Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Uttaget av biomassa har ökat i det svenska skogsbruket. Energi från biomassa är en viktig del i att Sverige nu uppnått EU´s miljömål om att minst 50 % av vår energiförbrukning skall komma från förnyelsebara källor. I och med en ökad förbränning av biobränslen bildas också mer vedaska som idag till största del deponeras. Aska är starkt basverkande och innehåller alla de mineralnäringsämnen, förutom kväve, som träden under sin tillväxt tagit upp. Ett ökat biomassauttag och ett intensivare skogsbruk ger en ökad naturlig försurning, och en ökad bortförsel av mineralnäringsämnen. Det är känt att askåterföring kan ha en positiv påverkan markens syra-baskemi och näringsbalans, men inte tillräckligt väl känt hur det påverkar det avrinnande ytvattnet i det behandlade området.
Detta arbete är en metaanalys som grundar sig på publicerade rapporter och ej publicerat rådata över ytvattenkemin i bäckar på askåterförda och/eller kalkade områden före och efter behandling. En litteraturstudie genomfördes för att finna jämförbara försök i Skandinavien där ANC (Acid Neutralizing Capacity) kunde beräknas för varje enskilt försök. ANC används som ett mått på vattnets förmåga att buffra för ovan nämnda försurning och det är önskvärt att ANC-värdet ökar i försurade bäckar.
Försöken delades in i parförsök (referenser och behandlat område i anslutning till varandra), fristående referenser (referenser i samma region som behandlat område, men inte i direkt anslutning till det) och tidsserier (mätningar före och efter behandling, men avsaknad av obehandlad referens) och givorna delades in i låg-, normal- och högdos. En omräkning gjordes så att kalk och askåterföringsförsök blev jämförbara. Totalt beräknades ANC för 54 försök behandlade med kalk och/eller aska fördelade på 16 olika försöksområden i Sverige, Norge och Finland. Tidsperioden för försöken sträckte sig upp till 16 år. Resultatet visar att variansen i förändringen av ANC var mycket stor, men det förelåg en statistiskt signifikant större ökning av medianvärdet på ANC bland de behandlade bäckarna än bland de obehandlade (+72 μekv/l respektive +31 μekv/l, p-värde=0,0137). Resultatet visar även att storleken på givan påverkar förändringen av ANC. Givan förklarar dock endast ca 5 % av variansen i resultatet.
Denna metaanalys är baserad på ett begränsat antal försök med olika förutsättningar med avseende på klimat, syradeposition och markegenskaper. Detta har stor betydelse för askåterföringens påverkan på syra-baskemin i det avrinnande ytvattnet. Fler studier behövs där effekten av yttre faktorer som påverkar syra-baskemin kan kontrolleras eller uteslutas. Resultaten från detta arbete visar att askåterföring kan vara en metod för att höja ytvattnets ANC. Skogsstyrelsens rekommendation om att inte askåterföra närmare än 25 meter från vattendrag och att givan inte får överskrida 3 ton/ha (6 ton/ha och omloppstid) innebär dock att effekten på ytvatten blir liten eller försumbar. Torvmarker och utströmningsområden bör inkluderas i behandlingen och givorna bör höjas för att det skall bli en mätbar förändring av ytvattnets ANC.

Harvesting of biomass from forestry has increased. The biomass act as fuel to the power stations and plays an important role in the success to reach EU´s environmental goals of a minimum of 50 % of the energy use should be renewable. Increased use of biomass will result in increased amount of wood-ash. Ash is very alkali and contains all the nutrients, except nitrogen, that the tree has been taken up during growth. An increase of biomass harvesting and a more intense forestry will increase the natural acidification and the loss of mineral nutrients from the forest soil. It is known that wood-ash application can decrease the acidity and increase the pool of mineral nutrient in forest soil, but it is not yet well known how wood-ash application can affect the run-off surface water chemistry.
This project is a meta-analysis that is based upon published studies and unpublished data of surface water chemistry in streams from wood-ash or limed areas before and after treatment. A literature study was made to find comparable experiments in Scandinavia where ANC (Acid Neutralizing Capacity) could be calculated. ANC is used as a measure of the waters capacity to buffer for mentioned acidification and it is desirable to reach an increase in ANC in acidified streams.
The experiments were grouped in paired experiments (reference stream and treated stream close to each other in parallel catchments in the same water system), separate references (reference and treated streams in parallel catchments, but at longer distance from each other) and time series (measurements before and after treatment in the same stream). The different doses were grouped in low-, normal- and high doses. Re-calculations were made to make lime and ash experiments comparable. ANC was calculated for a total of 54 different experiments in 16 different areas in Sweden, Norway and Finland. The time period for the experiments reached up to 16 years.
The results show that the variance of the effect on the ANC after treatment was large, but there was a statistical significant larger increase on the median values for ANC in the treated areas than the reference areas (+72 μekv/l respectively +31 μekv/l, p=0,0137). The results also show that the size of the dose affected the change in ANC. But the dose explained only about 5 % of the variance.
This meta-analysis is based upon relatively few experiments with different climate, acid deposition and soil properties. These parameters will affect the result of wood-ash application in surface waters. More studies are needed where external factors can be controlled or excluded. The results from this work show that wood-ash application can be a method to increase the ANC in surface water. The recommendation from the Swedish forest agency (not closer than 25 meters from water, and doses not exceeded 3 ton/ha (6 ton/ha and rotation period)) is very restrictive, and means that the effect will be negligible. Discharge areas should be included and the doses should be increased if the desirable effect of surface water should be reached.