Iståndssättningsdikning av skogsmark i områden med sura sulfatjordar 1

Kontroll över surheten i Perho ås nedre del ”PAHA- projektet” I projektet ”Kontroll över surheten i Perho ås nedre del”, som pågick åren 2011 – 2014, undersöktes hur skilda dikesrensningsmetoder påverkar vattenkvaliteten. Forskningens mål var att finna kostnadseffektiva metoder för att minska surheten tillföljd av iståndsättningsdikning i områden med sura sulfatjordar. Projektet administrerades av Karleby stad och som huvudparter i projektet fungerade Finlands Skogscentral och OTSO Skogstjänster. Andra partner i projektet var Skogsforskninginstitutet METLA, Skogsbrukets utvecklingscentral TAPIO, Södra Österbottens NTMcentral, Kronoby kommun och GTK. Projektet finansierades av Europeiska regionala utvecklingsfonden (ERUF), Fonden för Perho å och Karleby stad. Denna guide producerades för att underlätta igenkännande av sura sulfatjordar i skogsbruksområden. Guiden innehåller också information om alternativa dikningsmetoders fördelar i områden med sura sulfatjordar. Metoderna har undersökts på projektets testområde, vid Kimakärret i Nedervetil. Projektsekreterare Mats Willner utför pH-mätningar vid Kimakärret våren 2012. Bild Juhani Hannila, Karleby stad. 2 Uppkomst av sulfidsediment Sulfidsediment började sedimenteras runtomkring Finlands kustområde efter föregående istid. Sedimentationen var speciellt aktivt under det såkallade Litorinahavets period för ca 8000 år sedan. Organisktmaterial, såsom växtdelar, ansamlades vid havsbottnens anaeroba miljöer. P.g.a. anaeroba förhållanden bildades järnsulfider tillföljd av bakteriernas nedbrytningsprocesser. P.g.a. landhöjningen har dessa forna havsbottnens sediment stigit upp på torr land. Områden är ofta låglängta och vattenmättade, vilket gjort att sulfiderna inte reagerat med syre. I naturliga förhållanden är sulfidsedimenten ofta oskadliga för naturen. P.g.a. fuktiga förhållanden har det genom tiderna bildats torv på sulfidsedimenten. SULFIDSEDIMENT TORV SULFIDSEDIMENT

Skogsmarkers iståndssättningsdikning kräver försiktighet i områden med sura sulfatjordar Sura sulfatjordar kan förekomma under det såkallade forna Litorinahavets övre gräns. I norra delar av landet är Litorinahavets övre gräns vid t.o.m. 100 m höjd, medan den i södra Finland finns på kring 40 m höjd. Karleby © • FAKTARUTA • Potentiell sur sulfatjord: Sulfidsediment som innehåller svavel och vid kontakt med syre (t.ex. efter torrläggning) bildar svavelsyra. Oreagerat är dessa sulfidsediment ofarliga med nästan neutralt pH (7,0). Egentlig sur sulfatjord: Potentiell sur sulfatjord som oxiderat och bildat syra. Markens pH sjunker oftast under 4,0. Färgen på sulfidsediment kan variera enormt. De kan vara mörka (nästan svarta), gråa eller t.o.m. gröna. På bilden bredvid urskiljs förändringsskiktet från torv till grönaktig potentiell sur sulfatjord (sulfidsediment). Den gröna färgen är ganska vanlig hos gyttjiga sediment Grönaktig sulfidhaltig gyttja belägen under torv. som påträffas under torvtäcket. Bild Jaakko Auri, GTK Rensat skogsdike i område med ett tunt torvtäcke. I bilden urskiljs det oxiderade skiktet under torvtäcket, med dess gulaktiga järnfällningar. Under det oxiderade skiktet urskiljs mörkare (icke oxiderat) sulfidsediment, som blottats vid dikningen. Bild Peter Edén, GTK Sur sulfatjordsprofil i odlad jordbruksmark. Bild Peter Edén, GTK Svart monosulfid. Bild Emmi Rankonen, GTK Järnfällningar i oxiderat sur sulfatjord. Bild Emmi Rankonen, GTK Vid myrmarker påträffas egentlig sur sulfatjord (alunajord) med karaktäristiska röd-, gul- och brunartade järnfällningar, framförallt vid gamla dikesbotten eller dikesvallar. Gamla dikesvallar kan därmed ge en bra bild över förekomsten av möjliga sura sulfatjordar i området. Dikad svart monosulfid förändrar fort sin mörka färg efter oxidationen och blir gråaktig. Sulfiderna reagerar med syre, varefter sedimenten förvandlas till egentlig sur sulfatjord. 3

Iståndsättningsdikning på myrmarker i områden med sura sulfatjordar TORV SULFIDSEDIMENT 40 m 0,8 m 4 TORV SULFIDSEDIMENT 40 m Igenväxten av diken under årtionden har höjt grundvattennivån, vilket gjort att sulfidsedimenten på nytt blivit vattenmättade. Detta minskar avrinningen av surt och metallhaltigt dräneringsvatten i diken. Dikning som når mineraljorden vid torvmarker, torrlägger och utsätter sulfidsediment för syre. Sulfiderna reagerar med syre och bildar egentlig sur sulfatjord. Förebyggande åtgärder för att minska problemen med sura sulfatjordar Svart monosulfid i dikesbotten. Bild Mats Willner, Karleby stad Svarta sediment är ett säkert tecken på förekomsten av sulfider. Igenkänningen är svårare, när sulfiderna inte färgar sedimenten mörk eller grönaktig och färgskillnaden mellan oxiderad och ickeoxiderad sediment är minimal. Många gånger kan sulfider också identifieras av deras ”stinkande doft av ruttna ägg”, som orsakas av svavelvete. Att avstå från iståndsättningsdikningen, vore det bästa sättet att minska utsläppen från sura sulfatjordar. Om skogsdikningen påbörjas, kan metallutsläppen förminskas genom att använda sig av olika dikningsmetoder. Det är viktigt att utföra arbetet så skonsamt som möjligt. I områden med sura sulfatjordar betyder detta i praktiken att torrläggningsdjupet hålls i torvskiktet ovanför sulfidsedimenten. På detta sätt minimeras oxidationen av sulfiderna i underliggande sulfidsediment.

Vid områden med tunt torvtäcke är grunda diken ett bra sätt att minimera påverkan av sura sulfatjordar. Grunda diken, som hålls i torvskiktet och inte når mineraljorden, minskar oxidationen av sulfider jämfört med traditionell dikning. Diken grävs tätare än normalt för att säkerställa tillräcklig dräneringskapacitet. Om sulfidsediment lyfts upp från dikesbotten, bör dessa täckas med torv för att fördröja oxidationen. Sulfidhaltiga sediment bör placeras långt bort från diket, t.ex. bakom gammal dikesvall. Försurningschock kan undvikas vid områden med tjockare torvskikt, genom att hålla dikesdjupet i torvskiktet och undvika dikningen av mineraljorden. MARKYTA VATTENYTA BOTTENDAMM 0,5 m TORV 20 m SULFIDSEDIMENT Ny hög bakom den gamla. Torv placeras ovanpå sulfidsedimenten för att göra oxidationen långsammare. RENSAT AVSNITT Under iständsättningsdikningen kan också bottendammar konstrueras. Bottendammar borde konstrueras i diken när sulfider förekommer vid torrläggningsdjupet. Bottendammarna håller grundvattennivån tillräckligt högt under sommarens torra perioder, vilket förhindrar sulfiderna från att oxidera. Bottendammarna förminskar också vattnets flödeshastighet, vilket minskar på erosionen av dikeskanterna. Bottendammar konstruerade av kalksten kan dessutom användas för att neutralisera det sura dräneringsvattnet. MARKYTA GAMMAL DIKESVALL 0,8 m 0,8 m VATTENYTA TORV SULFIDSEDIMENT I vissa situationer är det bättre att lämna gamla diken orörda och dika nya samt grundare kompletterande diken bredvid gamla dikeslinjer. Detta föredras speciellt om iståndsättningsdikningen av gamla dikeslinjer orsakar stor risk för blottande av sulfidsediment och diken kan inte rensas till normal djup. Metallutsläppen kan förminskas genom att lämna grävavbrott med jämna mellanrum i diken. Grävavbrott fungerar som små översilningsfält, vars växtlighet filtrerar metaller och näringsämnen från vattenmassan. 0,8 m ORENSAT AVSNITT RENSAT AVSNITT En bottendamm kan också konstrueras genom att lämna ett orensat avsnitt i diket, ett såkallad grävavbrott. I detta fall fungerar det orensade avsnittet som ett naturligt tröskel. Dikesbottnens växtlighet filtrerar dessutom metaller från vattnet. Djupa vattenvårdsmetoder, såsom slamgropar, bör undvikas i områden med sura sulfatjordar. 5

Effekter av sura sulfatjordar i vattendragen Grundvattennivå TORV Fe, Al, Ni, Zn, Cu SULFIDSEDIMET (FeS & FeS2) Fe, Al, Ni, Zn, Cu pH < 4,5 pH > 6,0 Oxidationen av sulfiderna startar en rad kemiska och biokemiska reaktioner i sedimentet. Sedimentets pH sjunker ofta från 6 – 7 (icke oxiderat tillstånd) till 4,5. I vissa fall kan sedimentets pH sjunka t.o.m. under 3,5. När sulfiderna (FeS eller FeS2) reagerar med syre bildas det syra, vilket orsakar det enorma förändringen i sedimentets pH. Sjunkande pH-värden löser upp metaller från markens mineraler, vilka sköljs ut i vattendragen vid ökad vattenflöde. Höstens nederbörd samt smältande snö på våren ökar avrinningen av surt och metallrikt vatten till åarna. Torra somrar är speciellt problematiska p.g.a. den extremt låga grundvattennivån, vilket leder till oxidationen av sulfider djupt ner i sedimenten. Sommarens torka följs av höstens nederbörd, vilket sköljer ut syra och upplösta metaller från det oxiderade skiktet. Surheten kan i vissa situationer vara extrem och pH kan sjunka t.o.m. under 4,5 i vattendrag som påverkas av sura sulfatjordar. Stora förändringar i vattnets pH eller långvarig försurning kan leda till fiskdöd i vattendragen. Metaller i vattnet löses upp under sura förhållanden och ställer till med fysiologiska problem hos många fiskarter. De upplösta metallerna ansamlas vid fiskens gälar, vilket leder till gälskador. Skadorna orsakar en försämring i fiskens gasutbyte, vilket försämrar individens kondition. Fiskyngel är speciellt känsliga för förändringar i vattenkvaliteten. 6 Surhet kan i vissa fall leda till fiskdöd i vattendragen. Bild Kari Saari, Södra Österbottens NTM-central • FAKTARUTA • 4 FeS (monosulfid) + 9 O2 + 10 H2O  4 Fe(OH)3 (järnhydroxid) + 4 H2SO4(svavelsyra) 4 FeS2 (pyrit) + 15 O2 + 14 H2O  4 Fe(OH)3 (järnhydroxid) + 8 H2SO4 (svavelsyra) Ur Österholm (2005) Previous, Current and Future Leaching of Sulphur and Metals from Acid Sulphate Soils in W. Finland pH-värdet 5,5 anses ofta som ett gränsvärde, vars underskridning ställer till med problem hos känsliga fiskarter. Speciellt känsliga för sura förhållanden är mört- och laxfiskar. Höga metallhalter kombinerat med sura förhållanden ökar vattnets giftighet. Lågt pH och höga metallhalter har tidvis lett till fiskdöd i österbottniska vattendrag. Föregående fiskdöd inträffade runtomkring Österbotten år 2006. Upphörandet av iståndssättningsdikning i områden med sura sulfatjordar skulle minska risken för framtida fiskdöd i vattendragen. I vissa situationer, där fördelarna (t.ex. ekonomiskt vinst till följd av ökad virkesproduktion) är lägre än nackdelarna (t.ex. försurning och problem i fiskbestånden), kunde iståndssättningsdikningen upphöras. Detta betyder i praktiken områden där risken för försurning är högt och sulfiderna befinner sig nära markytan. ”Enligt beräkningar motsvarar bara en liter sur sulfatjord ca 1000–2000 år av surt nederbörd (500 mm per år/ pH 4,5).” Janne Toivonen

Mera information om sura sulfatjordar Grafisk design: Tiina Fors, Reklambyrå Taikahattu Tryckning: Lönnberg Print & Promo Bild Pixmac Geologiska forskningscentralen (GTK) karterar utbredningen av sura sulfatjordar kring Finlands kust. Resultatet från karteringen finns bl.a. på Geologiska forskningscentralens administrerade karttjänst. Bilden ovanför är en skärmdump från karttjänsten (http://gtkdata.gtk.fi/Hasu/index.html). PAHA-projektet, Karleby stad miljötjänster: http://www.kokkola.fi/palvelut/ymparisto_ja_ luonto/hankkeet/paha_hanke/fi_FI/paha_hanke/ GTK: http://www.gtk.fi/tutkimus/tutkimusohjelmat/ yhdyskuntarakentaminen/sulfaattimaat.html Samarbetspartners hemsidor: LUKE: http://www.luke.fi/metsat/ Skogscentralen: http://metsakeskus.fi/ OTSO Skogstjänster: http://www.otso.fi/ 7

Arbetsgrupp: Juhani Hannila ja Mats Willner Karleby stad, miljötjänster Kjell Sundsten OTSO Skogstjänster Tiina M. Nieminen METLA (från 1.1.2015 LUKE) Illustrationer: Torolf Finnbäck Bild Markku Saarinen, LUKE 8