2009 LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar Sura sulfatjordar
Hur har sura sulfatjordar uppstått? Förstadiet till sura sulfatjordar, sulfidjordar, har i Östersjöområdet huvudsakligen bildats under Litorinaperioden för 7500 4000 år sedan. Havsvattnet var då varmare och saltare än nu. Efter den senaste istiden stod de västra delarna av Finland under vatten och växtligheten som funnits före istiden befann sig nu på havsbotten och bäddades in i sediment, vilket är speciellt för Finland. Ett syrefattigt tillstånd uppstod (anaerobt tillstånd) och bakterier som trivdes i sådana förhållanden började bryta ned växtresterna. I nedbrytningsprocessen använde bakterierna sulfatet (salter av svavelsyra) i havsvattnet och sulfidsediment bildades (svavelföreningar). I det sedimentet bands ofta sulfiden till det allmänt förekommande järnet i markerna. På så vis har vi nu jordar som vi benämner järn-sulfidjordar. Nämnas kan att ännu idag bildas sulfidleror i Östersjöområdet. Som en naturlig följd av landhöjningen befinner sig sulfidjorden ovanför havsytan idag. Så länge sulfidjordlagret är beläget under grundvattennivå är det kemiskt stabilt och neutralt. När grundvattnet sjunker och jordlagret exponeras för syre, sätts en lång rad kemiska och biokemiska reaktioner igång och sura sulfatjordar bildas. Det speciella med sura sulfatjordar är, som namnet säger, att jordarna förutom att de är sura också innehåller mer svavel- och metallföreningar än normalt. 2 Sura sulfatjordar LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION
Var finns sura sulfatjordar? Sura sulfatjordar finns fläckvis över hela jordklotet och man uppskattar arealen till 24 miljoner ha. Sulfatjordar finns huvudsakligen i tropikerna, speciellt längs kusten i Sydostasien och Västafrika, samt i Australien och USA. Europas största förekomster av sulfatjordar finns i Finland. Sulfatjorden finns också i Sverige, där den kallas för svartmocka. Sulfatjordar finns inte i Danmark. Uppskattningsvis 50 000 336 000 ha sura sulfatjordar odlas som åkermark i Finland. Arealen beror på till vilket djup man mäter och vilken phgräns man använder. De förekommer huvudsakligen i Österbotten, från Närpes i söder till Uleåborg i norr. I området Nystad-Laitila och Salo Bjärnå samt längs Nylands kuster finns de också. Största delen av sulfatjordarna finns längs kusterna på en nivå som är belägen under 60 m över havet. Ställvis finns de i områden som är belägna högre, 80 100 m över havet. Sulfatjordarna har hög näringshalt och fin kornstorlek (lera, mjäla, finmo och mo) och är därför till stora delar uppodlad. Speciellt sura är gamla torrlagda träsk, torvmossar och sjöar. Förr i världen talade jordbrukarna om salt- och alunjordar. På ny torrlagd jord fanns ställvis områden där ingenting växte och dessa områden kallades saltblikor. Det är oklart i hur stor utsträckning skogsmark hör till sura sulfatjordar, men sannolikt är att förekomsten är betydligt mindre. EUROPAS STÖRSTA FÖREKOMSTER AV SULFATJORDAR FINNS I FINLAND. Vasa Uleåborg Helsingfors Benämningen sulfatjord användes i Finland första gången 1944. LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar 3
Vad händer i en sur sulfatjord? När grundvattennivån sjunker och nya jordlager syresätts sker en lång rad olika reaktioner i jorden. De är både kemiska och biokemiska. Kortfattat kan man säga att sulfidmineralerna oxideras till järnhydroxider och svavelsyra, ph sjunker drastiskt, < 3,5 ph. Järnutfällningen kan ses som rostbildning i jorden. I och med sulfidjordens reaktion med syre, bildas sura sulfatjordar. Svavelsyra är inte det enda skadliga ämnet som frigörs när sulfidsedimentet reagerar med syre. Vid oxidationen frigörs även metaller bundna till lättlösliga sulfider. Vartefter ph-värdet i marken sjunker upplöses även mera svårvittrade sulfider, silikater och organiska ämnen. Det gör att ännu mera metaller frigörs och löser sig i det markbundna vattnet. Profilen av en sur sulfatjord visar tydligt de olika skedena som uppstår när sulfatjorden kommer i kontakt med syre. Det översta skiktet av jorden, bebrukningslagret, har man fått i odlingsskick genom kalkningen. Från 40 cm djup sjunker surhetsgraden drastiskt ända ner till grundtorrläggningsdjupet på ca 120 cm djup där ph igen stiger till över 6. Under torra perioder med låg grundvattennivå, avdunstar vatten och jorden krymper ihop. När jorden torkar upp bildas lodräta sprickor. På dessa sprickytor binds olika föreningar som bildats genom oxideringen. Dessa sprickytor har ofta en rödbrun färg. Vid snösmältning och kraftiga regn när mycket vatten rinner genom jorden sköljs de sura föreningarna och metallerna ut till diken och vattendrag. 4 Sura sulfatjordar LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION
Till vänster ser vi en rots första trevande steg ner i sulfidjorden och till höger en första sprickyta. Sulfidjorden är alltid mörkblå till svart innan den varit i kontakt med syre och övergår sedan till grå färg vartefter luften tränger ned i sulfidmassan. Miljöpåverkan Läckaget av syra och metaller från sura sulfatjordar förorsakar problem både på land och i vatten. Eftersom oxidationen av sulfider leder till en sänkning av ph-värdet i marken krävs en regelbunden kalkning av bearbetningsskiktet för att det överhuvudtaget skall vara möjligt att bedriva odling. Läckaget leder även till utfällning av järnoch aluminiumföreningar i dräneringssystem, så att de sätts igen. De största skadorna uppkommer dock i vattendragen, speciellt i åarnas nedre lopp, som är mottagare av den samlade Varefter oxideringen framskrider blir sprickytorna ofta brunröda, beroende på järnförekomsten. LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar 5
surhets- och metallbelastningen. I praktiken syns detta i form av obalans i ekosystemet, fiskdöd, skadade fortplantningsområden och försvunna fisk- och bottendjursbestånd. Var och en kan lägga märke till följande, som en indikation på läckage från en potentiell sur sulfatjord. Ju torrare sommar, desto större risk för en sur urlakning. Om vattnet i ett dike är exceptionellt klart och inget synligt smådjursliv ses är vattnet sannolikt mycket surt. Svart eller blåsvart jord som blottlägges vid dikning. En lätt oljehinna på vattenytan är en första indikation på riklig utfällning av järn. Vattnet är som en röd gröt av järnutfällningen, vilket slammar upp allt i sin väg och cementeras när det torkar. Det kan också indikera på en järnrik källa. Vattnet är ställvis som urvattnad surmjölk av aluminiumutfällningen. Man bör komma ihåg att problematiken runt sura sulfatjordar inte enbart berör jordbruket utan alla typer av jordbyggnadsarbete, som utförs på potentiella områden med sura sulfatjordar. Alla typer av jordbyggnadsarbete kan förorsaka surhets- och metalläckage på sura sulfatjordar. 6 Sura sulfatjordar LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION
Dräneringsbrunn med en riklig utfällning av järn. Nyuppgrävd sulfidjord. Öppet dike till vilket dräneringsvatten rinner. Utfällning av järn (röd) och aluminium (gråvit). Låglänt mark med sulfid nära markytan, riklig järnutfällning. LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar 7
En torrlagd och välkalkad sulfatjord blir en mycket bördig odlingsmark. Hur påverkas odlingen? Efter torrläggning, en ordentlig kalkning och uppodling är sura sulfatjordar mycket bra odlingsmarker. De är bland de bördigaste som finns i Finland. För att kunna odla en sur sulfatjord krävs dock att en kraftig kalkning gjorts. Det går inte att odla i låg marksurhet, dvs. lågt ph-värde. Växterna växer dåligt eller inte alls. De frigjorda metallerna och en hög totalhalt av salter ger störning i växterna samt kan ge direkta skador på växten. Utan uppodling av en sur sulfatjord är växtnäringsstatusen ofta dålig. Förrådet på de viktiga näringsämnen, magnesium och kalium, töms. Det låga ph-värdet gör att fosfor binds mycket kraftigt av aluminium. Fosforn kan också fällas ut med järn. Det gör att växterna inte kan ta upp det viktiga näringsämnet fosfor. Surheten i en sulfatjord gör att väte, järn och aluminium löses ut. De kan ge direkta skador på växten. Av dessa har aluminium den största betydelsen. Aluminium stör rötternas tillväxt och funktion genom att både ha en direkt och indirekt hämmande inverkan på näringsupptaget. Rotsystemet blir mindre och det ökar känsligheten för torka hos växten. En hög mängd av salter i markvätskan stör växternas upptagning av vatten och näring. Om halten salter är hög runt rötterna dras vatten och näring ur roten och växten torkar och svälter. 8 Sura sulfatjordar LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION
Förebyggande åtgärder Som det framgår, är markkemin en väldigt invecklad process och ett flertal metoder har prövats för att minska belastningen från sura sulfatjordar, men ingen metod har idag 100 % effektivitet. Genom forskning och försök har metoden reglerad dränering utvecklats. Den är idag den bästa metoden vi har och kan i stor utsträckning motverka bildandet av nya sura sulfatjordar. Försök med reglerad dränering påbörjades i början av 1990-talet och kom till en bredare allmän användning under senare hälften av 1990-talet. Jordbrukarkåren är idag medveten om sitt miljöansvar och reglering byggs på nästan alla nydikningar och på många äldre dräneringssystem i t.ex. det flacka kustlandskapet Österbotten. Ett bra exempel på odlarnas aktivitet är regleringsprojekten runt Södra Stadsfjärden i Vasa och Korsholm. Under dessa projekt reglerade 270 aktiva odlare totalt 4200 ha åkermark med avrinning via Solf och Toby åar till Södra Stadsfjärden. Vänstra bilden: Installation av en reglerbrunn på en typisk sur sulfatjord. Ovan: Fördämning i öppet dike. LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar 9
Med reglerad dränering kan man, som namnet säger, reglera mängden avrinningsvatten från en åker och på så vis förhindra att marken torkar ut för mycket och syre tränger ner i marken till djupare belägna skikt. Åtgärden balanserar också avrinningen efter en torr sommar och minimerar risken för större surchocker i vattendragen. Där det finns tillgång till vatten, kan regleringen användas för underbevattning, dvs. man pumpar in vatten i dräneringssystemets rör från t.ex. en å eller bäck, när marken riskerar att torka ut för mycket. Denna åtgärd ger ett ytterligare verktyg för att minska miljöbelastningen och en ännu bättre balans mellan miljö och odling. Regleringen kan ske endera i ett öppet dike eller i en reglerbrunn. Reglering i öppet dike sker i form av en enkel fördämning vars höjd kan varieras. Reglering med reglerbrunn sker med ett sk. reglerrör i brunnen, som man kan höja och sänka efter behov. Alternativet med brunnar är det mest förekommande. För att regleringen skall ha effekt förutsätts att odlaren aktivt sköter regleringen genom att följa med nederbördsmängderna och vattnets rörelse i marken. Ovan: Reglerbrunn med magasinerat vatten. Högra bilden: Ett grundvattenrör som används för att enkelt kunna följa med hur högt den magasinerade vattenytan når i marken. Mätaren består av ett rör med slitsar, flöte och antenn som lever med vattenståndet i marken. 10 Sura sulfatjordar LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION
Framtidsvisioner För utveckling av befintliga och nya åtgärdsmetoder samt skötselanvisningar behövs ytterligare åtgärder. Det är av stor vikt att kartlägga var i Finland de verkligt sura områdena ligger och vilka speciella åtgärder dessa kräver för att förhindra svåra surchocker. Forskning pågår på flera delområden och man försöker klarlägga omständigheterna kring oxidationsförloppet, få fram metoder för balansering av flödestoppar från större områden, samt att sträva efter ett kontrollerat avrinningsflöde från våra jordbruks- och skogsmarker. Också andra olika utredningar och projekt pågår eller eventuellt kommer att startas av olika aktörer som arbetar med sura sulfatjordsproblematiken. Jord- och skogsbruksministeriet, Västra Finlands Miljöcentral, Finlands miljöcentral (SYKE), Geologiska forskningscentralen (GTK), Åbo Akademi, Täckdikningsföreningen samt ProAgria Österbottens Svenska Lantbrukssällskap är några av dessa aktörer. Rainer Rosendahl, dräneringstekniker Ulrika Wikman, agronom Österbottens Svenska Lantbrukssällskap LANDSBYGDSNÄTVERKETS PUBLIKATION Sura sulfatjordar 11
Europeiska jordbruksfonden för landsbygdsutveckling: Europa investerar i landsbygdsområden Se även Landsbygdsnätverket www.landsbygd.fi Jord- och skogsbruksministeriet www.mmm.fi Landsbygdsverket www.mavi.fi Statens miljöförvaltnings webbtjänst www.miljo.fi Geologiska forskningscentralen www.gtk.fi Åbo Akademi www.abo.fi Landsbygdsnätverket utgörs av aktörerna inom landsbygdsutvecklingsprogrammen, programmet för Fastlandsfinland och programmet för landskapet Åland. Aktörerna kan vara enskilda personer, företagare, föreningar, lokala aktionsgrupper, rådgivnings- och intresseorganisationer. BP 167, 60101 Seinäjoki www.landsbygd.fi Österbottens Svenska Lantbrukssällskap Foto: Rainer Rosendahl Kustmedia Ab Multiprint Oy 2000 SWE Juni 2009