Advanced

Iron and Aluminum leaching from peatland soils in Southern Sweden – Effects on benthic macroinvertebrates

Ljungström Rautiainen, Kalle (2017) BIOM01 20171
Degree Projects in Biology
Abstract
The leaching of metals caused by drainage of peatland soils was, in Scania, brought to attention after a flood in Kristianstad 2007. The flood caused large areas of wet meadows to be covered in iron (Fe) and aluminum (Al) contaminated water and one of the affected areas was Fredriksdalsviken, a nature reserve important as a breeding area for birds. The negative effects of these metals on macroinvertebrates have been described in numerous studies. However, most have looked at streams affected by Acid Mine Drainage (AMD) and none have been conducted in Scania where the extent of the problem is largely unknown. This study investigates the concentrations of both total and dissolved Fe and Al, and its effects on the abundance, diversity and... (More)
The leaching of metals caused by drainage of peatland soils was, in Scania, brought to attention after a flood in Kristianstad 2007. The flood caused large areas of wet meadows to be covered in iron (Fe) and aluminum (Al) contaminated water and one of the affected areas was Fredriksdalsviken, a nature reserve important as a breeding area for birds. The negative effects of these metals on macroinvertebrates have been described in numerous studies. However, most have looked at streams affected by Acid Mine Drainage (AMD) and none have been conducted in Scania where the extent of the problem is largely unknown. This study investigates the concentrations of both total and dissolved Fe and Al, and its effects on the abundance, diversity and functional groups of macroinvertebrates in Fredriksdalsviken. Samples were taken in ditches and wetlands along a gradient with 3 sites close to a pumping station, a source for metal leaching, and 3 sites located further from the source, with the expectation of lower concentrations. The results show that Al and Fe pollution is present in almost all of the sampled sites but varies greatly with season and were most acute in the sites closest to the pumping station. The results suggest that the macroinvertebrate community in the whole area is affected, with low abundance and diversity. The abundance and richness was significantly lower in ditch- and wetland sites closer to the pumping station. Both abundance and total richness correlated significantly with pH (r=0,848, p<0,05) and total richness with dissolved Al (r=-0,859, p<0,05). The functional groups grazers and shredders were close to completely absent from the site closest to the pumping station. Both total phosphorous and phosphate levels were under detection limits, indicating that the metal leaching affects the production in the area. A shortage of available phosphate and a restricted productivity might be a previously overlooked mechanism behind decreasing abundance of macroinvertebrates in areas of metal leaching and should be investigated further. Future studies should also include possible cascading effects on breeding birds and possible solutions to mitigate leaching. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Giftigt lakvatten skadar småkryp

Vattnet är turkos-färgat och innehåller giftigt höga halter av metaller, så småningom fälls metallerna ut och bildar en orange sörja som lägger sig som en kvävande filt över allt i vattnet. Livet är inte lätt för vattenlevande småkryp i Fredriksdalsviken.
En rejäl översvämning år 2007 i Kristianstad fick missfärgat vatten att välla ut över strandängarna i naturreservatet Fredriksdalsviken. Till följd missfärgades höet och en oro uppstod bland jordbrukare att våga släppa korna på bete. Det blev starten på uppmärksammandet av järn- och aluminiumutsläppen som ligger bakom missfärgningen. Orsaken bakom utsläppen är kemiska reaktioner i torvjorden, som uppstår när marken dräneras för att hållas... (More)
Giftigt lakvatten skadar småkryp

Vattnet är turkos-färgat och innehåller giftigt höga halter av metaller, så småningom fälls metallerna ut och bildar en orange sörja som lägger sig som en kvävande filt över allt i vattnet. Livet är inte lätt för vattenlevande småkryp i Fredriksdalsviken.
En rejäl översvämning år 2007 i Kristianstad fick missfärgat vatten att välla ut över strandängarna i naturreservatet Fredriksdalsviken. Till följd missfärgades höet och en oro uppstod bland jordbrukare att våga släppa korna på bete. Det blev starten på uppmärksammandet av järn- och aluminiumutsläppen som ligger bakom missfärgningen. Orsaken bakom utsläppen är kemiska reaktioner i torvjorden, som uppstår när marken dräneras för att hållas odlingsduglig. Reaktionerna resulterar i löst järn, svavelsyra och löst aluminium som sedan sköljs rakt ut i vattendragen. Torvjordarna har bildats under syrefria förhållanden, men när utdikningen skedde för att skapa odlingsmark kom dessa jordar i kontakt med syre, och det är syret som sätter igång reaktionen. Reaktionerna pågår nu kontinuerligt i dessa jordar under torrare perioder när syre finns tillgängligt. Under blötare perioder sköljs sedan löst järn och den sura svavelsyran ut i vattendragen. Även aluminium sköljs ut i löst form, som en konsekvens av försurningen som svavelsyran orsakar. Metallerna är för många djur giftiga i sin lösta form, och när de kommer ut i vattendragen börjar de så småningom fällas ut i fast form. Resultatet blir grumligt vatten och en ridå av orange utfällningar som lägger sig som ett täcke över allt i vattendraget.
Denna studie har tittat närmare på vattenlevande ryggradslösa djur i våtmarker och diken i Fredriksdalsviken. Utöver håvning av småkryp togs även vattenprover för analys av järn- och aluminiumhalter. Även andra parametrar såsom pH mättes. Provtagningen utfördes i olika, mer eller mindre, förorenade vatten för att kunna se samband mellan förorening och småkrypsförekomst.
Småkrypen drabbas
Resultatet från studien påvisade höga halter järn och aluminum samt ett lägre pH, främst i de västra delarna av reservatet där den pumpstation som dränerar närliggande odlingsmark finns. Det var även i denna delen det fanns minst vattenlevande småkryp både i avseende på antal individer och antal artgrupper, något som tyder på att lakvattnet är boven i dramat. Försurningen, som går hand i hand med urlakningen av metallerna, visade det starkaste sambandet med negativa effekter på småkrypen. Löst aluminium visade samma samband. Djur som livnär sig genom att beta alger så kallade ”betare” samt djur som livnär sig på växtrester från land ”sönderdelare” saknades i princip helt i det mest förorenade vattnet. Troligen eftersom utfällningarna helt täcker över potentiell föda. Överlag så var antalet småkryp och artrikedomen av småkryp låg i hela området. Detta tyder på att även de mindre förorenade vattnen i studien är påverkade. Dessutom, så var det för växter nödvändiga näringsämnet fosfat, under mätbara halter i alla vatten. Både järn och aluminium har påvisats kunna binda fosfater och göra det otillgängligt för primärproducenter. Exakt hur detta kan tänkas påverka småkrypen och även andra djur i området är i dagsläget inte klarlagt.
Fredriksdalsviken är ett naturreservat för att främja fåglar och är ett viktigt häckningsområde. Många av fåglarna är beroende av småkrypen som föda och en försämring hos småkrypen kan i sin tur påverka fåglarna. Därför krävs fler studier, för att utvärdera påverkan på fågellivet, samt för att utvärdera möjliga lösningar för att få bukt på utsläppen av giftiga metaller, som idag sker, rakt ut i ett naturreservat.

Kalle Ljungström Rautiainen

Examensarbete för masterexamen i akvatisk ekologi 30 hp, 2017
Biologiska institutionen, Lunds universitet
Handledare: Marika Stenberg
Ekoll AB (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Ljungström Rautiainen, Kalle
supervisor
organization
course
BIOM01 20171
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
8924996
date added to LUP
2017-09-07 14:19:43
date last changed
2017-09-07 14:19:43
@misc{8924996,
  abstract     = {The leaching of metals caused by drainage of peatland soils was, in Scania, brought to attention after a flood in Kristianstad 2007. The flood caused large areas of wet meadows to be covered in iron (Fe) and aluminum (Al) contaminated water and one of the affected areas was Fredriksdalsviken, a nature reserve important as a breeding area for birds. The negative effects of these metals on macroinvertebrates have been described in numerous studies. However, most have looked at streams affected by Acid Mine Drainage (AMD) and none have been conducted in Scania where the extent of the problem is largely unknown. This study investigates the concentrations of both total and dissolved Fe and Al, and its effects on the abundance, diversity and functional groups of macroinvertebrates in Fredriksdalsviken. Samples were taken in ditches and wetlands along a gradient with 3 sites close to a pumping station, a source for metal leaching, and 3 sites located further from the source, with the expectation of lower concentrations. The results show that Al and Fe pollution is present in almost all of the sampled sites but varies greatly with season and were most acute in the sites closest to the pumping station. The results suggest that the macroinvertebrate community in the whole area is affected, with low abundance and diversity. The abundance and richness was significantly lower in ditch- and wetland sites closer to the pumping station. Both abundance and total richness correlated significantly with pH (r=0,848, p<0,05) and total richness with dissolved Al (r=-0,859, p<0,05). The functional groups grazers and shredders were close to completely absent from the site closest to the pumping station. Both total phosphorous and phosphate levels were under detection limits, indicating that the metal leaching affects the production in the area. A shortage of available phosphate and a restricted productivity might be a previously overlooked mechanism behind decreasing abundance of macroinvertebrates in areas of metal leaching and should be investigated further. Future studies should also include possible cascading effects on breeding birds and possible solutions to mitigate leaching.},
  author       = {Ljungström Rautiainen, Kalle},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Iron and Aluminum leaching from peatland soils in Southern Sweden – Effects on benthic macroinvertebrates},
  year         = {2017},
}