Läckage av vattenlösligt organiskt material (DOM) i skogsmark - Påverkan av platsens egenskaper, klimat och surt regn Bo Bergkvist LU
Bakgrund - frågeställningar Pågående experiment och undersökningar
Markvatten - Blivande sjövatten Djup: 5 cm 15 cm 35 cm 55 cm Organiskt skikt Mineraljorden DOC: 45 130 15 4 (mg/l)
Transport av kol från det organiska O-skiktet till mineraljorden där det stabiliseras. Kolförrådet, Asa, S. Sverige DOC flöde Träd-biomassa 6.2 Måren (Oskiktet) 2.4 26.3 Mineraljorden 0-50 cm 1.3 6.5 50-100 cm 1.2 0 20 40 DOC flux (g m-2) 0 2 4 6 8 Carbon stock (kg C / m 2 )
En enkel modell av processer som kontrollerar markvattnets koncentration av DOM (humus) CO 2 CO 2 Växtförna Humus Mikrobiel biomassa DOM från växtrötter DOM Prod. Adsorberad DOM (potentiellt löslig) K D Löslig DOM (ph-beroende) Läckage till mineraljorden eller avrinning (run-off) DOM flödet kontrolleras av en kombination av biologiska (nedbrytning av förna och humus, rotexudation), fysikalisk-kemiska (sorption / desorption) and hydrologiska processer (vattenflöde, regnintensitet).
Faktorer som kontrollerar humusläckaget Klimat Trädslag/markanvändning Surt regn Regnintensitet och periodicitet
g Klimatgradient * Flakaliden (1.2 C) * Knottåsen (3.4 C) * Asa (5.5 C) Average DOC conc. (mg l -1 ) 60 50 40 30 20 10 0 Asa (Southern Sweden) Knottåsen (Central Sweden) Flakaliden (Northern Sweden) Högre DOC koncentration i södra Sverige. DOC är en funktion av biomassaproduktionen (temperatur, kvävenedfall).
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Årstidsvariation Asa Knottåsen Flakaliden okt-00 dec-00 feb-01 apr-01 jun-01 aug-01 okt-01 dec-01 aug-00 jun-00 DOC (mg/l)
Fuktighetsgradient 50 Torr Frisk Fuktig DOC (mg l-1) 40 30 20 10 0 Dry Mesic Moist Torr Frisk Fuktig Markfuktigheten bestämmer inte DOC-koncentrationen i mårskiktet.
Trädslag 60 50 DOC (mg/l) 40 30 20 Gran Bok Björk 10 0 Måren Mineraljorden Markvattnets DOC-koncentration beror på trädslaget
Surt regn DOC-koncentrationen i läckaget från mårskiktet vid bevattning med försurat regn under 3,5 år (Bergkvist,1986). DOC mg/l 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Kontr. (ph 3.72) ph 3.40 ph 3.16 0.4 0.8 1.4 Totalt Syrainput under 3.5 år (gh + /kvm)
Regnets intensitet DOC-koncentrationen mer eller mindre oberoende av normala regnmängder DOC-utflödet i stort sett styrt av vattenflödet Ändrad frekvens, säsong och intensitet av regn ger ändrade flödesvägar och ytligare avrinning
Mycket intensiva regn kan ge utspädningseffekt: Bevattning 90 mm/dag 120 100 [DOC] 80 60 40 20 Observations DyDOC prediction Predicted for no watering 0-50 0 50 100 150 200 250 hours from start of watering
Sammanfattning Marken har en stor pool av potentiellt lösligt DOC. Frigörelsen av DOC till markvattnet är fysio-kemiska processer, reglerade av sorption-desorption. Fördelningen av DOC mellan den adsorberade poolen (potentiallt löslig DOC) och DOC I markvattnet (lösligt DOC) bestäms av en (ph-beroende) jämviktskoefficient (K D ). Koncentrationen av DOC i markvattnet styrs av produktion, mineralisering och läckaget av DOC, tillsamans med värdet på K D. Om minskad syradeposition är den drivande faktorn i brunifieringen, så kommer DOC-koncentrationen att förbli högre.
Pågående experiment och undersökningar
Ökad brunfärgning av sydsvenska sjöar och åar utredning av ursprung och möjlighet till motverkande åtgärder Case study Helge å Bo Bergkvist, Wilhelm Granéli, Emma Kritzberg - Ekologiska inst. Lunds Universitet och Dan Bergren (SLU) Region Skåne, Lst i Skåne län, Lst i Kronobergs län, Ljungby kommun, Älmhults kommun
Utredningen står på två ben: orsaker och åtgärder.
I. Utredning av ursprung och orsaker till den ökade vattenfärgen Utnyttjar kemiska och optiska egenskaper hos humus. Kol-14 isotopsignaturen i DOC från sjö-, å- och bäckvatten och i markvatten från olika markdjup. Också DOC-koncentration, ljusabsorptionen vid olika våglängder, samt makro an- och katjoner. Utredning av järnets roll för vattenfärgen. Statistisk analys av tidsserier i databaser mm, även med fokus på dikning.
II. Pilotstudie av möjligheten att minska vattenfärgen genom att förändra sammansättningen i utströmningsområdenas vegetation. Är humushalt och vattenfärg i avrinnande vatten olika om vegetationen i kantzonen vid utströmningsområdena är lövträd, jämfört med gran eller tall? Ett större antal bäckar i löv resp. gran/tallområden undersöks. Jämför avrinnande markvatten i ett barrskogsbestånd, och i ett björkbestånd. Provtagning i grundvattenrör.
Bevattningsexperiment -Ingår i Wilhelm Granéli,s FORMAS-projekt - Experimentell simulering av surt regn 1980 och 2007.