| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen

9. Beregning af nitratreduktionskapacitet

Jordlagenes evne til at reducere nitrat (der også ses beskrevet som nitratreduktionskapacitet eller reduktionspotentiale) kan som nævnt udvise store lokale forskelle såvel mellem som indenfor geologiske områder. Forskelle i sammensætningen kan bevirke at der indenfor ganske korte afstande (få cm) findes betydelige forskelle i jordlagenes evne til at reducere nitrat. Eksempelvis vil omlejret pyrit og brunkul optræde i forskellige dele af smeltevandsaflejringer. Her vil pyrit, som har en højere vægtfylde end det meste af smeltevandssandet, kunne koncentreres i områder med stærke strømstyrker og ofte findes i lag sammen med de andre tungmineraler. Organisk stof, i form af brunkul, der har en lavere vægtfylde end smeltevandssandet, aflejres derimod i områder med beskeden strømstyrke (Kristiansen et al., 1990). Tilsvarende forskelle kan iagttages fra andre vandaflejrede sedimenter, eksempelvis smeltevandsler. Moræneler, der er karakteriseret ved at indeholde mange forskellige kornstørrelser og mineraler, udviser ligeledes store forskelle, hvor specielt fordelingen af organisk stof og pyrit kan bidrage til betydelige variationer i denne lerholdigt sedimenttype.

Da der for indeværende ikke findes en eller flere veldokumenterede analysemetoder til bestemmelse af jordlagenes evne til at reducere nitrat vil det derfor indtil videre være nødvendigt at basere vurderingerne heraf på målte værdier af de reducerede stoffer.

En metode tager udgangspunkt i fordelingen af reducerende stoffer i de forskellige jordlag og er i overvejende grad baseret på allerede eksisterende data, tabel 1. Indholdet af organisk stof og reducerede svovlforbindelser er analyseret for sandprøver fra oplandet til henholdsvis Rabis bæk (Kristiansen et al., 1990) og Fladerne bæk (Jacobsen, 1991). Begge områder indgår i oplandet til Skive-Karup å. Prøver af moræne- og smeltevandsler er undersøgt ved fordelingen af lettilgængeligt ferrojern, strukturelt bundet ferrojern samt organisk stof (Ernstsen, 1990; Ernstsen et al., 1990) idet forudgående undersøgelser havde vist at pyrit forekom i ganske små koncentrationer og derfor ikke blev yderligere analyseret (Ernstsen, ikke publicerede data).

På baggrund af ovennævnte undersøgelsesresultater er reduktionskapaciteten for moræneler og hedeslettesand beregnet i henhold til de procesforløb der findes beskrevet i afsnit 5 om reduktion af nitrat - mikrobielle og abiotiske processer, tabel 1. Da der ikke foreligger resultater for pyritindholdet i moræneler, er indholdet beregnet ved forskellen mellem koncentrationen af vandopløseligt sulfat i reduceret og iltet moræneler, idet stigningen i sulfatindholdet her antages at stamme fra pyrit hvor det er frigivet i forbindelse med tørringen af prøven. Der kan være pyrit, der ikke er blevet iltet under tørringsprocessen og som derfor ikke indgår i beregningerne, hvorfor de beregnede værdier for pyrit må antages at repræsentere minimumsværdier.

I moræneler består reduktionskapaciteten primært af bidrag fra organisk stof og strukturelt bundet ferrojern samt mindre mængder pyrit, og i de sandede hedeslette sedimenter er reduktionskapaciteten overvejende bestemt af bidraget fra organisk stof samt mindre mængder pyrit. Beregningerne viser en samlet reduktionskapacitet på 153-179 mol nitrat pr. m³ for moræneler med et højt indhold af ler, 87-107 mol nitrat pr m³ for en mindre lerholdig moræneler, og 31-158 mol nitrat pr. m³ for den lerfattige hedeslettesand. For de her viste sedimenttyper udgør bidraget af organisk stof en betydelig eller en overvejende del af den samlede reduktionskapacitet hvorfor selv små ændringer i indholdet af organisk stof kan betyde markante ændringer i jordlagenes beregnede reduktionskapaciteter.

Tabel 1
Beregnede reduktionskapaciteter for nogle typiske danske lerholdige sedimenter (moræneler) og sandsedimenter (smeltevandssand). Bemærk at en årlig nedsivning på 50 kg N/ha svarer til 0,357 mol NO₃^-/ha/år.

*) beregnet som forskellen mellem indholdet i den reducerede og den oxiderede zone. Indhold af organisk stof og ferrojern efter Ernstsen (1990) og pyrit efter Ernstsen (ikke publicerede data).

*) beregnet som forskellen mellem indholdet i den reducerede og den oxiderede zone. Indhold af reducerende stoffer efter Ernstsen (in prep).

*) beregnet som forskellen mellem indholdet i den reducerede og den oxiderede zone. Indhold af reducerende stoffer efter Kristiansen et al. (1990).

*) beregnet som forskellen mellem indholdet i den reducerede og den oxiderede zone. Indhold af organisk stof og pyrit er beregnet efter Jacobsen (1990).

For lerholdige sedimenter er bidraget fra strukturelt bundet ferrojern stort og for moræneler med ca. 15% ler af samme størrelsesorden det beregnede bidrag fra organisk stof. For de sandede sedimenter med et meget lavt indhold af ler anses bidraget fra strukturelt bundet ferrojern af ringe betydning ligesom andre mørke mineraler (bl.a. augit, pyroxener og magnetit) ikke antages at bidrage til nitrat reduktion i nævneværdig grad på grund af den meget langsomme proceshastighed.

Beregningerne viser endvidere at en årlig udvaskning svarende til 50 kg kvælstof pr. ha vil opbruge nitratreduktionskapaciteten i et lag på 1 meter i løbet af 94 til 499 år. For mange lerjorde må antallet af år pr. meter forventes at være væsentlig større, når det tages i betragtning at en meget betydelig del af det nedsivende vand i disse områder strømmer af gennem drænsystemer og overfladenære sand- og gruslag. En undersøgelse af moræneler i oplandet til Syv bæk, syd for Roskilde viste at den overfladenære afstrømning udgjorde 65-75% af den samlede nedsivning og at kun de resterende 25-35% ville nå ned til de primære grundvandsmagasiner (Ernstsen et al., 1990).