Lyckebyån har haft en fördubbling av färgtalen, i medeltal från 1940 till 2016. Vilka faktorer påverkar brunifieringen mer och vilka påverkar brunifieringen mindre? Forskarna visar att skogsplantering och klimatfaktorer har samverkat för att öka mängden organiskt material.
Av: Thor Wahlberg
Brunifiering av ytvatten är ett resultat av ökade halter DOC (löst organiskt kol) och järn. En ökande brunifiering har tidigare rapporterats i Norden. Konsekvenser av denna är ökande utsläpp av växthusgaser, svårare att bereda ytvatten till dricksvatten och en mindre positiv upplevelse i kontakt med ytvatten. Flera faktorer orsakar brunifiering som minskad sur nederbörd, då utsläpp av svavel från förbränning har minskat, vilket innebär och att marken återhämtas från försurningen och organiskt material förändras med ökat pH-värde i marken. Ökad nederbörd främjar transporten av organiskt material från marken till vattendrag, liksom att uppehållstiderna minskar i sjöar. Ökande temperaturer underlättar nedbrytning och bidrar till förlängd växtsäsong och att mängden kol i marken därav ökar. En förändrad användning av marken bidrar genom minskad andel öppna ytor och utbredning av barrskog. Ackumulation av organiskt material är högre i mark med barrskog jämfört med öppna marker och lövskog.
I denna studie har barrskogens biomassa i avrinningsområdet använts istället för att använda andelen yta som är täckt av skog. Tillsammans med långa tidsserier av vattenkvalitetsdata och flertal statistiska metoder visar författarna på vilka faktorer som påverkar brunifieringen mer och vilka som påverkar brunifieringen mindre. Studien visar också på vilka de kort- respektive långsiktiga sambanden är.
Material och Metodik
Mätvärden för färgtal och KMnO4 (efter 2005 även TOC), som mått på organiskt material, har analyserats i prover från Lyckebyån från 1940 fram t.o.m. 2016 med ca 20 prover och analyser per månad. Dagliga temperaturangivelser har hämtats från SMHI:s databas för Karlshamn. Den s.k. GDD (Growing Degree Days) vilket är antal dagar med medeltemperatur över 5 oC har tagits fram. Nedfall av svavel har hämtats från en europeisk miljödatabas. Den totala barrskogstillväxten av gran har hämtats från regelbundna kartläggningar inom NILS, Nationell Inventering av Landskapet i Sverige. Den statistiska analysen har gjorts med flertalet metoder. För att fastställa att Lyckebyåns färgtal representerade mängd organiskt material gjordes korrelation mellan färgtal och KMnO4/TOC. Samband mellan flöden i ån och färgtal undersöktes med variationskoefficienter. Med brytpunktsfunktioner för årliga färgtalsmedelvärden kunde i tid fastslås när större förändringar inträffade. För korrelation mellan färgtal, flöden och temperatur användes s.k. Kendall rankningskorrelation. För att finna signifikanta långsiktiga förändringar nyttjades Mann-Kendall trend analys på medelvärden från år 1940 till 2016. Med en statisk modell visades en prognosticerad utveckling av färgtalet under perioden.
Resultat och diskussioner
Färgtalet är ett bra mått på löst organiskt material som TOC med en positiv korrelation, r = 0,95. För KMnO4 är r = 0,88. Månadsmedelvärden för färgtal varierade från 27 mg Pt/l (januari 1955) till 346 mg Pt/l (oktober 2011). Brytpunktsanalysen visade på fem tydliga brytpunkter i datamaterialet. Baserat på detta så delades datamaterialet in i sex perioder. Under period ett (1940 – 1956) var färgtalet relativt lågt, i snitt 87 mg Pt/l. Nästa period, från 1957 till 1968, ökade färgtalen. Medelvärde för den perioden var 107 mg Pt/l. Nästa period, från 1969 till 1979, inträffade en nedgång i färgtalen för att under nästföljande två perioder öka igen. Perioden 2006 till 2016 uppvisade de högsta färgtalen under hela mätserien med värden över 200 mg Pt/l i perioder. Det förekom också säsongsvariationer under åren. Det är temperatur och flöden i Lyckebyån som säsongsmässigt varierar mest, det senare från max 33 m3/s till min 0,4 m3/s. Snabbt ökande flöden påverkar transporten av organiskt material från mark till vattendrag. Även temperaturen påverkar säsongsvariationer, men mindre än flöden. När hela perioden (1940 till 2016) analyseras ökar färgtal med 84% eller med 1,14 mg Pt/l per år. Det är inte ett linjärt samband utan periodiskt, vilket beskrivits med hjälp av brytpunktsanalys. Flöden under perioden uppvisade ingen signifikant ökning i motsats till färgtal. Temperaturen och GDD ökade från 1940 till 2016 men uppvisade mindre korrelation med färgtal över perioden. Relativa höga temperaturer under den första perioden motsvarades inte av ökande färgtal. Temperatur och GDD är var för sig signifikanta men är inte starka faktorer som påverkar färgtal i Lyckebyån. När det gäller svaveldeposition är förhållandet det omvända och det är ett signifikant samband mellan den och ökande färgtal. Den slutliga parametern som studerats är volymen av granskog i tillrinningsområdet och dess variation med färgtal i vattnet. Här är korrelationen starkare och ensamt kan tillväxten av gran förklara 49% av färgtalsökningen. En skarp minskning av volymen gran, pga. stormen Gudrun kunde inte detekteras i någon minskning av mängden organiskt material i vattnet. Sett över perioden 1926–2016 så ökade volymen barrskog i tillrinningsområdet med 508%. För att undersöka flera variablers påverkan på färgtal så användes PLS och MLR analyser. PLS analys visade att svaveldeposition och volymen granskog var de två viktigaste variablerna, när alla fem bearbetades i en analys, för att förklara variationer i färgtal. Modeller som inte inkluderar volymen barrskog och dess förändring hade en tendens att överskatta färgtal.
Diskussion
Den här studien stöder betydelsen av markanvändning som faktor för brunifiering av ytvatten. Skogsplantering och klimatfaktorer har samverkat för att öka mängden organiskt material. Ökningen av färgtal har accelererat beroende på den ökade rörligheten av DOC i marken, vilken också är en konsekvens av minskad svaveldeposition. Expansion av barrskog kommer att fortsätta med längre växtsäsong pga. temperaturhöjning, ökande koldioxidhalter och ökat kvävenedfall. Det ökande flödet i marken påverkar förstås färgtal i vattnet i ett säsongsbetonat mönster men förklarar inte de långsiktiga förändringar med kraftigt ökande färgtal, en fördubbling i medeltal från 1940 till 2016, som i fallet Lyckebyån. Här är det en kombination av flera miljöfaktorer som samverkar, temperaturökning, ökad mängd skog, som har med förändrad markanvändning att göra och längre växtsäsong att göra. Frågan blir om DOC halten kommer att fortsätta att öka när väl barrskogen är etablerad. Författarna ger inget entydigt svar. De statistiska modeller som redovisas i rapporten lyckas någorlunda förutse förloppet i Lyckebyån, förutom från år 2005 och framåt.
Egna reflektioner
Vid anläggande av nya ytvattentäkter och förändringar av beredning i vattenverken är råvattnets framtida innehåll av DOC en fråga som ställs. I en förenklad betraktelse med ökande medeltemperaturer och nederbörd kan trender förlängas, vilket betyder ökande färgtal. Denna artikel visar på fler samband, vilka samverkar. Förändrad markanvändning med ökad beskogning förstärker effekten på lång sikt. De kortsiktiga säsongsmässiga variationerna är mer betydelsefulla då den beredning som byggs i vattenverket behöver klara stora variationer. Här är förstås rinnande vattendrag mer utsatta men även sjösystem påverkas av extrem nederbörd och snabbare transport av organiskt material.
*) PLS – metod för regressionsanalys, (Partial Least Squares)
**) MLR – Multipel linjär regression (MLR), är en statistisk teknik som använder flera förklarande variabler för att förutsäga resultatet av en svarsvariabel.
Källa: Martin Skerlep, Eva Steiner, Anna-Lena Axelsson, Emma S. Kritzberg. Afforestation driving long-term surface water browning. Global Change Biology.
