Search

Extreme wind events affect lake phytoplankton amongst others by deepening the mixed layer and increasing internal nutrient loading. Both increases and decreases of phytoplankton biomass after storms have been observed, but the precise mechanisms driving these responses remain poorly understood or quantified. In this study, we coupled a one-dimensional physical model to a biogeochemical model to investigate the factors regulating short-term phytoplankton responses to summer storms, now and under expected warmer future conditions. We simulated physical, chemical and biological dynamics in Lake Erken, Sweden, and found that wind storms could increase or decrease the phytoplankton concentration one week after the storm, depending on antecedent lake physical and chemical conditions. Storms had little effect on phytoplankton biomass if the mixed layer was deep prior to storm exposure. Higher incoming shortwave radiation and hypolimnetic nutrient concentration boosted growth, whereas higher surface water temperatures decreased phytoplankton concentration after storms. Medium-intensity wind speeds resulted in more phytoplankton biomass after storms than high-intensity wind. Simulations under a future climate scenario did not show marked differences in the way wind affects phytoplankton growth following storms. Our study shows that storm impacts on lake phytoplankton are complex and likely to vary as a function of local environmental conditions. Title in thesis list of papers:Drivers of phytoplankton responses to summer storms in a stratified lake: a modelling study

Dricksvattensektorn i Sverige står för inför ett antal stora framtida utmaningar. Klimatförändringar som försämrar råvattenkvaliteten och städernas tillväxt hotar dricksvattenförsörjningen. Hoten kombinerat med nya mer krävande beredningsprocesser ställer krav på systematiskt arbete med att minska sårbarhet och risker i dricksvattensystemet vårt mest kritiska försörjningssystem. Snabbare förändringar i råvattenkvalitet över tid, större variationer i vattenförbrukningen samt en över lag högre vattenproduktion kan göra dricksvattenförsörjningen sårbart. Ovanstående utmaningar kräver snabbare ändringar i processen än tidigare samt en anpassning av hela produktionen. Vissa vattenverk ställer om sin produktion till nya processlösningar såsom membranteknik. Andra har börjat använder sig av sensorer för detektion av avvikelse i rå- eller processvatten. I båda fallen produceras mycket information och en snabb signalutvärdering är av ökad betydelse för beredningen. I detta projekt ägnade vi oss att driva på digitaliseringen av vattenproduktionen genom att förbättra utbudet av digitala kommersiella produkter och tjänster med hög IT-säkerhet både för den svenska och både den internationella marknaden. Under projektets gång bidrog vi att stödja ett antal VA-organisationer som nu använder nya innovativa system och metoder systematiskt för deras arbete med att analysera historiska data i kombination med realtidsdata. Systemen och metoderna säkerställer en säker leverans av dricksvatten.

Bedömningsgrunder för klassning av ekologisk status har en central betydelse för vattenförvaltningen. Målet är att alla vatten ska uppnå minst god status som definieras som en maximal tillåten avvikelse från ett referensvärde. Klassningen ska i första hand göras med de biologiska kvalitetsfaktorerna, medan de fysikalisk/kemiska ska ha en stödjande funktion till de biologiska. I praktiken har dock de fysikalisk/kemiska större betydelse än så. Dels för att det för många vattenförekomster bara finns vattenkemiska data och dels för att de fysikalisk kemiska kvalitetsfaktorerna är mer direkt kopplade till påverkan för flera påverkanstyper och därför lättare kan ge underlag för åtgärdsbehov. Tillämpningen av den nuvarande klassningen av ekologisk status för näringsämnen har påvisat brister i hur de är konstruerade. I de nuvarande bedömningsgrunderna för sjöar användes skogssjöar (< 10 % jordbruk i avrinningsområdet) för att definiera referenstillståndet för näringsämnen vilket troligen ger för lågt referensvärde och därmed för stor påverkan eftersom skogsmark generellt är naturligt näringsfattigare än jordbruksmark. För jordbrukslandskapets vattendrag (> 10% jordbruksmark i avrinningsområdet) används det halva modellerade rotzonsläckaget från obrukad jord (ogödslad och oskördad vall) som referenstillstånd. Halveringsfaktorn är godtyckligt vald för att ta hänsyn till retentionen mellan rotzonen och vattendraget. Det har heller inte gjorts någon harmonisering mellan bedömningen av näringspåverkan från biologiska respektive kemiska kvalitetsfaktorer. Syftet med detta projekt har varit att förbättra beräkningen av referensvärden för totalfosfor så att de särskilda förhållandena i jordbrukslandskapets sjöar och vattendrag bättre beaktas, samt att harmonisera klassgränserna för ekologisk status med de biologiska kvalitetsfaktorerna. Förutom att utveckla bedömningsgrunderna för TotP, kommer även motsvarande bedömningsgrunder för totalkväve (TotN) tas fram som stöd för vattenförvaltningen och för att kunna jämföra med motsvarande klassning i andra EU-länder. Förslag på nya klassgränser för ekologisk status gjordes med utgångspunkt från de biologiska kvalitetsfaktorerna med stöd av koncept som tagits fram inom ECOSTAT. Dataunderlaget för studien utgjordes av provplatser i 210 vattendrag och 146 sjöar. Provplatserna valdes ut för att de hade tillräckligt med data och att de låg i utloppet av vattenförekomstområden för att möjliggöra en jämförelse med PLC-beräkningar. För utvärdering av modellerna för sjöar användes även data från 5080 sjöar i Omdrevsprogrammet. Det förslag vi tagit fram bygger på regressionsmodeller baserad på vattenkemi och landskapsparametrar. I regressionsmodellen för totalfosfor i vattendrag ingick följande förklarande variabler: Färg (absorbans), sulfat, summan av kalcium och magnesium, genomsnittlig lerhalt i avrinningsområdet, altitud, andel sankmark i avrinningsområdet och andel vatten i avrinningsområdet, i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Eftersom kartunderlag för lerhalten bara finns för södra och mellersta Sverige, är underlaget till modellen begränsad till den delen av landet. För att kunna tillämpa modellen i norra Sverige behöver man uppskatta lerhalten. För sjöar togs en motsvarande regressionsmodell fram med följande variabler: Medeldjup, färg (absorbans), sulfat, magnesium och andel sankmark i avrinningsområdet ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Eftersom lerhalten inte blev signifikant för sjöar kunde data från hela landet användas. Alternativa modeller togs fram för de fall då en del av de ingående mätvariablerna saknas. Dessa har dock större fel en de föreslagna. Motsvarande modeller togs fram för referensvärden för totalkväve. För vattendrag omfattade modellen följande variabler: Färg (absorbans), kalcium, nordsydkoordinat, andel vatten samt andel skog i avrinningsområdet, altitud, östvästkoordinat och avrinningsområdets area i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Motsvarande modell för sjöar innehöll följande variabler: Färg (absorbans) kalcium, medeldjup, altitud och östvästkoordinat i ordning efter hur mycket de bidrar till modellen. Eftersom färgen (absorbans) ingår i modellerna för både fosfor och kväve och det påvisats långsiktiga trender i både färg och näringsämnen i vatten opåverkade av övergödning, behöver modellerna löpande uppdateras med senaste mätdata. Detta gör det samtidigt möjligt att basera underlaget på den senaste versionen av PLCberäkningarna inför varje vattencykel. Klassgränser för totalfosfor togs fram med det loglinjära sambandet mellan totalfosfor och klorofyll. I bedömningsgrunder för växtplankton är det olika klassgränser för olika typer av sjöar. Skillnaden mellan typerna kan delvis bero på slumpvisa skillnader i dataunderlaget eller för södra Sverige att andelen jordbruksmark i referensdataunderlaget är större än övriga regioner. Eftersom klassningen för totalfosfor är objektsspecifik valde vi därför att använda samma klassgränser för alla vattentyper. Medelvärdet för gränsen mellan god och måttlig status låg nära den nuvarande gränsen, 0,5. Vi valde därför att behålla de nuvarande klassgränserna för påverkansklassning för totalfosfor. Ett försök att tillämpa motsvarande metodik på vattendrag genom att relatera TotP till diatoméindexet IPS visade på svaga samband och gav inget underlag för att sätta klassgränser. Det beror troligen på att IPS inte är ett rent näringsindex utan ett bredare renvattensindex. Vi föreslår därför samma klassgränser för påverkan av TotP i vattendrag som för sjöar och på sikt utveckla ett rent näringsindex för diatoméer. För totalkväve föreslås samma klassgränser som för totalfosfor efter som det saknas underlag för samband mellan totalkväve och biologiska kvalitetsfaktorer i de fosforbegränsade sjöarna och vattendragen i Sverige. För vattendragen ger det nya förslaget något striktare bedömning jämfört med nuvarande föreskrift med större andel med måttlig status eller sämre. För sjöar däremot fick en mindre andel av sjöarna måttlig status eller sämre när andelen jordbruksmark var större än 10 %. För sjöar med mindre jordbrukspåverkan var det ingen skillnad mellan förslagen. För vattendragen gav en klassning med totalkväve en mindre andel med måttlig status eller sämre jämfört med TotP, medan för sjöarna var skillnaden liten. I det presenterade förslaget till bedömningsgrunder för näringsämnen görs beräkningarna helt med uppmätt vattenkemi och geografiska data och är därmed inte direkt beroende av modelldata för en statusklassning. Detta är bättre i enlighet med vattendirektivets krav på hur en statusklassning ska göras jämfört med det nuvarande, där det modellerade läckaget från ogödslad vall ingår i bedömningen av jordbruksdominerade vattendrag. Samtidigt är regressionsmodellerna kalibrerade mot den processbaserade modelleringen av bakgrundshalter som görs inom PLC. Detta gör att klassningen av ekologisk status för näringsämnen harmoniserar med Sveriges rapportering till HELCOM och OSPAR. För sjöar är det framför allt de med stor jordbrukspåverkan som får en mer relevant bedömning jämfört med tidigare. För vattendragen är hela dataunderlaget förbättrat. Det nya förslaget tar bättre hänsyn till att den mark man bedriver jordbruk på är naturligt mer näringsrik och erosionsbenägen jämfört med annan mark. Samtidigt efterfrågar vi en bredare diskussion om det är rimligt att låta en helt obrukad jord utgöra referenstillståndet för näringsläckage när marken har brukats århundraden och ibland längre.

Kunskapen om internbelastning av näringsämnen i svenska sjöar och kustområden är begränsad. Internbelastning innebär att fosfor (P) som finns upplagrad i bottensediment frigörs till vattnet och bidrar till att övergödningsproblemen förstärks och kvarstår trots åtgärder som minskar den externa belastningen. Vattenmyndigheterna och Havs- och vattenmyndigheten (HaV) har gemensamt lagt ett första uppdrag till Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) att sammanställa nuvarande kunskap och data från sjöar och kustområden där internbelastning har konstaterats. Uppdraget omfattade även att uppdatera åtgärdsbiblioteket i VISS med schabloner på effekter och kostnader för åtgärder (exempelvis kemisk fällning, muddring och riktat fiske). I den här studien har vi sammanställt data från 220 vattenförekomster (sjöar och kustområden). De flesta har bedömts att ha (eller har haft) problem med övergödning och som man misstänker har en förhöjd internbelastning av fosfor. Några datakällor, inklusive enstaka studier och modeller, har använts för att bedöma internbelastning av fosfor i svenska sjöar. Definitionen av internbelastning är avgörande för att ge en korrekt beskrivning av problematiken. Så gott som alla sjöar har en naturlig bruttointernbelastning, d.v.s. att det sker ett visst utflöde av fosfor från sedimentet. I normalfallet överskrids bruttointernbelastningen mångfalt av sedimentationen så att det inte sker någon nettointernbelastning utan i stället en nettoretention. I samband med långsiktigt hög extern fosforbelastning, ökar bruttointernbelastningen, och den kan ibland överskrida sedimentationen så att det sker en nettointernbelastning. En ökad bruttointernbelastning kan ha följande konsekvenser: 1) retentionen av fosfor minskar, fosforhalten ökar under en del av året, och därmed ökar risken för algblomning (bruttointernbelastning) 2) retention är obefintlig och uttransporten av fosfor via utloppet blir större än intransporten (nettointernbelastning). 3) Åtgärdsbetinget för påverkanskällor uppströms och nedströms påverkas om åtgärder mot internbelastning inkluderas Nationellt är andelen av sjöar som har en nettointernbelastning troligtvis liten, men lokalt och regionalt kan det vara ett betydande problem. Framför allt i anslutning till tätorter och jordbruksmark. Nettointernbelastning är ovanligt och den har sannolikt minskat över tid på grund av kraftiga minskningar av utsläppen från andra fosforkällor, främst avloppsreningsverk. Ökad bruttointernbelastning är troligtvis ett större problem i vissa delar av landet, men vi saknar för närvarande data för att beskriva effekten kvantitativt på en större skala. Vi rekommenderar därför att man samlar in och bearbetar befintliga data för att öka antalet sjöar och kustområden som kan bedömas, och att det skapas en databas över ’eutrofa sjöar och kustområden’ som man sedan kan arbeta vidare med. Vi rekommenderar också att vattenmyndigheterna initierar en studie i ett urval av sjöar och kustområden med dokumenterat historiskt hög intern fosforbelastning (1970 - 1980-talen) och med omfattande pågående mätningar. Studien bör omfatta vattenkemi, sedimentkemi, och hydrologi för så långa tidsserier som möjligt, samt en dokumentation över de åtgärder som gjorts i sjöarna och deras tillrinningsområden. Syftet ska vara att kvantifiera de långsiktiga trenderna med avseende på intern fosforbelastning, fosforretention och därmed den interna fosforbelastningens kvantitativa betydelse för recipienten och nedströms liggande vattensystem. Även effekter och kostnader av olika åtgärder (muddring, kemisk behandling, reduktionsfiske etc.) ska kvantitativt belysas. En annan möjlighet för att får bättre information och att skapa ett verktyg för att bedöma internbelastning i sjöar är att något modifiera pågående mätprogram. Som en del i det stora nationella övervakningsprogrammet trendsjöar, finns10 stycken sjöar som provtas 8 gånger per år (övriga provtas 4 ggr) där man kan beräkna internbelastningshastighet. Men eftersom de flesta är opåverkade skogssjöar, bör antalet utökas för att inkludera mer näringsrika sjöar, samt näringsfattiga och näringsrika kustområden. En sådan gradient av näringspåverkan skulle möjliggöra att internbelastningen kan kvantifieras för många fler viktiga sjö- och kusttyper. Sedimentanalyser bör också göras för att identifiera fosforformer i sedimenten som kan bidra till internbelastning. Baserat på vattenkemi och sedimentdata, kan man utveckla empiriska modeller (relaterade till internbelastning och trofisk status/totalfosfor i ytvatten) som kan ge underlag för att, med ett minimum av insatser, bedöma om en sjö ligger i riskzonen för internbelastning av fosfor. Vi rekommenderar också att ett övervakningsprotokoll utvecklas för att vägleda kommuner och andra myndigheter som är ansvariga för förvaltning av vattenförekomster. Övervakning av båda vatten och sediment måste göras noggrant för att bedöma internbelastningens betydelse för vattenkvaliteten. Det är också viktigt med sådan information för att kunna bedöma effekter och kostnadseffektivitet för olika åtgärder som minskar interna och externa källor av fosfor. Denna information saknar vi i stora delar i dagsläget. Protokollet skulle inkludera när, hur ofta, och var man ska provta vatten och sediment, både före och efter att åtgärder har genomförts.

Rapporten behandlar näringsämnesbelastning, särskilt fosfor, från fiskodling i regleringsmagasin. Syftet är att bidra med förslag på metod och riktlinjer för att fastställa referensförhållanden, påverkansklassning och kontrollprogram. Riktlinjer saknas för närvarande i stor utsträckning för hur ekologisk potential ska bedömas och för hur kontrollprogram ska utformas, och rapporten skall därför ses som ett första steg för att ta fram sådana riktlinjer. I en fallstudie jämförs olika modeller för simulering av näringsämnespåverkan i regleringsmagasin. Fosforbelastningen från Mjölkvattnets avrinningsområde simuleradesmed hjälp av en källfördelningsmodell, och tre olika kalibreringar för en massbalansmodell av Vollenweidertyp. Den största tolerabla näringsbelastningen med bibehållen god ekologisk potential för regleringsmagasinet beräknades med de fyra modellvarianterna. Beroende på val av modell och kalibrering hamnade odlingsutrymmet för fisk i regleringsmagasinet mellan 184 och 432 ton per år. Skillnaderna kan förklaras med att källfördelningsmodellen är kalibrerad efter de lokala förhållandena som råder i avrinningsområdet, vilket inte är fallet med Vollenweidermodellen. Kalibreringarna av Vollenweidermodellen är baserade på mätningar i sjöar som i mycketskiljer sig från det aktuella regleringsmagasinet och beskriver istället ett tillstånd ien typisk sjö för dessa kombinationer, snarare än just den aktuellasjön/regleringsmagasinet. Källfördelningsmodellen har bland annat fördelar i att kunna användas för att utvärdera effekten av punktkällor, till exempel fiskodlingar, på näringsbalansen i olika punkter i ett större sammanhängande avrinningsområde, samt att den med fördel kan användas för sjöar och regleringsmagasin som ännu inte uppnått jämvikt efter förändringar i belastning. De förslag på metod och definitioner som framförs i rapporten är: * Maximal ekologisk potential för ett regleringsmagasin definieras som tillståndet för en opåverkad sjö av samma typ men med den rådande vattenståndsfluktuationen som regleringen medför. * Referenstillståndet i ett regleringsmagasin definieras som tillståndet före etableringen av fiskodlingen, om magasinet i övrigt saknar källor för näringsämnesbelastning. * I första hand skall mätningar före etableringen ligga till grund för uppskattningen av referensvärdet för totalfosfor (Tot-Pref), och i andra hand rekommenderas användande av bedömningsgrundernas modell baserat på bland annat vattnets nuvarande absorbans. Alternativt kan referensvärden för fosfor uppskattas med hjälp av en källfördelningsmodell. * Gränsvärdet för god ekologisk potential i regleringsmagasin sätts till dubbla Tot-Pref i magasinet. För vatten med fosforhalter på enstaka μg l-1 föreslås ett gränsvärde på 5 μg P l-1.