1. Natur i Norge
  2. Eldre versjon
  3. Variasjon
  4. Tilstandsøkoklin

Eutrofieringstilstand

Publisert Sist endret

Tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand omfatter effekter på naturen av menneskers ekstra tilførsel av viktige plantenæringsstoffer som nitrogen og fosfor til vann, jord og luft. Med ekstra menes tilførsler som kommer i tillegg til den naturlige tilførselen gjennom forvitring av berggrunnen, utvasking av jordsmonnet og stoffenes kretsløp. Nitrogen er det næringsstoffet planter trenger mest av, og mengden nitrogen begrenser planteveksten i mange typer natur. Menneskenes aktiviteter (bilkjøring, jordbruksdrift, industriproduksjon osv.) medfører store nitrogenutslipp. Derfor er ekstratilførsler av nitrogen en viktig kilde til tilstandsendring. Utslipp av fosfor, først og fremst til vann, var tidligere en viktig årsak til eutrofiering (for eksempel forurensningen av Mjøsa fram til 1970-tallet), men forekommer nå i betydelig mindre grad på grunn av tiltak som har redusert utslippene (for eksempel forbudet mot fosfat i vaskemidler).

Kort om økoklinen

Tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand (EU) omfatter effekter på naturen av menneskebetingete (antropogene) ekstra tilførsler av viktige plantenæringsstoffer (nitrogen og fosfor) til vann, jord og luft; det vil si tilførsler som kommer i tillegg til tilførsler via naturlige prosesser (forvitring, utvasking og stoffsirkulasjon). Nitrogen er det makronæringsstoffet planter normalt trenger i størst mengde. Nitrogen er produksjonsbegrensende i mange typer natur. Fordi menneskeaktiviteter medfører store nitrogenutslipp til luft og vann (og fordi reduksjon av disse utslippene er kostbare), er ekstra nitrogentilførsel en viktig årsak til tilstandsendring i flere natursystem-hovedtypegrupper (ferskvannssystemer, våtmarkssystemer og fastmarkssystemer, til dels også saltvannssystemer). Utslipp av fosfor, først og fremst til vann, bidro sterkt til eutrofiering for bare 30–50 år siden. De siste tiårene har effektive tiltak ført til store reduksjoner i ekstratilførslene av fosfor. Tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand (EU) omfatter lokale effekter av avrenning fra landbruksarealer til vann, mens lokale effekter av gjødsling på jord og markvegetasjon fanges opp av tilstandsøkoklinen aktuell bruksintensitet (BI). Naturlig gjødsling fra ville dyr (fugler i særdeleshet) utgjør en egen økoklin, naturlig gjødsling (NG).

Naturtypenivåer der økoklinen inngår i beskrivelsessystemet

Eutrofieringstilstand (EU) er blant de aller viktigste tilstandsfaktorene i vannforekomster (landskapsdel-hovedtypene innsjø, elveløp, fjord, fjæresone-sjø og kil), og inngår også i beskrivelsessystemene for de fleste andre landskapsdel-hovedtyper. Eutrofieringstilstand (EU) er også relevant for tilstandsbeskrivelse på natursystem-nivået. Det kan for eksempel være betydelig variasjon i eutrofieringseffekt mellom ulike bunntyper (natursystem-hovedtyper og grunntyper) innenfor en innsjø. Også innenfor hovedtypegruppene våtmarkssystemer og fastmarkssystemer finnes sporbare effekter av eutrofiering. I NiN versjon 1 blir eutrofieringstilstand (EU) bare benyttet i beskrivelsessystemene for de to livsmedium-hovedtypene for frie vannmasser (frie vannmasser i marine systemer og frie vannmasser i ferskvann). Det er imidlertid mulig at eutrofieringstilstand (EU) også for enkelte andre livsmedium-hovedtyper ikke blir tilfredsstillende beskrevet av eutrofieringsstatusen til det natursystemet livsmediet er del av (for eksempel for epifytter; livsmedium-hovedtypen på bark). Dette bør vurderes (og eventuelt avbøtes) i neste versjon av NiN.

Variabeltype

Variabeltype: Ø2 (økoklinal variasjon der trinn langs økoklinen blir definert ved å sammenlikne artssammensetningen i en arealenhet med artssammensetningen ved en definert nulltilstand).

Variabelformel: OE6 (ordnet faktorvariabel med envalgsavkryssing; 6 trinn).

Økoklinuttrykk og trinndeling

Eutrofieringstilstand (EU) har ett økoklinuttrykk og deles, liksom forsuringstilstand (SU), i seks trinn (Tabell 1) med utgangspunkt i sjutrinnsskalaen for standardisert trinndeling av tilstandsøkokliner (på grunnlag av grad av endring i artssammensetningen sammenliknet med referansetilstander; se Artikkel 1: D3g). Trinnene 6 og 7 på standardskalaen er slått sammen. Operasjonalisering av trinndelingen (fastsettelse av nulltilstand og ekstremtilstand) vil måtte gjøres separat for ulike naturtyper.

Relevant skala

Utslipp av nitrogen (eventuelt også fosfor) finner sted både som konsentrerte punktutslipp og som mer eller mindre diffuse utslipp (for eksempel avrenning fra jordbruksområder) til luft og vann. Utslippene fra ulike kilder til luft blander seg og gir opphav til konsentrasjonsgradienter i atmosfæren og gradienter i deposisjon av langtransportert nitrogen med mønstre på regional skala (10–1000 km; se Aas et al. 2008). Det kan også finnes lokale eutrofieringsgradienter innenfor en vannforekomst (først og fremst innenfor landskapsdel-hovedtypene innsjø og elveløp, men også innenfor fjorder med grunn terskel). Faktorer som avgjør eventuelt omfang av lokal variasjon innenfor en enkelt vannforekomst er størrelsen på vannforekomsten [terrengformvariabelen vannflateareal (VU–2)], sirkulasjonssystemet [den lokale basisøkoklinen vannsirkulasjon: sirkulasjonssystem (VS–B); se også Artikkel 6], vannets gjennomstrømmingshastighet og utskiftingsperiodena lengde. Tilførsel av nitrogen til vann fra lokale kilder har effekter på skalaer i størrelsesorden (0,1–)1–100 km. Relevant skala for eutrofieringstilstand (EU), som først og fremst er en tilstandsøkoklin som gir opphav til mønstre på regional skala, er (102–)104–106 m.

Relasjon til andre økokliner

Tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand (EU) og enkeltvariabelen gjødsling (BT–4), som er del av den sammensatte tilstandsøkoklinen aktuell bruksform (BF), er uttrykk for prinsipielt samme type påvirking på naturen; begge innebærer menneskebetinget (antropogen) tilførsel av viktige plantenæringsstoffer. Den ’naturlige parallellen’ til eutrofieringstilstand (EU) og gjødsling (BT–4) er den lokale basisøkoklinen naturlig gjødsling (NG). Det er hensiktsmessig å oppfatte eutrofieringstilstand (EU) og gjødsling (BT–4) som to økokliner fordi de er resultat av påvirkningsfaktorer som virker på naturen uavhengig av hverandre og på helt ulike skalaer i rom og tid. Med to økokliner er det mulig, for eksempel for en arealenhet av kulturmarkseng, å skille mellom effekter av ’bakgrunnsgjødsling’ med lufttransportert nitrogen, og direkte effekter av produksjonsfremmende gjødsling, for eksempel med kunstgjødsel. Begge påvirkninger fører, gitt at de er sterke nok, til økning i mengde og forekomst av nitrofile arter, men på ulike skalaer i rom og tid og mer eller mindre uavhengig av hverandre [eutrofieringstilstand (EU) normalt mye langsommere og mer gradvis enn gjødsling (BT–4)].

Eutrofiering av vann og vassdrag fører til økt produksjon, først av planteplankton. Ved nedbrytningen av døde alger forbrukes O2. Dersom algeoppblomstringen er større enn nedbrytersamfunnet kan ta unna, akkumuleres både stedegen produksjon av organisk materiale og tilført organisk materiale. Denne effekten av menneskebetinget (antropogen) eutrofiering likner variasjon langs de lokale basisøkoklinene akkumulering av organisk materiale: akkumulering av tilførte organiske sedimenter på saltvannsbunn (AO–D), akkumulering av organisk materiale: akkumulering av tilførte organiske sedimenter på ferskvannsbunn (AO–E) og akkumulering av organisk materiale: humusinnhold i ferskvann (AO–G). Dersom eutrofieringen får pågå over lengre tid, vil det oppstå oksygenmangel. i bunnvann og bunnsubstrat, periodevis [liksom vannsirkulasjon: okysgentilgang (VS–A) trinn A2 tidvis oksygenfri] eller permanent (liksom trinn A3 permanent oksygenfri). Oksygenmangel betinget av eutrofiering skal imidlertid håndteres som en tilstand [trinn langs eutrofieringstilstand (EU)] og ikke som trinn langs den lokale basisøkoklinen vannsirkulasjon: okysgentilgang (VS–A).

I natur som er ubetydelig eutrofiert er det vanligvis sterk samvariasjon mellom markas innhold av nitrogen og innholdet av andre makronæringsstoffer [Bilde 1; se også beskrivelsen av den lokale basisøkoklinen kalkinnhold (KA)]. Eutrofiering fører til økning i antropogene tilførsler av N (og P) uten at tilgangen på andre mineralnæringsstoffer øker, og medfører derfor ofte næringsubalanse i jorda (R. Økland 2002).

Nedfall av langtransportert nitrogen har forsurende effekt på jord (Abrahamsen & Stuanes 2002) og vann (Henriksen 2002), og bidrar også til endret forsuringstilstand (SU).

Drøfting av, og kommentarer til, sentrale begreper

’Eutrofiering’ er et presist og mye benyttet begrep for mennesketilførsel av næringsstoffer til naturen, og brukes særlig om tilførsler av langtransportert luftbåren nitrogenforurensning og om utslipp av nitrogen og fosfor til vann. J. Økland & K. Økland (1995) bruker begrepet ’overgjødsling’, som de definerer (s. 162) som ’øket tilførsel av plantenæringsstoffer til et vassdrag og virkningen av dette’.

Begrepsserien oligotrof–mesotrof–eutrof–hypertrof benyttes både for trinn langs eutrofieringsgradienten i ferskvannssystemer (Økland & Økland 1995) og for trinn langs den ’naturlige’ lokale basisøkoklinen kalkinnhold (KA) [se beskrivelsen av kalkinnhold (KA)]. For å unngå misforståelser, blir ikke disse begrepene brukt i NiN.

Karakterisering av trinnene

Trinngrenser for eutrofieringstilstand (EU) definert ved sammenlikning mellom aktuell artssammensetning og artssammensetningen ved referansetilstandene (nulltilstand og ekstremtilstand) må enten operasjonaliseres ved sammenstilling av empiriske data eller legges til grunn for ekspertvurdering. Fordi nulltilstanden er naturtypenivå- og naturtype-spesifikk, vil operasjonalisering kreve et svært omfattende empirisk datamateriale. Med unntak for enkelttilfeller (naturtyper) der artssammensetningen og dens respons på antropogen eutrofiering er godt kjent, vil derfor angivelse av eutrofieringstilstand (EU) måtte baseres på ekspertvurderinger (se Artikkel 1: D3g).

Sammenlikning av trinndeling i NiN med trinndeling i andre arbeider

Trinndelingen av tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand (EU) svarer til trinnene på femtrinnsskalaen for økologisk kvalitetsgrad i EUs vannrammedirektiv (se Artikkel 1: Tabell 4) bortsett fra at trinn 1 Vannrammedirektiv-inndelingen (’ingen eller ubetydelig forstyrrelse’) i NiN versjon 1 er delt opp i trinn 1 ubetydelig eutrofieringseffekt og trinn 2 meget svak eutrofieringseffekt.

Drøfting av andre temaer med relevans for økoklinen

Kvantifisering av eutrofieringstilstand

Tilstandsøkoklinen eutrofieringstilstand (EU) er en svært viktig kilde til menneskebetinget naturvariasjon, i en lang rekke natursystemer. I Norge, som i Europa og store deler av resten av verden, har systematisk overvåking av nitrogenutslipp til luft og vann og av nitrogendeposisjonen (det vil si påvirkningsfaktoren som inngår i denne økoklinen) pågått siden 1970. Ett resultat av denne overvåkingen er informasjon om påvirkningsfaktoren i seg sjøl, målt på en kontinuerlig måleskala. Aas et al. (2008) rapporterer N-deposisjon og middelkonsentrasjoner av NH4-N og NH3-N i nedbøren, med nedbørmengden brukt som vekt ved konsentrasjonsberegningene (Fig. 1). Fordi sammenhenger mellom påvirkning og effekt er kjent (i grove trekk), brukes ofte målinger av påvirkningsfaktoren som indirekte indikator (Anonym 1998, Halvorsen 2008) på den biologiske effekten. Overskridelse av modellert tålegrense for nitrogen blir også nyttet som surrogat for eutrofieringseffekt. To eksempler på dette er variablene ’Næringsstoffer i brakkvann, kystvann og havvann’ og ’Ferskvannskvalitet’ som inngår som to av det europeiske miljøbyrået EEA sine 26 indikatorer for biologisk mangfold. Også indikatoren ’Jordbruk: Nitrogenbalanse’ har en viss relevans til eutrofieringsstatus (EU) i vann. En variabel på denne lista som direkte adresserer de biologiske effektene av eutrofieringstilstanden er ’Overskridelser av tålegrenser for nitrogen’

Omfanget av eutrofiering i ulike naturtyper

Ulike natursystem-hovedtypegrupper skiller seg med hensyn til omfanget av eutrofiering i dag og den historiske eutrofieringsutviklingen i et hundreårsperspektiv. Den viktigste årsaken til dette er at det finnes flere årsaker til eutrofiering, og at eutrofieringsforløpet og omfanget av eutrofieringseffekter derfor er og har vært ulikt i ulike typer natur.

I ferskvann er lokale utslipp fra landbruk og avløp fra industri og husholdninger viktigste årsaker til eutrofiering. Innsjøer som mottok store mengder urenset spillvann fra husholdningene ble etter hvert kraftig eutrofiert. Mjøsa er et klassisk eksempel på en innsjø som, målt med algemengden som indikator, var svært sterkt eutrofiert i 1960- og 1970-årene. Først og fremst skyldtes den høye eutrofieringgraden stor tilførsel av fosfor. Vannkvaliteten var enkelte steder så dårlig at den ville kvalifisere til eutrofieringstilstand (EU) trinn 5 sterk eutrofieringseffekt. Tiltak som ble satt inn fra omkring 1970, blant annet bedre vannrensing og forbud mot bruk av fosfat i vaskemidler, førte raskt til bedring av vannkvaliteten i Mjøsa [se for eksempel Baalsrud (1982)] og andre innsjøer som var overgjødslet med fosfor. Norske vannforekomster tilføres imidlertid også nitrogen, dels ved avrenning fra landbruksarealer, dels på grunn av langtransporterte luftforurensninger. I Artikkel 28 påvises at en vegetasjonsgradient (planteartssammensetningsgradient; se Artikkel 1: D1c, D1d for forklaring av begrepsapparatet for gradienter) relatert til eutrofieringstilstand (EU) er blant de aller viktigste vegetasjonsgradientene i ferskvann i Norge. I motsetning til fosfor, har imidlertid tilførslene av nitrogen endret seg lite over tid; bare en svært svak nedgang i nitrogenkonsentrasjonen i nedbøren har blitt observert på de norske målestasjonene etter 1990 (Aas et al. 2008; se Fig. 1).

Nitrogeninnholdet i norske vannforekomster har endret seg lite gjennom de siste tiårene (Anonym 1996). Resultatet av tilstandsvurderingen av norske ferskvannsforekomster (innsjøer og elvestrekninger) høsten 2007 viste likevel at over halvparten av den samlete lengden av norske elvestrekninger og over halvparten av innsjøene (veiet på grunnlag av overflateareal) ble vurdert som ’lite eller ikke påvirket’ av landbruk og spredte/kommunale avløp; de viktigste kildene til eutrofiering (www.vannportalen.no; se også Nybø et al. 2008). Vannkvalitetsgrad ’lite eller ikke påvirket’ i henhold til EUs vannrammedirektiv (se Artikkel 1: Tabell 4) svarer til eutrofieringstilstand (EU) trinn 1 ubetydelig eutrofieringseffekt, og 2 meget svak eutrofieringseffekt i NiN, i noen grad kanskje også nedre del av trinn 3 svak eutrofieringseffekt (Tabell 1). I størrelsesorden 10–20 % av vannforekomstene ble vurdert som ’mye påvirket’ av disse faktorene, svarende til trinn 5 sterk eutrofieringseffekt.

Også i havet kan høy nitrogentilførsel føre til algeoppblomstring og, i hvert fall periodevis, kritisk oksygenmangel i vannforekomster med begrenset vannutskifting (fjord med grunn terskel og fjæresone-sjø [1] poll). Saltvannsforekomster kan imidlertid være naturlig utsatt for oksygenfattigdom eller oksygenfrihet på grunn av spesielle strømnings- eller sirkulasjonsforhold. Langvarig oksygenmangel fører til gjennomgripende endringer i artssammensetning [se beskrivelsen av den lokale basisøkoklinen vannsirkulasjon: oksygentilgang (VS–A)], mens effektene av kortvarig oksygenmangel (for eksempel med varighet ett år) repareres raskt (Rosenberg et al. 2002). Dette viser at angivelse av eutrofieringseffekt må baseres på observasjoner over en periode som er lang nok til å gi et representativt bilde av forholdene. Tilstandsvurderingen av kystvann utenfor Norge gjort høsten 2007 resulterte i at under 10 % av kyststrekningen ble vurdert som ’moderat påvirket’ [svarer til eutrofieringstilstand (EU) trinn 3 svak eutrofieringseffekt)] av eutrofi-relaterte faktorer (kommunale avløp, spredte avløp, landbruk, langtransporterte forurensninger) og at under 2 % ble karakterisert som mye påvirket [eutrofieringstilstand (EU) trinn 4 moderat eutrofieringseffekt)] (www.vannportalen.no; se også Nybø et al. 2008).

Effekter av nitrogendeposisjon på artssammensetningen i åpen myr (natursystem-hovedtypegruppa våtmarkssystemer) er påvist i Sverige (Gunnarsson et al. 2002) og Sentral-Europa (Bobbink et al. 1998. Limpens et al. 2003), men foreløpig ikke med sikkerhet i Norge. Myr med ombrogene partier [landskapsdel-grunntypen våtmarksmassiv [1] høymyr og terrengdekkende myr], det vil si som domineres av kalkinnhold (KA) trinn 1 ombrogen, er særlig utsatt for vegetasjonsendringer fordi hele nedbørsmyrsystemet er tilpasset en mer eller mindre lukket nitrogensirkulasjon (Svensson 1995, Nordbakken et al. 2003). Ingen av effektene som er observert eller sannsynliggjort i myr i Norge så langt svarer til en eutrofieringsgrad høyere enn eutrofieringstilstand (EU) trinn 2 meget svak eutrofieringseffekt.

I Sentral-Europa (Bobbink et al. 1998), i noen grad også i Sør-Sverige (for eksempel Odell & Ståhl 1998), er det påvist økning i innslaget av nitrofile arter i landvegetasjonen [se oversiktsartikkel av Gilliam (2006)]. I Norge er ikke andre sikre endringer i artssammensetning påvist som kan forklares som resultat av eutrofiering enn endringene i kystlynghei på søndre Vestlandet som blir beskrevet av Fremstad (1992). Økningen av smyle (Avenella flexuosa) i enkelte overvåkingsområder i barskog i enkelte tidsperioder på 1990- og 2000-tallet (R. Økland & Nordbakken 2004, T. Økland et al. 2007, Halvorsen et al. 2009) kan være tegn på en pågående eutrofieringsprosess. Det er sannsynlig at eutrofiering bidrar til økt innslag av nitrogenelskende arter også i andre systemer, spesielt i kulturmarkseng (Norderhaug et al. 1999).