Miljøprojekt, 1023 – Nitratreduktion i den umætttede zone – 4 Denitrifikation under umættede forhold

Nitratreduktion i den umætttede zone

4 Denitrifikation under umættede forhold – laboratorieundersøgelser

4.1 Danske undersøgelser
4.2 Undersøgelser af udenlandske jorde

4.1 Danske undersøgelser

Ved laboratorieundersøgelser med prøver fra 3 dybe profiler, ned til maksimalt 16-18 meter dybde, viste Lind og Pedersen (1976), at jordprøvernes evne til at reducere nitrat steg ved en ændring i forsøgstemperaturen fra 10 til 25 °C. Det homogene lerjordsprofil ved Herlufmagle viste den bedste evne til at reducere nitrat, dernæst fulgte det inhomogene lerjordsprofil fra Skælskør, karakteriseret ved en langsommere proceshastighed og endelig sandjordprofilet, der kun var i stand til at reducere nitrat i nogle dybder. Efter opbevaring ved 10 °C i 40-50 dage svarede dannelsen af N₂ og N₂O ved Herlufmagle til en reduktion i forhold til det oprindelige nitratindhold på 2-4 % i sedimenter fra de øverste 2 og 4 meter (svarende til umættet zone) og 22-30 % for prøverne fra 12 og 18 meter (dvs. prøver fra den reducerede zone). I prøverne fra Skælskør var reduktionen 3-6 % i prøver udtaget i 1,0 til 15,5 meter og ved Bramminge 2 % for prøver fra 1,3 til 15,9 meter.

Laboratorieundersøgelser over denitrifikationskapaciteten ved forskellige temperaturer blev undersøgt for prøver indsamlet på 6 lokaliteter, hvoraf 4 var af lerholdig type og 2 af sandet type (Lind 1980). Ved en forsøgstemperatur på 25 °C var denitrifikationskapaciteten 4-5 gange højere end denitrifikationskapaciteten målt ved 10 °C og dermed var stigningen højere end den der normalt forventes ved biologiske processer. Forsøgene viste desuden en lineær sammenhæng mellem mængden af let omsætteligt organisk stof og omfanget af denitrifikation. Det bemærkes at denitrifikationskapaciteterne målt ved 25 °C ikke umiddelbart lader sig anvende ved en vurdering af denitrifikationen under naturlige forhold. På baggrund af undersøgelsesresultaterne konkluderes det dog at det øverste lag af de undersøgte lerjorde besidder en dobbelt så stor denitrifikationskapacitet som det øverste lag af sandjordene, og at denitrifikationskapaciteten falder kraftigt fra øverste (fra 0 til maximalt 40 cm) til nederste lag af en rodzone-profil, svarende til ca. 1 meters dybde.

Lind og Eiland (1989) undersøgte udvalgte jord- og sedimentprøver fra et sandet profil ved Borsholm på Sjælland og et lerholdigt profil ved Gudum i Jylland for derigennem at opnå et mål for potentialet for nitratreduktion i dybe sedimenter sammenlignet med sedimenter fra pløjelaget. Sedimenternes evne til at reducere nitrat blev bl.a. knyttet til udviklingen i lattergas (N₂O) udviklet ved inkubationsforsøg, der strakte sig over 9 dage. Vandindholdet i de inkuberede jord- og sedimentprøver var under 60 % af markkapaciten og dermed sammenlignelige med umættede forhold. Forsøgstemperauren oplyses ikke. Resultaterne af inkubationsforsøgene med prøver fra muldlaget fra begge lokaliteter viste en udvikling af N₂O ved aerob inkubation med eller uden tilsætning af en letomsættelig kulstofkilde i form af glukose. Aerob inkubation med sedimenter fra dybere lag viste derimod kun en udvikling af N₂O efter tilsætning af glukose. Ved anaerob inkubation med sedimenter udtaget under muldlaget blev der målt en udvikling af N₂O i samtlige prøver og denne udvikling blev væsentlig forøget ved tilsætning af glukose.

I en undersøgelse af 3 lerprofiler indenfor oplandet til Langevad Å' måltes en lavere aktuel denitrifikationsaktivitet i de dybere jordlag end i overjorden (Zeuthen et al., 1990). For overjorden blev den aktuelle denitrifikationsaktivitet målt ved laboratorieforsøg gennemført ved 10 °C og blev her beregnet til ca. 2 kg N ha^-1år^-1 for pløjelaget mens denitrifikationsraten var under detektionsgrænsen i prøver udtaget ned til 10 meters dybde. På baggrund af de meget lave denitrifikationsaktiviteter blev det konkluderet at den mikrobielle nitratreduktion ikke medvirkede væsentligt til at reducere mængden af nitrat under rodzonen. Undersøgelser af den potentielle denitrifikationsaktivitet viste at der i alle undersøgte dybder manglede letomsætteligt kulstof og at manglen på letomsætteligt kulstof specielt i jorden under rodzonen var begrænsende for en større mikrobiel reduktion af nitrat ned gennem den umættede zone.

Eiland og Vinther (1993) beskriver ligeledes mangel på organisk stof som en begrænsende faktor for nitratreduktionen ned gennem den umættede zone men bemærker samtidig at det store volumen af jord samt den relativ lange infiltrationstid ned gennem den umættede zone bevirker at den mikrobielle nitratreduktion under umættede forhold spiller en stor rolle for nitratfjernelsen på 4 lokaliteter i den østlige del af Danmark.

På to lokaliteter i Vestjylland, med umættet zone på 3-8 meter, aftog koncentrationen af nitrat fra 177 mg NO₃ pr. liter til mellem 4 og 9 mg NO₃ pr. liter ved grundvandsspejlet (Jacobsen og Vinther, 1993). Målinger af jordluftens sammensætning umiddelbart over grundvandsspejlet (dvs. i den kapillære zone) viste indhold af lattergas omkring 100 gange højere (20-40 ppm N₂O) end for den omgivende luft. Indenfor den samme zone aftog koncentrationen af opløst organisk kulstof fra 150 mg C pr. liter til mindre end 10 mg C pr. liter.

4.2 Undersøgelser af udenlandske jorde

Tindall m.fl. (1995) undersøgte udvaskningen af nitrat fra uforstyrrede jordsøjler (diameter: 30 cm, højde: 40 cm) efter tilførsel af calciumnitrat. Udvaskningen af nitrat var betydelig for kerner med såvel sand som ler. I sandkerner var næsten al den tilførte nitrat vaskes ud efter 10 dage og omfanget af denitrifikation var typisk mindre end 1 % af det tilførte. Når kerner af sand blev tilplantet med tomatplanter steg denitrifikationen, bestemt ved tabet af N-holdige gasser, til 17 % af den tilførte mængde nitrat. Tindall m.fl. konkluderede på baggrund af undersøgelsesresultaterne at omdannelsen af nitrat under umættede forhold bl.a. afhang af fordelingen af vandindholdet i lokale mikromiljøer.