Risiko for fosformobilisering ved reetablering af vådområder

Reetablering af vådområder på landbrugsjord kan medføre en risiko for frigivelse af jordens indhold af jernbundet fosfor /3/. Når drænede lavbundsjorde omdannes til vådområder kan der opstå iltfri (anerobe) forhold i jorden.

Reetablering af vådområder på landbrugsjord kan medføre en risiko for frigivelse af jordens indhold af jernbundet fosfor /3/. Når drænede lavbundsjorde omdannes til vådområder, kan der opstå iltfri (anerobe) forhold i jorden. I forbindelse med anaerobe mikrobielle respirationsprocesser reduceres ferri-jern (FeIII) til opløst ferro-jern (FeII). Samtidig med at jernoxiderne går i opløsning, frigives også jernbundet fosfor til jordvandet. Jorden kan altså miste en større eller mindre del af bindingskapaciteten, når der opstår vandmættede anaerobe forhold /4/. Det er dog væsentligt at bemærke, at jordens kulstofindhold kan være afgørende for omfanget af mikrobiel jernreduktion. Minerogene lavbundsjorde med lavt indhold af kulstof har således et begrænset potentiale for frigivelse af fosfor som følge af mikrobiel jernreduktion. Igangværende undersøgelser arbejder pt. på at kvantificere betydningen af jordens kulstofindhold på mikrobiel jernreduktion og fosforfrigivelse, og nye resultater vedrørende dette foreligger i efteråret 2010.

Der findes kun få detaljerede danske undersøgelser af fosfordynamikken i reetablerede vådområder under feltforhold. Et eksempel på ændringer i jordens indhold af opløst fosfor (TDP) og jern (Fe) i en 2 årig periode efter reetablering af Rødding Sø og omkringliggende våde enge er vist i Figur 3 /5/.

undefined

Figur 3. Ændringer i jordvandskoncentrationer i forskellige jorddybder i en periode på to år efter reetablering af vådområde (a) total opløst jern (Fe) og (b) total opløst P (TDP). Jordvandskoncentrationer af TDP var 0.16 mg/l i perioden umiddelbart forud for reetableringen i oktober 2004 (Kjærgaard, C).

Der findes i den internationale litteratur pt. ingen modeller der kan prediktere risikoen for fosfortab ved reetablering af vådområder, men igangværende dansk forskning arbejder pt med at skabe grundlag for udpegning og kvantificering af risikoen for fosfortab. De foreløbige resultater for organogene lavbundsjorde viser, at jordens indhold af bicarbonat-dithionit (BD) ekstraherbart jern (FeBD) er den parameter, der bedst beskriver jordens reducerbare jernfraktion (Boks 1). Resultaterne viser samtidig at P-frigivelsesraten kan beskrives på basis af jordens FeBD:PBD-molforhold (Figur 4a).

undefined

Figur 4. Potentiel P-frigivelseshastighed for organogene jorde under anaerobe forhold som funktion af jordens jern:fosfor-forhold (FeBD:PBD-molforhold), og (b) beregnet årlig arealbaseret P-frigivelse som funktion af jordens FeBD:PBD-molforhold og volumenvægt (Kjærgaard, C).

Den empiriske sammenhæng mellem P-frigivelseshastigheden og jordens FeBD:PBD-forhold giver mulighed for at identificere lavbundsarealer med en høj risiko for P-frigivelse på basis af målinger af jordens indhold af BD-ekstraherbart jern og fosfor. Beregningseksempler på arealbaserede potentielle P-frigivelser er vist i Figur 4b, for organogene jorde med lav (100 kg/m3) og moderat (500 kg/m3) volumenvægt. Punkterne angiver beregnede P-frigivelser på basis af målte jern:fosfor-forhold for udvalgte danske tørvejorde. Det fremgår af beregningerne af den potentielle P-frigivelse for de undersøgte jorde ligger i størrelsesorden < 0,01 til 25 kg/ha/år, og at jordens volumenvægt har stor betydning for de arealbaserede tabsstørrelser. Af de 38 undersøgte lokaliteter har 47% potentielle P-frigivelsesrater på ≥5 kg/ha/år, mens 18% har potentielle P-frigivelsesrater på ≥10 kg/ha/år. Hvis det antages at den mobile fosforpulje udgør mellem 500-2000 mg P /kg jord, så svarer dette afhængigt af volumenvægt til 250-5000 kg P/ha i de øverste 0,5 m. Med en konstant P-frigivelsesrate på 5-10 kg P/ha/år, så vil reetablerede vådområder lække fosfor til vandmiljøet i de næste 25-1000 år.

Hydrologiens betydning for fosforfrigivelse i reetablerede vådområder
Ved reetablering af vådområder sløjfes dræn og/eller grøfter og de hydrologiske forhold ændres fra en situation med overvejende drænafstrømning (Q4) til enten diffus gennemstrømning igennem lavbundssedimentet (Q1), overfladeafstrømning (Q2) eller direkte tilstrømning via vandløbsbunden (Q3) (Figur 5). Hydrologien i det reetablerede vådområde har stor indflydelse på de biogeokemiske processer, som medvirker ved omsætning og tilbageholdelse af næringsstoffer. Vandets strømning igennem lavbundsarealet har afgørende betydning for stofomsætningen og risikoen for udvaskning af fosfor fra de anaerobe jordlag. Generelt øges risikoen for tab af akkumuleret fosfor ved diffus gennemstrømning af det reetablerede vådområde sammenlignet med situationer, hvor vandet enten strømmer præferentielt igennem lavbundsarealet, eller afstrømningen sker overfladisk eller via dybere jordlag, hvor kontakten med den fosforberigede jordmatrice er mindre.

undefined

Ikke kun vandets strømningsvej, men også vandets og sedimentets kemi f.eks. forekomsten af oxidanter (O2, NO3-, SO42-) eller reduktanter (kulstof, FeS2) kan være afgørende for, om fosfor forbliver i jorden, eller om det udvaskes til vandmiljøet. Således kan et højt indhold af ilt (O2) eller nitrat (NO3-) i gennemstrømmende grundvand reducere risikoen for tab af fosfor, da en konstant tilførsel af oxidanter begrænser jern-reduktionen. Endelig kan vertikale redox-gradienter over jord-grænsefladen under nogle forhold bevirke, at jern og fosfor, der mobiliseres i dybere anaerobe jordlag, kan reoxideres og readsorbere i det iltholdige overfladesediment og dermed sætte en øvre grænse for fosfortab til vandmiljøet. Tilførsel af sulfat (SO42-) holdigt grundvand til det anaerobe lavbundssediment kan dog forøge risikoen og størrelsen af fosfortab, da sulfatreduktion og efterfølgende fældning af jernsulfider (FeS, FeS2) kan hindre muligheden for readsorption af fosfor til jern i de øvre iltholdige jordlag.

Forundersøgelser og management af vådområder
Forundersøgelser forud for reetablering af vådområder bør omfatte en vurdering af risikoen for fosforfrigivelse. Med udgangspunkt i det nuværende vidensgrundlag (forbedret vidensgrundlag for såvel organogene og minerogene lavbundsjorde foreligger i efteråret 2010) bør en sådan vurdering som minimum omfatte:

• Udtagning af et antal repræsentative jordprøver og bestemmelse af:
o Total P indhold i jordprofilen
o Bestemmelse af BD (bicarbonate-dithionit)-ekstraherbart Fe og P
o Jordens volumenvægt (særligt for organogene jorde)
o Jordens kulstofindhold kan være væsentligt for minerogene jorde
• Beregning af jordens arealbaserede P-indhold
• Beregning af jordens FeBD:PBD-molforhold og vurdering af risiko for fosfortab
• Vurdering af vådområdets hydrologi
Et højt indhold af fosfor i lavbundsjorden kombineret med FeBD:PBD-molforhold<25 bør altid give grundlag for overvejelser omkring minimering af risikoen for fosfortab. Bortgravning af overjord kan vise sig at være en nødvendig foranstaltning til at reducere tab af fosfor fra det reetablerede vådområde. Jordprofilundersøgelser vil give en indikation af, at den vertikale fordeling af fosfor er i jordprofilen. Høst af biomasse er en vigtig management foranstaltning til fjernelse af akkumuleret fosfor. Ved høst af biomasse kan der årligt fjernes i størrelses-orden 10-15 kg P/ha. Høst af biomasse forventes ikke at reducere årlige fosfortab til vandmiljøet i jorde med betydelige akkumulerede fosformængder, men høst af biomasse vil fjerne fosfor fra vådområdet og på længere sigt minimere antallet af år, hvor jorden kan lække fosfor til vandmiljøet (Figur 6).

undefined

Boks 1: Der kan benyttes forskellige kemiske ekstraktionsmetoder til at kvantificere jordens metaloxidfraktioner samt fosfor bundet til disse. Citrat-bicarbonat-dithionit (CBD) benyttes til ekstraktion af såvel krystallinske og amorfe oxider, mens oxalat (ox) er nogenlunde selektiv for amorfe oxider af både jern (Fe) og aluminium (Al). Oxalat er dog ikke specifikt over for jern- og aluminiumbundet-P, da oxalat også opløser calciumbundet P. Jordens fosforbindingskapacitet beskrives ofte ved summen af Feox og Alox, og en ofte anvendt model til beregning af jordens fosforbindingskapacitet (Pads) er den hollandske model, hvor: Pads = 0.5×([Feox]+[Alox]), hvor Fe og Al angives i mmol/kg. Bicarbonat-dithionit (BD) benyttes ofte til at kvantificere mængden af jern (FeBD), der kan reduceres under anaerobe (reducerende) forhold samt indholdet af fosfor (PBD) bundet til denne fraktion /6/.

Referencer
/1/ Olesen, S.E. 2007. Opdeling af lavbundsarealer efter jordklasse (FK), georegion, kvartærgeologi og okkerklasse. DJF Markbrug nr. 10.

/2/ Kjaergaard, C., Hoffmann, C.C., Greve, M.H. 2007. Fosforstatus, binding og tabsrisiko fra danske organogene lavbundsjorde. I: Udpegning af risikoområder for fosfortab til overfladevand. DFFE-projekt under VMPIII.

/3/ Hoffmann, C.C., Kjaergaard, C., Uusi-Kämppä, J., Hansen, H.C.B. og Kronvang, B. 2009. Phosphorus retention in riparian buffers: Review of their efficiency. J. Environ. Qual. 38:1-14.

/4/ Heiberg, L., Pedersen, T.V., Jensen, H.S., Kjaergaard, C., Hansen, H.C.B. 2010. A comparative study of phosphate sorption in lowland soils under oxic and anoxic conditions. J. Environ. Qual. 39: 734-743
/5/ Kjaergaard, C. 2008. Effects of wetland hydrology and biogeochemical processes on phosphorus dynamics in a restored meadow. Geophysical Research Abstracts, European Geosciences Union General Assembly, Wien, Østrig, 13. april - 18. april 2008.
/6/ Paludan, C & HS Jensen  1995: Sequential extraction of phosphorus in freshwater wetland and lake sediments. Significance of humic acids. Wetlands 15 (4): 365-373.