Röntgenspektroskopi ger ny kunskap om partikelbunden fosfor i dräneringsvatten

I ett nyligen avslutat projekt finansierat av Formas har forskare från SLU studerat sammansättningen hos partikelbunden fosfor i dräneringsvattnet från några svenska fältförsök. Att partikelbunden fosfor bidrar till övergödning av vatten i områden med leriga jordar har länge varit känt, men kunskaperna om dess kemiska sammansättning har varit begränsad.

Ny metod för att mäta fosfor i dräneringsvatten

Små partiklar kan hålla sig svävande länge i vattnet och transporteras långt i diken och åar. Sedan kan löst fosfor avges från sedimenten och ge övergödning. I projektet packades resväskan med lerpartiklar från dräneringsvatten och togs med till laboratorier i Thailand och Frankrike. Målet var att med röntgenspektroskopi undersöka fosforns kemiska former i de partiklar som tar med sig fosfor från marken. Vattenprover togs 2017–2019 i fem fältförsök med separat dränerade rutor som varit igång i mellan 7 och 28 år. Försöken fanns på mellanlera vid Krusenberg i Uppsala och Lilla Böslid i Halland, på styv lera vid Bornsjön i Sörmland och Lanna på Varaslätten samt lerig sand i Mellby i Halland.

Hydroxider med aluminium och järn troligen viktiga för fosfortransporten

Enligt mätningarna bestod partiklarna i dräneringsvattnet av liknande beståndsdelar som vanlig jord, men med extra mycket av de finaste partiklarna. De var också mera fosforrika än jorden de kom ifrån: Fosforinnehållet i vattnens partiklar motsvarade P-HCl-klass 5 (>80 mg/100 g jord), medan det i matjorden på försöksfälten varierade från P-HCl-klass 2 till 4. Partiklarna i dräneringsvattnet bestod till 50–75 % av negativt laddade lermineral, ca 5 % organiskt material och 1–2 % hydroxider av aluminium och järn. De sistnämnda är biprodukter från markmineralens vittring och har stor förmåga att binda fosfatjoner på sina ytor. Trots sin ganska ringa mängd kan hydroxiderna förklara en stor del av fosforn i partiklarna. Fosfor bunden till aluminiumhydroxid och fosfor i organiskt material var de vanligaste formerna i vattnen och utgjorde mellan 20 och 50 % av all fosfor. Troligen är hydroxiderna bundna till lermineral, som i sin tur spelar stor roll för fosforns transport. Exakt hur hydroxiderna binds till lermineral och organiskt material skulle behöva studeras närmare. Lermineralens sammansättning och dräneringsvattnets organiska partiklar visade att fosforförlusterna härrör från matjorden.

Järnbunden fosfor kan ha ett samband med oxidation av svavelhaltigt material i gyttjejordar Kalciumbunden fosfor förekom framförallt i vatten med högre pH (7–8). Det finns dock inget i våra data som tyder på att högt pH i jord eller vatten skulle öka det totala läckaget av fosfor.

Små partiklar håller sig svävande i vattnet

Det utlakade materialet innehöll varierande proportioner små lerpartiklar <1 µm (0,001 mm) och ett litet större aggregat av partiklar (runt 10 µm). De minsta partiklarna har svårast att sjunka till botten i diken och dammar, och sprids lätt vidare i vattendragen.

Strukturkalkning

I försöket vid Bornsjön strukturkalkades vissa rutor med bränd kalk motsvarande 4,6 ton/ha ren CaO år 2007. På Lilla Böslid tillfördes år 2018 16 ton/ha av blandprodukten Nordkalk Fostop som innehåller ca 20 % ren CaO i form av bränd och släckt kalk. Olika effekter på fosfortransport av strukturkalkprodukter har redovisats i andra studier, men under projekttiden 2017–2019 kunde vi inte se några effekter på vare sig förluster av partikelbunden fosfor eller fosforns kemiska sammansättning i dräneringsvattnet.

Sammanfattningsvis har partikelbunden fosfor (tillsammans med löst fosfat) stor inverkan på de totala förlusterna av fosfor från åkerjordar. De minsta partiklarna är svåra att fånga i sedimentationsdammar och lermineralens koppling till de olika fosforföreningarna skulle behöva studeras närmare.

Text: Magnus Simonsson, Inst för mark och miljö, SLU (gästskribent)

Länk till en fritt tillgänglig artikel (Water Research 189, 116585 (2021)): https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/33171296 Länk till annan webbplats.

Projektet finansierades av Formas (projekt nr 2016-01389)