Ekosystemeffekter av luftföroreningar kväve och försurning

Ekosystemeffekter av luftföroreningar kväve och försurning Cecilia Akselsson, Salim Belyazid, Filip Moldan & Sofie Hellsten (IVL), Annika Nordin (SLU), Lars Ericson (Umeå Universitet), Lars Högbom (Skogforsk), Harald Sverdrup (Lunds Universitet), m.fl. Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Uppbyggnad av delprogrammet Ekosystemeffekter Fas 1: Fas 2: 3.2 Utvärdering av experiment & miljöövervakning 3.3 Utveckling av modeller 3.4 Modellberäkningar 3.1 Koordinering och syntes Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Integrering med andra projekt Vart tar kvävet vägen (Skogsforsk-projekt) Kväveeffekter på markvegetation (SLU Umeå) Klimat och kväve (Eurolimpacs & Nitroeurope) SCARP Ekosystemeffekter Miljömålsrelaterat arbete åt SKS, STEM och NV, t ex Kritisk belastning för N m a p markvegetation (NV) Modellutveckling i Schweiz, Island, U.K., USA mm Miljöövervakning och modellering på regional nivå (Luftvårdsförbund) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Workshops och konferenser under 2007 med direkt koppling till SCARP -Internationell workshop om effekter av N i lågdepositionsområden, Stockholm, 29-30 mars 2007 -Internationell workshop om indikatorer för att modellera kritisk belastning av N baserat på vegetationseffekter, Göteborg, 3-4 september 2007 -Gordon conference, New London, 9-12 juli -Internationell kvävekonferens i Brasilien, 1-5 oktober -Joint expert group of dynamic modelling, Sitges, 24-26 oktober Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Integrering av experiment och modeller Bygga modell Markveg. VEG Testa modell Markkemi Nedbrytning Hydrologi ForSAFE Tillväxt evidera mental modell 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1900 1950 2000 2050 2100 Cladonia_lichens Hylocomium_mosses Sphagnum_mosses_ Calluna_vulgaris Mnium_mosses Empetrum_nigrum Erica_tetralix Vaccinium_myrtillus Vaccinium_vitis-idea Myrica_gale Rhododendron_tomentosum Rubus_idaeus Salix_lanata Salix_myrsinifolia Agrostis_capillaris Brachypodium_pinnatum Bromus_benekenii Calamagrostis_arundinacea Deschampsia_cespitosa Deschampsia_flexuosa Festuca_ovina_ Milium_effusum Molinia_caerulea Nardus_stricta Poa_nemoralis Dryopteris_dilatata_coll Pteridium_aquilinum Aconitum_lycoctonum Allium_ursinum Anemone_nemorosa Antennaria_diocia Arnica_montana Epilobium_augustifolium Galium_odoratum Geranium_sylvaticum Hepatica_nobilis Mercurialis_perennis Origanum_vulgare Oxalis_acetocella Trientalis_europaea Trifolium_repens Urtica_dioica Jämför med fältförsök Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Integrering av experiment och modeller Bygga om modell Markveg. VEG Testa modell igen Markkemi Nedbrytning Hydrologi ForSAFE Tillväxt evidera mental modell igen? 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1900 1950 2000 2050 2100 Cladonia_lichens Hylocomium_mosses Mnium_mosses Sphagnum_mosses_ Calluna_vulgaris Empetrum_nigrum Erica_tetralix Vaccinium_myrtillus Vaccinium_vitis-idea Myrica_gale Rhododendron_tomentosum Rubus_idaeus Salix_lanata Salix_myrsinifolia Agrostis_capillaris Brachypodium_pinnatum Bromus_benekenii Calamagrostis_arundinacea Deschampsia_cespitosa Deschampsia_flexuosa Festuca_ovina_ Milium_effusum Molinia_caerulea Nardus_stricta Poa_nemoralis Dryopteris_dilatata_coll Pteridium_aquilinum Aconitum_lycoctonum Allium_ursinum Anemone_nemorosa Antennaria_diocia Arnica_montana Epilobium_augustifolium Galium_odoratum Geranium_sylvaticum Hepatica_nobilis Mercurialis_perennis Origanum_vulgare Oxalis_acetocella Trientalis_europaea Trifolium_repens Urtica_dioica Jämför med fältförsök igen Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Upplägg -Risken för N-utlakning: miljöövervakning och modeller på nationell nivå (Cecilia) -Vart tar kvävet vägen i skogsekosystem: Experiment från Skogforsk (Lars) -Kväve och försurning: Experiment och modellering i Gårdsjön (Filip) -Kväveeffekter på markvegetation: Experiment och modellering (Annika och Salim) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Miljöövervakning N i markvatten C/N kvot Modellering N upplagring N utlakning Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Brattfors N i markvatten (miljöövervakning) 0.0012 0.0010 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0.0000 1996 1998 2000 2002 2004 2006 0.001 mg/l Höka 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 1996 1998 2000 2002 2004 2006 0.001 0.03 mg/l Timrilt 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0.001-1.3 mg/l Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

C/N kvot (Skoglig inventering) C/N kvot under 25: ökad risk för utlakning (National Forest Inventory) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

N upplagring (statisk modellering) Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

N utlakning (dynamisk modell: ForSAFE) 14 mg/l 7 Brattfors 14 mg/l 7 14 Höka Timrilt mg/l 7 Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

N i markvatten C/N kvot (Skoglig (miljöövervakning) inventering) N upplagring (statisk modellering) N utlakning (dynamisk modell) Riskområden Ekosystemeffekter av luftföroreningar -

Where does added N go in Nrich forests? Lars Högbom1, Ulf Sikström1, Tryggve Persson2, Rosemarie Rytter1, Olle Rosenberg1, Hagos Lundström1 & Sten Nordlund1 1The Forestry Research Institute of Sweden, 2Swedish University of Agricultural Science

Deposition N-deposition (kg N ha-1) Productivity High Medium High Medium 266-Kågeröd 267-Tönnersjöheden OF 11.4 kg N ha-1 OF 12.7 kg N ha-1 TF 9.2 kg N ha-1 TF 7.7 kg N ha-1 268-Toftaholm 265-Asa OF TF OF TF 9.3 kg N ha-1 2.0 kg N ha-1 7.8 kg N ha-1 2.1 kg N ha-1

Experimental set-up Control 20 kg N ha-1 annually 60 kg N ha-1 every 3:rd year 120 kg N ha-1 every 6:th year (Toftaholm) Tönnersjöheden Asa Kågeröd

Plot setup 30 m 3 blocks at each site In total 36 plots. 10 m 30 m

Kågeröd soil solution concentration (mg N l-1) at 50 cm below soil surface 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 010419 Nitrate concentration NO3- (mg N l-1) Total-N (mg N l-1) Total-N concentration 020901 040114 Date 050528 061010 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 010419 020901 040114 050528 061010 Date = control, =20 kg N annually, = 60 kg N every 3:rd year, = 120 kg N every 6:th year

Budget Control plots at Kågeröd Total Open field NH4+ 5.7 (kg N ha-1 a-1) NO3-6.0 Through fall NH4+ 4.2 (kg N ha-1 a-1) NO3-5.2 Soil (humus + 0-15 cm) kg N ha-1 NH4+ 13-19 NO3-10 - 22 Leaching NH4+ 0.3 ± 0.2 (kg N ha-1 a-1) NO3-12 ± 4 13.7 9.4 23-41 Tot-N 22 ± 5

Current activities, Formas 15N (double labelled) addition on main plots (inner 10 m radius), c 400 del. Where does the added N go? Outside the inner circle 2 micro-plots with or 14NH415NO3 15NH 14NO 4 3 To look at differences in fate of added NH4+ and NO3-

Gårdsjön NITREX experiment och modeller Filip Moldan, IVL Göteborg 40kgN/ha/år sedan 1991 (ca 700 kgn)

1.5 total N retention Höglwald out/in 1 0.5 0 Germaingoutte Col du Bonhomme Hils 79 Harplinge Ysselsteyn Speuld Tange Aber Wingst Kootwijk Strødam Solling Schluchsee Åled Buunderkamp Winterswijk Waldstein Harderwijk Westerberg Leuvenum Villingen A Gårdsjön Klosterhede 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 C/N ff Relationship between fraction of N leached (out/in) to C/N (g/g) in forest floor at forest stands and catchments in Europe (after Gundersen et al. 1998a).

5.3 5.3 C:N =30 C:N=22 0.18 0.24 1990 2006 Kväve (rött) och kol (grönt) mängd i humuslagret, kg/m2

20% 50 45 15% 10% 5% 40 35 30 25 20 15 10 5 0% 0 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 1998-99 1999-00 2000-01 2001-02 2002-03 2003-04 2004-05 2005-06 tidsutveckling av kväveläckage och beräknad förändring av C/N i humuslagret % N leached C/N in soil LFH mol/mol

20% 15% 10% 5% 0% 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1993-94 1994-95 1995-96 1996-97 1997-98 1998-99 1999-00 2000-01 2001-02 2002-03 2003-04 2004-05 2005-06 % N leached 50 45 C/N in soil LFH mol/mol 40 35 30 25 20 15 10 5 0 tidsutveckling av kväveläckage och beräknad förändring av C/N i humuslagret

1.5 total N retention Höglwald out/in 1 0.5 0 Germaingoutte Col du Bonhomme Hils 79 Harplinge Ysselsteyn Speuld Tange Aber Wingst Kootwijk Strødam Solling Schluchsee Åled Buunderkamp Winterswijk Waldstein Harderwijk Westerberg Leuvenum Villingen A Gårdsjön Klosterhede 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 C/N ff Relationship between fraction of N leached (out/in) to C/N (g/g) in forest floor at forest stands and catchments in Europe (after Gundersen et al. 1998a).

MAGIC-modellen process-baserad, dynamisk försurningsmodell beskriver långtidspåverkan av atmosfäriskt nedfall, upptag i vegetation, vittring, katjonbyte i mark och vattenkemi kvävedynamiken behöver ses om

Effekter av kväve på biologisk mångfald experiment och modeller Annika Nordin (SLU) & Salim Belyazid (IVL)

Effekt av kvävedeposition ängsmarkens artrikedom Stevens et al. 2004 in Science

Omslag från ris till gräs en vanlig respons på ökad kvävetillgång i boreal skogsmark Skadegörare Växt Mark

Den integrerade modellen ForSAFE-Veg

Modellerade påverkan av N-tillförsel på markvegetation i tre skogsytor Låg N dep (1.5 kg/ha,a ha,a) Mellan N dep (8 kg/ha,a ha,a) Hög N dep (22 kg/ha,a ha,a)

Ökad frekvens av Valdensia heterodoxa på kvävegödslat blåbärsris (Journal of Ecology, 2002) Proportion diseased leaves Valdensia heterodoxa Control

Effekter av kväve och uppvärmning på boreal myrmark

Frekvens av Phacidium andromedae på rosling ökar av kväve och minskar av uppvärmning Disease incidence (# per 25 leaves) 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 (Ecology 2007) Control Temperature Nitrogen Nitrogen x Temperature

Från experiment to konceptuell modell...

... till numerisk modell air moisture N load? valdensia spore production N loss by defoliation valdensia spores hatching? defoliation v myrtillus N v myrtillus dieback N loss by dieback v myrtillus N uptake valdensia infection defoliation v myrtillus % N v myrtillus biomass v myrtillus dieback v myrtilus NPP shading by v myrtillus shading by d flexuosa d flexuosa biomass d flexuosa NPP d flexuosa dieback

Frågor, kommentarer, idéer?!? Ekosystemeffekter av luftföroreningar -