Vad ska WWF arbeta med för att minska övergödningen i Östersjön? Svaret måste skilja på havsområden och på kust och öppet hav! Ragnar Elmgren och Ulf Larsson Systemekologiska institutionen Stockholms universitet ragnar.elmgren@ecology.su.se Ulf.larsson@ecology.su.se
Övergödning = ökad produktion av organiskt material, orsakad av ökad tillförsel av näringsämnen Övergödningens symptom: Grumligt vatten Algblomningar Ändrad bottenvegetation Syrebrist i djupvatten och bottnar Fisk- och bottendöd
Fosfor (P) och kväve (N) är de för övergödningen viktigaste näringsämnena Växtplankton innehåller normalt drygt 7 gånger mer kväve än fosfor i vikt räknat (16 x i atomer). Tillgången på kväve och fosfor avgör hur mycket alger som kan bildas i havet. Det ämne som först tar slut avgör när tillväxten stannar, och brukar kallas begränsande ämne Kvävefixerande cyanobakterier ( blågröna alger ) kan olikt andra växtplankton använda kvävet i kvävgas, och begränsas därför oftast av fosfor. De trivs bäst vid sol och värme, och blommar därför mest på sommaren.
DIN, DIP*16, µm 12 1 DIN 8 DIP*16 6 4 2 F9 US5B SR5 BY31 Kvävebrist gynnar kvävefixerande cyanobakterier!
Östersjöns näringsbelastning ökade länge långsamt, därefter snabbt ca 195-1975, och förblev sedan hög. Minskningar har lyckats bara lokalt, och bättre för fosfor än för kväve Belastningen har ett stort överskott av kväve i förhållande till algernas behov och därtill kommer en stor kvävefixering. För att förklara att egentliga Östersjön ändå har kväveunderskott krävs stora förluster av bundet kväve till kvävgas genom denitrifikation.
Nodularia spumigena Aphanizomenon sp.
Varför årets stora blomning? Utsläppen har inte ökat Alltså är orsaken interna processer i havet Svår syrebrist som medfört Frisättning av fosfor från de djupa sedimenten Fosforn blandas sedan upp i ytskiktet särskilt 24 och 25 Gav stor blomning 25 men inte 24
DIN µm Oorg. kväve och fosfor i ytskiktet (-1 m) 16 DIN 12 DIP 8 4 195 196 197 198 199 2 1..9.8.7.6.5.4.3.2.1. DIP µm
-1-2 BY15 24 oorganiskt kväve och fosfor 3 6 9 12 BY15 24 oorganiskt kväve och fosfor 3 6 9 12-1 -2 Djup m -3-4 Djup m -3-4 -5-6 DIN feb DIP*16 feb -5-6 DIN maj DIP*16 maj -7 DIN, DIP*16 µm -7 DIN, DIP*16 µm BY15 24 oorganiskt kväve och fosfor 3 6 9 12 15 18-1 -2 Djup m -3-4 -5-6 -7 DIN juli DIP+16 juli DIN, DIP*16 µm
Total P (µmol L -1 ).9.8.7.6.5.4.3.2.1. BB EB NEB NWB WB Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec b Total N (µmol L -1 ) 25 24 23 22 21 2 19 18 BB EB NEB NWB WB a Kvävefixering tillför 18 till 44 ton kväve/år Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
.5 Medelkoncentration av fosfat i maj (-1m).4 Fosfat µm.3.2.1 195 196 197 198 199 2
DIN µm 16 12 8 4 Oorg. kväve och fosfor i ytskiktet (-1 m) DIN DIP 195 196 197 198 199 2 1..9.8.7.6.5.4.3.2.1. DIP µm DIN/DIP (µm/µm) DIN/DIP vid Landsortsdjupet (-1 M) 14 12 1 8 6 4 2 1965 197 1975 198 1985 199 1995 2 25 TN µm (-1 m) 35 3 25 2 15 Winter TP vs summer TN (Jul-Aug) 1979-1999 R 2 =. 1.4.6.8 1. 1.2 TP µm (-1 m)
Slutsatser öppna havet Vårblomningen begränsas av kväve Sommarblomningen av kvävefixerande cyanobakterier begränsas av fosfor (och vädret, kanske också järn eller molybden) Vi behöver minska tillförseln av både kväve och fosfor Många frågor återstår
Kusten Kustområden med hämmat vattenutbyte och lokala näringsutsläpp har ofta andra förhållanden än öppna havet
Totalfosfor Fosfatfosfor Vinter Vinter Stockholm Himmerfjärden
Övergödning utanför större kuststäder i över 1 år. Reningsverk byggdes först för att minska smittspridning och organisk belastning. Fosforfällning började införas på 197-talet, kväverening på 199-talet. Sedan 1992 kräver EU rening av både fosfor och kväve i reningsverk för > 2 personer i övergödningskänsliga områden. I Polen, Baltikum och Ryssland finns ännu många stora utsläpp utan rening av näringsämnen. Sverige uppfyller ännu inte EUs krav på kväverening i reningsverken. EUs vattendirektiv från 21 inför ett krav på god vattenkvalitet i alla kustvatten.
Kväverening omdebatterad År 1997 varnade motståndare för att kväverening skulle bli både verkningslös, därför att cyanobakteriernas kvävefixering snabbt skulle kompensera för reningen, och skadlig, eftersom cyanobakterierna skulle bli giftiga. Sedan dess har kväverening införts i de större kuststäderna i syd och mellansverige.
Hur ser facit ut? Vi ger tre exempel, men främst från Himmerfjärden, som vi studerat sen 1976. Himmerfjärdsverket söder om Södertälje hade fosforfällning från starten 1974. Man blev pionjärer på kväverening, uppfyllde EUs krav redan 1992, och kan sedan 1997 rena upp till 9% av kvävet.
5 Årsmedelkoncentration totalkväve Himmerfjärden B1 H4 14 Winter pool of DIN in the basin of stations H4 and H5 4 12 TN µg/l 3 2 Tons of DIN 1 8 6 4 1 2 77-81 82-86 87-91 92-96 98-4 1977-1981 1982-1986 1987-1991 1992-1996 1998-23 Period
Average yearly chlorophyll a concentration Chlorophyll a, mg m-3 8 B1 H4 6 4 2 1976 1981 1986 1991 1996 21 16 14 Högsta klorofyllmängd under våren 4 Medelkoncentration av klorofyll a under sommaren (jun-aug) K lorofy ll a, µg/l 12 1 8 6 4 Klorofyll a µg/l 3 2 1 B1 H4 2 78-82 83-87 88-92 93-97 98-2 78-82 83-87 88-92 93-97 98-3
Spring Secchi disc minimum 1978-82 1983-87 1988-92 1993-97 1998-4 1 2 m 3 4 B1 H4 5 6 7 Average summer Secchi depth 1977-81 1982-86 1987-91 1992-96 1998-3 m 1 2 3 4 5 6 7 8 B1 H4
16 14 12 1 8 6 4 2 Medelmängd Aphanizomenon juni-september på stn H4 meter L -1 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 21 23
I Stockholmsrecipienten har kvävet också minskat kraftigt, liksom algmängderna, medan siktdjupet ökat. Här har inte cyanobakterierna ökat, och mellan- och innerskärgården slapp årets extrema blomning i öppna Östersjön.
Totalfosfor (ton/år) 6 4 2 1 75 5 25 Fosfor 1975 198 1985 199 1995 2 Totalkväve (ton/år) 4 3 2 1 Kväve 1975 198 1985 199 1995 2 BOD 7 BOD 7 (ton O 2 /år) 12 8 4 1975 198 1985 199 1995 2 Stockholm Vattens reningsverk Käppala Figur 8. Utsläppta mängder av fosfor, kväve och syreförbrukande ämnen, ton/år, från Stockholm Vattens och Käppala reningsverk 1971 (1986) - 24. Käppala tillkom 1973, kvävevärden saknas eller är ofullständiga före 1975 och BODmätningar med ATU-tillsats finns endast fr.o.m. 1986.
Mindre klorofyll i inner- och mellanskärgården under sommaren
SMHI har utvärderat effekten av minskade utsläpp från reningsverken i Bohuslän och anser att man fått en klar förbättring i Byfjorden sedan kväverening införts.
Kväverening fungerar i svenska kustvatten!
-9 dygn 1-39 dygn 4 dygn
Vad ska WWF arbeta med för att minska övergödningen i Östersjön? Stödja forskning om hur och hur långt Östersjöns miljökvalitet kan förbättras Vad styr omsättningen av kväve och fosfor? Hur kan kväve och fosforbelastningen i praktiken minskas så att vi får tydliga resultat även i öppna havet? Hur lång tid tar det? Kan annat än utsläppsminskningar förbättra tillståndet ändrat fiske, syresättning av djupvatten? Hur kan vattendirektivets krav bäst uppfyllas i kustområden?
Omstedt, A. 24