Transport av næringsstoffer og humus til Lundebyvannet i Eidsberg kommune

Abstract

Lundebyvannet i Eidsberg kommune oppfyller ikke krav om minst god økologisk status, særlig pga. en veldig høy konsentrasjon av algen Gonyostomum semen. Ifølge våre undersøkelser i Lundebyvannet utfører Gonyostomum semen døgnvandringer som gir algen tilgang til fosfor som anrikes over tid i det øverste sedimentsjiktet. Disse vandringene forutsetter at en forholdsvis høy konsentrasjon av humus i vannet stabiliserer vannsøylen pga. en raskere og mer intens oppvarming av overflatevann i forhold til bunnvann. De jevnlige oppblomstringene av Gonyostomum semen i Lundebyvannet antas derfor å være en konsekvens av at det transporteres forholdvis mye fosfor og humus fra nedbørfeltet til innsjøen. Enda viktigere er trolig tilførsel av nitrogen siden algen er avhengig av algetilgjengelig nitrogen som er løst i vannet og siden tilgang til nitrogen trolig begrenser veksten av Gonyostomum semen i Lundebyvannet. Vannområdet «Glomma Sør for Øyeren» ønsket derfor mer informasjon om kilder til nitrogen, fosfor og humus i innsjøens nedbørfelt.

Det ble etablert 4 stasjoner med kontinuerlig vannføringsmåling i innsjøens nedbørfelt. Ved disse stasjonene ble det jevnlig tatt vannprøver som ble analysert for totalt nitrogen, løst nitrat, løst ammonium, totalt fosfor, løst fosfat og konsentrasjon av løst organisk karbon (DOC, estimat for humus). Med bakgrunn i resultater av vannføringsmålingene og av de kjemiske analysene ble det beregnet avrenning av vann, næringsstoffer og DOC fra de ulike delene av Lundebyvannets nedbørfelt. I tillegg ble det beregnet gjennomsnittskonsentrasjon av næringsstoffer og DOC i avrenning fra delnedbørfeltene i undersøkelsesperioden (10.11.17-7.11.18).

Undersøkelsesperioden var preget av til dels ekstreme værhendelser. Flere flomtopper på høsten 2017 og på vinteren 2017/2018 og en nokså utpreget vårflom 2018 gjenspeilet den uvanlig høye nedbørmengden som kom i denne perioden. En uvanlig varm og tørr sommer 2018 har ført til at avrenning fra nedbørfeltet var nesten fraværende i perioden juni-september.

Avrenningen av fosfor totalt og algetilgjengelig fosfor i undersøkelsesperioden var høyere enn det som er naturlig for nedbørfeltet. Likevel må det understrekes at konsentrasjon av algetilgjengelig fosfor i vannet som ble tilført innsjøen i undersøkelsesperioden var alt for lav for å kunne forklare oppblomstringene som Gonyostomum semen danner hver sommer. Det er derfor nokså klart at en av grunnene til at det dannes oppblomstringer i innsjøen er at Gonyostomum semen kan ta opp fosfor fra sedimentets øverste sjikt, hvor næringsstoffet akkumuleres over tid. Dette forutsetter, som allerede forklart, at en forholdsvis høy konsentrasjon av humus stabiliserer vannsøylen, pga. en raskere og mer intens oppvarming av overflatevann i forhold til bunnvann. Det kan derfor konkluderes at algeoppblomstringer i Lundebyvannet skyldes delvis et høyt fosforinnhold in innsjøens sediment, som hovedsakelig kommer fra menneskelige kilder og som gjøres tilgjengelig pga. humus som tilføres innsjøen fra naturlige kilder.

Våre resultater viser også at nitrogen totalt og algetilgjengelig nitrogen som ble tilført innsjøen i undersøkelsesperioden hovedsakelig kom fra menneskelige kilder. Likevel var konsentrasjon av algetilgjengelig nitrogen i vannet som ble tilført innsjøen lav nok til at det kan utvikle seg nitrogenbegrensning av algeveksten på sommertid. Det er derfor sannsynlig at en reduksjon i avrenning av nitrat og ammonium fra nedbørfeltet vil kunne motvirke algeoppblomstringer i innsjøen.

Et veldig påfallende resultat av prosjektet er at områder som ligger oppstrøm stasjon 4 (områder rundt Moentjernet) står for en stor andel av næringsstoffer og humus som tilføres Lundebyvannet. Dette betyr ikke nødvendigvis at denne delen av nedbørfeltet har mer utslipp av fosfor og nitrogen enn resten av nedbørfeltet. Forklaringen er trolig at utslipp som kommer fra denne delen av nedbørfeltet renner mer eller mindre uforstyrret inn i Lundebyvannet, mens utslipp til resten av nedbørfeltet trolig holdes tilbake av innsjøer, tjern og våtmarker som ligger der. Likevel betyr dette for vannforvaltningen at tiltak oppstrøms stasjon 4 vil trolig ha mer effekt på vannkvaliteten i Lundebyvannet enn tiltak i resten av undersøkelsesområdet. Det gjelder særlig kilder til algetilgjengelig nitrogen. I tillegg bør det samles inn data for landbruksarealene som ligger i nærheten til Lundebyvannet og som ikke ble undersøkt her.

Innsjøer, tjern og våtmarksområder i nedbørfeltet til Lundebyvannet er trolig veldig effektive til å holde tilbake næringsstoffer og humus. Disse vannforekomster og våtmarker bør derfor bevares i sine nåværende tilstander.

Lake Lundebyvannet does not satisfy the criteria for good ecological state set by the Water Framework Directive, which is mainly due to an unusually high abundance of the alga Gonyostomum semen. We found that Gonyostomum semen performs diel vertical migrations in Lake Lundebyvannet, which give the alga access to phosphorus that accumulates in the top layer of the sediment. These migrations depend on that a high concentration of humic substances stabilizes the water column by causing a faster and more effective warming of the upper part of the water column. We therefore assume that the annual blooms of Gonyostomum semen in Lake Lundebyvannet are a consequence of a significant transport of phosphorus and humic substances from the catchment to the lake. Even more important may be the transport of nitrogen, because Gonyostomum semen probably depends on dissolved inorganic nitrogen and because much indicates that growth of Gonyostomum semen in Lake Lundebyvannet can be limited by nitrogen availability. It was therefore the task of this project to identify sources of nitrogen, phosphorus and humic substances in the catchment of Lake Lundebyvannet.

Four sampling stations with continuous measurement of water flow were establish in the lake’s catchment. At these stations, water samples were taken regularly and these samples were analyzed for total nitrogen, nitrate, ammonium, total phosphorus, phosphate and dissolved organic carbon. The results of these analyses and of the measurements of water flow were used to estimate the transport of water, nutrient and dissolved organic carbon at all sampling stations. In additions, annual means of the concentration of nutrients and dissolved organic carbon were calculated.

The study period was characterized by sometimes extreme weather conditions. An unusually high level of precipitation between autumn 2017 and spring 2018 resulted in several periods with very high water flow. This was followed by a very warm and dry summer 2018, which almost decoupled Lake Lundebyvannet from its catchment area.

The transport of total phosphorus and phosphate to Lake Lundebyvannet was higher than the natural background. However, the concentration of phosphate in the water that entered Lake Lundebyvannet was much too low to explain the annual blooms of Gonyostomum semen. It is therefore obvious that it is the uptake of phosphorus from the sediment which makes bloom formation possible. As elaborated above, the access of the alga to the sediment is facilitated by a stabilizing effect that humic substances can have on the water column. We can therefore conclude that bloom formation in Lake Lundebyvannet is probably a result of its sediment’s high content of phosphorus, which mainly comes from non-natural sources, and a high concentration of humic substances in the water, which probably originate from natural sources.

According to our results, total and dissolved inorganic nitrogen that enter Lake Lundebyvannet mainly come from anthropogenic sources. The concentration of dissolved inorganic nitrogen in the water that enters the lake was low enough that nitrogen limitation can develop during the summer months. It is therefore likely that an reduction of the runoff of nitrate and ammonium could counteract bloom formation in Lake Lundebyvannet.

A particularly interesting result of the project is that this part of the catchment that is situated upstream station 4 (areas around Moentjernet) is responsible for most of the runoff of nutrient and humic substances to Lake Lundebyvannet. This does not necessarily mean that this area is more affected by human activities than the other parts of the lake’s catchment. A more likely explanation is that nutrients and humic substances that originate from upstream station 4 enter Lake Lundebyvannet almost unaffected, while nutrients and humic substances that originate from other parts of the catchment are largely retained by water bodies and wetlands. This means for water management that abatement measures upstream station 4 may have a more pronounced effect on water quality in the lake than measures elsewhere in the catchment. In addition, more data on the runoff from agricultural areas that were not considered in the study should be collected.

Much indicates that water bodies and wetlands in the catchment of Lake Lundebyvannet effectively retain nutrients and humic substances, thereby counteracting bloom formation in the lake. These water bodies and wetlands should therefore be preserved.