Sötvatten 2016. Jens Fölster, Stephan Köhler & Anna Landahl, SLU. Publicerad: 2018-06-18
Sommaren 2014 inträffade den största skogsbranden i Sverige på över hundra år. Under några dagar brann 14 000 hektar skog upp. För boende och markägare var det en stor katastrof med dödsfall och enorma ekonomiska värden som gick till spillo. Skogsbranden påverkade också vattnet i sjöar och vattendrag i brandområdet. Tack vare ett snabbt initiativ från Havs- och vattenmyndigheten gavs forskare på SLU möjligheten att studera effekterna av branden på vattnet.
Skogsbränder är ett naturligt inslag i de boreala skogarnas ekosystem. Man räknar med att barrskogen i historisk tid brunnit i genomsnitt vart 30:e år, men med stor variation mellan torrare och fuktigare områden. Många sällsynta arter, som till exempel svedjenäva och brandticka, är beroende av skogsbränder.
Vid en brand brinner en del av markens organiska material upp, vilket påverkar markens hydrologi, dess surhet och näringstillstånd. Detta kan leda till ett oönskat läckage av olika ämnen. När det moderna skogsbruket infördes under 1800-talet minskade skogsbränderna betydligt och förna och humus kunde ackumuleras i skogsmarkerna. På senare tid har man fört fram tanken på att bränna vissa hyggen av naturvårdsskäl. Det är därför viktigt att veta hur en skogsbrand påverkar vattnet så att de positiva effekterna av en naturvårdsbränning inte uppvägs av negativa effekter på vattenekosystemet. Samtidigt antar man att klimatförändringen kommer leda till att skogsbränder kommer att bli både vanligare och mer omfattande i framtiden. Även här är det viktigt att veta om detta kommer påverka vattenkvalitén. Den stora skogsbranden i Västmanland ger unika möjligheter att studera hur det avrinnande vattnet påverkats i olika typer av mark och stryrka på branden.
Det är sällan en skogsbrand är så stor att den omfattar ett helt avrinningsområde till en sjö eller en bäck så att det blir möjligt att studera hur det avrinnande vattnet påverkas. Branden i Västmanland påverkade avrinningsområdena till ett flertal bäckar och sjöar. En sjö och en bäck som ingår i den regionala miljöövervakningen ligger mitt i brandområdet. Detta gav unika förutsättningar för att studera sambandet mellan graden av brandpåverkan och effekter på vattnet. Tidigare erfarenheter från skogsbränder visar att den största påverkan på vattnet sker redan efter de första regnen efter branden. Det är därför viktigt att komma ut och mäta så fort som möjligt.
SLU kontaktade länsstyrelsen i Västmanland redan i början av augusti och upprättade ett samarbete för att ta fram vilka sjöar och bäckar som berörts i området och vilka av dessa som hade mätdata från före branden. Samtidigt anslog Havs- och vattenmyndigheten medel för provtagning av vatten i brandområdet. Den effektiva samordningen mellan forskare och myndigheter gjorde att de första proverna för vattenkemisk analys kunde tas redan den 21 augusti, innan några omfattande regn hade hunnit falla. Branden var då fortfarande inte helt släckt, så provplatserna fick läggas strax utanför själva brandområdet.
Totalt provtogs vattenkemi i åtta bäckar. I tre av dessa, Vallsjöbäcken, Myckelmossbäcken och Gärsjöbäcken, togs prover varannan vecka samt vid enstaka högflöden (figur 1). Från Gärsjöbäcken fanns redan månadsvisa prover sedan 1995 att jämföra med.
Kartan över brandens förlopp och utbredning i början av augusti 2014.
Figur 1. Sulfathalt och syraneutraliserande förmåga (ANC) i tre bäckar i brandområdet före och efter branden.
Figur 2. Halter av ammonium och nitrat i tre bäckar i brandområdet före och efter branden.
Figuren visar preliminära data från det första dryga halvåret efter branden.
Efter andra skogsbränder har man ofta kunnat konstatera en episod med mycket sura förhållanden i vattnet. Orsaken är att organiskt bundet svavel frigörs och bildar svavelsyra. Den generellt sett höga halten joner i markvattnet efter branden ger också en salteffekt som påverkar balansen mellan joner i mark och vatten. Det kan bidra till surstöten.
Sulfathalterna ökade kraftigt i bäckarna i brandområdet. Från cirka 0,1 mekv/l före branden i Gärsjöbäcken till 1 mekv/l efter branden och i Myckelmossbäcken så högt som 2 mekv/l (figur 1). Däremot sjönk inte buffertförmågan (ANC) i samma omfattning. Det beror troligen på att branden var så omfattande att mängden aska som bildades var ovanligt stor. Aska är basiskt och motverkar svavelsyrans effekt. Det vara bara i Myckelmossbäcken, som buffertförmågan sjönk under de första månaderna efter branden (figur 1). Här kan de levande organismerna ha påverkats av ett surare vatten. I de andra områdena har naturligt förekommande humusämnen, som lakats ur myr- och skogsmarkerna, hjälpt till att buffra bort tillskottet av svavelsyra.
När organiskt material förbränns vid en skogsbrand frigörs stora mängder kväve som varit bundet till marken. Om förbränningen är fullständig avgår kvävet till luften som kväveoxid, men vid ofullständig förbränning bildas istället ammoniumjoner som kan läcka ut till vattnet. Ammoniumkoncentrationen i marken påverkas också av att växtlighet och mikroorganismer som normalt tar upp kvävet, har dött av värmen. Ammonium kan oxideras till nitrat i mark och vatten av bakterier under syresatta förhållanden.
Halterna av ammonium och nitrat är normalt mycket låga i skogsbäckar. I Gärsjöbäcken var de oftast kring 10 µg/l före branden. Efter branden steg halterna ordentligt med ett par tiopotenser (figur 2). I Myckelmossbäcken och Vallsjöbäcken kom som väntat först en ammoniumtopp som därefter följdes av en nitrattopp när ammoniumet började sjunka. I Gärsjöbäcken var förloppet mer komplext med en inledande nitrattopp, följt av en ammoniumtopp och sedan en mer utdragen nitrattopp. En möjlig orsak är sjön som finns i Gärsjöbäckens huvudfåra, som dels kan ha absorberat kväve från luften och dels fördröjt kvävetillskottet från marken uppströms sjön. Efter de inledande topparna har ammoniumhalterna sjunkit till nivåer i närheten av de som rådde före branden. Nitrathalterna har däremot fortsatt att vara höga. Ytterligare mätningar kommer visa hur fort nitrathalterna återgår till de normala, låga nivåerna.
Överskott av kväve kan bidra till övergödning av kust och hav. Men brandområdets vatten rinner ut till Mälaren och där är det snarare fosfor som är problemet medan tillskottet av kväve är försumbart. Om skogsbränder blev vanliga på västkusten skulle det däremot kunna leda en ökad övergödning av kustområdena. Samtidigt kan den långsiktiga effekten av att man bränt bort kväve från marken bli att risken för kväveläckage från skogsmarken minskar på lång sikt.
I provtagningen under första stora högflödet efter branden den 22 september ingick sju av bäckarna i brandområdet. Det gjorde det möjligt att se hur skillnader i brandpåverkan påverkade ammoniumläckaget till vattnet mellan bäckarna (figur 3). Man kan se ett negativt samband mellan ammoniumläckage och andelen hårt bränd skogsmark, dvs. det läcker mindre ammonium då. Det är vad man förväntar sig eftersom det mesta kvävet avgår till luften när det brinner kraftigt. Branden i Västmanland var ovanligt häftig och markens hela humuslager förbrändes till aska i stora delar av området. Däremot var sambandet mellan ammoniumhalt i vattnet och andelen bränd våtmark som väntat positiv. Där brinner det bara på ytan och inte fullständigt. Mycket av kvävet som frigörs stannar då kvar och kan läcka ut till vattnet när inga växter eller mikroorganismer tar upp det.
Efter skogsbränder har man i vissa fall sett förhöjda halter av tungmetaller. Eftersom brandområdet ligger i en region där det länge funnits metallindustrier fanns en oro för förhöjda halter av tungmetaller efter branden, vilket skulle kunna hota både dricksvattnet i enskilda brunnar och levande organismer i vattnet. Ett flertal spårmetaller analyserades därför, men halterna låg på samma nivåer som i sjöar och vattendrag utanför brandområdet. Så den farhågan besannades inte. Den starka buffringen från askan och de naturlig förekommande humusämnen förhindrade att pH sjönk så lågt att metaller kunde lakas ut i större mängder. Obrunnen torv längs vattendragen kan också ha fångat upp ett eventuellt läckage av metaller. Trots det dramatiska förloppet och omfattningen av branden är effekterna på vattenkvalitén relativt små och övergående.
I samarbete med SMHI mättes även vattenföringen i ett antal bäckar, där det i ett fall fanns äldre mätningar att jämföra med. Mätningarna visade på snabbare avrinning och lägre avdunstning efter branden. Resultaten kan användas för att med en hydrologisk modell (S_HYPE) beräkna hur skogsbrand påverkar till exempel flödestoppar.
Karta över provtagningarna i brandområdet.
Katarina Agné på Länsstyrelsen i Västmanland provtar påväxtalger i Myckelmossbäcken. Foto: Jens Fölster
I flera av bäckarna provtogs påväxtalger och bottenfauna och i Märrsjön växtplankton. I bäckarna påbörjades även experiment med lövnedbrytning. Dessa prover väntar fortfarande på analys och resultaten kommer visa på hur de vattenlevande organismerna påverkades av skogsbranden.
De vattenkemiska undersökningarna kommer fortsätta i mindre omfattning åtminstone två år efter branden då de största effekterna på vattenkemin förväntas ha avklingat. Förhoppningsvis kommer mätningarna att fortsätta längre än så i några få av bäckarna för att följa de långsiktiga effekterna av skogsbranden i takt med att växtligheten återvänder, antingen genom naturlig succession eller genom plantering. Vi kommer då även studera hur kvaliteten på det organiska materialet i vattnet förändras.
Särskilt intressant är det att följa Gärsjöbäcken för att se om exempelvis vattnets surhet återgår till nivån före branden eller förändrats Området är påverkat av försurning sedan tidigare decenniers höga svaveldeposition från förbränning av olja och kol. De stora mängderna aska som bildades kan tänkas bidra till att återställa marken från försurningen och därmed även vattnet. Eftersom delar av området har blivit naturreservat skulle en systematisk uppföljning av de långsiktiga kemiska och biologiska effekterna i och runt brandområdet vara av stort intresse för både naturvård, miljöövervakning och grundläggande forskning i framtiden.
