Trans-faglig kunnskap nødvendig for å forstå, forutsi og håndtere eutrofiering

Transkript

1 Trans-faglig kunnskap nødvendig for å forstå, forutsi og håndtere eutrofiering Rolf D. Vogt, Geir Orderud og David Barton NFR, Miljø2015 -Tvers Prosjekt (190028/S30) O. Røyseth, A. Engebretsen, C. W. Mohr, T. Andersen, K. Tominaga, P.J. Færøvik, G. Orderud, J. Naustdalslid, D. Barton, E. Romstad m.fl.

2 EUs VannRamme Direktiv VRD krever: God status på overflatevann og Vannressurser ikke bør ha store avvik fra deres naturlige tilstand Forskere er forventet å kunne si hva naturtilstanden er og forutsi fremtidige endringer Økologisk status Svært god God Moderat Dårlig Svært dårlig Ill. fra A.L. Solheim, NIVA

3 Målet: Bærekraftig vannforvaltning Tiltak må sees i en helhetlig sammenheng, der miljøet, sosiale- og økonomiske forhold balanseres mot hverandre Vannforskriften gir en slik tolkning av bærekraft der tiltak skal: Ha solid miljø- og landbruksfaglig begrunnelse Være samfunnsmessig akseptabelt og Ikke være uforholdsmessig kostbart i forhold til nytten av tiltakene God økonomisk produksjon Den helhetlige vurderingen av muligheten for iverksetting av tiltak har manglet i tidligere studier Miljøtiltak Bærekraftige løsninger Aksept i sammfunnet

4 Hovedutfordringen: Eutrofiering Algevekst på grunn av eutrofiering er den viktigste årsaken til at kravet om god økologisk vannkvalitet ikke oppnås i landbruksdistrikter Algevekst i ferskvann er vanligvis begrenset av tilgang på fosfat Alge oppblomstring Foto: H. Gunnarsdottir Foto: Moss avis

5 Studie område Vestre Vansjø Morsa vassdraget har fått mye oppmerksomhet pga algeoppblomstring, ofte med cyanobakterier Morsa er valgt som pilot område for implementeringen av VRD i Norge Vestre Vansjø er den delen av vassdraget som har den dårligste vannkvaliteten Det meste av nedbørsfeltet i Morsa er skog Mindre enn 15% er landbruksareal

6 Problemet: Tilsynelatende liten effekt av tiltak 1 milliard kroner er brukt på tiltak for å redusere total fosfat konsentrasjonen i Morsa vassdraget Vannkvaliteten tilfredsstiller fremdeles ikke kravene i VRD om god økologisk kvalitet - Ingen klar bedring i Storefjorden - Begrenset effekt i vestre Vansjø Total fosfat µg/l Storefjorden Vestre Vansjø juni-september ref. ref. verdi grense G/M År Foto: Helga Gunnarsdottir Skarbøvik et al., 2011 april-oktober grense SG/G grense M/D Viljen blant bøndene til å fortsette med tiltak og gjøre nye tiltak er svekket pga. tilsynelatende liten effekt

7 Problemet: Tilsynelatende liten effekt av tiltak 1 milliard kroner er brukt på tiltak for å redusere total fosfat konsentrasjonen i Morsa vassdraget Vannkvaliteten tilfredsstiller fremdeles ikke kravene i VRD om god økologisk kvalitet - Ingen klar bedring i Storefjorden - Begrenset effekt i vestre Vansjø Viljen blant bøndene til å fortsette med tiltak og gjøre nye tiltak er svekket pga. tilsynelatende liten effekt

8 Løsningen: Miljøkompetanse Relevant miljøkompetanse er grunnlaget for endringer i praksis og samfunnsmessige reformer Trans-faglighet Åpner for gjensidig læring som legger til rette for generering av relevant miljøkunnskap

9 Hvordan er Miljøkompetansen? Vannområdeutvalget: Et fåtall har en relativ grei forståelse De fleste aktører har liten eller moderat kompetanse De må stole på informasjonen de blir forelagt Bøndene: Har meget god kompetanse om deres egne åkre og jorda Generelt har de meget god kompetanse på grunnleggende landbruksfag Dette gjør at de stiller kritiske spørsmål ved påstander om prosesser og effektiviteten av tiltak

10 Kunnskap Nøkkelen til kollektiv handling De opplagte tiltakene er gjennomført: Kloakksanering Redusert gjødsling Ingen høstpløying Buffersoner Fangdammer Bøndene motiveres nå til å fortsette å gjøre tiltak og i tillegg intensivere innsatsen og bli med på sub-optimale tiltak Økt kunnskap om hvorfor tiltak så langt har vist liten effekt er et nødvendig bidrag for videre innsats Her spiller naturvitenskapelig kunnskap en sentral rolle!

11 Kilder til Total-P Kilder til fosfat Blankenberg et al

12 Kilder til Total-P Kilder til fosfat Nesten halvparten av tilførselen av PO 4 til Vansjø kommer fra landbruket Transport av PO 4 fra landbruket skjer hovedsakelig som adsorbert til silt og leirpartikler (Partikulært P) Blankenberg et al

13 Kilder til Total-P Kilder til fosfat Nesten halvparten av tilførselen av PO 4 til Vansjø kommer fra landbruket Transport av PO 4 fra landbruket skjer hovedsakelig som adsorbert til silt og leirpartikler (Partikulært P) Ca. 40% av PO 4 tilførslene er naturlig bakgrunns-tilstrømming Blankenberg et al Dette er hovedsakelig bundet opp i løst naturlig organisk materiale (DNOM-P)

14 Hvorfor ser vi ikke forventet effekt av tiltak? Et miljø i endring

15 Hvorfor ser vi ikke forventet effekt av tiltak? Et miljø i endring Effekten av tiltakene oppveies av: 1. Endret klima økning i ekstremhendelser

16 Hvorfor ser vi ikke forventet effekt av tiltak? Et miljø i endring Effekten av tiltakene oppveies av: 1. Endret klima økning i ekstremhendelser 2. Reduksjon i sur nedbør

17 1. Endret Klima Mengden nedbør og hyppigheten av kraftige nedbørsepisoder har økt og ligget over normalen de siste 20 årene Gir mer overflateavrenning, flom og vassjuk jord Nedbør 20 år Met.no

18 1. Endret Klima Mengden nedbør og hyppigheten av kraftige nedbørsepisoder har økt og ligget over normalen de siste 20 årene Gir mer overflateavrenning, flom og vassjuk jord Gjennomsnittlig vintertemperatur har ligget 2ºC over normalen de siste 25 årene Nedbør 20 år Vinter temperatur 25 år Met.no

19 Mengden nedbør og hyppigheten av kraftige nedbørsepisoder har økt og ligget over normalen de siste 20 årene Gir mer overflateavrenning, flom og vassjuk jord Gjennomsnittlig vintertemperatur har ligget 2ºC over normalen de siste 25 årene Fører til hyppigere tine perioder på bar og frossen mark Økt overflateavrenning 1. Endret Klima 30 Januar 31 Januar Erosjon: kg ha -1 Nedbør 20 år Foto: Øygarden, 2000 Vinter temperatur 25 år Met.no

20 Øket overflateavrenning

21 Øket overflateavrenning Økt erosjon av partikkelbundet PO 4 fra landbruksjord Økt utvasking av tilgjengelig PO 4 fra øvre jordlag

22 Øket overflateavrenning Økt erosjon av partikkelbundet PO 4 fra landbruksjord Økt utvasking av tilgjengelig PO 4 fra øvre jordlag Store mengder PO 4 i pløysjiktet (Ap) og i skogbunnen (O) Økte konsentrasjoner av PO 4 i år med mye nedbør Landbruk - Skog - Podsol mg/kg P O E B C Bakketopp Soil Horizon O AE B1 B2 C Inorganic-P Skråning Organic-P O A B1 B2 Dalbunn Mohr, 2011

23 Øket overflateavrenning Økt erosjon av partikkelbundet PO 4 fra landbruksjord Økt utvasking av tilgjengelig PO 4 fra øvre jordlag Store mengder PO 4 i pløysjiktet (Ap) og i skogbunnen (O) Økte konsentrasjoner av PO 4 i år med mye nedbør Skog - Podsol NIVA data fra Storefjorden Opland, 2011

24 Økt flom Flommen i 2000 førte til spesielt store tilførsel av fosfor til vestre Vansjø året etter Kan til dels skyldes vassjuk jernrik jord Vestre Vansjø År Morsa, 2011

25 Vassjuk og jernrik jord Jordsmonnet rundt vestre Vansjø har høyt jern (Fe) innhold Fe(III) binder PO 4 3- : FePO 4, R-Fe-PO 4 der R er leire eller organisk materiale med netto negativ ladning Huggenes I vassjuk jord reduseres Fe(III) til Fe(II) Dette reduserer jordsmonnets evne til å holde på PO 4 - som derved vaskes ut Kan være viktig årsak til økt utvasking av bio-tilgjengelig PO 4 og algeoppblomstring etter flommen Støa 2

26 2. Reduksjon i sur nedbør SO 4 2-, som var det dominerende anion i sure vann i sør Norge, er redusert med > 70% Dette har ført til at: Utlekkingen av labilt Al er redusert til 1/3 Skjelkvåle (red.), 2012

27 Labilt Al benyttes til å fjerne PO 4 1.4AA 3+ + PP OO AA 1.4 PP 4 OO 1.2 (s) I kloakkrenseanlegg Ved behandling av eutrofe vann

28 Fordeling i arealbruk De fleste vassdrag drenerer fra store skogsområder, ned gjennom landbruksområder før de renner ut i innsjøen

29 Utfelling av fosfat med aluminium Skogsbekker med høye konsentrasjoner av aluminium rant ned gjennom landbruksområder der det blandet seg med fosfat rik avrenning med høyere ph Al(OH) 3 ble felt ut og dro med seg PO 4 3- ut av vannet Med nedgang i sur nedbør har vi mistet denne viktige mekanismen Al AA 3+ + PP OO AA 1.4 PP 4 OO 1.2 (s) OH - PO 4 3- Al(OH) 3 Al 1.4 PO 4 (OH) 1.2

30 2. Reduksjon i sur nedbør SO 4 2-, som var det dominerende anion i sure vann i sør Norge, er redusert med > 70% Dette har ført til at: Utlekkingen av labilt Al er redusert til 1/3 Konsentrasjonen av Løst Naturlig Organisk Materiale (DNOM) er doblet i ferskvann i sør Norge Skjelkvåle (red.), 2012

31 Transport av PO 4 med DNOM Naturlig tilstrømming av PO 4 står for ca. 40% av den totale fosfat tilførselen PO 4 transporteres i naturlige systemer hovedsakelig med DNOM Det har vært en dobling i konsentrasjonen av DNOM Ron Vaz et al., 1992 Farge, mg Pt/l 40 Skul. 35 Oset Lang. 30 Alun Skjelkvåle (red.), 2012 Bakgrunns-tilstrømmingen av PO 4 har derfor også økt betraktelig

32 Viktig budskap fra naturvitenskapen Mer nedbør og mildere vintre har ført til økt overflateavrenning gjennom toppjord rikt på PO 4 : Dette har ført til økt utvasking av PO 4 Nedgang i sur nedbør har ført til at: En viktig fellingsagent for biotilgjengelig PO 4 er borte Økt bakgrunnstilstrømning av PO 4 bundet til DNOM Hypotese: Uten tiltakene hadde vannkvaliteten i dag vært mye verre!

33 Hvorfor bruke simuleringsmodeller for å identifisere tiltakseffekt? Drivere Klimatrend økende og mer variabel temperatur Klimatrend økende og mer variabel nedbør Sur nedbør trend red. gir mindre utfelling av Al-P Ekstremhendelser flom i 2000 Tiltak i nedbørfeltet siden 2001 Hypoteser om effekt på eutrofiering (Tot-P) i Vestre Vansjø Forventning regresjon til trend? Varians Hvilken årsak dominerer? Har vi god nok oppløsning i overvåkningsdata til å skille tiltakssignaler fra økende støy? Farge, mg Pt/l 40 Skul. Oset 35 Lang. 30 Alun Hvordan unngår vi å bare søke forklaringer som bekrefter forventet tiltakseffektivitet?

34 Integrert modellering Modellering på tvers av fagdomener der vi kobler sammen økonomiske modeller, nedbørsfelt modeller og innsjømodeller Vurdere hele årsak virkning kjeden Identifisere effekter av tidligere tiltak mot en tenkt tilstand uten tiltak Øke forståelse av kombinerte effekter av usikkerhet Gi råd av typen: «Vi er 90% sikre på at slike tiltak vil virke»

35 Bayesianske nettverk et verktøy for å beskrive betingede sannsynligheter for tiltakseffekt DPSIR Response/ Driver Tiltakskostnader Enkle koeffisienter FSSIM model Tidsoppløsning Årlig Romlig oppløsning Gårdsbruk Pressure Avrenning (SWAT, INCA-P) Daglig Delnedbørfelt State MyLake Vannkvalitet Cyanobacterier Daglig (Mylake) Ukentlig (cyano) Innsjø (vertikaldelt) Impact Brukeregnethet (spørreundersøkelse) Sesong (sommer) Husstander Impact/ Response Betalingsvillighet (regresjonsmodel) Årlig Husstander

36 Informasjonskrav: Forstå forutsi håndtere Geografisk skala Økende kostnader Krav til pålitelighet & nøyaktighet (kvantifisering av usikkerhet) Tverrfaglighet Transfaglighet

37 Informasjonskrav: Forstå forutsi håndtere Geografisk skala Økende kostnader Krav til pålitelighet & nøyaktighet (kvantifisering av usikkerhet) Tverrfaglighet Transfaglighet

38 Veikart til bedret vannkvalitet Å lykkes med god forvaltning avhenger av aktiv deltakelse og støtte fra sentrale aktører Mangel på kunnskap skaper barrierer og terskler i samfunnet Vi må derfor: Utvikle vitenskapelig forståelse av grunnleggende prosesser gjennom tverrfaglig samarbeid, og forståelse av tiltakseffekt gjennom trans-faglig samarbeid med sentrale aktører Videreutvikle en kunnskapsbasert forvaltning, med virkemidler forankret i en bærekraftig miljø- og landbrukspolitikk Overføre kunnskap gjennom aktiv deltakelse av forskere og interaksjon med brukergrupper Videreutvikle bøndenes landbrukskompetanse til god miljøkompetanse Tillate bred og aktiv deltagelse av bønder i beslutningsprosessene Miljø2015: På TVERS av miljøkonfliktene,

39 Hovedkonklusjoner Vi har en rekke indisier på at vannkvaliteten i dag hadde vært betydelig verre om tiltakene ikke hadde vært gjennomført Denne kunnskapen kan bidra til å revitalisere motivasjonen blant bønder til å fortsette med tiltak og ta del i nye tiltak Miljø2015: På TVERS av miljøkonfliktene,