I syfte att undersöka fosfordynamiken i en mesotrof sjö undersöktes tre bassänger i Lake Simcoe, Ontario, särskilt med avseende på sedimentens fosforinnehåll. Bindningsformer och belastningshistoria var viktiga komponenter för att närma sig de komplexa sambanden.
Av: Jörgen Hanaeus
Fosforbindningen i sediment undersöktes i tre olika bassänger i Lake Simcoe, 772 km2. Sex olika bindningsformer analyserades. Mönstren för fosforsläpp var olika mellan vikarna vilket bedömdes vara ett resultat av olika belastningshistorier, nuvarande landanvändning i tillrinningsområdet samt av sjöns morfologi. I den tämligen djupa Main Basin, som påverkats av avskogning i tillrinningsområdet, var sedimentsläpp av fosfor av måttlig betydelse då 75 % av fosforn lämnar i en kortare tidsskala. I den mycket djupa Kempenfelt Bay dominerades fosforsläppet av den redoxkänsliga fosforbindningen med uppemot 50 % av såväl kort- som långtidssläpp från sedimenten. I den grunda Cook Bay (mycket jordbruk i tillrinningsområdet) var den P-bindningsform som mobiliserades mest både i kort och långt perspektiv den karbonatbundna fosforn, ca 40 %. Alla vikarna bedömdes ha förmåga att ta upp mer fosfor i sedimenten
Bakgrund
En hel del arbete har genomförts för att kartlägga fosfordynamiken i eutrofa och oligotrofa sjöar. För mesotrofa sjöar är kunskapsläget sämre varför man i Kanada fann det angeläget att lära mer om dessa. Lake Simcoe valdes för studium. Den är belägen 5 mil norr om Toronto och Kanadas största sjö efter the Great Lakes och har ytan 772 km2 och medeluppehållstiden 10,5 år. Den antropogena belastningen på sjön har ökat, samtidigt som åtgärder för att minska P-tillförseln har genomförts. Trots att P-tillförseln minskat från 156,5 ton P/år 1990 till 71,5 ton P/år 2006 har inte totalfosforhalten minskat i motsvarande grad.
Man oroar sig för att syrehalten vid bottnarna kan närma sig noll, särskilt i ljuset av global uppvärmning med längre sommarstagnation i sjön.
Målet för föreliggande undersökning var att kvantifiera den potentiellt rörliga P-poolen i de tre angivna delbassängerna
Provtagning genomfördes främst i Main Basin (medeldjup 14 m) samt i vikarna Kempenfelt Bay (medeldjup 20 m) och Cooks Bay (medeldjup 13 m). Lake Simcoe är en sjö med hårt vatten (Ca2+ 41 mg/l, Alk. 116 mg/l) och högt pH, 8,3, via en kalkstensberggrund. Sjön har sitt utlopp i norra änden, qmed 32 m3/s. Jordbruk dominerar tillrinningsområdet, ca 43 %.
Metod
Sedimentkärnor i ca tio replikat togs ner till ett djup av 28 cm i de tre olika bassängerna i mars och november 2011, dvs före vårcirkulationen och före höstcirkulationen. Kärnorna skiktades i 1-2 cm tunna skivor. Porvatten frigjordes i steg för analys. Sex fosforfraktioner analyserades plus vanliga metaller och organiskt innehåll. Ovanliggande vattenprofil mättes m a p löst syre, pH, konduktivitet och temperatur.
Resultat
I mars 2011 var sjön istäckt vid provtagningen, men hade gott om syre vid botten; 12 mg O2/l i Cooks Bay och ca 7 mg O2/l i övriga. Vid septemberprovtagningen låg värdena kring 6 mg O2/l. Minskningen från de ytliga mättnadsvärdena kom påtagligt vid språngskiktet på ca 15 m djup, där sjönk också pH påtagligt, från 8 till 7.
Beträffande fosforinnehållet i sedimenten sjönk detta genom de första 6-7 centimetrarna och stabiliserades sedan. De högsta värdena noterades ytligt i Kempenfelt Bay, kring 2,0 mg P/g TS; ytligt drygt 1,0 mg P/g TS för övriga. En dm ner var nivån 0,8 mg P/g TS i alla tre provtagningspunkterna och vid båda tillfällena.
Beträffande bindningsformer fördelades i Kempenfelt Bay: Karbonatbunden fosfor 30-80 % av totalfosfor i sedimenten, redoxkänslig fraktion 20 % (sjunkande med sedimentdjupet). Därefter organiskt bunden fosfor – starkt minskande från ytan – i medel ca 15 % och vidare knappt 10 % av Al-oxid bunden fosfor.
För Main Basin: Karbonatbunden fosfor 40-70 %, redoxkänslig fraktion 10-20 %, organiskt bunden 12-30 %, Al-oxid bunden 5-20 %.
För Cooks Bay: Karbonatbunden fosfor 60-70%, redoxkänslig fraktion 4-10 %, organiskt bunden 15-25 %, Al-oxid bunden 3-8 %.
Fosforfluxen som via diffusion lämnade sedimenten vid provtagningstillfällena var enligt följande tabell (mg P/m2,d): (Illustration ej längre tillgänglig
Över längre perioder skiljer författarna mellan långsam och snabb fosforfrigörelse från de olika platserna. För Main Basin bidrar den långsamma (sedimenten) med 0,0044 mg P/cm2,år och den snabba med 0,006 mg P/cm2, år. För Kempenfelt Bay är motsvarande värden 0,012 och 0,007. För Cooks Bay ges inte motsvarande data, men den karbonatbundna fosforfraktionen i sedimenten svarar för ca 40 % av den fosfor som frigörs därifrån.
Vidare förs resonemang om relationen mellan P-belastning från sediment och P-koncentrationen i vattnet.
Slutsatser
Sedimentens fosfordynamik beror av sjöns trofistatus och andra biogeokemiska förhållanden.
Bindningsformer för P måste beaktas om P-frigörelse från sediment ska kunna prognosticeras.
P-upptag i sedimenten beror av belastningshistoria, aktuell markanvändning i avrinningsområdet samt sjöns morfologi. Tillförd extern fosfor kan inte förväntas ge homogena förändringar i sjöns olika positioner.
Redoxkänslig P och karbonatbunden P svarade för de största bidragen av P-frigörelse från sedimenten. Kunskap om sedimenthistoriken är mycket värdefull när det gäller att tolka förändringar som orsakas av antropogen belastning.
Slutsatserna utgår alltså från en mesotrof sjö och kompletterar material från andra sjötyper.
Artikeln har ett värde när det gäller att förstå P-dynamiken. Analyserna för de olika P-bindningarna beskrivs och man inser att det inte räcker med enkla additioner av tillförd eller borttagen P för att förutsäga vilka P-halter som kommer att mätas i en sjö och dess utlopp.
Långlivade, P-haltiga sediment återfinns i VA-världen främst i olika typer av dammar och där kommer kunskap om P-dynamiken i sediment till nytta.
Svenska referenser återfinns, bl a från sjön Erken (Emil Rydin, J. Ahlgren m fl. Även nuvarande Chalmersrektorn Karin Markides finns med).
Källa: Dittrich, M.a), Chesnyuk, A.a), Gudimov, A.a), McCulloch, J.a), Quazi, S.a) ,Young, J.b),Winter, J.b), Stainsby, E.b), Arhonditsis, G.a) (2013): Phosphorus retention in a mesotrophic lake under transient loading conditions: Insights from a sediment phosphorus binding form study. Water Research 47 pp 1433-1447.
Hela artikeln i Water Research finns att köpa här.
Department of Physical and Environmental Sciences, University of Scarborough, 1265 Military Trail, Toronto, Ontario, Canada
Environmental Monitoring and Reporting Branch, Ontario Ministry of the Environment, Toronto, Ontario, Canada
