|
Principper for beregning af nitratreduktion i jordlagene under rodzonen SammendragI grundvandsdannende områder vil det nedsivende vand, fra dyrkede såvel som ikke dyrkede arealer, normalt indeholde nitrat. Koncentrationen af nitrat i det nedsivende vand vil typisk være langt højere i vand fra dyrkede arealer, hvor der tilføres kvælstofholdig gødning, end fra ikke dyrkede arealer. Koncentrationen af nitrat afhænger foruden af de klimatiske forhold desuden af arealanvendelsen og under dyrkede områder ligeledes af afgrødevalg og dyrkningspraksis. Når det nitratholdige vand forlader rodzonen vil dets videre skæbne i høj grad være bestemt af de geologiske, hydrauliske og geokemiske forhold der er til stede i de underliggende jordlag. Hidtidige undersøgelser af kvartære sedimenter i Danmark har vist en sammenhæng mellem udbredelsen af geokemiske zoner og forekomsten af nitratholdigt vand. Således kan nitratholdigt vand forekomme i iltede jordlag med gule, gulbrune, brune og gråbrune farver mens jordlag med grå, brungrå og sorte farver normalt ikke indeholder nitrat. Overgangen fra iltede (aerobe) jordlag til reducerede (anerobe) jordlag benævnes ofte som redoxgrænsen (redoxfronten, nitratfronten eller iltningsfronten). I størstedelen af Danmark er den iltede zone dannet ved processer i perioden efter sidste istid (Weichsel-istiden), der sluttede for ca. 12 000 år siden. I andre områder, som f.eks. bakkeøerne i Vest- og Sønderjylland har iltningsprocesserne været aktive i meget længere tid, ofte i mere end 100 000 år. I perioder, som under sidste istid, har disse områder været stærkt domineret af periglaciale forhold og desuden har erosion og jordflydningsprocesser her kunne bevirke en nedslidning og udglatning af den overfladenære, iltede zone. Det er primært ilt, enten i gasform eller opløst i det nedsivende vand, der har reageret med jordlagenes indhold af reducerende stoffer og bevirket dannelsen af en overfladenær, og under visse geologiske situationer flere iltede zoner. I gennem de sidste ca. 60 år har det øgede forbrug af kvælstofholdig gødning i landbruget og den øgede udvaskning af nitrat fra dyrkede arealer ligeledes bidraget til iltningen af jordlagene. Forbruget af redoxkapacitet som følge af intensiv landbrugsdrift modsvarer udtrykt i iltningsækvivalenter en "belastning" med iltholdigt og nitratfattigt vand i ca. 300 år. Sammenlignet med de ca. 12 000 år med nedsivning af iltholdigt vand ses den deraf øgede udvaskning af nitrat at spille en kun ubetydelig rolle for iltningen af jordlagene. Det er derfor ilten med dannelsen af iltede geokemiske miljøer der i dag hjælper til en hurtig udbredelse af nitrat som stort set uhindret føres igennem denne zone bestemt ved vandet hastighed og strømningsmønster. Der foreligger ingen landsdækkende kortlægning af udbredelsen af den iltede zone. Oplysninger fra eksisterende boringsbeskrivelser samt resultaterne fra en række undersøgelser viser store geografiske forskelle knyttet til de geologiske forhold. I de unge kvartære leraflejringer findes ofte en ringe udviklet iltet zone på nogle få meter, hvor den i dele af bakkeøerne kan være mere end 50 meter dyb. Det generelle billede viser at den iltede zone i områder med unge kvartære leraflejringer er begrænset til de øvre jordlag og at det i disse områder normalt kun vil være de forholdsvis overfladenære, sekundære grundvandsmagasiner der er påvirkede af nitrat, medens de dybere, primære magasiner stadig er reducerede og ikke indeholder nitrat. I områder med tykke sandaflejringer findes den iltede zone derimod ofte udbredt fra overfladen og ned i grundvandsmagasinerne og her kan der forekomme nitratholdigt vand til langt større dybder. Reduktion af nitrat kræver iltfrie (anaerobe) forhold, hvor det er termodynamisk ustabilt, og hvor mikrobielle og kemiske processer indgår i reduktionen af nitrat. Den mikrobielle omdannelse af nitrat (NO3-) sker under dannelse af frit kvælstof (N2) med en lang række mellemprodukter såsom nitrit (NO2-), kvælstofoxid (NO) og lattergas (N2O). Ved omdannelsen optræder nitrat som elektronacceptor i en mikrobiel åndingsproces hvor organisk stof eller reduceret svovl (H2S eller S0), reduceret mangan eller reduceret jern indgår som elektrondonorer. De abiotiske (kemiske eller uorganiske) reduktionsprocesser viser, afhængig af forsøgsbetingelserne, dannelse af en lang rækker forskellige N-produkter, herunder ammonium (NH4+). Med undtagelse af den mikrobielle nitratreduktion med organisk stof som elektrondonor (denitrifikation), så er såvel procesforståelsen som kendskabet til udbredelsen af de forskellige andre mikrobielle og abiotiske nitratreduktionsprocesser forholdsvis begrænset for indeværende. I den umættede zone vil de geokemiske forhold under rodzonen normalt ikke være egnede for at nitratreducerende processer kan forløbe og vil her være begrænset til iltfrie mikromiljøer. Mikromiljøerne opstår i forbindelse med iboende bio-tilgængeligt organisk stof eller tilført organisk stof, enten i opløst form eller som partikler, som gennem bl.a. makroporer transporteres fra overfladen og dybere ned i den umættede zone. Den kvantitative betydning af disse mikromiljøer for jordlagenes nitratreduktionskapaciteter samt for genopbygningen af redoxkapacitet antages at være størst i den overfladenære del af den umættede zone. De nitratreducerende processer vil være begrænset til de reducerede dele af den mættede zone og de herskende processer vil afhænge af sammensætningen og tilgængeligheden af reducerende stoffer. Denne variation betyder at reducerede jernforbindelser (FeII) kan være dominerende i nogle områder mens organisk stof, pyrit (FeS2) eller opløst methan (CH4) i grundvandet kan være afgørende for iltforbruget og nitratreduktionen i andre områder. Et manglende kendskab til processerne i dybt liggende danske sedimenter betyder at en vurdering af jordlagenes reduktionskapaciteter for indeværende må relateres til sedimenternes indhold af reducerende stoffer. Der findes ikke én metode til analyse af jordlagenes reduktionskapacitet, hvorfor analyseprogrammet må tilpasses forekomsten af forskellige reducerende stoffer i sedimenterne. Indholdet af reducerende stoffer i reducerede sedimentprøver er et mål for disses potentielle reduktionskapacitet og forskellen mellem indholdet af reducerende stoffer i de reducerede og iltede sedimenter af samme type er et mål for disses aktuelle nitratreduktionskapacitet. I forbindelse med en vurdering af indsatsområder for nitrat vil der foruden oplysninger om sedimenternes reduktionskapaciteter kunne fremskaffes supplerende oplysninger om områdets reduktionspotentiale ved bl.a.:
|
