Dato: 09-01-2009 | Videnblad nr. 04.00-05 Emne: Generelt

Skovrejsning og cadmiumudvaskning

Landbrugsjord tilføres små mængder cadmium (Cd), som ophobes i de øverste jordlag, fordi jordens pH holdes oppe ved kalkning. Når der plantes skov på tidligere landbrugsjord falder jordens pH. Det ophobede Cd frigøres og kan nedvaskes til dybere jordlag. På visse jordbundstyper kan det opløste Cd ende i grundvandet i problematiske koncentrationer. Risikoen er størst på sandede jorde med høje koncentrationer af Cd.

Grafer over indhold af Cd og pH ned gennem jordprofiler
Figur 1. Det gennemsnitlige indhold af Cd og pH ned gennem 11 jordprofiler i landbrugs- og skovjorde (Andersen m.fl., 2004). Prikket linje er sandjorde; stiplet linje er lerblandede sandjorde; hel linje er sandblandede lerjorde.

Landbrugsjorden tilføres kalk og gødning, som indeholder små mængder tungmetaller. Også slam og atmosfærisk deposition kan give et betydeligt bidrag af tungmetaller. Højt pH som følge af kalkning sikrer en stærk binding og en akkumulation af tungmetaller i landbrugsjordens pløjelag. Ved skovrejsning falder jordens pH, og samtidig ændres indhold, fordeling og  egenskaber af jordens humusstoffer. Begge forhold øger tungmetalmobiliteten i jorden og dermed risikoen for, at tungmetallerne udvaskes. Det relativt høje indhold af tungmetaller i landbrugsjorden kombineret med en øget opløselighed i skovjorden betyder, at koncentrationerne af tungmetaller i jordvæsken kan blive høje efter konvertering til skov. Det er især Cd, der udgør en risiko for mennesker, da Cd både er let mobiliserbart og meget giftigt.

Lokaliteter og målinger

Vi har målt indholdet af Cd i jord og jordvæske under rodzonen for 11 ensartede par af landbrugs- og skovjorde og undersøgt:

i) hvor hurtigt ændringer i jordens pH og mængden af organisk materiale finder sted, når landbrugsjorde tilplantes med skov,
ii) hvor stor en del af det totale Cd-indhold, der er let mobiliserbart, og
iii) om træarten påvirker mobiliseringen af Cd.

Jordens og jordvæskens indhold af Cd

Et markant højere indhold og en mere ujævn fordeling af Cd ned gennem profilen blev fundet i landbrugsjordenes øverste horisont i forhold til i skovjordenes (figur 1) (Andersen m.fl., 2002a). Der er en tydelig ophobning af Cd i landbrugsjordene sammenlignet med skovjordene, hvilket skyldes en større tilførsel af Cd til landbrugsjordene, men måske også en større udvaskning af Cd fra skovjordene. Cadmiumindholdet i de mere lerede jorde (sandblandet ler) er højere end i de sandede jorde (figur 1), hvilket både skyldes lerjordenes højere naturlige indhold af Cd samt deres bedre evne til at fastholde tilført Cd. Cd-indholdet i de undersøgte landbrugsjorde er i øvrigt nær gennemsnittet for danske jorde (Bak m.fl., 1997).

Cadmiums binding til jorden

Cadmium bindes bl.a. til lermineralerne, det organiske materiale samt jern- og aluminiumoxider i jorden. Så længe Cd-indholdet i jorden ligger på eller under det niveau, der findes i let forurenede jorde i Danmark, er det primært jordens pH, der afgør om Cd er bundet til jordens overflader eller findes i jordvæsken. Ved høj pH og større mængde organisk materiale fremmes bindingen af Cd. Cadmium bindes også bedre i jorde med høj ationbytteevne og højt lerindhold. Frigørelsen af Cd afhænger således af jordens sammensætning, men generelt mobiliseres Cd, når pH falder til under 4,5.

Sammenhæng mellem pH og Cd-koncentrationer i jordvæsken
Figur 2. Sammenhæng mellem pH i jordvæsken og Cd-koncentrationer i jordvæsken under rodzonen for landbrugs- og skovjorde for 11 lokaliteter. Bemærk at Y-aksen er logaritmisk.

Cadmiums binding til jordene blev undersøgt og viste, at hele jordens indhold af Cd var svagt bundet. Det må således antages, at stort set alt Cd i den skovtilplantede jord kan frigives, som følge af det pH-fald, der sker, når landbrugsdriften ophører (Andersen m.fl., 2002b).

Målingerne af Cd-koncentrationen i jordvæsken viste, at landbrugsjorde kun indeholder lave Cd-koncentrationer, mens koncentrationerne i skov jorde er 10 til 20 gange højere (figur 2). Koncentrationerne er især høje på de sandblandede lerjorde, der også har høje totalindhold af Cd. Cadmiumkoncentrationerne øges markant, når pH falder til under 4,5. Vi har målt Cd-koncentrationer i jordvæsken helt op til 4,6 μg/l i det jordvand som forlader rodzonen, hvilket er højt set i relation til  grænseværdien for Cd i drikkevand på 2 μg/l. Da Cd primært transporteres med jordvæsken, er risikoen for udvaskning af uacceptabelt høje Cd-koncentrationer langt større under skov end under landbrugsjord.

Jordenes pH-fald

Ved skovrejsning på landbrugsjord falder jordens pH (figur 1) og dette er den absolut vigtigste enkeltfaktor, der påvirker frigivelsen af Cd fra jorden. Koncentration af Cd i jordvæsken vil afhænge dels af mængden af Cd i jorden, dels af den hastighed hvormed pH falder. Mange danske sandede jorde har pH-værdier på mellem 4 og 5 i de dybere jordlag.

Cadmium-mobilisering foregår ved pH under 4,5. Det er på de sandede jorde, at problemet med Cd-frigørelse og efterfølgende udvaskning efter skovrejsning kan udgøre et problem, specielt hvis landbrugsjorden tidligere har fået tilført større mængder Cd f.eks. i forbindelse med gødskning med slam.

Kan vi reducere udvaskningen af Cd?

Jordvæske blev analyseret fra forskellige dybder i ensaldrende skovbevoksninger af eg, bøg, rødgran og grandis om  træartsvalget har betydning for pH-faldet og Cd-indholdet i jordvæsken. Under bøg og eg faldt pH mindre i jordvæsken end under rødgran og grandis, og der blev tilsvarende fundet et lavere indhold af opløst Cd under løvtræerne end under nåletræerne. Forskellen var størst i de øverste jordlag. Det er således muligt at påvirke hastigheden af pH-faldet og dermed koncentrationen af Cd i jordvæsken gennem træartsvalget. På sandede jorde med relativt højt indhold af Cd anbefaler vi skovrejsning med løvtræer.

Det er også muligt at kalke i skoven som på landbrugsjorde. Derved begrænser man pH-faldet og udvaskningen af Cd, men det er dyrt, besværligt og kan have andre uønskede virkninger.

Cadmium i fremtidens skove?

Det er ikke muligt direkte at undersøge, hvordan nutidens skovrejsning på landbrugsjorde kommer til at påvirke udvaskningen af Cd i den nære fremtid. Nutidig skovrejsning sker nemlig på mere intensivt gødskede jorde, der indeholder mere Cd end de jorde, som i vores undersøgelser blev tilplantet for 40 år siden. Der kan derfor opstå situationer, som er værre end dem, vi har set. Modelberegninger i rødgran- og bøgebevoksninger estimerede størrelsen af Cd-koncentrationen i dybereliggende horisonter og viste, at den største risiko for udvaskning af Cd forekommer under rødgran på sandede jorde.

Konklusion

Koncentrationerne af Cd er relativt høje i nye skove plantet på tidligere landbrugsjord. Cd-koncentrationen i jordvæske i skovjorde blev målt til at være 10 til 20 gange højere end i jordvæske i landbrugsjorde. Der bør satses på skovrejsning med løvtræer, og der bør holdes øje med skovrejsning på de sandede jorde, især hvis disse jorde samtidig indeholder relativt høje koncentrationer af Cd.

Kilder

Andersen, M.K., Raulund-Rasmussen, K., Strobel, B.W. & Hansen H.C.B. 2002a: Content, distribution, and solubility of cadmium in arable and forest soils. Soil Science Society of America Journal 66: 1829-1835.
Andersen, M.K., Raulund-Rasmussen, K., Strobel, B.W. & Hansen H.C.B. 2002b: Heavy metal distribution and fractionation in pairs of arable and afforested soils. Journal of Soil Science 53 (3): 491-502.
Andersen, M.K., Raulund-Rasmussen, K., Strobel, B.W. & Hansen H.C.B. 2004: The effects of tree species and site on the solubility of Cd, Cu, Ni, Pb and Zn in soils. Water, Air and Soil Pollution 154 (1-4): 357-370
Bak, J., Jensen, J., Larsen, M.M. & Scott-Fordsmand, J. 1997: A heavy metal monitoring-programme in Denmark. The Science of the Total Environment 207: 179-186.



Videnblad nr.: 04.00-05
Forfattere: Karsten Raulund Rasmussen, Karin Hansen, Martin K. Andersen og Hans Chr. Bruun Hansen