B5: Arealændringer i risikoområder

Transkript

1 Kortlægning af risikoarealer for fosfortab i Danmark B5: Arealændringer i risikoområder Ekstensivering af landbrugsdriften kan sammen med egentlige vandløbsrestaureringer eller ophør af vandløbsvedligeholdelsen genskabe de tidvise vinteroversvømmelser af enge og hele ådale. Med vandløbsvandet tilføres engene næringsrigt sediment hvoraf en del deponeres på engjorden. De tidligere intensivt dyrkede enge kan derfor ændres fra at være en fosforkilde, til at tilbageholde fosfor. Tidligere tilført fosfor til engjorden fra landbrugsdriften kan dog frigives under de vandmættede forhold hvilket i en aflastningsperiode skal modregnes fosfordeponeringen. Hvis næringstilgængeligheden i engjorden på sigt begrænses vil plantesamfundet på arealerne kunne udvikle sig i en mere naturlig retning. Derfor er høslet en godt plejemidddel da der herved bortfjernes næringsstoffer. Tidvise oversvømmelser af enge og ådale Fosfor og Virkemidler Brian Kronvang, Carl Christian Hoffmann & Annette Baatrup-Pedersen Afdeling for Ferskvandsøkologi, Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet Jesper S. Schou Afdeling for Systemanalyse, Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet Beskyt ferskvand mod P-tab Definition I naturlige vandløbssystemer sker der med mellemrum og især om vinteren tidvise oversvømmelser af ådale. Ved oversvømmelsen sker der en udveksling af både vand, plantefrø, opløste stoffer og sediment mellem et vandløb og dets ådal. I de nedre dele af vandsystemerne virker ådalen ved høje vandstande i vandløb, derfor som en naturlig indskudt aflejringszone, mellem landskabet opstrøms i vandsystemet, hvor opløste stoffer udvaskes og sediment eroderes, og de nedstrøms liggende fjorde og kystvande. De tidvise oversvømmelser skaber sammen med vandløbets gnavning i brinkerne dynamik i landskabet ved aflejringen af sediment på engene. Under naturlige forhold, dvs. før åens vand var beriget med næringsstoffer, tilførte de tidvise oversvømmelser værdifulde næringsstoffer til engene. Brugen af vandløbet til vanding i form af oversvømmelse eller overrisling har været kendt gennem årtusinder. I Danmark er overrislinger af næringsfattige engarealer blevet anvendt gennem århundreder ved etablering af engvandingsanlæg hvoraf enkelte stadig kan erkendes, især langs de vestjyske ådale. Årgang, Nr. B5, vers. Redaktion: Brian Kronvang Carl Christian Hoffmann Hans E. Andersen Annette Baatrup-Pedersen Berit Hasler Gitte H. Rubæk Goswin Heckrath Charlotte Kjærgaard Uffe Jørgensen Christen Børgesen Preben Olsen

2 I vore dages afvandede ådale hvor vandløb er udrettet, uddybet og regelmæssigt vedligeholdt ved grødeskæring og oprensning er de naturligt forekommende oversvømmelser af ådalen enten helt forhindret eller oversvømmelseshyppigheden er stærkt reduceret. Da de fleste ådale også er detailafvandet ved dræning eller grøftning er den dyrkede ådal i dag en nettokilde til både sediment, kvælstof og fosfor i overfladevand. Formål De tidvise vinteroversvømmelser er med til at tilbageholde fosfor bundet til det minerogene og organiske materiale hvorved transporten af fosfor til nedstrøms recipienter bliver reduceret. A A A 4 B B B C C Sedimentationsrate (kg m - ) Over 5 D D C 4 D 5 5 D4 7 Strømretning E E F F G G E F G E4 4 F4 4 G4 F5 G F6 4 G6 F G7 7 7 Gjern Å Figur. Mængden af afl ejret sediment (sedimentationsrate) målt med fælder på en eng ved Gjern Å, Sminge. N Virkemåde Når vandstanden i vandløb bliver bredfuld vil åen gå over sine bredder. Herved fyldes ådalen op med et volumen som afhænger af ådalens topografi. I nogle ådale vil det kun være en mindre del af ådalen som står under vand, mens det i andre ådale er større arealer. Eksempler fra 4 ådale hvor vandløbet blev restaureret og dets vandføringsevne reduceret er vist i tabel. Ved oversvømmelsen af ådalen vil åvandets indhold af sediment og organisk materiale helt eller delvist blive deponeret i ådalen på grund af vandets aftagende hastighed væk fra åen. Mængden af det aflejrede materiale aftager derfor meget hurtigt med afstanden fra åen (se figur ). I de dage eller uger hvor der er oversvømmelse, vil der også være et vandskifte mellem vandløb og ådal. Oversvømmelsens forskellige stadier er forsøgt illustreret fra en forsøgseng ved Gjern Å, som næsten hvert år oversvømmes og hvor der i flere år er foretaget målinger (figur ). Vandskiftet mellem å og eng tilfører løbende nyt vand, sediment og opløste stoffer til ådalen hvoraf en del vil blive tilbageholdt via processer som sedimentation (minerogene og organiske partikler), sorption (fosfat) og denitrifikation (nitrat) (se Faktablad B8) (Rebsdorf et al., 994; Kronvang et al., 6). Efter aflejringen kan biogeokemiske processer (desorption, mineralisering) være med til at frigive dele af fosforpuljen i det deponerede sediment til jordvæsken. Herefter kan det opløste fosfor blive optaget i den stående plantebiomasse i ådalen, readsorberet i jorden eller blive udvasket til grundvand og/eller overfladevand (se flere informationer om dette i Faktablad B8). Tabel. Andel af ådal som forventes at være oversvømmet under gennemsnitlige afstrømningsforhold om vinteren. Projekt Projekttype Ådalsareal omfattet af projektet Skjern Å nedstrøms del Odense Å Brobyværk til Borrebybroen (skitseprojekt ) Odense Å Tørringe bæk Brede Å opstrøms Brede bro Oversvømmet ådal efter restaurering af åen Andel oversvømmet ådal af hele ådalsområdet ca.. ha ca. 65 ha % ca. ha ca. 7 ha 56 % ca. 77,8 ha,6 ha 9 % ca. 6,4 ha 47, ha 74 % Årgang, Nr. B5, vers.

3 Vej Vandstand Oversvømmelse C D Grøft Grøft Van dløb Eng B E Overrisling A F Figur. Strømningsmønstre målt på en oversvømmet eng ved Gjern Å i Midtjylland (tallene refererer til datoer og vandstande over havet). Til venstre ses begivenheder med stigende vandstand, til højre med faldende. A) Overrisling med indløb fra en grøft der løber parallelt med vejen og fra åen lige før vejen. B) Overgangsform, hvor vandet både strømmer ind fra grøften og fra åen. C) Oversvømmelse med indløb fra åen og udløb ved broen og over vejen. Der er vandudveksling med områderne nord og øst for. D) Oversvømmelse med indløb fra åen og dræning af områderne nord og øst for. E) Overrisling med høj vandstand, hvor vandet løber fra øst mod vest i grøften og åen. F) Overrisling ved lav vandstand, hvor alt vandet forlader området via grøften. Tid Forhold der har betydning for aflejring af sediment og fosfor i ådale er: oversvømmelsens størrelse, udbredelse og varighed koncentration af suspenderet stof og dets indhold af fosfor i vandløb vandskiftet mellem vandløb og ådal kornstørrelsen af sediment i transport i vandløb vegetationen på den oversvømmede ådal meso- og mikrotopografiske forhold i ådalen Hvor kan virkemidlet anvendes? Tidvise oversvømmelser af ådale kræver en ekstensivering af landbrugsdriften koblet til gennemførelse af miljøforvaltningstiltag som vandløbsrestaurering eller reduceret vandløbsvedligeholdelse. Virkemidlet vil oftest kunne finde anvendelse langs de større vandløb og især i de nedre dele af vandsystemerne. Groft opgjort kan virkemidlet formentlig finde anvendelse på mellem. og. ha i Danmark. Årgang, Nr. B5, vers.

4 4 Effekter for fosfor Udenlandske erfaringer Til trods for den lange interesse for vand og stofudvekslingen mellem vandløb og ådale findes der kun en begrænset viden fra den udenlandske og danske litteratur. Det skyldes formentlig problemerne med at kvantificere udvekslingen i et så åbent system, hvor den gængse brug af vand- og stofbalancer er vanskeliggjort. I stedet har man i mange undersøgelser anvendt in situ målinger af aflejringer af sediment og næringsstoffer i ådalen ved brug af forskellige typer af fælder, anvendelse af dateringer med radioaktive sporelementer (f.eks. Cs-7, Pb-), anvendelse af hydrauliske modeller, mv. De fleste udenlandske studier har fokuseret på oversvømmelsernes betydning for aflejring af sediment i ådalen. Det er således først indenfor de seneste år, at aflejringen af fosfor og andre stoffer sammen med sedimentet er blevet Sedimentation (tons tørstof pr. ha) International undersøgelse nummer Figur. Afl ejret sediment ved oversvømmelser af ådale fra forskellige udenlandske undersøgelser (se Rubæk og Kronvang, 6). undersøgt. I figur er de fundne aflejringsrater af sediment i forskellige udenlandske undersøgelser vist. Hovedparten af undersøgelserne er fra USA og England. De internationale undersøgelser viser samstemmende, at der ved tidvise oversvømmelser sker meget store aflejringer af sediment i ådale (se figur ). Aflejringen af fosfor er ikke blevet undersøgt i samme omfang som for sediment. De eksisterende udenlandske undersøgelser og deres resultater er vist i tabel. Alle undersøgelser viser, at der ved tidvise oversvømmelser af ådale kan tilbageholdes relativt store mængder fosfor bundet i det aflejrede materiale. Undersøgelserne påviser ikke noget om skæbnen af det tilbageholdte fosfor. I alle de refererede undersøgelser er det fosfor bundet til sediment eroderet fra det opstrøms opland, som deponeres i ådalen. Der er således tale om en sedimentation af fosfor der er indbygget i organisk stof eller bundet til sedimentets calcium, jern, aluminium eller lersilikater. Ingen af undersøgelserne har fokuseret på skæbnen af det opløste fosfor i vandløbsvandet, der oversvømmer ådalen. Undersøgelserne der bygger på dateringen af jordkerner over længere perioder viser, at der selv over længere tidsrum (ca. 4 år) sker en blivende tilbageholdelse af fosfor i de oversvømmede ådale. Danske erfaringer Ved tidvise vinteroversvømmelser af fire danske ådale er der ved anvendelse af sedimentfælder målt meget store aflejringer af sediment (se tabel ). Sedimentaflejringen er af en størrelse der ligner det, som er konstateret i de udenlandske undersøgelser (se figur ). I de samme undersøgelser blev indholdet af fosfor i det aflejrede sediment analyseret og fosforaflejringen beregnet (tabel ). De aflejrede mængder af sediment- Tabel. Afl ejring af fosfor i forbindelse med oversvømmelser af ådale fra udenlandske studier. Type af undersøgt oversvømmet areal Land Mængde af fosfor deponeret (kg P ha - år - ) Metode Ådal, Cypres sump USA 6 Fælder Ådal, lavniveau areal USA,-7, Fælder 7 ådalsstudier USA 5 Cs-7 ådalstransekter UK -6 Cs-7 Ådal Frankrig 9 Cs-7 Årgang, Nr. B5, vers.

5 bundet fosfor var årligt på mellem og 7 kg fosfor pr. ha oversvømmet ådalsareal. Tidshorisont for effekt Effekterne af tidvise oversvømmelser vil hvad angår deponering af fosfor med aflejret minerogent og organisk materiale på engen være umiddelbar. Hvor meget fosfor der tilbageholdes hvert år vil afhænge af de lokale forhold, samt hvor mange og lange perioder, der forekommer oversvømmelser det enkelte år. Usikkerheder Virkningen af tidvise oversvømmelser af ådale er sikker hvad angår aflejringen af fosfor. Hvor engene tidligere har været dyrket og der er opsamlet store fosforpuljer kan der være risiko for en frigivelse af dele eller hele af det gamle fosfor ved desorption af fosfat fra jernforbindelser, der reduceres under iltfrie forhold (Se Faktablad B8). Endvidere kan dele af det aflejrede fosfor bundet til minerogent og organisk materiale blive frigivet ved processer, som nedbrydning af det organiske stof (mineralisering), eller som ovenfor ved en senere frigivelse af jernbundet fosfor. Effekter for kvælstof Felt- og laboratorieforsøg med intakte jordkerner fra ådale har vist, at der fjernes nitrat fra vandløbsvandet under oversvømmelser. Fjernelsen af nitrat tilskrives denitrifikation i iltfri miljøer i overjord og plantefilm. Som tommelfingerregel sættes raterne til mellem og,5 kg N pr. ha pr. oversvømmet dag. Den høje rate er ved kvælstofkoncentrationer over 5 mg N pr. l. Der er endvidere den begrænsning, at der ikke forventes at ske nogen kvælstoffjernelse i afstande længere væk end m fra åen. Natureffekter I de sidste 5 år er hovedparten af de danske vandløb og vandløbsnære arealer blevet stærkt påvirket på grund af landbrugets behov for dyrkningsjord. Desuden er der i flere større vandløb lavet opstemninger, der har oversvømmet ådalen med det formål at udnytte vandkraften til elproduktion (f.eks. Tange sø). Langt den største påvirkning er sket ved landbrugets afvandingsprojekter, som via udretninger og kanalisering af vandløb samt grøftninger, dræning og oprettelse af pumpelag tørlagde søer, moser og våde enge med henblik på intensiv landbrugsproduktion. I dag findes der således meget få uberørte strækninger af vandløb og vandløbsnære arealer i Danmark. Det er tidligere opgjort at mindre end - % af de danske vandløb har et naturligt slynget forløb. De vigtigste bestemmende faktorer for, hvilke plantesamfund der etablerer sig på tidvise oversvømmede ådale og enge er hyppighed og varighed af oversvømmelser, vandstanden og variationer i denne, samt jordens indhold af kalk og næringssalte. De tidvise oversvømmelser og aflejringer af sediment er forudsætning for udvikling af en række forskellige typer af levesteder og dermed for etablering af en række plantesamfund, der er knyttet til naturlige vandløbsnære arealer. Oversvømmelser og høj grundvandsstand medfører således opbygning af et tørvelag, der veksler med minerogene indslag afsat fra oversvømmelserne. I tidvist oversvømmede områder foregår en betydelig del af spredningen af frø med over- 5 Tabel. Danske målinger af afl ejret sediment og fosfor i forbindelse med tidvise vinteroversvømmelser af ådale. Alle målinger er gennemført efter vandløbsrestaureringer hvor det gamle kanaliserede og lige åløb er blevet genslynget. Oversvømmet areal (ha) Varighed af oversvømmelse (dage) Sediment aflejring (tons TV pr. ha) Fosfor deponering (kg P pr. ha) Gjern Å, , 7 Brede Å ,7 6 Odense Å.6,7 4 Skjern Å Årgang, Nr. B5, vers.

6 6 fladevand fra vandløbet. Plantesamfundene i opstrøms ådale kan derfor sætte præg på hvilke planter, der etablerer sig i ådalene nedstrøms ved udtagning af landbrugsjord. På hovedparten af de vandløbsnære arealer er naturlige plantesamfund kun sparsomt repræsenteret i dag, hvilket afspejler at næsten alle vandløb er regulerede og de vandløbsnære arealer detailafvandet ved dræning og grøftning. Det betyder også, at der er en betydelig begrænsning for udvikling af naturlige plantesamfund i nyetablerede områder. På kort sigt vil nyetablerede, tidvist oversvømmede områder, der er tidligere omdriftsarealer, udvikle sig til artsfattige plantesamfund bestående af almindelige arter, som klarer sig godt på de typisk næringsrige jorder. Følgelig vil disse områder ikke i første omgang bidrage til værdifuld natur. På længere sigt vil arealerne udvikle sig i en mere naturlig retning under forudsætning af, at næringstilgængeligheden begrænses, samt at der er mulighed for spredning af naturlige arter til området. Endvidere er forstyrrelser i form af oversvømmelser og sedimentation af materiale med til at hæmme dominansen af de konkurrencestærke plantearter og øger derfor chancerne for kolonisering og sameksistens af flere plantesamfund og dermed den biologiske mangfoldighed. Andre sideeffekter Ekstensiveringen af ådalen vil reducere udvaskningen af fosfor og kvælstof. Forbruget af pesticider vil blive reduceret og der vil ved en tørveopbygning blive indbygget kulstof, som er med til at reducere CO indholdet i atmosfæren. Begrænsninger I ådale med bymæssig bebyggelse eller fritidshuse vil det være umuligt at gennemføre projekter, der skaber tidvise oversvømmelser. Andre forhold som afvanding af tilstødende marker kan måske også nogle steder forhindre et helt naturligt hydrologisk samspil mellem å og eng. Pleje og vedligeholdelse Hvis bræmmen etableres i beskyttelseskrævende naturtyper som fx Habitatdirektivets rigkær (type 7), kildevæld (7) eller tidvis våd eng (64), hvor græsning er en forudsætning for typens opretholdelse, skal afgræsning sikres. Høslæt er en anden mulighed, som endvidere er med til at bortfjerne fosfor fra engjorden. Omkostninger Omkostningerne ved tiltag kan opgøres som dels budgetomkostninger, dels velfærdsøkonomiske omkostninger. Budgetomkostningerne er konsekvenser for landmandens private forbrugsmuligheder, mens velfærdsøkonomiske omkostninger er konsekvenser for det danske samfunds samlede forbrugsmuligheder. Der er beregnet omkostninger både for ler- og sandjord, og forskellene for ler- og sandjord skyldes både udbytteforskelle og at der dyrkes forskellige afgrøder på de to jordtyper. Omkostningerne er beregnet med udgangspunkt i de kornpriser der gjorde sig gældende i 7/8, som var relativt høje. Hvis disse priser stagnerer eller reduceres vil det påvirke det beregnede omkostningsniveau. Omkostningerne ved at oversvømme enge og ådale består ligesom for andre udtagnings- og ekstensiveringstiltag af de direkte omkostninger ved at gennemføre projektet (anlægsomkostninger mv.) samt af den ændrede indtjening fra arealerne efter omlægningen. Den ændrede indtjening beregnes inklusive tilskud før og efter omlægningen. Der er beregnet omkostninger både for lerog sandjord, og de forskellige omkostninger for ler- og sandjord skyldes både forskellige udbytter på ler- og sandjord, men også at der dyrkes forskellige afgrøder på de to jordtyper. Anlægsomkostningerne per ha omlagt eng/ oversvømmet område varierer meget fra sted til sted, og de reelle budget- og velfærdsøkonomiske omkostninger kan derfor afvige meget fra gennemsnittet. Den gennemsnitlige budgetøkonomiske omkostning ved vådområder er beregnet til hhv. 4. og. kr. pr. år for hhv. ler- og sandjord, mens den velfærdøkonomiske omkostning er beregnet til 4.7 og.7 kr. pr. år for ler og sandjord, inklusive anlægsomkostninger der er beregnet til årlige priser over en periode på år. Oversvømmelsesprojekter kan gennemføres både frivilligt med tilskud og tvungent ved ekspropriation og kompensation. Hvis der mod- Årgang, Nr. B5, vers.

7 tages tilskud til omlægning kan der modtages enkeltbetaling til arealerne, men der kan ikke samtidigt modtages plejetilskud til arealerne. Omkostningsniveauet vil være påvirket af, om projekterne påvirker afvandingen højere oppe i oplandet, og det kan derfor adskille sig fra det anførte. Links til andre virkemidler Tidvist oversvømmede enge skal ses i sammenhæng med virkemidler om randzoner (Faktablad B) og vådområder (Faktablad B8). Referencer Andersen, I.K., Kronvang, B. & Hoffmann, C.C. 4: Vandbalance og sedimentation på oversvømmede enge. Vand & Jord (4): Erfaring med genopretning af vådområder Falkum, Ø., Kronvang, B. & Svendsen, L.M. 997: Stoftilbageholdelse på oversvømmede enge. Vand & Jord 4(): Jensen, P.N., Hasler, B., Waagepetersen, J., Rubæk, G.H. & Jacobsen, B.H. 9: Notat vedr. virkemidler og omkostninger til implementering af Vandrammedirektivet. Danmarks Miljøundersøgelser, Aarhus Universitet. Kronvang, B., Andersen, I.K., Hoffmann, C.C., Pedersen, M.L., Ovesen, N.B. & Andersen, H.E. 6: Water exchange and deposition of sediment and phosphorus during inundation of natural and restored lowland floodplains. Water, Air and Soil Pollution (In press): 8--6 Rebsdorf, Aa. (red.), Friberg, N., Hoffmann, C.C. & Kronvang, B. 994: Ånære arealers samspil med vandløb. En sammenstilling af eksisterende viden. Miljøstyrelsen. Miljøprojekt 75: 4 s.t Årgang, Nr. B5, vers.