Jensen, P.N. (Ed.) 2017. Estimation of Nitrogen Concentrations from root zone to marine areas around the year 1900. Aarhus University, DCE – Danish Centre for Environment and Energy, 126 pp. Scientific Report from DCE – Danish Centre for Environment and Energy No. 241. http://dce2.au.dk/pub/SR241.pdf
Formålet med denne rapport har været at belyse de faktorer, som potentielt kan have haft indflydelse på koncentrationen af kvælstof i det vand, der løb ud i de danske kystnære områder omkring år 1900. For at nå dette formål er der beskrevet en række relevante parametre som klima, vandafstrømning, landbrugspraksis, landskabselementer, punktkilder m.m. med udgangspunkt i år 1900.
Der indgår ligeledes i rapporten en opsamling af de få danske og udenlandske målinger af kvælstof i vandløb fra den tid samt andre relevante sammenstillinger og modelleringer.
Resultaterne fra denne analyse har vist, at kvælstoftabet fra landbrugsarealerne var den dominerende kilde omkring år 1900, hvorfor der er fokuseret på denne kilde.
Praksis var også på mange områder anderledes omkring år 1900 med f.eks. braklægning af marker (ukrudtsbekæmpelse) og udbringning af gødning om efteråret – begge dele kan have betydet relativt høje kvælstoftab. Derudover har opdyrkning, herunder rørdræning, af ny landbrugsjord i den sidste halvdel af 1800-tallet kunnet medføre et øget N-tab i en årrække derefter som følge af omsætning af kvælstof i jordens organiske pulje.
Den ekstensive dyrkning var også årsagen til, at landskabet så meget anderledes ud omkring år 1900 med en meget højere andel af græsarealer, ikke-drænede arealer, vådområder og vandløb, som ikke var blevet udrettede. En anden faktor, som er ændret igennem de seneste ca. 100 år, er klimaet, hvor der omkring år 1900 var lavere temperatur, mindre regn og dermed en lavere vandafstrømning i vandløbene.
Koncentrationen af kvælstof reduceres væsentligt på sin vej fra marken/rodzonen til kystvandene som følge af en kvælstofreduktion (denitrifikation) i grundvand og overfladevandsområder (inkl. vådområder), som illustreret i figur S.1.
Koncentrationen af kvælstof i det vand, der sivede ud fra de dyrkede marker omkring år 1900, er estimeret til typisk at have ligget i området 5-15 mg N/l afhængig af afgrødetype og landbrugspraksis. Koncentrationen har været højere fra områder med en forlænget græsningsperiode, områder med efterårsudbringning af husdyrgødning og braklagte områder og lavere under permanente græsarealer. I nutidige forsøg med økologisk landbrug (og som har sammenlignelige forhold mht. gødningstyper som omkring år 1900) er det estimeret, at koncentrationen af kvælstof i gennemsnit er 12 mg N/l – med lavere koncentration under permanente græsområder og højere under brakområder uden bevoksning.
For at finde en vægtet gennemsnitskoncentration for hele landet omkring år 1900 er der anvendt en koncentration på 12 mg N/l under dyrkede arealer og 1 mg N/l under ikke-dyrkede arealer. Det er videre antaget, at ca. 75% af det daværende danske areal var anvendt til landbrug i år 1900, og at de resterende 25% var naturarealer dvs. arealer som ikke evt. kun meget ekstensivt har været anvendt til landbrugsformål. Det er i denne sammenhæng antaget, at veje, byer m.m. kun optog en meget lille del af arealet.
Ved at kombinere disse antagelser kan der estimeres en vægtet kvælstofkoncentration på 9 mg N/l i det vand, der sivede ud fra jorden (rodzonen) omkring år 1900.
Landskabet i år 1900 var meget vigtigt for, hvad der skete med den kvælstof, der forlod rodzonen. Kvælstof kan fjernes (omsættes til luftformigt kvælstof) via den proces som kaldes denitrifikation (også kaldet N-retention) i grundvand. Da det drænede areal omkring år 1900 var betydeligt mindre end i dag, sivede en større del af vandet ned til grundvandet og ikke via dræn direkte ud til vandløbene. Hertil kommer, at et mere tørt og koldt klima omkring år 1900 har forøget denne retention i grundvandet. Det betyder, at den generelle kvælstoffjernelse i grundvand omkring år 1900 var højere end de 62%, som er fundet med de nuværende forhold. Det har dog ikke været muligt at fastsætte fjernelsen omkring år 1900 nærmere, hvorfor de 62% er anvendt i de videre estimater som et absolut minimum.
Det fremgår af kortmateriale fra omkring år 1900, at vådområderne langs vandløb og søer var betydeligt større omkring år 1900 sammenlignet med i dag. Dette betyder, at den samlede N-fjernelsen i disse vådområder var større, end den er i dag. I 3 forskellige områder i Danmark er der fundet en fjernelse på 37-65% med de vådområder, der var omkring år 1900. Da disse 3 områder repræsenterer forskellige landsdele af det daværende danske område er det antaget, at dette interval er et rimeligt estimat for hele det danske område omkring år 1900. Den samlede kvælstoffjernelse fra rodzone til kystvand (grundvand + overflade) kan derfor estimeres til 76-87% - sammenlignet med en fjernelse i dag på 65-70%.
En direkte kvælstoftilførsel kunne ske fra punktkilder (byspildevand, industrier), og lokalt har det givet været en væsentlig kilde. Det er dog antaget, at på nationalt plan var bidraget fra punktkilder ubetydeligt omkring år 1900.
I rapporten er der også opsamlet såvel danske som internationale informationer, data m.m. for estimater af kvælstofkoncentrationen omkring år 1900. Hovedresultaterne er vist i tabel S.1, og alle koncentrationer refererer til overfladevand (vandløb). Det er vigtigt at understrege, at koncentrationerne vist i tabel S.1 ikke alle er umiddelbart sammenlignelige, da de dels repræsenterer forskellige former for kvælstof (total kvælstof, nitrat osv.), dels er målt, modelleret m.m. forskellige steder i kredsløbet (primært med/uden fuld fjernelse i overfladevandsområder).
To empirisk baserede modeller samt to estimater baseret på nutidige data indikerer alle en kvælstofkoncentration på max. 2 mg N/l.
Resultaterne præsenteret i tabel S.1 er generelt lavere end eller i den lave ende af intervallet 1-2 mg N/l – hertil skal det tages i betragtning, at en del af resultaterne ikke indregner en fuld fjernelse i overfladevandet.
Kvælstofkoncentrationen i det vand, der afstrømmede til kystområder omkring år 1900, var formentlig regionalt forskellig afhængig af oplandsfaktorer som landbrugspraksis, jordtype (dvs. grundvandsretention), forskelle i dræningsgrad, forskelle i overfladevandsretention eller forskelle i nedbør. Disse forhold bidrager formentlig til de forskelle i koncentration, der ses i tabel S.1. I Bøgestrand (2014b) var baggrundskoncentrationen geografisk forskellig med generelt lave koncentrationer (< 1 mg N/l) i de vestlige sandede områder af landet og de højeste (1-1,5 mg N/l) i den østlige del af landet.
Der er foretaget en række ekspertvurderinger, antagelser m.m. for at komme frem til et estimat for kvælstofkoncentrationen i det vand, der omkring år 1900 strømmede af til kysten. De enkelte elementer kan være behæftet med en relativ stor usikkerhed, men det er vigtigt at have for øje, at næsten alle tilgange til at finde en resulterende koncentration peger i den samme retning (ligger indenfor det samme interval).
Dette studie har i forløbet været præsenteret ved to work shops for Miljø- og Fødevareministeriet og interessenter, og et udkast har været til ekstern review hos Markus Vernohr, IGB-Berlin, Tyskland og Lars Bergström, SLU, Sverige.
Den helt overordnede konklusion på denne analyse er, at det bedste estimat for kvælstofkoncentrationen i det vand, der strømmede af til danske kystområder omkring år 1900, er 1-2 mg N/l - som et nationalt gennemsnit med betydelige geografiske forskelle.
I rapporten har vi givet nogle indikationer på vigtigheden af de to væsentligste faktorer for en lavere kvælstofkoncentration omkring år 1900 – klimaet og landskabet – men kun for 3 udvalgte oplande i Danmark. For fuldt ud at forstå hvordan de to faktorer agerede sammen for at gøre landskabet mere robust overfor kvælstoftab omkring år 1900 er det nødvendigt med en mere integreret modelanalyse i udvalgte repræsentative oplande i Danmark. En sådan fuldt integreret regional modelanalyse vil ikke kun give et historisk overblik over effekten af kvælstofforurening af grundvand og overfaldevand ved at bidrage til at fastsætte geografisk differentierede referencemål for økosystemer. Den vil også kunne vejlede ved fremtidig administration af landskabet, ikke mindst i lyset af behov for klimatilpasning.
