Modellerade och uppmätta kväveflöden i energiskog som bevattnas med avloppsvatten

Abstract (Swedish)

Vi har undersökt hur kvävet rör sig i två energiskogodlingar som bevattnas med förbehandlat avloppsvatten. Undersökningarna har gjorts i Kvidinge respektive Kågeröd i nordvästra Skåne under åren 1998 och 1999. Detta har vi gjort dels genom att mäta denitrifikationsaktiviteten, d v s kväveavgång till luften, dels genom att använda en modell som simulerar vatten-, värme- samt kväveflödet i och mellan mark, växter och atmosfär (SOIL-, SOILN-modellen). Modellen har påvisat hur mycket kväve som tas upp av energiskogen, hur mycket som avgår till luften som kvävgas, eventuellt läckage samt andra omvandlingar som sker i kvävecykeln.

Abstract

The aim of this essay was to study the nitrogen flow in two willow
plantations, at different locations in the south of Sweden, that were
irrigated with sewage. The study was also performed to compare the
differences in nitrogen flows between two years, 1998 and 1999. The study
was made in three parts. First, the denitrification activity was measured
using the acetylen inhibition method. Second the nitrogen flow, as well as
the water- and heat flows, were modeled through the SOIL-SOILN-model
Third; the nitrogen flow was calculated to compare with the results from
the model.
The results from the measurements were then compared with the results
from the SOILN-simulations to detect differences in the denitrification
rate. There was zero denitrification activity for both years and both
location in the results from the simulation. The measurements showed only
one sampling occasion at one location with significant denitrification
rates. The reason for this seemed to be that Salix is effective in its ability
to incorporate nitrogen. One of the plantations was not irrigated at the
time of the measurements why the soil might have been aerobic. The
results from the model are surprising, considering the fact that the soils
which were irrigated had fine texture and therefore ought to become
anaerobic. Anaerobic environment together with a supply of carbon and
nitrate, are the prerequisites for denitrification, and all this seems to have
been available in the model.
The nitrogen flow was modeled and calculated. The calculation was made
from figures given by literature, for example plant growth. The results
from the model showed that there were no nitrogen leakage. In the results
from the calculation, there were some remaining nitrogen on both
locations in 1999, but none in 1998. The amounts of remaining nitrogen
were rather small. Besides a possible leakage of nitrogen to the saturation
level there might have been a denitrification activity, and weeds ought to
have incorporated some of the remaining nitrogen for their growth.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Övergödningen av våra kustnära hav blev akut under 1980-talet, syrefria bottnar och giftiga algblomningar visade tydligt att något var mycket fel. Kväve, ett näringsämne, visade sig vara en av huvudorsakerna till dessa reaktioner i havet. De största kvävespridarna i Sverige var jordbruk och reningsverk. Avloppsvattenhanteringen behövde förändras och ett sätt att hantera kvävet i vattnet var att anlägga våtmarker.

Vi har undersökt hur kvävet rör sig i två energiskogodlingar som bevattnas med förbehandlat avloppsvatten. Undersökningarna har gjorts i Kvidinge respektive Kågeröd i nordvästra Skåne under åren 1998 och 1999. Detta har vi gjort dels genom att mäta denitrifikationsaktiviteten, d v s kväveavgång till luften, dels genom att använda en modell som simulerar vatten-, värme- samt kväveflödet i och mellan mark, växter och atmosfär (SOIL-, SOILN-modellen). Modellen har påvisat hur mycket kväve som tas upp av energiskogen, hur mycket som avgår till luften som kvävgas, eventuellt läckage samt andra omvandlingar som sker i kvävecykeln. För att kunna utvärdera det kväveflöde vi fick från modellen har vi även utifrån litteratur-uppgifter beräknat ett teoretiskt kväveflöde.

Dentrifikationsmätningarna visade att det endast sker en statistiskt säkerställd denitrifikation i Kågeröd men ingen i Kvidinge. Detta var inte förvånande eftersom bevattningen var avstängd i Kvidinge den dag vi gjorde mätningarna, varför marken var upptorkad och inget extra kväve (från avloppsvattnet) tillfördes odlingen. En av förutsättningarna för att denitrifikation ska kunna ske är att marken är syrefri. Om marken innehåller mycket vatten är möjligheten för att det ska finnas syrefria områden större än om marken är torr.

Modellresultaten visade ingen denitrifikation överhuvudtaget. Detta beror på att denitrifikation sker med hög aktivitet på små spridda ytor och denna spridning klarar inte modellen att hantera. I övrigt påvisade modellen att energiskogen tagit upp det kväve som tillfördes odlingen med avloppsvattnet samt att det inte sker något läckage till grundvatten eller omgivande vattendrag. Våra teoretiska uppskattningar ger dock ett litet annat resultat. Enligt dessa tar energiskogen upp avloppsvattnets kväve under 1998 men inte under 1999. Det resterande kvävet 1999 kan i praktiken avgå som kvävgas, tas upp av ogräs samt läcka till grundvattnet och omgivande vattendrag. Kontroller som genomförs kontinuerligt av grundvatten och vattendrag kring odlingarna har dock inte visat några förhöjda kvävevärden.

Vår undersökning har bekräftat att energiskog fungerar bra som markfilter för avloppsvatten, vad gäller kväve. Detta visar att energiskog mycket väl kan användas vid vattenrening. Fördelarna med att använda energiskog i jämförelse med andra växter är bl a att pilen växer till under hela tillväxtsäsongen samt att den är perenn. Det sista ger möjligheter att få en jämn rening under en lång tid. Rent miljömässigt ger just kombinationen av energiproduktion och att näringsämnen i avloppsvatten tillvaratas i ett cykliskt förlopp stora vinster.

• author: Andersson, Elisabet and Andersson, Sofi
• supervisor: Anders Lindroth; Torbjörn Davidsson; Kenth Hasselgren
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• year: 2000
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: cartography, pedology, geomorphology, physical geography, southern Sweden, denitrification, modelling, nitrogen flow, climatology, naturgeografi, geomorfologi, marklära, kartografi, klimatologi
• publication/series: Lunds universitets Naturgeografiska institution - Seminarieuppsatser
• report number: 76
• language: Swedish
• additional info: Torbjörn Davidsson, Ekologiska institutionen, Lunds universitet.; Kenth Hasselgren, VBB VIAK AB, Malmö.
• id: 1332856
• date added to LUP: 2005-10-27 00:00:00
• date last changed: 2011-11-30 14:26:19