Vådområder til kvælstoffjernelse

Transkript

1 Vådområder til kvælstoffjernelse Carl Christian Hoffmann A A R H U S U N I V E R S I T E T Afdeling for Ferskvandsøkologi Temadag på SDU: Fosforfældning,bassiner,vådområder?

2 Ådale og andre Vandløbsnære Arealer samt lavvandede søer Virkemiddel til at tilbageholde kvælstof og fosfor m.m. Specifikke virkemidler Etablering af søer Tidvise oversvømmelser af enge og ådale Vådområder Ophør med afvanding af dyrket lavbundsjord Overrisling med dræn- og grøftevand Konstruerede vådområder. Hydrologi strømningsveje Denitrifikation Risici Mobilisering af fosfor - Udvaskning af jern Tørvedannelse ophobning af kulstofgendannelse af forskellige mosetyper Anbefalinger Konklusion

3 Ådale sammenhængende grønne korridorer i landskabet Hydrologisk - biologisk samspil mellem vandløb og ådale Virkemiddel til at tilbageholde kvælstof og fosfor; vurdering af risiko for fosforfrigivelse Tilpasning til klimaændringer Tørvedannelse ophobning af kulstofgendannelse af forskellige mosetyper Vurdering af risiko for transport af organisk stof fra ådalen risiko for iltsvind? Beskyttelse af naturtyper og arter findes næringsfattige plantesamfund i ådalen? Offentlig adgang kan være et aktiv for kommunen

4

5

6 Har jeg nogle valg? Typiske projekttyper: 1. Overrisling af områder med drænvand 2. Oversvømmelse af vandløbsnære arealer 3. Ådale & lavmoser: naturgenopretning genskabelse af processerne 4. Konstruerede vådområder - Surface and Subsurface flow 5. Genetablering af søer D A N M A R K S M i L J Ø U N D E R S Ø G E L S E R A A R H U S U N I V E R S I T E T Afdeling for Ferskvandsøkologi Temadag på SDU: Fosforfældning,bassiner,vådområder?

7 Bygholm Egebjerg Enge før og efter restaurering Brede Å Nørrekær Gammelby Bæk Kappel

8 Odense Å Jan 2004 Odense Å Nov 2003 Karlsmosen efter Karlsmosen før

9 Nitrat fjernelse i ådale der gennemstrømmes af grundvand Lokalitet Kg NO - 3 -N ha -1 år -1 % Stevns å, eng Rabis bæk, eng Gjern å: A, eng, B, mose (1993) B, mose (5 års målinger) C, eng (5 års målinger) D, eng (5 års målinger) E, eng * Brede å, storskala enge (63 ha) Brede å, storskala enge (94 ha) Gudenåens Kilder, storskala enge (57 ha) * hertil kommer et bidrag på 52.7 kg N ha -1 år -1 fra oversvømmelse

10 Nitrat fjernelse i vådområder overrislet med drænvand eller åvand (Der er taget hensyn til at drænvandet kun løber i perioder af året) Lokalitet Kg NO - 3 -N ha -1 år -1 % Glumsø, rørskov Glumsø, rørskov Glumsø, rørskov Glumsø, fuldskala Stevns å, eng* Stevns å, eng med gammelt drænrør - 99 Syv bæk, eng Stor å, genskabt eng Gjern å, eng* (min) Gjern å, eng* (max) * korttidsforsøg Forskellig hydraulisk belastning og forskellig nitratbelastning.

11 Beregning af Kvælstof belastning Beregning af kvælstoftab fra direkte opland (anvendes hvis dræn fra det direkte opland afskæres ved projektgrænsen) Empirisk model: N tab =1.124*exp( ,758*ln(A) *S *D); N tab =Gennemsnitlige årlige kvælsstoftab pr. hektar nedsivningsområde A = Vandbalancen for nedsivningsområdet (i mm) S = Andelen af sandjord i nedsivningsområdet i % D = Andelen af dyrket areal i nedsivningsområdet i % Beregning af den samlede kvælstoftilførsel fra det direkte opland: N tab total = N tab * antal ha direkte opland Eller målte data fra vandløbsstationer, drænmålinger m.m.

12 Formlens begrænsninger ~ stor usikkerhed Ntab=1.124*exp( ,758*ln(A) *S *D) 100% Sand (S) Høj nedbør (A, e.g mm)

13 Hvordan beregnes kvælstoffjernelsen Beregning af N- fjernelse ved oversvømmelse: Kvælstof koncentration under 5 mg N l -1 : 1.0 kg N ha -1 dag -1 Kvælstof koncentration over 5 mg N l -1 : 1.5 kg N ha -1 dag -1 Krav: Kontinuerlig tilførsel af kvælstof til de oversvømmede arealer Ingen kvælstoffjernelse når afstanden til vandløbet overskrider 100 m.

14 Hvordan beregnes kvælstoffjernelsen Overrisling Kvælstoffjernelse ved overrisling: 50 % af belastningen Den hydrauliske belastning og kvælstofbelastningen skal være tilpasset vådområdets størrelse. I jorde med en umættet zone og høj infiltrations kapacitet hvor vandet kan infiltreres helt eller delvist i jorden kan kvælstoffjernelsen øges til: (delvis) eller 75-90% (fuldstændig infiltration) Grundvandsgennemstrømning Generelt kan man regne med en reduktion på 90 % - dog kun hvis jordens indhold af organisk stof overskrider 3%

15 Overrisling udnyt topografien

16 Resultater fra VMP2-Overvågningsprogrammet Projektområde Målt N-fjernelse kg N ha/år Ændr. areal-anv. kg N ha/år Målt + ænd areal-anv. kg N ha/år Beregnet N kg N ha/år Egebjerg enge Hellegård å! -! 280 Kappel Geddebækken Horne Mølleå Karlsmosen Lindkær Snaremose Sø Frisvad M.bæk (op til 95) (279)! 279 Ulleruplund Gammelby Bæk Nagbøl Å Hjarup Bæk Lyngbygaards Å Bygholm Å

17 Case: Lyngbygaards Å

18 Lyngbygårds Å Måned Input Nitrate fjernelse Input Phosphorus retention (kg NO 3 -N) (kg NO 3 -N) (%) (kg P) (kg P) (%) Dec-07 18,765 1, Jan-08 26,784 1, Feb-08 13, Mar-08 17,093 1, Apr-08 6, Maj-08 1, Jun-08 1, Jul Aug-08 1, Sep-08 1, Okt-08 1, Nov-08 10, Total 100,076 7, , P retention: Inklusive April 2008 : -1.6 kg P ha Uden April 2008 : 3.3 kg P ha Hoffmann et al., 2011, Hydrobiologia

19 Overrisling: Stor Å & Egeskov Fyn Year Load Loss Retention Retention (%) Egeskov Kg ha -1 Kg ha -1 Kg ha -1 % of load Nitrate-N Nitrate-N TN TN PO4-P PO4-P TP TP Fe Fe SS SS Storå Nitrate-N Nitrate-N TN TN PO4-P PO4-P TP TP Fe Fe SS SS Hoffmann et al. submitted

20 Egeskov N & P

21 Stor Å: N & P

22 Plante optagelse hvad kan høstes Landsforsøgene slæt på våd humusjord, 3 år Tørstof g m 2 Nitrogen g N m 2 Fosfor g P m Stevns å, eng Syv Bæk, eng Gjern Å: A, eng B, mose C, eng D, eng Glumsø, rørskov

23 Tørvedannelse P Kg P ha -1 år -1 N Kg N ha -1 år

24 Søer Sliv Sø Ødis sø på en kold januardag i 2003

25 Kvælstoffjernelse i lavvandede søer Nretention (%) = log42,1+ 17,8log T w =V/Q til, vandets opholdstid eller vandskiftet pr. år N fjernelse ved Sø = N (%) * N tilførsel fra vandløbsopland NB Gælder ikke hvis opholdstiden er mindre end 1 uge. 10 (T Eventuelt alternativ 300 kg N ha -1 år -1 - DOG max 10% af belastningen (bør nøje overvejes i hvert tilfælde) Årslev Engsø før Efter w ) Efter

26 CASE: Vilsted sø der afvander til Limfjorden

27 Vilsted sø Lake Vilsted (2004) 472 ha lake and 441 ha wet meadow Før restaurering Efter restaurering Vitskøl å (udløb)

28 Case study Vilsted sø Phosphorus discharge (outflow) Før Prior sø lake Efter After sø lake kg P / year. P in outflow increased by lake D A N M A R K S M i L J Ø U N D E R S Ø G E L S E R A A R H U S U N I V E R S I T E T Afdeling for Ferskvandsøkologi Temadag på SDU: Fosforfældning,bassiner,vådområder?

29 Case study Vilsted sø Vilsted sø(2004) 472 ha sø and 441 ha våd eng N fjernelse: P frigivelse: 2006: 95 tons N 2006: 6.1 tons P 2007: 195 tons N 2007: 6.3 tons P 2008: 189 tons N trend 2008: 4.6 tons P trend

30 Lakes Status 2009 Resultater fra overvågningen af 9 restaurerede søer Total projekt areal Sø areal Sø dybde N forventet fjernelse N målt fjernelse N forventet fjernelse arealvægtet N målt fjernelse arealvægtet ha ha m tons N år -1 tons N år -1 kg N ha -1 år -1 kg N ha -1 år -1 Vilsted Sø Slivsø Aarslev Engsø , Nakkebølle Ind , Gødstrup Engsø , Hals Sø , Ødis Sø , Skibet Enge , Wedellsborg H , Rødding Sø Range (målt): kg N ha -1 år -1 ( x: 164) Range (forventet) : kg N ha -1 år -1 ( x: 274)

31 Lakes Status 2009 Resultater fra overvågningen af 10 restaurerede søer Total projekt areal Sø areal Sø dybde N forventet fjernelse N målt fjernelse N forventet arealvægtet N målt fjernelse arealvægtet ha ha m tons N år -1 tons N år -1 kg N ha -1 år -1 kg N ha -1 år -1 Vilsted Sø Slivsø Aarslev Engsø , Nakkebølle Ind , Gødstrup Engsø , Hals Sø , Ødis Sø , Skibet Enge , Wedellsborg H , Rødding Sø Forskelle i N fjernelse skyldes: 1) Vandets opholdstid 2) N-belastning

32 Status 2009 Resultater fra restaurerede & overvågede søer Lakes Total projekt areal Sø-areal areal Sø dybde N fjernelse P-belastning Målt P-fjernelse arealvægtet P fjernelse (ha) (ha) (m) (% ) (tons P år -1 ) (kg P ha -1 år -1 ) (% ) Vilsted Sø Slivsø Aarslev Engsø Nakkebølle Ind Gødstrup Engsø Hals Sø Ødis Sø Skibet Enge Wedellsborg H N fjernelse, men P frigivelse! (mineralisering af oversvømmet vegetation) Tilbageholdelse af P i 2/3 af søerne

33 Vigtigt!!! Inden man starter må man se på de historiske kendsgerninger Områdets historie -set med P øjne

34 Fosforindhold i danske lavbundsjorde 100 Lavbundslokaliteter (%) Organogene Minerogene Total P (mg/kg) Andel af lavbundslokaliteter med tilsvarende total P (TP) indhold i overjorden 0-30 cm. Antallet af undersøgte lokaliteter er 1315 organogene og 2064 minerogene danske lavbundslokaliteter. Kjærgaard et al., 2011

35 Potentiel P-frigivelse Potentiel PO 4 -P frigivelse (mmol/kg/dag) kg m kg m kg m -3 Potentiel PO 4 -P frigivelse (kg/ha/dag) Fe BD :P BD -molforhold Fe BD :P BD -molforhold Potentiel P-frigivelse som funktion af jordens Fe BD :P BD -molforhold for tre jordtyper defineret ved jordens volumenvægt (kg/m 3 ) i hhv. µmol/kg/dag og kg/ha/dag. Kjærgaard et al., 2007 & 2011

36 Ide! Topsoil removal D A N M A R K S M i L J Ø U N D E R S Ø G E L S E R A A R H U S U N I V E R S I T E T Afdeling for Ferskvandsøkologi

37 Resultater fra overvågningsprogrammet Vådområde lokalitet P-retention % kg P ha -1 år -1 Ulleruplund, overrislet engområde Gammelby Bæk, overrislet og oversvømmet mose og eng (usikker beregning) Egebjerg Enge, oversvømmet eng/mose område Karlsmosen, overrislet og oversvømmet mose og eng Snaremose, overrislet eng- og moseområde Lindkær, overrislet eng- og moseområde Geddebækken, overrislet eng- og moseområde Nagbøl Å, remeandreret, overrislet og oversvømm Hjarup Bæk, remeandreret, overrislet og oversvømmet Bygholm Å

38 Anbefalinger Sørg for at anlægsarbejdet udføres således at naturen kan tage over uden at der skal repareres Se på gamle kort - se på landskabet Forundersøgelser er vigtige Hvad enten man vil eller ej vil projektområdet prøve at genskabe den naturlige hydrologi Undersøg jordens indhold af fosfor Undersøg hvorledes fosfat er bundet (få lavet fosforfraktionering)

39 Anbefalinger, fortsat Genskab processerne (e.g. tillad frihed og dynamik i vandløbet) Monitering og opfølgning = erfaring (glem ikke vidensdeling e.g. årlige møder a la DAVID/ALMA) Klare mål (e.g. reducere næringsstofbelastning, forøge biodiversitet Nye ideer e.g. topsoil removal (specielt for P)

40 Konklusioner Biogeokemi processerne hænger sammen Autotrof denitrifikation kan indirekte forårsage P- mobilisering ved sulfat produktion (pyrit oxidation) hvis denne efterfølges af sulfat reduktion Nitrat belastningens størrelse kan påvirke P- tilbageholdelsen (dvs. føre til udvaskning af P) Kvælstoffjernelse kan variere fra år til år grundet variationer i de klimatiske forhold

41 Hjemmeside faktablade ttp:// D A N M A R K S M i L J Ø U N D E R S Ø G E L S E R A A R H U S U N I V E R S I T E T Afdeling for Ferskvandsøkologi Temadag på SDU: Fosforfældning,bassiner,vådområder?

42 Teknisk anvisning (brugt i VMP2 regi) Overvågning af effekten af retablerede vådområder Teknisk anvisning fra DMU, nr. 19, 4. udgave, 2005 Carl Christian Hoffmann et al. Se også temanummer af Vand og Jord, der handler om vandplaner og ådale. Vand og Jord nr.2 maj 2010 Ny opdateret version af Vidensopsamling fra VMP2-vådområder Naturbeskyttelse/Naturprojekter/Projekttyper/Vandprojekter/Viden/ Resultater fra overvågningsprogrammet rapporter/fr576.pdf Ny teknisk anvisning på trapperne: Faglig rapport fra DMU nr. xxx, Etablering af P-ådale