Swedish Throughfall Monitoring Network Dry deposition to a surrogate surface - The total deposition of inorganic nitrogen and base cations to coniferous forests in Sweden Per Erik Karlsson, Gunilla Pihl Karlsson, Sofie Hellsten, Cecilia Akselsson*, Martin Ferm & Hans Hultberg, Karin Hansen IVL Swedish Environmental Research Institute *Lund University
Deposition and internalcirkulation WD WD partiklar.............. DD.... particles........ DD.......... E canopies U L stems bedrock soil soil water runoff
kg N/ ha NO 3 NH Throughfall Bulk 8 8 8 1985 1995 5 1985 1995 5
kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha Ca+ Mg+ K+ Throughfall Bulk 3 Ca ÖF *, KD * Mg K 1 Ca Mg K ÖF *, KD * 1 Ca Mg K 1 Ca Mg K 1988 199 199 8 1988 199 199 8 1 199 199 8
A "new" method for measuring dry deposition of NO 3 /NH to forests (Ferm & Hultberg, 1999. Atm. Env. 33, 1) Based on dry deposition to teflon strings placed under a roof. Dry deposition of element x: The net throughfall of sodium to the forest multiplied by The ratio between concentrations of element x and sodium in the sample from the surrogate surface. Monthly sampling 1 (3) 8 (7) at 1 sites across Sweden near Norway spruce forests.
Dry deposition of NO3/NH (Ferm & Hultberg, 1999. Atm. Env. 33, 1) Sampling mainly particle-bound elements. Main assumptions: [x] string = [x] canopy ; [Na] string = [Na] canopy ν x,string / ν Na,string = ν x,canopy / ν Na,canopy [x] string ; [Na] string [x] canopy ; [ [Na] canopy
Korr faktor Mg Correction for dry deposition to bulk samplers (Hellsten & Westling, ) Monthly data Mar 1 - Sept Correction factor = 1-(TUT/ÖF). TUT, sampler under a root ÖF, bulk deposition open field ÖF max /3 Medel korr faktor hög Medel korr faktor låg 1. 1..8.... y =.13ln(x) +.315 R² =.379 Edeby Vinter Magnesium 5 1 15 ÖF (g/ha/mån)
Västra Torup Timrilt Gårdsjön Hensbacka Blåbärskullen Fagerhult Rockneby Edeby Storulvsjön Gammtratten Högbränna Myrberg g/ha/mån kg/ha/år Net throughfall of sodium g Na/ ha/ month Nettokrondropp av Na, månadsmedel 1-8. 5 3 1 Sommar Vinter -1 3 1 Na. Årsvis nettokrondropp. Medelvärde 1-8. R² =.887 5 75 85 Long+Lat Medelvärden (A) och standardavvikelse (B) för månadsvis nettokrondropp (krondropp våtdeposition) av Na+ för olika mätplatser inom Krondroppsnätet, beräknat från månadsvisa mätningar 1-8, uppdelat på sommar- och vinterhalvår. Dessutom visas beräknat årsvisa värden för nettokrondropp av Na+ för olika platser plottat mot ett geografiskt index bestående av summan av latitud och longitud (C). Detta index ökar från sydväst mot nordost. Mätplatserna är ordnade från vänster till höger i relation till geografisk position från sydväst mot nordost. De tre högsta värdena gäller platser på västkusten (Timrilt, Gårdsjön, Hensbacka).
Västra Torup Timrilt Gårdsjön Hensbacka Blåbärskullen Fagerhult Rockneby Kindla Högskogen Edeby Storulvsjön Gammtratten Högbränna Myrberg kvot (mg/l / mg/l) Västra Torup Timrilt Gårdsjön Hensbacka Blåbärskullen Fagerhult Rockneby Kindla Högskogen Edeby Storulvsjön Gammtratten Högbränna Myrberg kvot (mg/l / mg/l) Västra Torup Timrilt Gårdsjön Hensbacka Blåbärskullen Fagerhult Rockneby Kindla Högskogen Edeby Storulvsjön Gammtratten Högbränna Myrberg kvot (mg/l / mg/l) Strängprov kvoten mellan ämne x och natrium.5..3 Kvoten i strängprov, koncentration Ca/Na, månadsmedel 1-8..5..3..1 Kvoten i strängprov, koncentration Mg/Na, månadsmedel 1-8. 9 Sommar Vinter..1 Sommar Vinter.. Kvoten i strängproc, koncentrationen K/Na, månadsmedel 1-8. 1.5 1. Kvoterna mellan koncentrationer av respektive ämnen i provet från strängprovtagarna i relation till motsvarande koncentrationer av Na+ för olika mätplatser. Kvoterna är baserade på koncentrationer med enheten mg av ämnet per liter för de olika ämnena (Ca, Mg eller K) och beräknade från månadsvisa mätningar 1-8, uppdelat i sommar och vinterhalvår. Dataserierna för Kindla och Högskogen är avsevärt kortare än övriga. Mätplatserna är ordnade från väster till högre i relation till geografisk position från sydväst mot nordost..5. Sommar Vinter
% % kg/ ha/ yr kg/ ha/ yr Nitrogen deposition decreasing towards north-east 1 8 NO3. Wet + dry deposition R² =.87 1 8 NH. Wet + dry deposition R² =.893 8 78 88 Long + Lat 8 78 88 Long + Lat 3 NO3. Dry deposition in percent of total deposition 3 NH. Dry deposition in percent of total deposition R² =.3 R² =.98 1 1 8 78 88 Long + Lat 8 78 88 Long + Lat
% ekv/ ha/ år Deposition av baskatjoner Årsvis medelvärden för perioden, ekv/ha/år 11 15 1 Baskatjoner (Ca+Mg+K). Total deposition Högbränna Granskog Myrberg Granskog 5 R² =.79 5 75 85 Long+Lat 1 8 Baskatjoner. Torrdeposition i % av total deposition R² =.31 5 75 85 Long+Lat Blåbärskullen. Granskog. Hensbacka. Granskog. Gårdsjön. Granskog. Timrilt. Granskog. Kindla. Granskog Västra Torup. Granskog. Högskogen Granskog Edeby. Granskog. Fagerhult. Granskog. Rockneby. Granskog. Gammtratten Granskog Storulvsjön Granskog Årsvisa värden för depositionen av baskatjoner (Ca, Mg, K). Medelvärde för hela perioden 1-8. Samband mellan nedfall av baskatjoner och geografisk position för de 1 lokalerna. Position definierades som summan av latitud och longitud, vars värde avtar mot nordost. 1 3
% % % kg/ ha / år kg/ ha/ år kg/ ha/ år Deposition av Ca + Mg +, K + Årsvis medelvärden för perioden, kg/ha/år Ca + Tot deposition R² =.8513 Mg +. Total deposition R² =.75 K +. Total deposition R² =.85 5 75 85 Long + Lat 1 8 Ca + Torrdeposition i % av total deposition R² =.99 5 75 85 Long+Lat 5 75 85 Long + Lat 1 8 Mg +. Torrdeposition i % av total deposition R² =.17 5 75 85 Long+Lat 5 75 85 Long+Lat 1 8 K. Torrdeposition i % av total deposition R² =.58 5 75 85 Long+Lat
Deposition of inorganic nitrogen and base cations across Sweden Inorg N deposition Dep av BC ekv/ha/år Average annual values representative for the 1 (3) 8 (7) period
ratio TF/tot depo ratio TF/tot depo ratio TF/tot depo Leakage of base cations ratio TF/tot deposition 1 9 8 7 5 3 1 Sommar Storulvsjön Vinter ratio Ca ratio Mg ratio K 1 9 8 7 5 3 1 Sommar Edeby Vinter ratio Ca ratio Mg ratio K 1 9 8 7 5 3 1 V Torup Sommar Vinter ratio Ca ratio Mg ratio K
Conclusions Particle-bound dry deposition of NO 3 /NH as well as base cations can be estimated as the net troughfall of sodium to the forest multipled by the ratio of the element to sodium deposition to teflon strings In Sweden, dry vs. total deposition constitute for nitrate % for inorganic N and 8% for base cations. The fraction of dry deposition decrease towards north-east for most elements but less for ammonium and potassium.
Thank you for your attention! The Throughfall Monitoring Team