I en grund, stor kinesisk sjö har visats att kväve- och fosforhalterna ökat markant under den islagda perioden, troligen pga att isfronten till dels avvisar ämnena. Isen stod för närmare en tredjedel av sjövolymen i slutet av vintern.
Av: Jörgen Hanaeus
I en stor, grund nordkinesisk sjö utgör vinterns is en avsevärd del av sjövolymen. Vid isläggningen avvisas en stor del av närsalterna från isen vilket leder till att halterna av kväve och fosfor i kvarvarande vattenvolym ökar; ibland flerfaldigt. Det frestar på växtsystemet under påföljande sommarperiod.
Sjön har provtagits, med spridning i rum och tid och is och sediment har inkluderats. Uppemot 80 % av de lösta ämnena har visats lämna isvolymen under infrysningen.
Artikeln
Fosfor och kväve är styrande näringsämnen i akvatiska vattensystem. I kallt klimat är sjöar isbelagda under en stor del av året. När is växer i en salt lösning avskiljs en stor del av saltinnehållet från isen. Den elektriska konduktiviteten i vattnet domineras av frys-tinande effekter under vinterperioden och ca 80 % av de lösta ämnena kan övergå från den vattenvolym som bildar is till övrig vattenvolym.
Svag fotosyntes och brist på syreöverföring genom vattenytan vintertid kan ge syrebrist i underliggande vattenmassa; särskilt för en grund sjö. Risk för fiskdöd. När de höga närsaltkoncentrationerna aktiveras på våren är eutrofieringsrisken påtaglig. Höga koncentrationer vintertid kan också återspeglas i sjösedimenten som kan bli en närsaltkälla efter islossningen.
Dessa förhållanden, samt det faktum att där finns många sjöar i de delar av Kina som har kallt klimat och isläggning, har motiverat intresse för att kartlägga isdynamikens påverkan på närsaltkoncentrationen i sådana sjöar. Mätningar i den stora sjön Ulansuhai har därför här genomförts på året runt-basis då tidigare mätningar endast skett på isfri tid.
Försöksområdet
Ulansuhaisjön är belägen på Inre Mongolietplatån, i ett gräslandskap. Sjön är stor, 233 km2, grund – medeldjup 1.12 m, max 2,5 m – och med ett tillrinningsområde av 11 800 km2. Väl hälften av sjön är bevuxen med kaveldun och sjön är fiskrik med 20 arter och fågelrik, 200 arter.
Till sjön förs avloppsvatten och dränvatten från jordbruk, främst i ett konvergerande kanalsystem. Från den södra delen av sjön dränerar sjön till Gula Floden.
Sjöns artrikedom i kombination med dess låga självreningskapacitet gör att särskild omsorg bör ägnas dess föroreningsbelastning.
Medeltemperatur i januari är -15 °C (min -41 °C) och i juli +24 °C (max +38 °C) under den senaste 50-årsperioden. Medelnederbörd 215 mm; främst under sensommaren, så snötäcket är tunt och tjälen djup.
Som en grund sjö fryser Ulansuhai snabbt och ett primärt, tunt islager kan då bestå av frazil ice. Det sekundära, underifrån frusna islagret är fattigt på gasblåsor och därför transparent; congelation ice.
Mätningar
Sjön indelades i ett rutnät med sidan 2 km och provtagning i 21 knutpunkter genomfördes. Insamlingen skedde månadsvis 2011-2013.
Djupen 0.3 m och 0.6 m valdes under isfri tid och 0.6 m under isen vintertid. Två iskärnor togs ut i varje knutpunkt med φ 9 cm och istjockleken som längd. De delades upp i tre längddelar, som senare fick smälta och analyserades som vattenprover. Cylindriska sedimentprover, φ 9 cm och längd 30 cm togs upp och delades i tre längddelar före analys.
Proverna analyserades m a p totalfosfor och totalkväve.
Resultat
Istjockleken varierade mellan 30 och 55 cm över sjön; tjockast mitt i sjön och minskande åt nordost; tunnast i sydöstra änden. Ingen enkel förklaring till variationen hittades. De översta och understa centimetrarna av isen var något porösare och därför mjukare än den övriga isen.
Istäcket låg mellan november och april.
Koncentrationerna av Tot-P och Tot-N i isen visade vertikalt en C-form med lägst koncentration i mittendelen; TN 0.16 mg/L och TP 0.38 mg/L. Överst: TN 0.18 mg/L och TP 0.90 mg/L. Underst: TN 0.21 mg/L och TP 0.53 mg/L.
Syremättnaden vintertid varierade mellan 2 till 16 % i den undre vattenvolymen.
De genomsnittliga Tot N- och Tot-P-halterna i vattnet under olika årstider var (Tot-N/Tot-P) :
Vår 2.6/0.25 ; Sommar 2.1/0.06; Höst 2.8/0.18; Vinter 9.1/0.60. Maxvärdena nåddes vintertid och var 21.4/2.4.
Generellt minskade närsaltkoncentrationerna från nordväst till sydost. Spridningsmönstret var likartat över året; oavsett isläggning alltså.
Vid tiden för isläggning var TN 2.6 mg/L och TP 0.31 mg/L. Efter att ytan var helt täckt med is (i januari 2012) uppmättes TN 3.6 mg/L och TP 0.94 mg/L, vilket indikerar att närsalterna inte helt inkorporeras i isen, utan stannar i vattenfasen.
Sjövolymen skattades till 2.09*108 m38 m3 och vattenvolymen under is blev då 1.45*108 m3 och ca 30 % av sjövolymen var alltså frusen.
Tot-N-innehållet i de översta 5 cm av sedimenten var i genomsnitt 1.65 g/kg (0.93-3.23). Motsvarande för Tot-P var 0.57 g/kg (0.12-1.18).
Fördelningskoefficienten, k, mellan lösta salter i is resp vatten anges schablonmässigt till 0.25-0.5 i bräckt eller salt vatten och till ca 0.1 i sötvatten. Den bestämning som gjordes här visade k ca 0.1.
Slutsatser
Isbildningen ledde till att närsaltkoncentrationerna (Tot-N, Tot-P) i underliggande vattenmassa och sediment ökade i sjön Ulansuhai under vintern, trots att dränvattentillförseln från jordbruket var låg då.
Dessa erfarenheter kan vara nyttiga då närsaltstatus mäts t ex i grunda recipientsjöar i norra Sverige. Några ytterligare flödesdata och mått på uppehållstider hade varit intressant här.
Källa: Fang,Y.1,2), Changyou, L.1), Leppäranta, M.2) , Xiaonghong, S.1), Shengnan, Z.1), & Chengfu, Z. 3) (2016): Notable increases in nutrient concentrations in a shallow lake during seasonal ice growth. Water Science & Technology 74.12, pp 2773-2783.
Författarna från:
1) Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, 306 Zhaowuda Road Technology, Hohhot 010018, China
2) Department of Physics, University of Helsinki State Institute for the Environment,
Helsinki 00014, Finland
3) Ecology and Environmental Science College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China
Kontakt: Li Changyou nndlichangyou@163.com
