Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 69: Tålegrænser for dansk natur

Bak, J.L. 2013. Tålegrænser for dansk natur. Opdateret landsdækkende kortlægning af tålegrænser for dansk natur og overskridelser heraf. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 94 s. - Videnskabelig rapport fra DCE - Nationalt Center for Miljø og Energi nr. 69
http://dce2.au.dk/pub/SR69.pdf

 

Sammenfatning

Baggrund

Den seneste nationale beregning af tålegrænser og overskridelser heraf blev foretaget i 2006 som en del af forarbejderne til den ny husdyrgodkendelseslov (Nielsen mfl., 2006). Siden dengang er der sket væsentlige fremskridt i metodeudviklingen. Specielt har der de seneste år været fokus på at udvikle tålegrænser baseret på målsætninger for biodiversitet, fordi tab af biodiversitet har haft stor politisk fokus bl.a. som en følge af EU’s naturdirektiver og Biodiversitetskonventionen. Siden 2006 er der desuden sket væsentlige forbedringer i det tilgængelige datagrundlag. Bl.a. er data fra det nationale overvågningsprogram for vandmiljøet og den terrestriske natur (NOVANA), hvis terrestriske del startede i 2004, blevet tilgængelige, og der er sket en udvikling af de nationale depositionsberegninger, bl.a. i form af lokal-skala beregninger med en opløsning på 400x400 m (Ellermann mfl., 2011). Den beskrevne udvikling har gjort det relevant at foretage en fornyet beregning og kortlægning af tålegrænser og overskridelser heraf baseret på indikatorer og kriterier vedr. biodiversitet.

På trods af, at der som nævnt på europæisk plan er sket væsentlige fremskridt ift. udvikling af metoder for beregning af tålegrænser baseret på målsætninger for biodiversitet, eksisterer der endnu ikke videnskabelig konsensus eller solide, internationale anbefalinger vedr. valg af metoder, indikatorer og kriterier på forskellig skala. Der er foretaget beregninger på europæisk skala, men disse beregninger omfatter kun et begrænset antal naturtyper, og er indtil videre baseret på relativt arbitrære kriterier. Der er derfor som en del af arbejdet foretaget et udviklingsarbejde mhp. at afklare, hvilke metoder, indikatorer og kriterier, der i en dansk sammenhæng, baseret på de tilgængelige data, kan anvendes ved en beregning og kortlægning af tålegrænser baseret på målsætninger for biodiversitet.

Beregningerne bygger på de på nuværende tidspunkt bedst mulige metoder og de bedste tilgængelige data. De valgte beregningsmetoder er en kobling af dynamiske jordbundskemiske modeller med empirisk / statistisk baserede planteforekomstmodeller. Det har dermed været muligt både at beregne tålegrænser for de væsentligste danske habitatnaturtyper, og at foretage en række scenarieberegninger mhp. at belyse, hvilke plantearter, der forventes at være gået tilbage som følge af den atmosfæriske belastning med luftforurening, og som kan forvente yderligere tilbagegang, hvis det nuværende depositionsniveau fortsætter.  Ud over disse analyser omfatter rapporten en opdatering af anbefalingerne vedr. anvendelse af empirisk baserede tålegrænser og en analyse af, hvilke niveauer af depositionsændringer, der vil kunne påvises med statistisk sikkerhed på enkeltlokaliteter ved anvendelse af overvågningsmetoderne fra NOVANA programmet.

Metoder

Metodeudvikling

Biodiversitet kan defineres og måles på mange måder på forskellige skalaer, og der findes tilsvarende en række forskellige måder at opstille målsætninger for biodiversitet. Der findes imidlertid ikke i øjeblikket hverken nationalt eller internationalt en autoritativ anbefaling af indikatorer og kriterier for en acceptabel påvirkning af biodiversitet, der kan anvendes ved fastsættelse af tålegrænser for biodiversitet. Der er derfor foretaget et analysearbejde mhp. at finde en operativ kombination af indikatorer og kriterier, der har kunnet anvendes i beregningerne. Udgangspunktet har været, at beregningerne har skullet kunne gennemføres med tilgængelige og accepterede redskaber og med inddragelse af tilgængelige data fra NOVANA programmet, samt at indikator og kriterium skulle kunne relateres til relevante politiske målsætninger.

Resultatet af denne analyse er anvendelsen af et sæt af indikatorer og kriterier, der relaterer til målsætninger om et stop for tilbagegang af biodiversitet, jævnfør, Biodiversitetskonventionen og Habitatdirektivet. Der har været et kriterium ved valg af indikator, at indikatoren skal være baseret på et stort antal arter for at mindske usikkerhederne i modelberegningerne. I praksis er den anvendte indikator derfor blevet den samlede forekomstsandsynlighed for de kvælstoffølsomme arter. De kvælstoffølsomme arter er fundet som de arter, hvis beregnede forekomstsandsynlighed som følge af luftforurening er reduceret med mere end 5 % fra 1950 til 2010. I praksis er disse arter fundet i en scenarioberegning, hvor udviklingen i luftforurening er baseret på den historiske udvikling, medens alle andre påvirkninger er holdt konstant.

Der er desuden udviklet en metode til simulering af den botaniske prøvetagning i NOVANA programmet bl.a. med henblik på at kunne kvantificere usikkerhederne i prøvetagningen og dermed hvilke ændringer, der med sikkerhed vil kunne måles på et område (Appendix 1).

Metode til beregning af effektscenarier, tålegrænser og overskridelser af tålegrænserne

Det er valgt at foretage scenario- og tålegrænseberegninger med et modelsystem, der er en videreudvikling af det tidligere udviklede EUDANA modelsystem (Bak og Ejrnæs, 2004). Modelsystemet udgøres af en kobling mellem den dynamiske jordbundskemiske model VSD og en empirisk / statistisk baseret planteforekomst model, MOVE. MOVE-modellen beskriver forekomstsandsynligheden for en række plantearter som funktion af miljøparametre beskrevet ved Ellenberg-indikatorværdier (de Wries mfl., 2010). Brugen af Ellenberg-indikatorværdier har været nødvendigt for at få et tilstrækkeligt datagrundlag for også mere sjældne arter, fordi der ikke findes et tilstrækkeligt antal sammenhørende observationer af planteforekomst og jordkemi. Til kobling mellem modelkomponenterne anvendes empirisk / statistisk baserede overføringsfunktioner mellem kemiske jordbundsparametre og Ellenberg-indikatorværdier baseret på et mindre antal observationer. Etableringen af de empirisk / statistisk baserede relationer mellem Ellenberg indikatorværdier og sandsynlighedsforekomst og mellem kemiske parametre og Ellenberg indikatorværdier bygger på en antagelse om ligevægt, der ikke kan forventes at være opfyldt for fx de danske overvågningsdata fra NOVANA programmet. Den anvendte model bygger derfor på hollandsk og britisk arbejde, hvor det har været muligt at inddrage ældre data og data fra baggrundsområder. De britiske og hollandske data dækker et klimaområde, der er relevant i forhold til at ekstrapolere resultaterne til Danmark.  Modelsystemet tillader at beskrive den tidslige udvikling af jordbundskemien, men ikke de mulige tidsforskydninger mellem ændringer i jordbundskemi og planteforekomst. Pga. begrænsninger i data og den tekniske implementering af den anvendte udgave af VSD-modellen har det været nødvendigt at begrænse det samlede antal beregninger. Data er derfor aggregeret naturtypevis, og der er foretaget en kalibrering af VSD-modellen, så modellen for hver naturtype reproducerer de i NOVANA programmet målte værdier for jordbunds pH og C/N.

Der er gennemført en række scenarieberegninger for de enkelte naturtyper rækkende tilbage fra år 1900 og frem. Beregningerne er gennemført mhp. at isolere effekten af den ændrede påvirkning fra luftforurening, og alle andre påvirkninger er derfor holdt konstant i beregningerne. Dette betyder også, at der for de plejekrævende naturtyper er anvendt et plejescenario med en konstant, lav kvælstoffjernelse, der udgør et realistisk gennemsnit for perioden indtil nu.

Beregningerne af tålegrænser og overskridelser er foretaget naturtypevis baseret på et kriterium om stop for tab af biodiversitet som følge af luftforurening ift. et referenceår. De valgte referenceår er 1950, 1992 og 2010. Der er ikke anvendt referenceår før 1950, idet usikkerhederne i beregningerne stiger væsentligt jo længere, der ’tilbageskrives’ i tid. 1992 svarer til Habitatdirektivets ikrafttræden, og 2010 er det oprindelige mål-år for biodiversitetskonventionen, idet der ved COP-10 mødet blev vedtaget opdaterede målsætninger for 2020.

Resultater

Tålegrænser og overskridelser

De beregnede tålegrænser ligger mellem 7 – 12, 7 – 11 og 3 – 10 kg N ha-1 år-1 med hhv. 2010, 1992 og 1950 som referenceår, hvor intervallerne angiver spandet mellem naturtypen med lavest, hhv. højest tålegrænse. Variationen i tålegrænser indenfor naturtyperne har ikke kunnet kvantificeres, men forventes at være mindst på niveau med den angivne variation mellem naturtyperne. Det forventes, at en beregning med en mere detaljeret anvendelse af lokale data vil give en højere medianværdi for hver naturtype end de her beregnede værdier. De beregnede overskridelser af tålegrænserne for de enkelte naturtyper ligger mellem 0 og 5,6 kg N ha-1 år-1med 1992 som referenceår.

Der er foretaget en opdatering af anbefalede værdier for empirisk baserede tålegrænser baseret på de nyeste internationale anbefalinger. Denne opdatering medfører en reduktion af tålegrænsen for syv habitatnaturtyper.

De beregnede tålegrænser for biodiversitet ligger på niveau med- eller, under det lave interval for empirisk baserede tålegrænser. Dette gælder specielt for nogle af græslandstyperne. Klittyperne har i denne analyse væsentlige overskridelser af tålegrænsen. Tidligere analyser baseret på empirisk baserede tålegrænser har vist forholdsvis få overskridelser for klittyperne. Den seneste opdatering af empirisk baserede tålegrænser har reduceret niveauet for to af klittyperne. De beregnede tålegrænser for strandeng er væsentligt lavere end de empirisk baserede tålegrænser, men denne beregning er meget usikker, dels fordi der ikke eksisterer et anvendeligt datagrundlag for kvælstoftilførsel fra andre kilder som overfladenær afstrømning, dels fordi salinitet ikke indgår som plantefordelende faktor i det anvendte model system.

Der er foretaget en analyse af, hvilke arter, der forventes at være gået tilbage som følge af den atmosfæriske kvælstofbelastning. Det drejer sig om i alt 179 arter, eller ca. 11 % af de arter, der er observeret i NOVANA programmet (Bilag 1). 101 af disse arter er også danske indikatorarter for naturtyperne, habitattypiske arter iflg. Habitatdirektivets annex 1 og / eller rødlistede.

Scenarier, udviklingstendenser

Scenarieberegninger indikerer, at atmosfærisk deposition af kvælstof og svovl har medført en væsentlig påvirkning af jordbundskemien og plantesamfundene på Natura 2000 arealerne og dermed har medført en væsentlig tilbagegang for en række kvælstoffølsomme arter. En fortsættelse af depositioner på det nuværende niveau vil ifølge scenarieberegningerne medføre en forsat tilbagegang for disse arter og muligvis tab af en del heraf, dels som følge af en fortsat påvirkning af en del af naturarealet over områdernes tålegrænse, dels som følge af den akkumulerede effekt af den hidtidige påvirkning.

For påvirkninger af luftforurening vil effekten på et naturområdes tilstand og fremtidige udvikling afhænge af den fremtidige belastning ift. tålegrænsen og af den integrerede effekt af den hidtidige påvirkning på jordbundskemi og plantesamfund. Der eksisterer ikke nogen direkte sammenhæng mellem ændring i påvirkning eller ændringshastigheden af påvirkningen og tilstanden på længere sigt. Det er det absolutte belastningsniveau og den integrerede effekt af belastningen ift. tålegrænsen, der vil have betydning. Der er i de her gennemførte analyser heller ikke fundet nogen sammenhæng mellem et områdes tålegrænse eller overskridelserne heraf og det niveau af depositionsændringer, der vil medføre målbare ændringer på området. Analyserne viser imidlertid, at der skal meget kraftige depositionsændringer til, før der med sikkerhed vil kunne måles en ændring af plantesamfundet på en lokalitet ved anvendelse af de gængse overvågningsmetoder.

Der kan forventes væsentlige tidsforsinkelser (årtier) mellem ændringer i deposition, jordkemi, plantesamfund og jordbundsstruktur. Der kan generelt ikke forventes at være ligevægt mellem det plantesamfund, der aktuelt observeres, og de nuværende påvirkninger på naturområderne.

Betydning for regulering og forvaltning

I forhold til national og international regulering understøtter analysen et fortsat behov for reduktion af kvælstofnedfaldet, hvis en målsætning om stop for tab af biodiversitet eller en konstant eller stigende andel af Natura 2000 arealer med gunstig bevaringsstatus skal kunne opfyldes. De beregnede niveauer af overskridelser af tålegrænserne for kvælstof gør det dog muligt at se dette i sammenhæng med plejestrategier, der målrettet fjerner kvælstof fra de naturtyper, hvor dette er muligt.

I forhold til lokal regulering, fx ved husdyrgodkendelser, er det værd at bemærke, at det selv med de her præsenterede forholdsvis lave tålegrænser ikke vil være 100 % af naturarealet, hvor tålegrænserne overskrides. Der er altså et potentiale for en differentieret regulering, der ikke lægger restriktioner på landbrugsdriften på enkeltejendomme, hvor dette ikke kan begrundes i et miljøhensyn baseret på overskridelse af tålegrænser, og som ville kunne medvirke til en mere omkostningseffektiv opnåelse af overordnede miljømål.

De metoder og redskaber, der er anvendt i den her præsenterede landsdækkende beregning, vil også kunne anvendes til beregning af lokalitetsspecifikke tålegrænser. Inddragelse af lokale jordbunds- og vegetationsdata vil give en mere præcis bestemmelse af kvælstofprocesser som fiksering, denitrificering og immobilisering, der har væsentlig betydning for tålegrænsen, og dermed reducere usikkerheden i de foretagne vurderinger. Lokalt specifikke tålegrænser kan være højere, hvis der eksisterer langsigtede plejeplaner, der fjerner mere kvælstof end de landsdækkende scenarier uden at medføre andre uønskede effekter, og / eller det kan sandsynliggøres, at der ikke forekommer meget kvælstoffølsomme arter, og dette er i overensstemmelse med målsætningerne for området.

De præsenterede metoder, der kobler dynamiske jordbundskemiske modeller med modeller for planteforekomst, følger de seneste internationale anbefalinger og den metodeudvikling, der er foregået mhp. beregning af tålegrænser baseret på målsætninger for biodiversitet. Det anvendte sæt af indikatorer og kriterier kan kobles til relevante målsætninger, og beregningerne kan i stor udstrækning baseres på data. Metoderne er imidlertid stadig under udvikling og behæftet med forskellige kilder til usikkerhed, og der eksisterer ikke nogen videnskabelig konsensus eller autoritative anbefalinger vedr. valg af indikator og kriterium. Beregningerne må derfor foreløbigt ses som et supplement til de hidtidigt anvendte beregningsmetoder, hvor de understøtter tidligere anbefalinger (Miljøministeriet Skov- og Naturstyrelsen, 2003) af, at effektvurderinger ved anvendelse af de empirisk baserede tålegrænser må baseres på den lave ende af intervallet, medmindre en konkret vurdering understøttet af lokale data muliggør anvendelse af en højere værdi.

Forsknings-, udviklings-, og databehov

På grund af de store tidsforsinkelser mellem påvirkninger og ændringer i jordbundskemi, planteforekomst og jordbundsstruktur vil det i praksis være nødvendigt at anvende modeller ved vurderinger, der har en længere tidshorisont end nogen få år.

Det er imidlertid et problem ift. anvendelse af modelberegninger, at der kun i meget beskedent omfang findes eller indsamles fysisk / kemiske data for terrestrisk natur, fx i overvågningsprogrammerne. De anvendte modelsystemer vil givetvis kunne forbedres ved at inddrage det omfattende datamateriale fra NOVANA programmet og ældre data fx fra DANVEG. Dette vil dog kræve en analyse og udviklingsarbejde.

Troværdigheden af modelberegnede scenarier vil i mangel af historiske data bedst kunne underbygges ved sammenligning med observerede udviklingstendenser. Der er derfor behov for at inddrage en forholdsvis hurtigt reagerende indikator på kvælstofstatus i overvågningen. Det vil generelt være sådan, at målingerne bliver sværere / dyrere /mere usikre jo længere man kommer fra påvirkning mod effekter. Depositionsindikatorer som N koncentrationer i mosser og laver kan være forholdsvis billige og robuste, medens indikatorer på fx ændringer i stofkredsløbet kan være dyrere og mere usikre at bestemme. Det skal endvidere erindres, at de anvendte modeller ikke beskriver tidsforsinkelserne ift. biologiske effekter. En mulighed kunne være en kemisk indikator, der reagerer hurtigere end C/N, og ikke først reagerer efter systemet er mættet med kvælstof. En mulighed kunne være mineraliserbart kvælstof, der er afprøvet i det britiske overvågningsprogram.