Balance i naturens kredsløb
– forvaltning af kvælstoffølsom skov og lysåben natur
Baggrund
Atmosfærisk deposition af kvælstof udgør en af de væsentligste påvirkninger af terrestrisk natur og er en væsentlig trussel mod biodiversiteten. Selvom dette har været kendt længe, har forskningsindsatsen i Danmark været begrænset de sidste årtier. Med Naturplan Danmark, der følger op på FN’s og EU’s mål for biodiversitet i 2020, Naturpakken og implementeringen af EU’s naturdirektiver, er der imidlertid et stigende behov for viden om kvælstofeffekter på terrestrisk natur. Der har de seneste år været en stor international forskningsindsats bl.a. med udvikling af modeller for kvælstofeffekter på terrestriske økosystemer, mens den nationale indsats mest har bestået i indsamling af data i kraft af de nationale overvågningsprogram-mer. Der er således en god baggrund for en forskningsindsats, der kan styrke videngrundlaget om kvælstof i dansk natur.
Kvælstofbelastningen af dansk natur steg fra starten af ’50’erne og toppede i ’90’erne. Belastningen er nu stabiliseret på et lidt lavere niveau, der dog for en stor del af naturarealet stadig er for højt og overskrider områdernes tålegrænser. Det vil derfor være vanskeligt fremover at opretholde eller opnå en god tilstand på disse naturarealer.
Den akkumulerede kvælstofbelastning for lysåben natur har fra 1950 til 2015 været mellem 700 og 1200 kg N ha-1 og endnu højere for skov eller tæt på husdyrbrug. Heraf kan op til 300 kg være fjernet ved pleje, ud-vaskning og denitrificering (minus lidt N-fiksering) (Bak, 2013; Damgård m.fl., 2007). Der er derfor akkumuleret mange hundrede kilo N i det organiske materiale øverste i jordbunden i stort set al terrestrisk natur. Akkumuleringen af organisk materiale er specielt alvorlig for klitnaturen, hvor der er sket en jordbundsdannelse og dermed stabilisering af klitten, som mange steder i dag er stort set uden den tidligere dynamik og naturlige vegetation (Nielsen m.fl., 2011). På andre naturtyper har opbygningen været fulgt af et skift i plantesamfund, der også kan medføre næsten irreversible ændringer af jordbundsegenskaberne (podzol til brunjord) og karakteren af det organiske materiale (Nielsen et al., 1999).
Selvom stort set al terrestrisk natur er kraftigt kvælstofpåvirket, er der stor forskel i naturgivne forhold som jord (tekstur, geologisk oprindelse, fosfor, mikronæringsstoffer), hydrologi, samt historisk og aktuel drift / pleje. Der er dermed stor forskel på størrelsen og tidsforskydningen af forskellige effekter. På landsplan anslås kvælstofpåvirkningen at have medført en væsentlig tilbagegang for 179 plantearter, eller omkring 10 % af de arter, der er observeret i NOVANA programmet. Af disse er 56 % habitattypiske arter iflg. habitatdirektivets Annex 1 og / eller på den danske rødliste (Bak, 2013; 2014). Effekter af kvælstofdeposition på tab af plantediversitet i skov er veldokumenterede, fx i Sydsverige (Falkengren-Grerup, 1995; Hedwall, & Brunet, 2016), men kun lidt belyst under danske forhold (Gundersen & Johannsen, 2016). På europæisk plan er der i skove dokumenteret en udvikling mod øgede og skadelige N/P-forhold i nåle og blade, ligesom også indholdet af K og Mg falder relativt til N (Sardans et al. 2016; Braun et al. 2010).
Kvælstofbelastning forventes at have været en af de væsentligste påvirkninger på de omhandlede naturtyper, men en række andre forhold og påvirkninger har også forandret sig over tid, hvilket vil indgå i analysen. Arealet med især løvskov er kraftigt forøget. Arealet af lysåben natur er derimod mere end halveret siden ’30’erne (http://naturmiljoe2014.dk/natur-biodiversitet/6-1-den-lysaabne-natur), hvilket har betydet en væsentlig fragmentering og øget kantpåvirkning af den lysåbne natur. En stor del af den lysåbne natur kræver en form for drift eller pleje og har været påvirket af ophør af ekstensiv drift. Der er de seneste år indført naturpleje på en del arealer. Omfanget heraf ift. behovet er dårligt kendt, men dækker formentlig kun en del af den plejekrævende natur. Der er således indgået aftaler om græsning eller høslæt på knap 19 % af det samlede areal med § 3-beskyttede enge, moser, heder, overdrev og strandenge (Nygaard m.fl., 2011). Effekten af pleje kan være blandet, idet gentagen og ensidig pleje kan homogenisere arealerne og fjerne forskellige mængder af N, P og basekationer (BC), hvilket kan forrykke områdernes naturlige næringsstofbalance. Endelig har den meget store deposition af svovl, der toppede i ’70’erne, betydet en kraftig påvirkning af jordkemien, og der har – og vil være – en påvirkning fra klimaændringer.
Projektet beskrivelse
Formålet med projektet er at belyse effekten af reaktivt kvælstof på den aktuelle tilstand og fremtidige udvikling for skov, hede, overdrev og klitnatur i Danmark. Vi vil dokumentere, om der er sket en ophobning af kvælstof og organisk stof i jorden, og undersøge, om der er ubalance i forholdet mellem kvælstof, fosfor og andre næringsstoffer i jord og planter i disse naturområder. Vi vil undersøge om ubalance i næringsstof-fer kan knyttes sammen med artsændringer. Betydningen af drift og pleje for balancen mellem nærings-stoffer vil blive undersøgt, og vi vil udvikle forvaltningsværktøjer til at optimere pleje og forvaltning med henblik på at imødegå effekter af kvælstof på skov og lysåben natur.
Formål
Projektets formål er at opnå en bedre forståelse af:
- hvordan den historiske kvælstofdeposition har påvirket den aktuelle tilstand af de omfattede naturtyper i samspil med øvrige påvirkninger,
- hvad forskellige niveauer af kvælstofdeposition vil betyde for den fremtidige udvikling, herunder hvilken maksimal belastning (tålegrænse), der kan accepteres for forskellige målsætninger,
- betydningen af forskellige plejeformer og – intensiteter for områdernes tilstand og udvikling med specielt fokus på jordbundskemi og stofkredsløb.
Fokus og fagligt indhold
Projektet fokuserer på naturtyperne klit, hede, overdrev og skov med hovedvægt på tør natur og på løvskov af især eg og bøg i ekstensiv drift. Der er også en væsentlig kvælstofpåvirkning på naturtyper som mose, kær og (lobelie)søer, men afgrænsningen er foretaget for så vidt muligt at kunne anvende fælles metoder på tværs af naturtyperne og for at afgrænse områder, hvor der kan være væsentlige kombinerede effekter af kvælstofpåvirkning og ændret hydrologi.
Projektet vil sammenfatte eksisterende viden og undersøgelser og bidrage med ny forskning ved anvendelse af nyere data fra bl.a. NOVANA overvågningen over gradienter i kvælstofdeposition, historiske indsamlinger af jord og vegetationsdata sammenholdt med strategiske genundersøgelser, og ved mere intensive undersøgelser, herunder tilførsels- og manipulationseksperimenter, på et mindre antal værkstedsområder.
Kvælstofdeposition kan øge ophobning af organisk stof, og akkumulation af NH4 kan ændre balancen med andre næringskationer (Ca, Mg, K, mikronæringsstoffer). På nitrificerende jorde kan overskud af nitrat ud-vaskes og give anledning til forsuring og tab af næringskationer. Undersøgelserne vil derfor inddrage jordens C og N puljer, pH, potentiel nitrifikation, forholdet mellem NH4 og basekationer i jordvæske og C:N:P:basekation støkiometri i både jord og planter.
Status 2020
Projektet vil undersøge, om der er sket en ophobning af kvælstof i jorden, og om dette har udløst en ubalance i forholdet mellem kvælstof, fosfor og andre næringsstoffer i jord og planter i disse naturområder. Endvidere vil forskerne undersøge om en sådan ubalance i næringsstoffer kan knyttes sammen med artsændringer i de forskellige naturtyper. Projektet vil endvidere udvikle forvaltningsværktøjer til at optimere pleje og forvaltning med henblik på at imødegå effekter af høj tilførsel af kvælstof på skov og lysåben natur.
Arbejdet har hidtil fokuseret på prøve- og dataindsamling, der i 2020 blandt andet har omfattet indsamling af plantemateriale, pin-point data – og jordprøver fra kvælstofgradienter på to heder og et surt overdrev. Kvælstofgradienterne skyldes ammoniakemissioner fra større husdyrbrug. Data- og prøveindsamling blev foretaget med stigende afstand fra punktkilden. Undersøgelsen illustrerer effekter af ammoniakemissioner på kvælstoffølsomme habitater (Figur 1). Vegetationsændringerne forventes at kunne knyttes sammen med ændringer i næringsstofssammensætningen i blade og jordbund (afventer kemiske analyser i 2021).
På 32 hedeområder, hvor Kjeld Hansen beskrev vegetation og jordbund i 1970-71, blev den nuværende tilstand m.h.t. plantearter beskrevet i 2019 og der blev genindsamlet jord. De foreløbige observationer viser, at der er sket en væsentlig forringelse af vores hedeøkosystemer siden 70’erne gennem tab af hedearter. Indledende analyser har ikke kunne påvise en effekt af kvælstof på C:N i planter eller i jordbunden.
I 2018 blev der udlagt et nyt kvælstofmanipulationsforsøg ved Lild Strand. Forsøget inkluderer interaktion med hedepleje (slåning og græsning). Vegetationens respons bliver registreret med pin-point-metoden og skanning vha. droner i vækstsæsonen. I 2020 er forsøget udvidet med registrering af vildtets påvirkning vha. vildtkameraer. Vildtet græsser meget ujævnt på heden og opholder sig primært et til to faste steder på heden.
På baggrund af debatten om urørt skov fokuserede vi i 2020 på sammenhængen mellem C- og N-kredsløb i disse skove. Suserup Skov, der er urørt, har høj nitratudvaskning og ingen ophobning af N. Derfor er det usandsynligt at jorden ophober organisk stof, der både indeholder C og N. Arbejdet har resulteret i et debatindlæg i Nature.
Vi genbesøgte ti gamle bøgeskove, hvor bundvegetationen første gang blev registreret af Bornebusch i 1921 og senere gentaget af andre i 1954 og 1994. I 2019 blev vegetationsdækket registreret i på samme måde som tidligere. Der blev desuden indsamlet jord til sammenligning med arkiverede prøver fra 1994. Formålet er at se om der er sket en ophobning af N i jorden og om floraen har ændret sig. Umiddelbart er ændringer i vegetationen siden 1994 især sket på grund af tæt regeneration med bøg/ær under de store gamle bøge. Topjordens pH havde en svagt stigende men ikke signifikant tendens.
Der blev i 2018 og 2019 indsamlet vegetations- og miljødata fra syv løvskove der grænser op til større husdyrbrug. Dataindsamling blev foretaget i transekter fra skovbrynet og 100 meter ind i skoven langs med den formodede kvælstofgradient for at undersøge om tilførsel og ophobning af kvælstof har påvirket skovbundsfloraen.
Status 2019
Arbejdet har hidtil været fokuseret på prøve- og dataindsamling, der i 2019 blandt andet har omfattet undersøgelser på 36 hedeområder, hvor Kjeld Hansen beskrev vegetation og jordbund i 1970-71. Den nuværende tilstand mht. plantearter blev beskrevet, og der blev genindsamlet jord. De foreløbige observationer viser, at der er sket en væsentlig forringelse af vores hedeøkosystemer siden ’70’erne gennem tab af hedearter. I 2018 blev der udlagt et nyt kvælstofmanipulationsforsøg på Vust Hede ved Lild Strand. Forsøget inkluderer også interaktion med hedepleje (slåning og græsning). Vegetationens respons blev registreret to gange med pinpoint-metoden i denne vækstsæson. Forsøget fortsætter de kommende år.
Vi genbesøgte ti gamle bøgeskove, hvor bundvegetationen første gang blev registreret af Bornebusch i 1921 og senere gentaget af andre i 1954 og 1994. I 2019 blev vegetationsdækket registreret på samme måde som tidligere. Der blev desuden indsamlet prøver af overjorden til sammenligning med arkiverede prøver fra 1994. Formålet er at se, om der er sket en ophobning af N i jorden, og om floraen har ændret sig. Umiddelbart er ændringer i vegetationen siden 1994 især sket på grund af tæt regeneration med bøg/ær under de store gamle bøge.
Der blev i 2018 indsamlet vegetations- og miljødata fra syv løvskove, der grænser op til større husdyrbrug. På grund af den voldsomme tørkepåvirkning i nogle af skovene i 2018, blev observationerne gentaget i 2019. Dataindsamling blev foretaget i transekter fra skovbrynet og 100 meter ind i skoven langs med den formodede kvælstofgradient for at undersøge, om tilførsel og ophobning af kvælstof har påvirket skovbundsfloraen.
Status 2018
I 2018 er der udlagt et nyt kvælstofmanipulationsforsøg på en hede ved Lild Strand. Forsøget inkluderer også interaktion med hedepleje (slåning og græsning). Der er indsamlet vegetations- og miljødata fra syv løvskove der grænser op til større husdyrbrug. Observationerne er foretaget i transekter fra skovbrynet og 100 meter ind i skoven langs med den formodede kvælstofgradient for at undersøge om tilførslen og ophobning af kvælstof har påvirket skovbundsfloraen. Projektet arbejder desuden med genindsamling af jord (og genmåling af jordkemi) fra forskellige ældre undersøgelser på hede og i skov for at afgøre om kvælstofindholdet er ændret over de seneste årtier. Dette arbejde er stadig hovedsageligt i prøveindsamlingsfasen.
Status 2017
I 2017 blev der igangsat et nyt projekt ’Balance i naturens kredsløb – forvaltning af kvælstoffølsom skov og lysåben natur’ ledet af Professor Per Gundersen fra Institut for Geovidenskab og Naturforvaltning (IGN), Københavns Universitet og med deltagelse af forskere fra Institut for Bioscience, Aarhus Universitet.
Formålet med projektet er at belyse effekten af reaktivt kvælstof på den aktuelle tilstand og fremtidige udvikling for skov, hede, overdrev og klitnatur i Danmark. Projektet vil undersøge og dokumentere, om der er sket en ophobning af kvælstof og organisk stof i jorden, og undersøge, om der er ubalance i forholdet mellem kvælstof, fosfor og andre næringsstoffer i jord og planter i disse naturområder. Endvidere vil forskerne undersøge om en sådan ubalance i næringsstoffer kan knyttes sammen med artsændringer i de forskellige naturtyper. Betydningen af drift og pleje for balancen mellem næringsstoffer vil blive undersøgt, og projektet vil udvikle forvaltningsværktøjer til at optimere pleje og forvaltning med henblik på at imødegå effekter af høj tilførsel af kvælstof på skov og lysåben natur.
De første resultater fra 2017 dokumenterer en ophobning af kvælstof i jorden på heder (faldende C/N-forhold) basseret på en analyse af overvågningsdata fra NOVANA 2004 til 2014. Undersøgelser i lokale N-depositionsgradienter i skov viser en tilsvarende ophobning af kvælstof og faldende C/N-forhold i skovjord med stigende deposition.
Arbejdet fortsætter i 2018 med fokus på om denne N-ophobning har påvirket plantesammensætningen i de forskellige naturtyper.
Projekt info
Tidsplan
