med klimatförändringar orsakade av antropogena utsläpp aktualiserats. Biobränslen är koldioxidneutrala, dvs. den utsläppta mängden koldioxid vid förbränningen av biomassan återbinds genom fytosyntesen då nytt organiskt material produceras. Då biobränslen ersätter fossila energislag minskar således utsläppen av koldioxid till atmosfären i motsvarande grad. Utöver detta är en alltmera betydelsefull aspekt kring Salixodling dess stora potential som kolsänka dvs. inlagring av kol i biomassan. Eftersom innehållet av kol i biomassan är direkt proportionellt mot tillväxten och Salix tillhör de växtslag som på våra breddgrader ger den största areella avkastningen av biomassa, tillhör också Salix det växtslag som har den största mängden kol i den stående biomassan. Välskötta Salixodlingar tar exempelvis upp 3 5 gånger så mycket kol som traditionell skog (Lindroth, 2006). Grelle m.fl. (In press) redovisar mätningar som tyder på att en Salixodling kan binda upp till inte mindre än 60 gånger mer kol än en granodling. Den Salixodlingen utgör visserligen en modellanläggning på en liten yta och som sköts minutiöst noga som bas för olika forskningsändamål men jämförelsen visar ändå på den stora potential som finns att seriöst kalkylera med Salix som en mycket god kolsänka. För att ge en storleksordning av den praktiska potentialen uppskattar Lindroth (2006) att ca 100 000 ha Salixodlingar som ersätter annan odling ger netto 4 % minskade koldioxidutsläpp enbart genom funktionen som kolsänka. Detta motsvarar Sveriges hela bidrag till utsläppsminskningar enligt Kyoto-protokollet. Eftersom det bedöms att vi i Sverige har en överskottsareal på 0,5 0,6 miljoner ha åkermark (cf. Herland, 2005), skulle Salixodlingen kunna utökas utan större konflikthinder. För att producera Salixflis, dvs. för etablering (inkl återställning), gödsling, skörd och transport, uppgår utsläppen av växthusgaser till ca 7 g CO 2 -ekvivalenter 21
per MJ (Börjesson, 2006a). Utsläppen av CO 2 från energiutvinningen betraktas som neutral då motsvarande mängd CO 2 återbinds i biomassan vid ny produktion av Salixved. Som en jämförelse kan nämnas att utsläppen av växthusgaser från energiproduktion baserad på fossil olja uppgår till 76 g CO 2 -ekvivalenter per MJ (Börjesson, 2006a). Således är CO 2 -utsläppen från Salixsystemet ca 1/10 av motsvarande utsläpp vid energiproduktion från olja. Med ett ökat intresse för biobränslen diskuteras alltmer deras energieffektivitet, eller energibalans. Ibland framförs påståenden om att det åtgår mer energi för att producera biobränsle än vad som finns i biobränslet, medan andra påståenden gör gällande att ett stort nettoöverskott av energi fås. Med energibalans menas energiutbytet dividerat med all den energi som använts i produktionskedjan, från odling till och med förädling/konvertering av biobränslet. Vid produktion av Salixflis är energibalansen ca 21 (Börjesson, 2006a). Detta betyder således att mindre än 5 % av den energi som erhålls ur biomassan används som hjälpenergi. Jämfört med odling av ettåriga grödor som t.ex. raps och spannmål för produktion av livsmedel eller energi är energibalansen för Salix drygt 3 gånger högre. Vidare är utsläppen av växthusgaser, övergödande och försurande ämnen som kan bilda fotokemiska oxidanter 2 4 gånger högre än från Salixsystemet. En möjlighet på sikt är att utvinna etanol från Salix på åkermark när denna teknik blir kommersiell. Cellulosabaserad etanolproduktion har avsevärt bättre energi- och miljödata än etanol från 1-åriga jordbruksgrödor som exempelvis spannmål (jfr Börjesson, 2006b). Gödsling är den aktivitet i Salixodling som kräver mest insatsenergi, ca 50 % av den totala, och ger också upphov till huvuddelen av emissionerna. Detta hänger samman med ett stort energibehov framförallt vid framställning av gödselmedel, särskilt kvävegödselmedel, och därmed höga utsläpp av växthusgaser. Genom att använda avloppsslam som gödselmedel i Salixodling minskar ytterligare såväl energiinsatsen som utsläppen. En beräkning efter data från Börjesson (2006) och Hasselgren (2003b) uppskattas energiinsatsen vid slamgödsling av Salixodling minska med ca 25 % jämfört med användning av konventionella handelsgödselmedel. Detta ökar det totala energiutbytet i Salixsystemet med drygt 10 % och reducerar utsläppen i motsvarande grad. Vid produktion av slamkompost åtgår ett visst merarbete (främst blandningsoch vändningsinsatser) jämfört med användning av ett ordinärt avloppsslam vilket torde ge en något mindre ökning av energiutbytet och något ökade utsläpp. 22
6 Slutsatser och rekommendationer från hela projektet Det huvudsakliga syftet med projektet, genomfört som två delprojekt, har varit att genom direkta mätningar i fält verifiera förmågan i kommersiella slamgödslade Salixodlingar att omsätta urbana metaller. Det första delprojektet genomfördes under 2002 2003 och omfattade ett 20-tal odlingar i Skåne och i Örebro-området gödslade vid ett flertal tillfällen med konventionellt avloppsslam. Resultaten finns publicerade i VA-Forsk Rapport 2003-47. Det andra delprojektet som redovisas i denna rapport omfattade en mindre odling i Helsingborg planterad och slamgödslad 1998, skördad vintern 2002 2003, gödslad våren 2003 med en slamprodukt framställd genom kompostering av avvattnat avlopps slam och flisat park- och trädgårdsavfall samt skördad vintern 2005 2006. Mätningar utfördes under februari 2007. I detta kapitel sammanfattas de primära slutsatserna inom projektet samt lämnas några rekommendationer som växt fram inom projektgruppen under de fem år som arbetet pågått. 6.1 Tydligt mönster för metallomsättningen i Salixodling Upptaget av de nio undersökta metallerna Ag, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn och Zn i skördad Salixstamved var överlag högre än i traditionella jordbruksgrödor. En ökad Salixareal på bekostnad av arealen för de traditionella jordbruksgrödorna innebär således möjligheter att uppnå en minskad ackumulation av metaller i den svenska åkermarken. Upptaget av Cd i stamveden 6 12 g Cd/ha och år var 10 15 gånger större än tillförseln av Cd med slam eller slamkompost vid normala slamgivor och enligt gällande regelverk. Även med det atmosfäriska nedfallet av kadmium (ca 0,5 g Cd/ha och år) inräknat sker en uttalad nettobortförsel av Cd från jordprofilen. Upptaget av Zn i stamved balanserade i stort tillförseln av Zn med slam eller slamkompost. För att skapa ytterligare hållbarhet i systemet slamanvändning-salix bör ur metallbudgetsynpunkt i första hand Cu- och Pb-innehållet i slam reduceras. Således rekommenderas prioriterade insatser avseende de större punktkällorna: kopparledningar i fastighetsbeståndet (Cu) och bilvårdsanläggningar (Pb). 6.2 Hållbar biomassaproduktion med slamgödsling Tillväxten i undersökta slamgödslade Salixbestånd var jämförbar med tillväxten i konventionellt gödslade Salixbestånd. Med fosfor som styrande parameter tillgodoses även delar av kväve- och kaliumbehovet. Näringsbehovet i Salixodling är av samma storleksordning som för traditionella jordbruksgrödor varför slamgivorna är likartade. Slam från landets reningsverk antas potentiellt kunna tillgodose fosfor behovet för den framtida bedömda Salixarealen i landet. Med slamkompost uppnås en bättre balans i tillförda näringsämnen jämfört med enbart slam genom att koncentrationerna av kväve och kalium är högre i park- och trädgårdsavfall än i slam. Förutom näringsaspekten ger slamkompostering en gödselprodukt med högre kvalitet än enbart slam genom att förutsättningar för avdödning av potentiella patogener och nedbrytning av organiska spårämnen skapas. 6.3 Differentiera och nyansera kommande regelverk Vid kommande översyn av riktlinjer och regelverk för slamanvändning på produktiv mark rekommenderas differentiering av gränsvärden m.m. med hänsyn till dels stora skillnader i omsättning av metaller mellan Salix och konventionella jordbruksgrödor, dels odlingssystem med respektive utan traditionell växtföljd. Kommande riktlinjer och regelverk bör också 23