Kohæsive sedimenters effekt på biologi Og biologiens effekt på sedimentprocesser Anne Lise Middelboe DHI ami@dhigroup.com
Spildt sediment påvirker flora og fauna gennem: - Øget koncentrationer af suspenderet sediment i vandet - Sediment pålejringer bundlevende planter og dyr #2
Øget mængder sediment af øger lyssvækkelsen i vandsøjlen og derfor mængden af tilgængeligt lys for vækst og fotosyntese I z = I 0 e -Kd*Z I = lys Kd = lyssvækkelseskoefficient Z = dybde #3 Lyskrav for forskellige havgræsser %SI = procent af overflade lyset
Sedimentation virkning på makrolager Makroalger på den hårde bund: afhængig af fast hård bund uden sediment, rekruttering påvirkes af selv tyndt lag Timing vigtig #4
Blomsterplanter - sensitivitet for sedimentation afhænger størrelse og væksthastigheder #5
Virkninger af øget suspenderet sediment i vandet på fauna afhængig af fødefunktionel gruppe og habitat Høj sensitivitet Dendrodoa Medium sensitivitet Mytilus Arctica Virkninger af sedimentation afhænger af organisimens størrelse, mobilitet og habitat. - Fasthæftede organismer mere sensitive end mobile, - Små organismer mere sensitive end store #6 - Hårdbund mere sensitive end mudderbund Lille sensitivitet
Hvordan kvantificeres virkningen af øget turbidtet på væksten af bundplanter? I z = I 0 e -Kd*Z Plankton, detritus I = lys Kd = lyssvækkelseskoefficient Z = dybde Naturlig turbiditet Vand #7
Modelled attenuation (m -1 ) Lyssvækkelse på grund af sedimentspild I z = I 0 e -Kd*Z Sediment fraction Reference (incl. dissolved matter attenuation) Specific K d (m -1 ) Sensitivity test (dissolved matter not included in attenuation) Specif K d (m -1 ) Diameter a ew b ew a ew b ew (mm) 0.064 0.0278 0.354375 0.057 0.00915 0.39375 0.032 0.028 0.0278 0.756 0.078 0.00915 0.84 0.045 0.010 0.0278 1.8144 0.117 0.00915 2.016 0.069 0.0065 0.0278 2.713846 0.142 0.00915 3.015385 0.085 2.5 K d = (a 2 +0,265*a*b) 0.5 2.0 1.5 y = 1.008x R² = 0.969 a = a biologi+water + a natural resuspension +a sediment spild 1.0 b = b biologi+water + b natural resuspension +b sediment spild 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Measured attenuation (m -1 ) Figure 3.11 Comparison of measured and modelled light attenuation in experiments using a scaling factor c for scatter at 12. 0.5 #8 Particle size (mm) Absorption (m 2 g -1 ) Scattering (m 2 g -1 ) Mass specific light attenuation (m 2 g -1 ) 0.007 0.0278 2.714 0.142 0.010 0.0278 1.814 0.117 0.028 0.0278 0.756 0.078 0.064 0.0278 0.354 0.057
Production Karakterisering af lysudnyttelse P max Lavt vand Dybt vand α R I c I k Irradiance Vigtige for at bestemme respons på ændringer i lys: Lyskompensationpunktet, I c Lysmætning, I k Pmax= max produktion, R = respiration - ɑ = lysudnyttelseseffektivitet
Karakterisering af lysudnyttelse Vertical thallus Horisontal thallus
Ilt elektrode ph meter/ termometer Sider af spejle Pumpe Pumpe
PI kurver målt på stykker af algen Gross production ( mol O 2 g DW -1 s -1 ) 0.15 0.10 0.05 Delesseria Ceramium Furcellaria 0.00 0 100 200 300 400 500 600 Irradiance ( mol photons m -2 s -1 ) Ceramium tenuicorne Delesseria Furcellaria
PI kurver målt på population forskellig tætheder 20 Delesseria 10 Ceramium tenuicorne Gross production ( mol O 2 m -2 s -1 ) 0 10 0 Furcellaria Ceramium high medium low Delesseria 10 0 0 200 400 600 800 Irradiance ( mol photons m -2 s -1 ) Furcellaria
Økologisk model MIKE ECOlab + lyssvækkelse for spildt sediment kornstørrelses specifik + planterne produktion per lysmængde artsspecifik og pr areal #15
Femernbælt forbindelsen Tunnel rende, gravning 15 mill m 3 Arbejdshavn og landopfyldning, Lolland 21 mill m 3 Arbejdshavn og landopfyldning, Femern 2 mill m 3 Tunnel rende, tilbagefyldning 6 mill m 3 Estimeret sediment spild: 0.7 mill m3 eller 1.3 mill tons. Hovedparten af spildet sker de første 18 måneder #17
#18
Virkning af sedimentspild på bentisk vegetation Reduceret lys på bunden i vækstsæsonen (%) Reducerede biomasser ved slutning af vækstsæson (%) #19
Area (ha) Størst virkning de første 1½ år af anlægsarbejdet, herefter meget små virkninger Lys 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 2015 2016 2017 2018 2019 75-100% 50-75% 25-50% 10-25% Biomasse #20 Baseline ------ virkning af sediment #20
Sensitivitet af timing Constant spill : 20 kg/s clay till for 3 months Kombination af mere sediment der kommer inde i Rødsand lagune forår og sommer og højere sensitivitet til lys reduktion: størst virkning forår og sommer #21
Biomass g(c m-2) Biologiens virkning på sedimentet ålegræs Ålegræsset dæmper bølge energien, reducerer turbulens ved bunden og dermed koncentrationen af suspenderet sediment Effekten vil variere med tætheden dvs. sæson eller efter virkningen af spild 80 60 40 20 0 McGlathery et al., submitted. #22
Biologiens virkning på sedimentet bioturbation Sandorm Cirriformia grandis Kristensen et al 2012 #23
Biologiens virkning på sedimentet bioturbation Sedimentet flyttes fra få mm to > 30 cm og med forskellig hastighed afhængig af art og aktivitet Bioturbation er derfor afhængig af artssammensætningen og tætheden af fauna Kristensen et al 2012 #24
Opsummering Sediments effekt på biologien: Vigtigste effekt ofte gennem lyssvækkelse og påvirkning af bundvegetation (ålegræs makroalger ( koraler)) Effekt af sedimentation størst i hårdbundshabiater Lyssvækkelse pga sedimentspild afhænger af kornstørrelsesfordeling og effekten varierer over sæsonen Eksempler på biologiens effekt på sediment: Bundplanter reducere resuspension med tæthedsafhængig effekt Fauna mixer øverste sedimentlag #25