Baskatjoner och aciditet i svensk skogsmark

R A P P O RT 5 1 9 9 8 Baskatjoner och aciditet i svensk skogsmark tillstånd och förändringar En rapport baserad på en delmängd av ståndortskarteringens jordprover från första () och andra () inventeringen. Erik Karltun Inst. f. skoglig marklära, SLU

Baskatjoner och aciditet i svensk skogsmark tillstånd och förändringar En rapport baserad på en delmängd av ståndortskarteringens jordprover från första () och andra () inventeringen Erik Karltun Inst. f. skoglig marklära, SLU

Skogsstyrelsen april 1998 Författare Erik Karltun, Inst. för skoglig marklära, SLU Papper brilliant copy Tryck SJV, Jönköping Upplaga 350 ex ISSN 1100-0295 BEST NR 1655 Skogsstyrelsens förlag 551 83 Jönköping

Förord Skogsmarken i Sverige har utsatts för en kraftig påverkan under de senaste årtiondena. Framför allt nedfall av luftföroreningar men även ett allt intensivare skogsbruk påverkar marken och dess egenskaper samt innehåll av olika ämnen. Tillståndet i den svenska skogsmarken följs via olika undersökningar där Ståndortskarteringen som utförs av Sveriges Lantbruksuniversitet är en av de viktigaste. För närvarande pågår ett omdrev av Ståndortskarteringen där provytor som provtogs i mitten av åttiotalet nu återbesöks för ny provtagning. Denna rapport är en första utvärdering av det pågående omdrevet. Arbetet med rapporten har till en stor del finansierats av Skogsstyrelsen varför den ges ut i Skogsstyrelsens rapportserie. Författare till rapporten är Erik Karltun vid institutionen för skoglig marklära som också är ansvarig för genomförandet av Ståndortskarteringen. Jönköping i april 1998 Mikael Axelsson

Innehåll Innehåll... 2 Inledning... 3 Material och metoder... 3 Urval och områdesindelning... 3 Analyserat provmaterial från 1:a inventeringen... 3 Analyserat provmaterial från 2:a inventeringen... 3 Regionindelning... 4 Urvalet av provytor... 4 Statistiska metoder och beräkningar... 4 Statistisk metod... 4 Beräkningar av biomassaförändringar och upptag av Ca, Mg och K... 6 Vittringsuppskattningar... 7 Markkemiska metoder och definitioner... 7 Resultat... 8 Jämförelser mellan omdrev... 8 K föroreningar i proven från 1983 och 1984... 8 Koncentrationer i marken...10 O-horisonten...10 B-horisonten...10 Mängder i O-horisonten...13 Biomassaupptag och vittring...15 Diskussion...16 Slutsatser...17 Referenser...18 2

Inledning Risken för att den långsiktiga produktionsförmågan hos den svenska skogsmarken hotas av miljöförändringar och ändrade skogsskötselmetoder har lett till en omfattande forskningsverksamhet och en intensiv debatt under de senaste årtiondena. Hotbilder saknas inte. Det ökade läckaget av näringsämnen som orsakas av markförsurningen minskar det växttillgängliga förrådet av viktiga näringsämnen som kalcium (Ca), magnesium (Mg) och kalium (K). Eutrofiering orsakad av ökad deposition av N befaras leda till obalanser i växtnäringsförsörjningen och minskad vitalitet hos träden. En ökad skogsproduktion på grund av bättre och effektivare skötselmetoder leder till ökat virkesuttag vilket i sin tur ökar bortförseln av näringsämnen och ökar försurningen. Ett ökat uttag av biobränslen från skogsmarken leder till än större förluster av näringsämnen. På senare år har också tänkbara effekter av förändringar i klimatet diskuterats i samband med uthålligheten i markens produktionsförmåga. Denna rapport har gjorts på uppdrag av skogsstyrelsen och redovisar i huvudsak tillstånd och förändringar av utbytbara katjoner och titrerbar aciditet i humusskikt (O-horisonten) och mineraljorden (B-horisonten) i markprov som provtagits inom ståndortskarteringen. Den första ståndortskarteringen genomfördes under perioden 1983 till 1987. Den andra omgången av ståndortskarteringen inleddes 1993. På grund av bristande medelstilldelning genomförs ståndortskarteringen nu på halvfart, dvs. bara hälften så många provytor inventeras varje år jämfört med den första ståndortskarteringen. Ståndortskarteringen ingår numera i det nationella miljöövervakningsprogrammet som finansieras av Naturvårdsverket. Den utförs av institutionen för skoglig marklära vid SLU i Uppsala. Syftet med detta arbete var att: undersöka förändringar i koncentrationer och mängder av baskatjoner i O- och B-horisonten mellan perioderna 1983-1985 och 1993-1996 undersöka regionala skillnader för dessa variabler jämföra storleksordningen på eventuella förändringar med beräkningar av upptag i biomassa och vittringsuppskattningar. Material och metoder Urval och områdesindelning Analyserat provmaterial från 1:a inventeringen Efter insamlingen av prover under ståndortskarteringens 1:a inventeringen analyserades ett urval av dessa prover i en första omgång av Nilsson (1988). Det urvalet omfattade markprov från alla provtagna horisonter från 804 provytor. Dessa analyser kompletterades inom ramen för det s.k. vitaliseringsgödslingsprojektet med analyser av markprov från ytterliggare 628 provytor. Av materialet från den första inventeringen finns alltså analyserat material från totalt 1432 ytor. Under den 1:a inventeringen provtogs endast huggningsklasserna C och D, dvs. provytor med medelålders och äldre skog. Detta har en viss betydelse för tolkningen av materialet, speciellt när det gäller tabell 3, 4 och 5. Analyserat provmaterial från 2:a inventeringen Den andra inventeringen av ståndortskarteringens provytor pågår fortfarande. I och med slutförandet av 1997 års fältsäsong är 50 % av provytorna från den 1:a inventeringen återprovtagna. Fullständig provtäckning kommer att nås år 2002 enligt gällande planer. I den ursprungliga finansieringen av den 2:a omgången av ståndortskarteringen som startade 1993 ingick analyser av baskatjoner och aciditet på alla jordprov från de s.k. djupgrävningsytorna i det grundläggande analysprogrammet. Från och med 3

1995 års prover har en fast finansiering av baskatjon- och aciditestsanalyserna saknats på grund av nedskärningar i anslag och kostnadsökningar i övrig verksamhet. Skogsstyrelsen ställde under våren 1997 medel till förfogande för analys av ett urval prover från 1995 och 1996 års provmaterial. Dessa ytor selekterades fram från de ytor som analyserats i 1:a inventeringen och som var belägna i Götaland och Svealand. Särskilda medel för en omanalys av prover från alla ytor med mineraljordsprovtagning från 1995 och 1996 års provytematerial beviljades av Naturvårdsverket under hösten 1997. Dessa prover är fortfarande under analys. Regionindelning Med utgångspunkt från syftet och det tillgängliga datamaterialet delades Sverige in i tre regioner. En västlig som innefattar de län i Svealand och Götaland där skogsmarken kan antas vara relativt kraftigt påverkad av surt nedfall, en "östlig" som omfattar de län i södra Sverige där påverkan anses vara något mindre samt en nordlig, som omfattar hela Norrland. Regionindelningen och de i studien ingående provytorna är markerade i Figur 1. Urvalet av provytor I denna studie har vi utgått från allt provmaterial där baskatjon- och aciditetsanalyser föreligger från både den 1:a och den 2:a ståndortskarteringen. För att undvika ytor med högt grundvatten eller dålig genomsläpplighet har vi uteslutit provytor jordmånen är sumpjordmån eller tät jordart. Under bearbetningen har det framkommit att de redovisade mängderna för humusformerna mull och mulliknande moder varierar kraftigt mellan inventeringarna. Eftersom den nedre gränsen för dessa humusformer är svår att avgöra i fält kan det lätt uppstå systematiska skillnader i provtagningen. Därför begränsades materialet till ytor som under båda inventeringarna bestod av humusformerna mår1, mår2 eller moder. Vi har också uteslutit alla prov där ph > 7.00 för att undvika att få med prover från kalkpåverkade horisonter. Eftersom dessa horisonter ofta har mycket höga koncentrationer av utbytbart Ca och Mg kan de påverka beräkningar av aritmetiska medelvärden kraftigt. Statistiska metoder och beräkningar Statistisk metod Ståndortskarteringens utförs på riksskogstaxeringens (RT) permanenta provytor. Dessa provytor utgör ett objektivt (representativt) urval av svensk skogsmark. Provytorna inom RT:s design ligger samlade i kluster, s.k. trakter, med antingen 8 eller 4 provytor i varje kluster där ytorna är placerade med 300-600 meters mellanrum beroende på traktens storlek. Markkemiska variabler har i regel mycket låg spatiell korrelation. Vi har därför antagit att värdena hos variablerna som analyseras från provytorna inom trakten är lika oberoende av varandra som motsvarande värden från provytorna i intilliggande trakter. Vi använder oss därför av provytedata utan att först aggregera data på traktnivå. För varje område och variabel har det aritmetiska medelvärdet och medelfelet för det skattade medelvärdet beräknats. Med hjälp av medelfelet skapades ett 95% konfidensintervall. Intervallen har använts för att bedöma den statistiska signifikansen för skillnader mellan regioner och förändringar mellan 1:a och 2:a inventeringen för de olika variablerna. För att undvika att enstaka extremvärden, s.k. outliers, påverkade medelvärdena kraftigt i någon riktning trunkerades varje variabel genom att de 5% högsta och 5% lägsta värdena undantogs från analysen. 4

5 Fig. 1. Karta med regionindelning och provytor som använts i studien.

Beräkningar av biomassaförändringar och upptag av Ca, Mg och K För att beräkna upptaget av baskatjoner i trädbiomassan och bortförsel av näringsämnen i samband med avverkning beräknades biomassan för olika trädkomponenter med hjälp av funktioner som räknats fram av Marklund (1988). Till dessa beräkningar användes data för grundyta och medeldiameter för tall, gran, björk och övrigt löv från riksskogstaxeringens databas. De funktioner som användes för beräkningar av biomassan i olika trädkomponenter ges i Tabell 1. Tabell 1. Ekvationer för uppskattning av biomassa från Marklund (1988) där d är trädets diameter i brösthöjd. Funktions nummer (f nr) refererar till Marklunds arbete Träddel f nr Tall f nr Gran f nr Björk Stam T-1 d 11. 3264 2. 3388 G-1 d 11. 3341 2. 0571 B-1 d 11. 0736 3. 0932 ( d+ 13) ( d+ 14) e e ( d+ 8) e Levande grenar T-13 d 9. 1015 2. 8604 G-11 d 8 5242 ( d+ 10) ( d 13) e e. + 1. 2804 B-11 d 10. 2806 3. 3633 ( d+ 10) e Döda grenar T-21 d 9. 5938 5. 3338 G-19 d 9. 9550 4. 3308 B-15 d 7. 9266 5. 9507 ( d+ 10) ( d+ 18) e ( d+ 5) e e Barr T-17 d 7. 7681 3. 7983 G-15 d 7 8171 ( d+ 7) ( d 12) e e. + 1. 9602 Antalet träd (n) räknas ut med formeln g n = d π 0. 01 2 2 där g är grundytan i dm 2 och d är medeldiameter i cm. Biomassan för varje träddel multiplicerades sedan med n för att få biomassa per trädel och trädslag på provytan. Innehållet av Ca, Mg, K och Na räknades ut enligt Olsson et al. (1993) med ekvationerna N = Bk1 N = B( k + k Lat) 1 2 där B är skattad biomassa för respektive trädslag och träddel, k 1 och k 2 ges i Tabell 2 och Lat är latituden för provytan. Den översta ekvationen används i de fall endast k 1 är angiven. Tabell 2. Trädslags- och träddelsunika konstanter för uträkning av baskatjoninnehåll i biomassa från Olsson et al. (1993) Ämne Konstant Tall Gran Björk Stam Gren Barr Stam Gren Barr Stam Gren Ca k 1-0.2934-0.4807 0.378-0.4621-1.632-2.977 0.16 0.41 k 2 0.0063 0.0116-0.0103 0.0347 0.0612 - - Mg k 1 0.014 0.0457 0.0875 0.0192 0.2997 0.095 0.04 0.06 k 2 - - - - -0.0041 - - - K k 1 0.0443 0.7753 1.627 0.0639 0.185 0.4915 0.08 0.18 k 2 - -0.0102-0.0189 - - - - - 6

Vittringsuppskattningar En vittringsmodell användes för att uppskatta den hastighet med vilken baskatjoner frigörs från de övre markhorisonterna i moränjordar. Modellen grundar sig på en beräkningsprincip, s.k. historisk vittring, där man uppskattar den genomsnittliga vittringshastigheten sedan moränen avsattes efter den senaste istiden (Olsson & Melkerud, 1991). Beräkningsmodellen bygger på tre viktiga antaganden; att grundämnet zirkonium uteslutande återfinns i mineralet zirkon att den absoluta mängden zirkon, som är mycket svårvittrat, inte har ändrats sedan moränen avsattes att zirkonhalten i moränen inte varierade innan den började påverkas av vittring Under dessa antaganden kan man för olika markhorisonter jämföra förhållandet mellan koncentrationen av baskatjoner och zirkonium i de översta skikten med förhållandet i den opåverkade mineraljorden och därur uppskatta hur mycket baskatjoner som har försvunnit genom vittring i markens översta skikt. Genom att dividera med den uppskattade tidsperioden från tidpunkten för moränens bildning kan man beräkna en medelvittringshastighet. Med utgångspunkt från ett antal sådana bestämningar från olika lokaler i Sverige skapade Olsson et al. (1993) vittringsfunktioner genom enkel linjär regression där produkten av koncentrationen av baskatjonen i C-horisonten och temperatursumman för provplatsen användes som oberoende variabel. Temperatursumman är definerad enligt Odin et al. (1983). De här använda vittringsfunktionerna är; V Ca = -5,56 + 0,0130 X Ca V Mg = -1,46 + 0,0234 X Mg V K = -7,98 + 0,00532 X K där V Na = -4,92 + 0,00822 X Na V = vittringen av elementet (mmol c m -2 år -1 ) X = temperatursumma * koncentration av elementet i C-horisonten (total %) Markkemiska metoder och definitioner Den här utvärderingen fokuserar på analyser av s.k. baskatjoner och titrerbar aciditet. Baskatjoner är ett samlingsnamn för katjoner med icke-sura egenskaper. Hit räknas vanligen Ca 2+, Mg 2+, K + och Na +. Namnet baskatjoner är något oegentligt eftersom de inte har några basiska egenskaper i sig. De skiljer sig emellertid gentemot sura katjoner, främst H + och Al 3+, på grund av att de inte bidrar till markens aciditet. Aciditeten, som i ståndortskarteringen bestäms genom en titrering med en bas, är ett kapacitetsmått på surheten i marken. Till skillnad från ph kan det därför anges som en viss mängd per kg jord eller per ha. Aciditeten ger därför ett bättre mått än ph på den mängd surhet som måste neutraliseras för att öka markens basmättnadsgrad. Extraktionen av baskatjoner och titrerbar aciditet utförs inom ståndortskarteringen med 1 M ammoniumactetat som justerats till ph 7.00. Baskatjonerna mättes i första inventeringen på atomabsorptionsspektrofotometer (AAS) men mäts idag med en plasmaemissionsspektrofotometer (ICP). Alla koncentrationer har redovisats i mmol kg -1 medan mängder har redovisats i kg ha -1 med undantag av titrerbar aciditet som redovisats i kmol ha -1. På grund av problemen med K värdena från åren 1983 och 1984 har inte basmättnadsgraden kunnat uträknas. Istället har vi använt mättnadsgraden av Ca och Mg i förhållande till den titrerbara aciditeten. Detta begrepp kan betraktas som en analog till basmättnadsgraden och det har här definierats som 7

CaMg mättnad (%) = [ 2Ca + 2Mg] [ 2Ca + 2Mg + TA] där Ca och Mg är koncentrationer i mmol kg -1 och TA är koncentrationen i mmol c kg -1. 100 Resultat Jämförelser mellan omdrev En självklar förutsättning för att man på ett korrekt sätt ska kunna bedöma långsiktiga förändringar i markkemin är att resultaten från analyserna vid de olika inventeringstillfällena är fullt jämförbara. Inom ståndortskarteringen skiljer det ungefär 10 år mellan 1:a och 2:a inventeringstillfället. Under den perioden har laboratorieverksamheten flyttats från Garpenberg till Uppsala, nästan all personal som jobbade med analyser under 1:a inventeringen har slutat, ICP har ersatt AAS för katjonanalyser och många rutiner har datoriserats. Det finns därför goda skäl att kontrollera jämförbarheten mellan de båda inventeringarna. Vi kontrollerade jämförbarheten mellan inventeringarna genom att analysera om ett urval av prov från den 1:a inventeringen med avseende på utbytbart Ca, Mg, K, Na och titrerbar aciditet. Resultaten redovisas i Figur 2. Alla analyser visade tendenser till systematiskt högre värden vid de analyser som gjordes under det första omdrevet men den systematiska förskjutningen varierade kraftigt mellan ämnena. För Mg, Ca och TA är den så liten att det inte med säkerhet kan uteslutas att den är slumpmässig. Dessa analyser har god jämförbarhet mellan inventeringarna men för Ca bör man vara försiktig när det gäller eventuella systematiska skillnader mellan omdreven som går i samma riktning som dessa analysskillnader. För K och Na är skillnaderna så stora att de definitivt måste beaktas vid analysen av resultaten. För K bör man därför räkna med att analyserna från 2:a inventeringen har 29% högre värden än från den första inventeringen medan motsvarande värde för Na är hela 44%. Systematiken i avvikelsen för de olika ämnena är så konstant att den kan kompenseras för i efterhand. Alla här redovisade resultat för K och Na är omräknade med hjälp av dessa förhållanden. K föroreningar i proven från 1983 och 1984 En första analys av förändringarna pekade på stora minskningar i koncentrationerna av K mellan 1:a och 2:a inventeringen. Förändringarna var genomgående i hela materialet oavsett geografisk belägenhet eller horisont. När materialet från 1:a inventeringen granskades framkom att koncentrationerna av K i mineraljordsproven var dubbelt så höga under 1983 och 1984 som under de följande tre åren. Eftersom helt nya provpåsar i tyg användes under dessa två år uppstod misstanken att tyget i dessa provpåsar innehållit en K förorening som påverkat proven. Efter kontakter med tillverkaren av provpåsarna fick vi tag i ett prov av det använda tyget. Provbitar av detta tyg, både otvättade och tvättade, skakades i vatten och analyserades med avseende på katjoner med hjälp av jonkromatografi. Det visade sig då att tyget innehöll en relativt hög koncentration av ett lättlösligt kaliumsalt. En överslagsberäkning baserad på skillnaderna i K koncentration i tvättat respektive otvättat tyg visade att föroreningen kunde ha bidragit till en ökning av K koncentrationen med 70% i ett jordprov med normal K koncentration. Till denna förändring ska sedan läggas den systematiska skillnad i K analyser (ca. 30%) som redovisats i denna rapport. Jämförelser mellan prov som provtagits 1985 och återprovtagits 1996 visar också att effekten av K föroreningen upphör efter det att påsarna tvättats efter 1984 års säsong. 8

Ca84 60 50 40 30 Ca Regressions ekvation (konstant=0) Ca84=1.08*Ca95 R 2 =0.99 Regression 1:1 Mg84 18 16 14 12 10 8 Mg Regressions ekvation (konstant=0) Mg84=1.03*Mg95 R 2 =0.99 Regression 1:1 20 6 10 4 2 0 0 0 10 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Ca95 Mg95 40 K84 30 20 K Regressions ekvation (konstant=0) K84=1.29*K95 R 2 =0.98 Regression 1:1 Na84 12 11 10 9 8 7 6 5 Na Regressions ekvation (konstant=0) Na84=1.44*Na95 R 2 =0.97 Regression 1:1 10 4 3 2 1 0 0 0 10 20 30 40 K95 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Na95 1400 1200 1000 TA Regressions ekvation (konstant=0) TA84=1.05*TA95 R 2 =0.99 TA84 800 600 Regression 1:1 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 TA95 Figur 2. Jämförelser mellan prov som analyserats i det första omdrevet och sedan omanalyserats för kontroll av gamla analyser (n=39). Konstanten i regressionsekvationerna är satt till 0. 9

Koncentrationer i marken O-horisonten Resultaten för koncentrationer i O-horisonten visas i Figur 3. Det finns tydliga skillnader i koncentrationer av Ca mellan regionerna. Den är lägst i den västra och högst i den norra regionen. Skillnaderna mellan västra och östra regionen är med god marginal statistiskt signifikanta. Koncentrationen av Ca i O-horisonten visar tecken på en ökning i all regioner men bara ökningen i den västra regionen är statistiskt signifikant För Mg är skillnaderna mellan regionerna inte lika tydliga. Koncentrationen av Mg är till och med något högre i västra än i östra Sverige. I västra Sverige har koncentrationen av Mg ökat tydligt medan koncentrationen i de övriga regionerna är i stort sett konstant. Eftersom det användbara dataunderlaget för K är mycket begränsat är värden för K relativt osäkra. Det finns en svaga indikationer på att koncentrationerna i norra Sverige är högre än i södra Sverige och att koncentrationerna i västra regionen är något lägre än i den östra. Det geografiska mönstret är lika både för 1:a och 2:a inventeringen. Det finns inga indikationer på förändringar mellan inventeringarna. O-horisonten har signifikant högre koncentrationer av Na i den västra regionen jämfört med den östra och den norra regionen där koncentrationen är relativt lika. Na visar dessutom upp en mycket tydlig ökning i koncentrationen i västra Sverige men inte i östra och norra delen av landet. Den titrerbara aciditeten är ungefär lika hög i östra och västra Sverige men något lägre i norra Sverige. Den ökar i hela landet men bara ökningen i västra Sverige är signifikant. Mättnadsgraden av Ca och Mg, en analog till basmättnadsgraden, visar tydliga geografiska skillnader. De lägsta värdena finns i den västra och de högsta i den norra regionen. Skillnaderna mellan den östra och den västra regionen var signifikanta i den första inventeringen men inte i den andra. Förändringarna mellan inventeringarna är inte siginifikanta för någon av regionerna. B-horisonten I Figur 4 redovisas koncentrationer för baskatjoner och aciditet samt CaMg mättnadsgraden i B- horisonten. Koncentrationen av Ca i B horisonten visar tydliga geografiska skillnader med högst koncentrationer i den norra regionen och lägst i den västra. Koncentrationerna i norra Sverige var ungefär 4 gånger högre än i västra Sverige under den 1:a inventeringen. Koncentrationerna av Ca visar svaga tendenser att öka i södra Sverige men sjunker något i norra Sverige. Ingen av dessa förändringar kan dock anses statistiskt säkerställda. Mg koncentrationerna visar ett mindre tydligt geografiskt mönster än Ca koncentrationerna. Koncentrationerna i södra Sverige skiljer inte mellan östra och västra regionerna under någon av inventeringarna. Koncentrationerna i norra regionen ligger något högre men skillnaden är inte statistiskt signifikant. Mg koncentrationerna sjunker i alla regionerna mellan 1:a och 2:a inventeringen. I de båda regionerna i södra Sverige är skillnaden statistiskt säkerställd. Medelvärdena för Mg koncentrationen i 2:a inventeringen är ca. 70% av värdena i den 1:a inventeringen. K koncentrationerna visar upp små geografiska skillnader mellan östra och västra Sverige. Det finns en svag tendens till sjunkande K koncentrationer mellan inventeringarna i den västra regionen men den är långt ifrån statistiskt säkerställd på grund av det otillräckliga dataunderlaget. 10

Ca Mg 0 10 20 30 40 50 60 70 Ca (mmol kg -1 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Mg (mmol kg -1 ) K Na 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 K (mmol kg -1 ) 1985 1996 0 1 2 3 4 5 6 7 Na (mmol kg -1 ) TA CaMg mättnad 0 100 200 300 400 500 600 700 800 TA (mmol c kg -1 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 CaMg mättnad (%) Fig. 3. Medelvärden för koncentrationer av katjoner och aciditet samt CaMg mättnadsgraden i O- horisonten. Intervallmarkeringen runt varje symbol anger 95% konfidensintervall. Medelvärden med intervall som inte överlappar varandra är statistiskt signifikant skilda åt. 11

Ca Mg 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 Ca (mmol kg -1 ) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Mg (mmol kg -1 ) K Na 1985 1996 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 K (mmol kg -1 ) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Na (mmol kg -1 ) TA CaMg mättnad 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 TA (mmol c kg -1 ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CaMg mättnad (%) Fig. 4. Medelvärden för koncentrationer av katjoner och aciditet samt CaMg mättnadsgraden i B- horisonten. Intervallmarkeringen runt varje symbol anger 95% konfidensintervall. Medelvärden med intervall som inte överlappar varandra är statistiskt signifikant skilda åt. 12

Na koncentrationerna är signifikant högre i den västra regionen än i den östra och norra regionen. De sjunker signifikant i både den östra och den norra regionen men de är oförändrade i den västra. Den titrerbara aciditeten är signifikant högre i den västra än i den norra och östra regionen. Aciditeten sjunker något mellan inventeringarna i alla regioner men förändringen är mycket liten i förhållande till bredden på konfidensintervallet. Den sjunker mest i väst och minst i norr. Mättnadsgraden av Ca och Mg är lägst i den västra och högst i den norra regionen. I den 2:a inventeringen skiljer sig samtliga regioner signifikant från varandra. CaMg mättnadsgraden sjunker något mellan inventeringarna men ingen förändring är i närheten av statistisk signifikans. Mängder i O-horisonten Mängderna av baskatjoner och titrerbar aciditet i O-horisonten redovisas i figur 5. Mängden Ca i O- horisonten är i stort sett lika i alla regioner men uppvisar en betydande variation inom regionerna. Det finns en tendens till ökning mellan inventeringarna men den är statistiskt osäker. Mängden Mg i O-horisonten är signifikant högre i den västra än i den östra och norra regionen i båda inventeringarna. Det finns en tendens till ökade mängder Mg i O-horisonten i västra Sverige. Övriga förändringar mellan inventeringarna är obetydliga. Mängden K är högre i den västra regionen än i den östra men det bör betonas att siffrorna är mycket osäkra. Förändringarna mellan inventeringarna är obetydliga. Mängderna av Na i O-horisonten är högst i den västra regionen och lägst i den norra. I den 1:a inventeringen var alla regioner signifikant skilda åt. Mängderna av Na har ökat kraftigt mellan inventeringarna i den västra regionen men inte i de båda andra regionerna där ökningen är måttlig och statistiskt osäker. Alla regioner skiljer sig signifikant när det gäller mängden aciditet i båda inventeringarna. Aciditeten i norra regionen < östra regionen < västra regionen. Den totala aciditeten är mindre än 50% i den norra regionen jämfört med den västra. Alla förändringar mellan inventeringarna är obetydliga. 13

Ca Mg 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Ca (kg ha -1 ) 0 10 20 30 40 Mg (kg ha -1 ) K Na 0 10 20 30 40 50 60 70 K (kg ha -1 ) 1985 1996 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Na (kg ha -1 ) TA 0 10 20 30 40 50 60 70 80 TA (kmol c ha -1 ) Fig. 5. Medelvärden för mängder av katjoner (kg ha -1 ) och aciditet (kmol ha -1 ) i O-horisonten. Intervallmarkeringen runt varje symbol anger 95% konfidensintervall. Medelvärden med intervall som inte överlappar varandra är statistiskt signifikant skilda åt. 14

Biomassaupptag och vittring I Tabell 3-5 redovisas några viktiga poster för flöden av Ca, Mg och K till och från skogsmarken fördelat på de tre regionerna under perioden mellan inventeringarna. Precisionen är angiven som ett 95% konfidensintervall. Det bör påpekas att den angivna precisionen hänför sig till osäkerheter i de framräknade medelvärdena. Den osäkerhet som beror på brister i metoderna för att uppskatta vittring och biomassa är inte medräknade. Upptaget i biomassan är att betrakta som nettoförlusten av baskatjoner via trädupptag mellan inventeringarna medan stamskörden är en uppskattning av den reella bortförseln av baskatjoner från skogsmarken under samma period. Anledningen till att upptaget i biomassan (inkl. stamskörd) ibland är en mindre post än stamskörd är att den stående biomassan har minskat på grund av avverkning. Baskatjoner har då förts tillbaka till marken genom avverkningsrester. I de regioner där så är fallet är alltså den stående biomassan på de inventerade ytorna mindre under 2:a inventeringen än under den 1:a. Detta är främst en effekt av att endast ytor i huggningsklasserna C och D provtogs i det första omdrevet. Avverkade ytor är därför överrepresenterade i det studerade materialet. Upptaget av Ca i trädbiomassan, dvs. skillnaden i stående trädbiomassa mellan inventeringarna + stamskörden, var betydligt större i den västra regionen än i den östra och norra regionen. Detsamma gäller, av naturliga skäl, även Mg och K eftersom förändringarna är uträknade från förändringar i trädbiomassan. Bortförseln av Ca via stamskörd var däremot störst i norra regionen och minst i den västra men dessa skillnader var inte signifikanta och är mycket osäkra. Beräkningar av mängderna katjoner i markens övre skikt visar att ingen baskatjon visar tecken till minskning av förrådet i O- horisonten. Tvärtom ökar mängderna av Ca (Fig. 5) i alla regioner men osäkerheten i dessa siffror är stor och förändringarna ej statistiskt signifikanta. Tabell 3. Upptag i biomassa (inkl. stamskörd), stamskörd och vittring för Ca under perioden mellan inventeringarna. Halva 95% konfidensintervallet ( KI) anger precisionen för uppskattningen Region Medel KI n Medel KI n Medel KI n Upptag i biomassa 31.7 12.4 113 2.54 16.6 88 4.79 25.1 65 Stamskörd 13.1 5.21 119 17.1 6.06 92 19.3 9.1 68 Vittring 34.3 3.2 68 16.4 3.04 71 21.0 3.04 53 Tabell 4. Upptag i biomassa (inkl. stamskörd), stamskörd och vittring för Mg under perioden mellan inventeringarna. Halva 95% konfidensintervallet ( KI) anger precisionen för uppskattningen Region Medel KI n Medel KI n Medel KI n Upptag i biomassa 5.54 2.09 113 0.93 2.35 88 1.04 2.40 65 Stamskörd 2.49 0.96 119 2.65 0.86 92 2.52 1.09 68 Vittring 16.0 1.93 68 11.3 1.64 68 14.9 1.93 53 Tabell 5. Upptag i biomassa (inkl. stamskörd), stamskörd och vittring för K under perioden mellan inventeringarna. Halva 95% konfidensintervallet ( KI) anger precisionen för uppskattningen Region Medel KI n Medel KI n Medel KI n Upptag i biomassa 18.02 7.46 113 1.08 9.28 88 0.48 10.35 65 Stamskörd 6.59 2.60 119 7.75 2.69 92 7.28 3.30 68 Vittring 45.1 3.46 68 38.6 4.33 68 18.8 2.92 53 15

Diskussion Koncentrationerna av katjonerna i O-horisonten visar en, med tanke på depositionsbelastningen, förväntad bild med låga Ca koncentrationer, en hög titrerbar aciditet och en låg CaMg mättnadsgrad i den västra, hårt depositionsbelastade regionen. Mg och Na avviker från detta mönster och har jämförelsevis höga koncentrationer i västra regionen. Förklaringen till detta är att just Mg och Na uppvisar en stark depositionsgradient från väster till öster orsakad av havssaltspåverkan. Både Mg och Na har en flera gånger högre deposition i de västra delarna än i de östra delarna av Sverige. Depositionen av dessa ämnen är starkt väderberoende. Den kraftiga ökningen av just Mg och Na koncentrationerna i västra Sverige mellan inventeringarna kan vara en indikation på kraftigare deposition under denna tidsperiod. I övrigt är förändringarna i koncentrationer av baskatjoner och aciditet obetydliga. I B-horisonten är det geografiska mönstret för katjonkoncentrationerna ännu tydligare. Den stora variationen för Ca och Mg i Norrland visar att där finns en stor naturlig variation i koncentrationerna. I det mera försurningspåverkade syd-sverige är variationen betydligt mindre kraftigt. Den tydliga minskningen av Mg i B-horisonten i alla områden är anmärkningsvärd och motsvaras inte av en minskning av andra katjoner eller en ökning av aciditeten. Ca visar en tendens att öka vilket skulle kunna missgynna Mg eftersom Ca ganska lätt förtränger Mg från utbyteskomplexen. Upptaget av Mg i biomassan är också relativt begränsat i jämförelse med den beräknade vittringen. Dessa indikationer på förluster av Mg bör studeras vidare. Mängderna av de olika katjonerna i O-horisonten visar ett delvis annorlunda geografiskt mönster än koncentrationerna. De flesta katjonerna, liksom aciditeten, tenderar att finnas i större mängd i den västra regionen än i den östra och norra. Detta avspeglar en skillnad i humuslagrets tjocklek som är produktions- och klimatberoende. Humuslagren i västra Sverige är tjockare både på grund av en högre humiditet och en högre biomassa produktion vilket leder till ökat förnafall. Förändringarna mellan inventeringarna är mycket små utom för Mg och Na som ökar i västra Sverige vilket diskuterats ovan. Det finns inga tecken på omfattande förluster av baskatjoner från O-horisonten under tidsperioden mellan inventeringarna. Det bör noteras att den beräknade nettoförlusten av baskatjoner via upptag i biomassan är mycket liten, speciellt i den östra och norra regionen, på grund av den tidigare nämnda överrepresentationen av avverkade ytor. Avverkning, med efterföljande mineralisering av avverkningsrester, leder i regel till en temporär ökning av baskatjonförrådet i O-horisonten. Mängderna av baskatjoner för perioden kan därför vara något överskattade i jämförelse med materialet från. Den skillnad i nettoupptag i biomassan som finns mellan regionerna avspeglas däremot inte i motsvarande skillnader mellan regionerna när det gäller förändringar i mängden baskatjoner i O- horisonten. Vittringsuppskattningarna i rapporten ska tolkas med försiktighet. Två nya arbeten inom vittringsforskningen har bidragit till en osäkerhet om precisionen i vittringsuppskattningarna. Dels har Jongmans et al. (1997) i ett uppmärksammat arbete funnit att mykhorrizan kan bidra till vittringen genom utsöndring av organiska syror. Denna upptäckt påverkar inte direkt vittringsuppskattningarna med metoder som använder sig av angreppssättet med historisk vittring eftersom den biologiskt inducerade vittringen kommer att ingå i uppskattningarna. Eftersom upptäckten av mykhorrizans roll i vittringsprocessen pekar på möjligheten att vittringen kan öka vid ökad biologisk produktion kan emmellertuid uppskattningar av den historiska vittringen ändå vara problematiska eftersom metoden förutsätter konstant vittringshastighet. Om träden själva kan öka vittringen vid behov kan den variera betydligt över tiden. En annan viktig upptäckt som uppmärksammats i betydligt mindre utsträckning är att även kornstorleksfraktioner över 2 mm har gett ett kvantitativt viktigt bidrag till vittringen (Ek & Snäll, 1995). Det bidraget har förbisetts av alla existerande vittringsuppskattningsmetoder. Mycket 16

tyder därför på att vi underskattar vittringshastigheten med de modeller som idag används för beräkningarna. Denna rapport fokuserar i första hand på förändringar i baskatjontillståndet mellan den 1:a och den 2:a ståndortskarteringen. Den baserar sig på en förhållandevis begränsad delmängd av ståndortskarteringens datamaterial. Begränsningarna beror på att den 2.a inventeringen kommer inte att avslutas förrän år 2002 - hittills är bara hälften av proverna insamlade analyserna av insamlade prov görs f.n. med ca. 2 års fördröjning mellan fältarbete och analys bara en delmängd av de prover som insamlades i 1:a inventeringen är analyserade i den 1.a inventeringen provtogs endast ytor i huggningsklasserna C och D. Bättre och mer kompletta uppskattningar av förändringarna kommer, allteftersom analyserna av proverna fortskrider, att kunna göras. Materialet för studier av förändringar är dock begränsat på grund av mindre antal provtagna ytor och ofullständiga analyser i den 1:a inventeringen. Den sistnämnda begränsningen kan naturligtvis minskas genom att man gör kompletterande analyser på det gamla provmaterialet. Med fler analyserade prov ökar möjligheterna att ytterliggare dela upp materialet för att undersöka t.ex. skillnader mellan avverkade/inte avverkade provytor eller mindre regioner. Med hjälp av materialet från den 2:a inventeringen har man stora möjligheter att undersöka skillnader mellan marktyper, trädslag, regioner, beståndsålder och andra relevanta kategorier. Mot bakgrund av variansen för uppskattningarna av upptaget av katjoner i trädbiomassa så verkar det som om precisionen i skattningarna av markvariablerna i allmänhet är högre än skattningarna av upptaget av katjoner i träden. Det innebär att det inte kommer att vara markvariablerna som utgör den svagaste länken vid beräkningar av baskatjonbudgetar som baserar sig på ståndortskarteringens material. En viktig aspekt vid budgetberäkningar är uppskattningen av förluster via utlakning. Problemet är att mätningar av utlakning är relativt kostsammma att utföra och kräver installation av avancerad provtagningsutrustning. Under hösten 1998 kommer ett samarbetsprojekt mellan IVL och SLU att inledas som syftar till att öka möjligheterna att skatta utlakningsdata från ståndortskarteringens mätningar genom jämförelser med existerande mätningar i olika miljöövervakningsprogram som sköts av IVL. Slutsatser Skillnaderna i koncentrationer av baskatjoner och aciditet mellan den hårt depositionsbelastade västra regionen och den mindre utsatta östra regionen är fortsatt stora i både O- och B-horisonten. Förändringar i koncentrationer och mängder av baskatjoner och aciditet i O-horisonten mellan inventeringarna är små. I B-horisonten har koncentrationen av Mg sjunkit betydligt mellan inventeringarna. 17

Referenser Ek, J. & Snäll, S. 1995. Vittringsbenägenhet hos olika bergarter. Delrapport. 12.12, SGU. Jongmans, A.G., van Breemen, N., Lundström, U., van Hees, P.A., Finlay, R.D., Srinivasan, M., Unestam, T., Giesler, R., Melkerud, P.A. and Olsson, M. 1997. Rock-eating fungi. Nature 389, 682-683. Marklund, L.G. 1988. Biomassafunktioner för tall, gran och björk i Sverige. Rapport. 45, Institutionen för skogstaxering, Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå, 71pp. Nilsson, S.I. 1988. Acidity properties in Swedish forest soils - regional patterns and implications for liming. Scandinavian Journal of Forest Research 3, 417-424. Odin, H., Eriksson, B. & Pertuu, K. 1983. Temperature climate maps for Swedish forestry. Reports in Forest Ecology and Forest Soils, 45. Department of Forest Soils, SLU. Olsson, M. & Melkerud, P.A. 1991. Determination of weathering rates based on geochemical properties of the soil. In Environmental geochemistry in northern Europe (Ed. E. Pulkkinen). 69-78. Geological Survey of Finland. Olsson, M., Rosén, K. & Melkerud, P.A. 1993. Regional modelling of base cation losses from Swedish forest soils due to whole tree-harvesting. Applied Geochemistry. Supplemental issue. 189-194. 18

I denna rapport presenteras de första resultaten från det pågående omdrevet av en riksomfattande undersökning av skogsmarken i Sverige, den s.k. Ståndortskarteringen. Kunskap om tillståndet i skogsmarken och de eventuella förändringar som pågår är viktig för att avgöra behov av olika insatser t.ex. kalkning eller tillförsel av näringsämnen. 551 83 JÖNKÖPING 036-15 56 00